La détecttion des ondes gravitationelles requiert de nouvelles idées et de nouvelles techniques. Le groupe Virgo d’Artemis a une activité de pointe autour de six axes de recherche qui concernent les lasers, la modélisation, l'analyse des données, la modélisation des sources d'ondes. Dans tous ces domaines  elle accueille des étudiants en thèse qui travailleront à Nice et en partie à Cascina près de Pise.

Le développement de techniques d’asservissement sur les lasers de haute puissance.

Frequency stabilisation requirements and performanceL’équipe a une longue expertise sur plusieurs types de lasers (He-Ne, Argon, colorant, dimères) et enfin lasers à solides Nd:YAG et Nd:YVO4 pour Virgo.

Artemis a réalisé le système d’injection de Virgo qui fournit le faisceau laser à l’interféromètre. Les caratéristiques obtenues aujourd’hui sont plus élevées que les spécifications requises sur toute la gamme de fréquence.

Le système d’injection comprend un laser de puissance dont la stabilité en fréquence est optimale. Ses fluctuations résiduelles de fréquence, d’amplitude, de pointé de faisceau, sont filtrées par la propagation dans un résonateur optique long de 144 m (Cavité de filtrage de mode). Un effort important a été consacré au développement des systèmes de contrôle pour le maintien de la résonance, de l’alignement de l’interféromètre et à la réduction des différents bruits (amplitude, fréquence, répartition d’énergie du faisceau...) afin de remplir le cahier des charges de VIRGO.

Actuellement une R&D de contrôle et de stabilisation des paramètres d’un laser à fibre de puissance est en cours sous la diection d’ Alain Brillet, dans le cadre de la diminution du bruit de photons dans la future antenne Advanced Virgo.

La théorie et la modélisation de l’instrument.

Dihedron CloseLa théorie des interféromètres destinés à la détection d’ondes gravitationnelles a été faite pour différents designs par Jean Yves Vinet, qui a ensuite étudié l’ensemble de l’optique de Virgo : diffraction, modes de propagation, miroirs réels, lumière diffusée, problèmes liés au chauffage des miroirs, bruit thermique des miroirs, bruits thermoélastiques, fonctions de modulation et de transfert, méthodes mathématiques. Le document « Virgo Physics Book » rassemble tous ces travaux de modélisation (ttp ://wwwcascina.virgo.infn.it/vpb/ ) à l’usage des nouveaux collaborateurs. En ce qui concerne le bruit thermique, il a été montré recement que l’utilisation de mode de Laguerre-Gauss d’ordre élevé ((5,5) par exemple) permet de réduire le bruit thermique d’un facteur de l’ordre de 5, donc de gagner 2 ordres de grandeur en sensibilité. La stabilité optique d’un interféromètre fonctionnant sur ce régime est en cours d’étude.

Le développement d’outils d’analyse et de contrôle de Virgo.

Il a été montré que la représentation des éléments optiques par des opérateurs linéaires permet de construire l’opérateur global de l’instrument, qui donne ainsi mécaniquement les fonctions de transfert et le rapport signal/bruit. On a pu tirer de ce modèle une méthode numérique de calcul de fonctions de transfert pour les bruits et le signal, qui a donné lieu à un code de calcul dénommé « JAJY ». D’autre part, a été créé un logiciel diffusé ensuite dans tous les groupes homologues Américains, Allemands, Australiens, et qui a aidé à définir un cahier des charges pour les miroirs de Virgo. Ce logiciel, à présent dénommé « DarkF » a été enrichi, complété et modernisé à ARTEMIS et est maintenant employé intensivement pour étudier les configurations futures de Virgo. Dans le cas d’Advanced Virgo DarkF est utilisé pour définir les exigences sur les miroirs dans le groupe simulation.

L’étude et le traitement des signaux attendus.

Le groupe contribue à la production d’outils d’analyse pour la caractérisation du "bruit" de l’appareil et d’algorithmes en vue de la détection des ondes gravitationnelles, et des filtres optimaux sont recherchés pour differents types de sources, comme le bruit de fond stochastique.Un important travail est effectué en collaboration avec les autres antennes (Tania Regimbau et le LIGO/VIRGO Joint Analysis Group) pour valider les méthodes de détection par injection de signaux factices simulés, dans la chaine de données. et des filtres optimaux sont recherchés pour differents types de sources, comme le bruit de fond stochastique.Un important travail est effectué en collaboration avec les autres antennes (Tania Regimbau et le LIGO/VIRGO Joint Analysis Group) pour valider les méthodes de détection par injection de signaux factices simulés, dans la chaine de données.

La modélisation de sources astrophysiques.

La modélisation de sources astrophysiques susceptibles d’émettre un rayonnement gravitationnel détectable est menée par l’équipe de théoriciens astrophysiciens afin d’apporter des informations nécessaires à la séparation des signaux utiles du bruit. Dans le cas de trous noirs de plusieurs dizaines de masses solaires a été développée une méthode de calcul basée sur la théorie « Effective One Body » pour des trous noirs sans spin de 10 à 50 masses solaires. Un réseau de « patrons » d’évènements de ce type a été réalisé en échantillonnant les paramètres et implanté dans le « pipe-line »de traitement de données de Virgo. De nombreux travaux ont été menés sur les sources les plus attendues (les binaires de neutrons) et le bruit stochastique formé par l’adddition de très nombreuses sources : magnétars, pulsars, systèmes doubles, bruit de fond cosmologique.

Depuis 1993, date de la construction de Virgo sur le site de Pise, le groupe a rejoint rejoint Nice en 1999 et prend part à la contruction de Virgo comme responsable de plusieurs sous systèmes. Les membres de l’equipe Virgo d’Artemis participent à la prise de donnée sur la site de Pise.