Longueurs des bras de LIGO ou VIRGO

[Tonyonze]

Bonjour à tous,
je suis fasciné par la précision des lasers des observatoires d'ondes gravitationnelles.
Ce que je ne comprends pas c'est comment on arrive à multiplier la longueur des bras qui font déjà plusieurs Kms.
J'ai lu que l'on faisait faire au rayon laser plusieurs aller retours, comment es ce possible ?
Les miroirs sont immobiles non ??
Merci pour vos réponses, je n'ai trouvé nulle par un doc la dessus.
Je lis actuellement un excellent document en open lecture "Ondes Matière et Univers " (pdf)
Très pointu pour mon niveau mais captivant au possible....
Cordialement..
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[ThM55]

Ce sont des interféromètres de Michelson: il y a deux bras qui prennent le faisceau séparé en deux, les deux faisceaux sont réfléchis par des miroirs au bout des bras et recombinés pour observer les interférences. Les bras sont effectivement très grands (quelques kilomètres) et les miroirs utilisés sont d'une qualité exceptionnelle. Tout cela est immobile en effet, presque parfaitement isolé de l'extérieur et les miroirs sont montés sur des amortisseurs sismiques pour filtrer tout bruit venant de la terre. Mais si une onde gravitationnelle arrive, sa géométrie est telle qu'elle peut contracter la longueur d'un bras et en même temps dilater l'autre. La déformation est minuscule (un milliardième du diamètre d'un atome!) mais c'est cela qui permet d'observer un signal traduit en la modification des interférences.

[ThM55]

Cette vidéo explique cela avec une animation qui montre le trajet du faisceau laser: https://images.cnrs.fr/video/4728

[gts2]

J'ai lu que l'on faisait faire au rayon laser plusieurs aller retours, comment es ce possible ?

Pour ce qui des aller-retours c'est du à la présence des Fabry-Perot dans les bras, voir wikipedia paragraphe amélioration de la sensibilité.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tonyonze]

Merci pour toutes vos explications,
j'avais bien compris le principe du décalage de phase dû au changement de longueur d'un bras par rapport à l'autre, mais c'est les allers retours des photons plusieurs fois
pour allonger et amplifier le signal.
J'ai trouvé dans wikipedia merci "GTS2" la solution, me semble t'il, de ma question :
("Une cavité constituée de deux miroirs ne peut confiner la lumière que dans certaines positions des miroirs. Dans ces cas, on dit que la cavité est stable.
Si elle est instable, un rayon présent dans la cavité en sortira après quelques réflexions sur les miroirs, et sera perdu. Il est possible de calculer la condition de stabilité de telles cavités")

Donc on se sert d'un défaut, qui ici est profitable, pour améliorer la sensibilité du détecteur...
Cordialement
Tony

[gts2]

Donc on se sert d'un défaut, qui ici est profitable, pour améliorer la sensibilité du détecteur.

Non, on se sert pas d'un défaut, les cavités utilisées sont stables.

L'idée de base est à gauche, mais le schéma réel est à droite : le miroir du bas n'est pas totalement réfléchissant et à chaque aller-retour, il y en a une petite fraction qui passe.


source : Michelson-delay-lines-Fabry-Perot

[Tonyonze]

Merci de cette précision GTS2,
pour déterminer tout ça les ordinateurs actuels avec leur puissance de calcul sont des outils nécessaires et indispensables.
Cela se passe à la micro seconde je suppose.
Le laser est allumé en permanence et la fraction des photons qui passe a parcouru une dizaine de fois 4km c'est à dire une quarantaine de km à la vitesse de la lumière!! C'est FOU !
Je suis impressionné par la précision du système.
Cordialement

[Gilgamesh]

Les conditions optiques dans la cavité sont controllées en permanence mais le but est d'agir le moins possible.

Une cavité Fabry-Pérot montre naturellement une extrême sensibilité à la modification dans la fréquence la lumière / longueur de la cavité, du fait de conditions résonantes : de la lumière s'accumulera dans la cavité si la séparation L entre les miroirs est exactement un nombre entier de demi-longueurs d'onde λ du laser incident.

L = n λ/2, avec n entier.

Et le flux δΦ qui va s'échapper de la cavité dépend de la variation de longueur δL de la cavité ou la variation de fréquence δν du laser :

δΦ ∝ (ν·δL + L·δν)

Un décallage inférieurs à un dixième de nm dû au passage d'une onde gravitationnelle est suffisant pour avoir une différence dans la réflection des cavités des deux bras et donner lieu à un signal analysable.