超伝導磁気浮上を用いた
低周波重力波検出器の開発
石徹白晃治, 安東正樹, 高森昭光A, 坪野公夫
東大理, 東大地震研A
「高エネルギー天体現象と重力波」研究会、2007年11月15-17日
概要
目的:低周波に感度を持つ新しい重力波検出器の開発
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序論
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検出器構成
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検出器構成
雑音評価
他検出器、重力波信号との比較
プロトタイプ試験
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低周波重力波
研究目的&目標
重力波検出原理
構成
力学的特性
回転方向安定性
まとめ
序論 --低周波重力波-低周波重力波:超巨大ブラックホール合体, 初期宇宙起源の背景重力波
⇒ 天文学的・宇宙論的に興味深い、振幅が大きい、発生イベントが多い
マイケルソン干渉計型検出器:自由質点間距離変動から重力波検出
⇒ 鏡を懸架することで自由質点を実現
⇒ 懸架系の共振周波数 (数Hz)以下では感度が(ほとんど)無い
低周波に感度を持たす ⇒ 宇宙へ (DECIGO, LISA)
打ち上げ時期未定 (早くて2015年?)
早期の低周波重力波観測は重要
序論 --研究目的-研究目的
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地上で低周波に感度を持つ重力波検出器の実現
低周波重力波の観測
目標
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早期の完成 (宇宙レーザー干渉計型検出器の観測以前)
十分に重力波を検出できる感度 (h=10-14[Hz-1/2]@1Hz)
序論 --重力波検出原理-+偏向重力波
棒状回転子
棒状回転子の運動方程式
ピン止め浮上: 回転に自由 (原理的に復元力、減衰力が働かない)
超伝導バルク
磁束
磁石
棒状回転子
周波数依存性が無い
⇒ 低周波まで重力波に対する感度
検出器構成
浮上方法 :超伝導ピン止め効果
棒状回転子 :約40cm、250g
回転変動センサー:マイケルソン干渉計
アクチュエータ :静電型
差動回転計測:地面振動キャンセル
検出器構成 --雑音評価-計算パラメータ
レーザーパワー:30mW
回転共振:1mHz
回転地面振動:並進/100
並進地面振動:10-7m/Hz1/2
真空度:10-6Pa
周波数雑音:1000Hz/Hz1/2
CMRR:100
腕の長さ:40cm
10-14[Hz-1/2]@1Hz
検出器構成
--他検出器、重力波信号との比較-比較:大型レーザー干渉計型
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1桁以上良い (0.1-1Hz)
比較:重力波信号
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104MSUN程度のBH連星
@銀河中心
106MSUN程度のQNM
@1Mpc以内
プロトタイプ試験
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目的:棒状回転子の力学的特性、安定性の確認
構成
 回転変動センサー:光てこ
 アクチュエータ
: コイル-磁石型
40cm
Laser
PSD
72cm
プロトタイプ試験 --力学的特性-制御のオープンループ伝達関数
(UGF~0.3Hz)
力学的特性 (N -> rad)
理論値
実測値
回転共振は100mHz以下
プロトタイプ試験 --安定性--
10Hz以下に未知のノイズは無い
10Hz以下は光てこノイズで制限
まとめ
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プロトタイプ試験
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回転共振 :100mHz以下を確認
安定性 :起源の不明な変動は無い
今後の課題
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レーザー干渉計の導入 (センサーのアップグレード)
真空槽の使用
静電アクチュエータの使用
本格的な重力波検出器
基礎測定 --回転減衰項測定-回転減衰項
ピン止め
磁石
パルス発生周期を評価
Photo Sensor
結果
γ =1.5x10-9 [N・m・s]
@空気中
基礎測定 --浮上力-最大 1kgf以上
現実的構成
約300gf
基礎測定 -- 冷凍機振動の評価 --
冷凍機振動:
10Hz以下では地面振動を
悪化させない
(パルス周期を除く)
地面振動
地面振動
光学定盤
光学定盤
PT
PT
PT
PT
off
on
off
on
RION加速度計による(回転子短軸方向)地面振動測定
基礎測定 -- 冷凍機振動の評価 --
冷凍機on
冷凍機off
回転方向変動:
10Hz以下で有意な差は無い
(4Hz弱パルス周期を除く)
プロトタイプ試験 --ピン止め条件-着磁距離 10mm
永久磁石φ70x10
永久磁石φ22x10
プロトタイプ試験 --概念図-プロトタイプ試験構成
レーザー
PSD
棒状回転子
プロトタイプ試験 --写真-PT冷凍機
超伝導バルク
レーザー
棒状回転子
PSD
Gd1Ba2Cu3O6.9
Gd2Ba1Cu1O7
永久磁石
コンプレッサー
棒状回転子
コイル
アクチュエータ
プロトタイプ試験 --各自由度の変動と共振周波数-Roll Pitch
Yaw
Roll Pitch
z
並進
z
z
並進
y
x
Roll
PDフィルター
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