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Effets quantiques de la pression de radiation dans les détecteurs d’ondes gravitationnelles – QuRaG

Résumé de soumission

Le projet franco-italien VIRGO est un interféromètre de Michelson géant en cours de développement, qui vise à l?observation des ondes gravitationnelles prédites par la théorie de la relativité générale. Dans la future génération de VIRGO, nommé Advanced VIRGO, il est prévu que la sensibilité à basse fréquence soit limitée par le mouvement des masses libres ayant pour origine les fluctuations quantiques du nombre de photons dans le laser via la pression de radiation. Plusieurs idées théoriques visant à abaisser cette limite quantique ont déjà été proposées. Cependant, aucune expérience n?a pu justifier d?une sensibilité suffisante pour mettre en évidence ces phénomènes quantiques. Ainsi, l?éventuelle possibilité de vaincre ces limites reste pour l?instant non prouvée. Le projet scientifique que l?on propose a pour but de mettre en évidence des effets de pression de radiation dans le régime quantique lors du couplage optomécanique d?un laser avec un miroir mobile dans une cavité Fabry Pérot. Il s?agit d?une collaboration entre deux groupes de recherche d?expertises différentes mais qui s?avèrent parfaitement complémentaires pour mener à bien ce projet. Le premier groupe est celui d?Antoine Heidmann au Laboratoire Kastler Brossel (LKB) qui est spécialiste des couplages optomécaniques dans les cavités de très haute finesse et d?optique quantique. Au cours de ce programme de recherche, il aura pour mission d?apporter à un dispositif expérimental déjà existant les améliorations nécessaires afin d?atteindre la sensibilité requise pour l?observation des effets quantiques de pression de radiation. Il s?agira principalement de changer le système cryogénique pour le refroidissement de la cavité, d?adapter les dimensions du miroir mobile pour être plus sensible aux effets quantiques, et de réduire les différents bruits techniques. Dans cette expérience, on s?intéresse à la déformation de la surface du miroir produite par le l?onde lumineuse intracavité et ce dans le domaine du MHz. Le deuxième groupe est celui de Catherine Nary Man au Laboratoire ARTEMIS, spécialiste des systèmes laser hyper stabilisés du type utilisé sur VIRGO. Grâce à son engagement dans les projets VIRGO et Advanced VIRGO, ce groupe possède une connaissance remarquable, à la fois théorique et expérimentale, des détecteurs d?ondes gravitationnelles. Il aura pour charge de construire un dispositif expérimental à taille réduite qui reprend la configuration de VIRGO. Ce dernier sera spécialement optimisé pour observer les effets quantiques de pression de radiation sur le mouvement pendulaire d?un miroir libre, et ce dans le domaine du kHz. En effet, il est possible d?adapter les dimensions du miroir mobile pour à la fois réduire sont bruit thermique intrinsèque et augmenter sa sensibilité aux effets quantiques de pression de radiation. Les bruits techniques devront également être réduits. Ainsi, ce dispositif se rapprochera des conditions expérimentales des interféromètres géants. Cette expérience représente une étape incontournable vers la compréhension des futures limitations quantique de VIRGO. Ces deux groupes seront en collaboration étroite tout au long du projet dans laquelle les échanges et les discussions seront de rigueur. D?une part, le savoir faire du groupe du LKB en optique quantique sera extrêmement profitable au développement du dispositif expérimental au laboratoire ARTEMIS. D?autre part, l?expertise de ce dernier dans la métrologie des lasers sera d?une aide précieuse pour l?optimisation de l?expérience se trouvant au LKB. Les recherches menées dans le monde sur les futures limitations des détecteurs d?ondes gravitationnelles ont donné naissance à un nouveau domaine de recherche où l?optique quantique rejoint la gravitation expérimentale. Ce projet de recherche permettra aux deux groupes de former le premier pôle d?expertise en France dans ce nouveau domaine. Par la suite, il sera possible d?élargir cette collaboration à d?autres groupes possédant un savoir faire plus général en optique quantique ou en gravitation.

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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