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Accueil du site > Formation > Thèses - Stages de M2 & ingénieur

M2 - Étude d’un système de filtrage optique de la lumière afin d’améliorer la sensibilité aux basses fréquences du détecteur d’ondes gravitationelles Virgo.

Le LAPP propose un stage de Master 2 pour étudier un système de filtrage optique de la lumière visant à améliorer la sensibilité aux basses fréquences du détecteur Virgo.

Le détecteur d’ondes gravitationnelles Virgo, installé à Pise, fonctionne sur le principe d’un interféromètre laser avec des bras de 3 km de long. En 2017, la première observation conjointe par les détecteurs LIGO et Virgo d’ondes gravitationnelles provenant d’une coalescence d’étoiles à neutrons et d’un sursaut gamma, suivie par celle d’un signal optique, a ouvert un tout nouveau chapitre de l’astronomie multi-messagers. Une période d’observation par les détecteurs LIGO (aux États-Unis) et Virgo s’en est suivie d’avril 2019 à mars 2020, permettant la détection hebdomadaire de coalescences de systèmes binaires compacts (notamment des trous noirs). Depuis 2020, le détecteur Virgo est entré dans une phase de modifications et d’améliorations (upgrade Advanced Virgo +) en vue d’une nouvelle période d’observation qui débutera en 2023. En parallèle se prépare une nouvelle infrastructure Européenne dédiée à l’observation des ondes gravitationnelles, nommée Einstein Telescope. Pour ces détecteurs une amélioration de la sensibilité aux basses fréquences permettrait de suivre l’évolution des coalescences de trous noir ou des étoiles à neutrons pendant des durées plus longues permettant ainsi des tests de relativité générale bien plus précis.

L’amélioration de la sensibilité des détecteurs d’ondes gravitationnelles aux basses fréquences nécessite de réduire les effets du contrôle du détecteur ainsi que ceux de la lumière diffusée. Le détecteur est composé de plusieurs cavités optiques dont les longueurs et l’alignement sont à contrôler avec des précisions de l’ordre du pico-mètre et du nano-radian. Pour ce faire plusieurs faisceaux optiques provenant de l’interféromètre sont mesurés. De la lumière parasite affecte la détection de ces faisceaux et finit par limiter les performances du contrôle et la sensibilité de l’interféromètre aux basses fréquences. Il est possible de limiter ces effets en utilisant des cavités optiques sur chaque faisceau sortant de l’interféromètre et ainsi filtrer cette lumière parasite.

Dans un premier temps, le travail de stage consistera dans l’étude de données collectées par l’instrument pendant la prochaine prise de données ainsi que celles déjà collectées en 2020. Ces analyses auront comme but d’évaluer l’impact du bruit de détection de ces faisceaux aux basses fréquences et ainsi d’évaluer leurimpact sur la sensibilité du détecteur. Par la suite, le stagiaire étudiera comment implémenter de telles cavités optiques sur les bancsoptiques. Il s’agira d’étudier la géométrie possible de la cavité compte tenu des besoins puis d’étudier leur intégration sur les bancs existants. Il est possible que certains de ces travaux, en particulier les tests pour quantifier les effets de la lumière parasite sur les signaux de contrôle du détecteur, puissent nécessiter des déplacements sur le site de l’expérience Virgo à Pise en Italie.

Indication éventuelle d’ouverture vers un sujet de thèse : Ce stage peut déboucher sur un sujet de thèse centré sur l’amélioration des bancs de détection à mettre en place entre 2024 et 2025 avant le démarrage de la phase II d’Advanced Virgo+. En plus des cavités objet du stage ces améliorations incluent la réduction de la lumière diffusée, la gestion de la plus haute puissance laser qui sera injectée dans l’interféromètre et l’intégration de nouveaux télescopes nécessaire pour faire face à l’augmentation de la taille des faisceaux.

o Level : Master 2 internship, can be followed by a PhD

o Date of the internship : spring 2023

o Supervisor : Raffaele Flaminio, Romain Gouaty

o Phone : 06 42 06 15 70

o e-mail : flaminio@lapp.in2p3.fr