2025年2月26日 | 論文へのGATEWAY
杉本 良介・総合研究大学院大学物理科学研究科宇宙科学専攻、
ISAS宇宙物理学研究系（論文執筆時）
時空のさざ波である重力波の検出は様々な天文学的、物理学的知見をもたらします。重力波も電磁波などと同様にその周波数帯ごとに多彩な現象の観測が期待され、特に現在稼働している地上に建設された検出機では観測が困難な10 Hz程度よりも低い周波数帯を観測することでまだ見ぬ豊かな科学成果が期待されます。そのような低周波帯の高感度観測に向け宇宙で検出器を構築することが計画されています。現在、重力波の検出はレーザーを用いて鏡間距離の変化を測定する方法が主流です。中でも光共振器と呼ばれる光を増幅する機構を用いた検出器は高い感度を実現できます。光共振器型検出器は観測中、共振を維持する必要があり、従来方式では各宇宙機が備える鏡間の距離（共振器長）をナノ（10-9）メートルレベルで超精密に制御することが必要でした。そのような精密制御達成に向けた努力が続けられる一方、別方向からアプローチを試みるのが近年提案されたback-linked Fabry–Pérot interferometer（BLFPI）と呼ばれる方式です。BLFPIは共振制御をレーザー周波数だけで行うことで共振器長の超精密制御を原理的には必要としないことが特徴です。一方、BLFPIはレーザーの周波数揺らぎ（雑音）による感度の悪化という課題が存在します。この解決のため取得した信号から事後的に周波数雑音を“引き算”することが理論提案されていましたが、これまで実験的に実証されてはいませんでした。本研究は、実験室中でBLFPIを構築し周波数雑音の引き算を実証しました。雑音を最大で約1/200に低減すると共に、雑音低減率を制限する要因の分析を行い、今後のさらなる雑音低減に向けた道筋を立てました。これはBLFPIにおいて高感度の達成に不可欠な雑音引き算機能を実験的に検証した世界初の結果です。
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