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Nuevo deflector instrumentado instalado en Virgo

April 28, 2021

Como parte del programa de actualización, Virgo instaló hoy un nuevo deflector instrumentado con fotosensores que rodean el espejo final del IMC (Input Mode Cleaner) en EGO. Esto culmina más de dos años de trabajo en el Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) para el diseño y la construcción de este innovador dispositivo para controlar y monitorear la luz parásita dentro del experimento, una fuente persistente de ruido en los interferómetros.
Por primera vez, una institución española ha realizado una importante contribución de hardware a un experimento de ondas gravitacionales líder en el mundo utilizando interferometría terrestre.

Instrumented Baffle installation at Virgo

El nuevo deflector instrumentado servirá como demostrador de la tecnología para su futura implementación en los brazos principales del interferómetro, rodeando los espejos principales. El nuevo deflector proporcionará datos valiosos también para calibrar las simulaciones que describen la propagación de la luz dentro del experimento.

El deflector instrumentado ahora entra en un largo período de puesta en servicio e integración en las operaciones regulares de Virgo, con tiempo suficiente para ser una parte integral de la nueva Ejecución de Observación O4, actualmente programada para el verano de 2022.

Instrumented Baffle installation at Virgo
Credit: IFAE
Instrumented Baffle installation at Virgo
Credit: IFAE

Ha sido un gran esfuerzo impulsado completamente por los científicos del IFAE y todo el departamento técnico del IFAE, incluyendo mecánica precisa, electrónica, DAQ (Data Acquisition) y pruebas ópticas y simulaciones detalladas.

Los requisitos básicos de los deflectores instrumentados son un desafío técnico. La reflectividad total de la superficie a 1064 nm se ha mantenido al nivel del 0,5% y la dispersión total alrededor de 500 ppm. Esto requirió un pulido preciso del material y la aplicación de capas de revestimiento antirreflectante. Al estar suspendido por un par de cables, no es posible el enfriamiento activo y los cables de lectura se han minimizado para evitar afectar el rendimiento de la carga útil y los sistemas de atenuación sísmica. Por lo tanto, se han implementado soluciones DAQ tanto cableadas como inalámbricas. Lo más importante es que las condiciones de vacío ultra alto en las torres (con un nivel de vacío de 1E-9 mbar) impusieron estrictas restricciones a todos los materiales para evitar que los contaminantes afectaran a los espejos, y forzaron un diseño de PCB novedoso con bajo consumo de energía y una disipación de calor eficiente. Además, el sistema DAQ deflector no debe interferir con el resto de la electrónica de la torre, que rige los sistemas de bucle de retroalimentación que controlan la posición del espejo.

Finalmente, el peso total del nuevo dispositivo se modificó en tan solo 100 gramos respecto del peso de la versión no instrumentada para facilitar la integración en el sistema de suspensión. El deflector está equipado con 76 fotosensores a base de Silicio adecuados para condiciones de vacío ultra alto y complementado con un revestimiento antirreflectante, como resultado de un proceso de I + D de dos años impulsado por IFAE y llevado a cabo junto con Hamamatsu en Japón.

Instrumented Baffle installation at Virgo
Installation of the new instrumented baffle with photosensors surrounding Virgo's end mirror of the Input Mode Cleaner at EGO Credit: IFAE

El equipo de IFAE contó con la inestimable ayuda del personal de Pisa y EGO, y se benefició de una estrecha colaboración con los departamentos de vacío del CERN y ALBA, y el departamento de metrología del Instituto de Óptica de Madrid.

Por primera vez, una institución española está realizando una importante contribución de hardware a un experimento de ondas gravitacionales líder en el mundo utilizando interferometría terrestre.

IFAE Virgo team & Engineers
IFAE team in charge of the installation: Julia Mundet, Pau Llanes, Cristobal Pio, Laia Cardiel, Otger Ballester, Pepe Illa, Lluisa Mir, Mario Martinez, Alexis Menéndez, Christos Karathanasis and Alba Romero Credit: IFAE