Scientific Results – CNR – Istituto Nazionale di Ottica

High-bandwidth beam balance for vacuum-weight experiment and Newtonian Noise Subtraction

Year: 2021

Authors: Calloni E.; Acernese F.; Agathos M.; Aiello L.; Ain A.; Allocca A.; Amato A.; Ansoldi S.; Antier S.; Arene M.; Arnaud N.; Astone P.; Aubin F.; Avino S.; Babak S.; Badaracco F.; Bader M.K.M.; Bagnasco S.; Baird J.; Ballardin G.; Baltus G.; Barbieri C.; Barneo P.; Barone F.; Barsuglia M.; Barta D.; Basti A.; Bawaj M.; Bazzan M.; Bejger M.; Belahcene I.; Benedetto V.; Bernuzzi S.; Bersanetti D.; Bertolini A.; Bischi M.; Bitossi M.; Bizouard M.-A.; Bobba F.; Boer M.; Bogaert G.; Boldrini M.; Bondu F.; Bonnand R.; Boom B.A.; Boschi V.; Boudart V.; Bouffanais Y.; Bozzi A.; Bradaschia C.; Branchesi M.; Breschi M.; Briant T.; Brillet A.; Brooks J.; Bruno G.; Bulik T.; Bulten H.J.; Buskulic D.; Cagnoli G.; Canepa M.; Cannavacciuolo M.; Caprara S.; Carapella G.; Carbognani F.; Carpinelli M.; Carullo G.; Casanueva Diaz J.; Casentini C.; Caudill S.; Cavalier F.; Cavalieri R.; Cella G.; Cerda�-Dura�n P.; Cesarini E.; Chaibi W.; Chanial P.; Chassande-Mottin E.; Chiadini F.; Chierici R.; Chincarini A.; Chiofalo M.L.; Chiummo A.; Christensen N.; Chua S.; Ciani G.; Ciea’Aslar M.; Ciecielag P.; Cifaldi M.; Ciolfi R.; Cipriano F.; Cirone A.; Clesse S.; Cleva F.; Coccia E.; Cohadon P.-F.; Cohen D.E.; Colpi M.; Conti L.; Cordero-Carrion I.; Corezzi S.; Corre D.; Cortese S.; Coulon J.-P.; Croquette M.; Cudell J.R.; Cuoco E.; CuryA’o M.; Dal Canton T.; D’Angelo B.; D’Antonio S.; Dattilo V.; Davier M.; De Laurentis M.; De Lillo F.; De Matteis F.; De Pietri R.; De Rosa R.; De Rossi C.; De Simone R.; Degallaix J.; Deleglise S.; Del Pozzo W.; Depasse A.; Di Fiore L.; Di Giorgio C.; Di Giovanni F.; Di Girolamo T.; Di Lieto A.; Di Pace S.; Di Palma I.; Di Renzo F.; Dietrich T.; D’Onofrio L.; Drago M.; Ducoin J.-G.; Durante O.; D’Urso D.; Duverne P.-A.; Eisenmann M.; Errico L.; Estevez D.; Fafone V.; Farinon S.; Fays M.; Feng F.; Fenyvesi E.; Ferrante I.; Fidecaro F.; Figura P.; Fiori I.; Fittipaldi R.; Fiumara V.; Flaminio R.; Font J.A.; Frasca S.; Frasconi F.; G. Fronze G.; Gagliardi G.; Gamba R.; Garaventa B.; Garufi F.; Gemme G.; Gennai A.; Ghosh A.; Giacomazzo B.; Giacoppo L.; Giri P.; Gissi F.; Gosselin M.; Gouaty R.; Grado A.; Granata M.; Granata V.; Greco G.; Grignani G.; Grilli M.; Grimaldi A.; Grimm S.J.; Gruning P.; Guidi G.M.; Guixe G.; Guo Y.; Gupta P.; Haegel L.; Halim O.; Hannuksela O.; Harder T.; Haris K.; Harms J.; Haskell B.; Heidmann A.; Heitmann H.; Hello P.; Hemming G.; Hennes E.; Hild S.; Hofman D.; Hui V.; Idzkowski B.; Iess A.; Intini G.; Jacqmin T.; Janssens K.; Jaranowski P.; Jonker R.J.G.; Kefelian F.; Karathanasis C.; Katsanevas S.; Khan I.; Khetan N.; Koekoek G.; Koley S.; Kolstein M.; Krolak A.; La Rosa I.; Laghi D.; Lamberts A.; Lartaux-Vollard A.; Lazzaro C.; Leaci P.; Lemaa�tre A.; Leroy N.; Letendre N.; Linde F.; Llorens-Monteagudo M.; Longo A.; Lorenzini M.; Loriette V.; Losurdo G.; Lumaca D.; Macquet A.; Magazza C.; Majorana E.; Maksimovic I.; Man N.; Mangano V.; Mantovani M.; Mapelli M.; Marchesoni F.; Marion F.; Marquina A.; Marsat S.; Marsella M.A.; Martelli F.; Martinez M.; Martinez V.; Masserot A.; Mastrogiovanni S.; Menendez-Vazquez A.; Mereni L.; Merzougui M.; Miani A.; Michel C.; Milano L.; Miller A.; Milotti E.; Minazzoli O.; Minenkov Y.; Mir L.M.; Montani M.; Morawski F.; Mours B.; Muciaccia F.; Musenich R.; Nagar A.; Nardecchia I.; Naticchioni L.; Neilson J.; Nelemans G.; Nguyen C.; Nissanke S.; Nocera F.; Oganesyan G.; Olivetto C.; Perigois C.; Pagano G.; Pagliaroli G.; Palomba C.; Pang P.T.H.; Pannarale F.; Paoletti F.; Paoli A.; Paolone A.; Pascucci D.; Pasqualetti A.; Passaquieti R.; Passuello D.; Patricelli B.; Pegoraro M.; Pepe G.P.; Perciballi M.; Perego A.; Pereira A.; Perreca A.; Perries S.; Phukon K.S.; Piccinni O.J.; Pichot M.; Piendibene M.; Piergiovanni F.; Pierini L.; Pierro V.; Pillant G.; Pilo F.; Pinard L.; Pinto I.M.; Piotrzkowski K.; Placidi E.; Plastino W.; Poggiani R.; Polini E.; Popolizio P.; Porter E.K.; Pracchia M.; Pradier T.; Principe M.; Prodi G.A.; Prosposito P.; Puecher A.; Punturo M.; Puosi F.; Puppo P.; Raaijmakers G.; Radulesco N.; Rapagnani P.; Razzano M.; Regimbau T.; Rei L.; Rettegno P.; Ricci F.; Riemenschneider G.; Robinet F.; Rocchi A.; Rolland L.; Romanelli M.; Romano R.; Romero A.; Rosa L.; Rosia’Anska D.; Rovelli C.; Rozza D.; Ruggi P.; Saini N.L.; Salafia O.S.; Salconi L.; Salemi F.; Samajdar A.; Sanchis-Gual N.; Sanuy A.; Sassolas B.; Sauter O.; Sayah S.; Seglar-Arroyo M.; Sentenac D.; Sequino V.; Sharma A.; Shcheblanov N.S.; Sieniawska M.; Singh N.; Singha A.; Sipala V.; Sordini V.; Sorrentino F.; Sorrentino N.; Soulard R.; Spagnuolo V.; Spera M.; Stachie C.; Steer D.A.; Steinlechner J.; Steinlechner S.; Stornaiuolo D.; Stratta G.; Sur A.; Swinkels B.L.; Szewczyk P.; Tacca M.; Tafuri F.; Tagliacozzo A.; Tanasijczuk A.J.; Tapia San Martin E.N.; Tonelli M.; Torres-Forne A.; Tosta e Melo I.; Trapananti A.; Travasso F.; Tringali M.C.; Troiano L.; Trovato A.; Tsang K.W.; Turconi M.; Utina A.; Valentini M.; van Bakel N.; van Beuzekom M.; van den Brand J.F.J.; Van Den Broeck C.; van der Schaaf L.; van Heijningen J.V.; Vardaro M.; Vasa�th M.; Vedovato G.; Verkindt D.; Vetrano F.; Vicere A.; Vinet J.-Y.; Vocca H.; Walet R.C.; Was M.; Zadrozny A.; Zelenova T.; Zendri J.-P.

Autors Affiliation: Dipartimento di Farmacia, Universit� di Salerno, I-84084 Fisciano, Salerno, Italy; INFN,Sezione di Napoli, Complesso Universitario di Monte S.Angelo, I-80126 Napoli, Italy; Theoretisch-Physikalisches Institut, Friedrich-Schiller-Universit�t Jena, D-07743 Jena, Germany; Gran Sasso Science Institute (GSSI), I-67100 L�Aquila, Italy; INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi, Italy; INFN, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa,Italy; Universit� di Pisa, I-56127 Pisa, Italy; Universit� di Napoli �Federico II,� Complesso Universitario di Monte S.Angelo, I-80126 Napoli, Italy; Universit� de Lyon, Universit�10Dipartimento di Matematica e Informatica, Universit� di Udine, I-33100 Udine, Italy; INFN, Sezione di Trieste, I-34127 Trieste, Italy; Universit� de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006 Paris, France; Universit� Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab, 91405 Orsay, France; European Gravitational Observatory (EGO), I-56021 Cascina, Pisa, Italy; INFN, Sezione di Roma, I-00185 Roma, Italy; Laboratoire d�Annecy de Physique des Particules (LAPP), Univ. Grenoble Alpes, Universit� Savoie Mont Blanc, CNRS/IN2P3, F-74941 Annecy, France; Nikhef, Science Park 105, 1098 XG Amsterdam, the Netherlands; INFN Sezione di Torino, I-10125 Torino, Italy; Universit� de Li�ge, B-4000 Li�ge, Belgium; Universit� degli Studi di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy; INFN, Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy; INAF, Osservatorio Astronomico di Brera sede di Merate, I-23807 Merate, Lecco, Italy; Institut de Ci�ncies del Cosmos, Universitat de Barcelona, C/ Mart� i Franqu�s 1, Barcelona, 08028, Spain; Dipartimento di Medicina,�Chirurgia e Odontoiatria Scuola Medica Salernitana,� Universit� di Salerno, I-84081 Baronissi, Salerno, Italy; Wigner RCP, RMKI, H-1121 Budapest, Konkoly Thege Mikl�s �t 29-33, Hungary; INFN, Sezione di Perugia, I-06123 Perugia, Italy; Universit� di Perugia, I-06123 Perugia, Italy; Universit� di Padova, Dipartimento di Fisica e Astronomia, I-35131 Padova, Italy; INFN, Sezione di Padova, I-35131 Padova, Italy; Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Polish Academy of Sciences, 00-716,Warsaw, Poland; Dipartimento di Ingegneria, Universit� del Sannio, I-82100 Benevento, Italy; INFN, Sezione di Genova, I-16146 Genova, Italy; Universit� degli Studi di Urbino �Carlo Bo,� I-61029 Urbino, Italy; INFN, Sezione di Firenze, I-50019 Sesto Fiorentino, Firenze, Italy; Artemis, Universit� C�te d�Azur, Observatoire C�te d�Azur, CNRS, F-06304 Nice, France; Dipartimento di Fisica �E.R. Caianiello,� Universit� di Salerno, I-84084 Fisciano, Salerno, Italy; INFN,Sezione di Napoli, Gruppo Collegato di Salerno, Complesso Universitario di Monte S. Angelo, I-80126 Napoli, Italy; Universit� di Roma �La Sapienza,� I-00185 Roma, Italy; Univ Rennes, CNRS, Institut FOTON – UMR6082, F-3500 Rennes, France; Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Universit�, CNRS, ENS-Universit� PSL, Coll�ge de France, F-75005 Paris, France; Universit� catholique de Louvain, B-1348 Louvain-la-Neuve,Belgium; Astronomical Observatory Warsaw University, 00-478 Warsaw, Poland; VU University Amsterdam, 1081 HV Amsterdam, the Netherlands; Dipartimento di Fisica, Universit� degli Studi di Genova, I-16146 Genova, Italy; Universit� degli Studi di Sassari, I-07100 Sassari, Italy; INFN, Laboratori Nazionali del Sud, I-95125 Catania, Italy 47Universit� di Roma Tor Vergata, I-00133 Roma, Italy; INFN, Sezione di Roma Tor Vergata, I-00133 Roma, Italy; Institute for Gravitational and Subatomic Physics (GRASP), Utrecht University,Princetonplein 1, 3584 CC Utrecht, the Netherlands; Departamento de Astronom�a y Astrof�sica, Universitat de Val�ncia, E-46100 Burjassot, Val�ncia, Spain; Dipartimento di Ingegneria Industriale (DIIN), Universit� di Salerno, I-84084 Fisciano, Salerno, Italy; Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (IP2I), CNRS/IN2P3, Universit� de Lyon, Universit� Claude Bernard Lyon 1, F-69622 Villeurbanne, France; INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, I-35122 Padova, Italy; Universit� libre de Bruxelles, Avenue Franklin Roosevelt 50 – 1050 Bruxelles, Belgium; Departamento de Matem�ticas, Universitat de Val�ncia, E-46100 Burjassot, Val�ncia, Spain; Scuola Normale Superiore, Piazza dei Cavalieri, 7 – 56126 Pisa, Italy; Dipartimento di Scienze Matematiche, Fisiche e Informatiche, Universit� di Parma, I-43124 Parma, Italy; INFN, Sezione di Milano Bicocca, Gruppo Collegato di Parma, I-43124 Parma, Italy; Laboratoire des Mat�riaux Avanc�s (LMA), Institut de Physique des 2 Infinis (IP2I) de Lyon, CNRS/IN2P3, Universit� de Lyon, Universit� Claude Bernard Lyon 1, F-69622 Villeurbanne, France; Universit� de Strasbourg, CNRS, IPHC UMR 7178, F-67000 Strasbourg, France; Institute for Nuclear Research,Hungarian Academy of Sciences, Bemter 18/c, H-4026 Debrecen, Hungary; CNR-SPIN,c/o Universit� di Salerno, I-84084 Fisciano, Salerno, Italy; Scuola di Ingegneria, Universit� della Basilicata, I-85100 Potenza, Italy; gravitational wave Science Project, National Astronomical
Observatory of Japan (NAOJ), Mitaka City, Tokyo 181-8588, Japan; Observatori Astron�mic, Universitat de Val�ncia, E-46980 Paterna, Val�ncia, Spain; Universiteit Gent, B-9000 Gent, Belgium; INAF, Osservatorio Astronomico di Capodimonte, I-80131 Napoli,
Italy; Universit� di Trento, Dipartimento di Fisica, I-38123 Povo, Trento, Italy; INFN, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications, I-38123 Povo, Trento, Italy; Dipartimento di Fisica, Universit� di Trieste, I-34127 Trieste, Italy; Maastricht University, P.O. Box 616, 6200MDMaastricht, the Netherlands; Universiteit Antwerpen, Prinsstraat 13, 2000 Antwerpen, Belgium; University of Białystok, 15-424 Białystok, Poland; Institut de F�sica d�Altes Energies (IFAE), Barcelona Institute of Science and Technology, and ICREA, E-08193 Barcelona, Spain; Institute of Mathematics, Polish Academy of Sciences, 00656 Warsaw, Poland; National Center for Nuclear Research, 05-400 �Swierk-Otwock, Poland; Laboratoire Lagrange, Universit� C�te d�Azur, Observatoire C�te d�Azur, CNRS, F-06304 Nice, France; NAVIER, �cole des Ponts, Univ Gustave Eiffel, CNRS, Marne-la-Vall�e, France; Institute for High-Energy Physics, University of Amsterdam, Science Park 904, 1098 XH Amsterdam, the Netherlands; Dipartimento di Matematica e Fisica, Universit� degli Studi Roma Tre, I-00146 Roma, Italy; INFN, Sezione di Roma Tre, I-00146 Roma, Italy; ESPCI, CNRS, F-75005 Paris, France; Universit� di Camerino, Dipartimento di Fisica, I-62032 Camerino, Italy; Centre Scientifique de Monaco, 8 quai Antoine Ier, MC-98000, Monaco; Institut des Hautes Etudes Scientifiques, F-91440 Bures-sur-Yvette, France; Department of Astrophysics/IMAPP, Radboud University Nijmegen, P.O. Box 9010, 6500 GL Nijmegen, the Netherlands; GRAPPA, Anton Pannekoek Institute for Astronomy and
Institute for High-Energy Physics, University of Amsterdam, Science Park 904, 1098 XH Amsterdam, the Netherlands; Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto dei Sistemi Complessi,Piazzale Aldo Moro 5, I-00185 Roma, Italy; Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche �Enrico Fermi,� I-00184 Roma, Italy; Universit� di Trento, Dipartimento di Matematica, I-38123 Povo, Trento, Italy; Dipartimento di Fisica, Universit� degli Studi di Torino, I-10125 Torino, Italy; Centro de Astrof�sica e Gravita��o (CENTRA), Departamento de F�sica, Instituto Superior T�cnico, Universidade de Lisboa, 1049-001 Lisboa, Portugal; INAF, Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio, I-40129 Bologna, Italy; Dipartimento di Scienze Aziendali – Management and Innovation Systems (DISA-MIS), Universit� di Salerno, I-84084 Fisciano, Salerno, Italy; Van Swinderen Institute for Particle Physics and Gravity, University of Groningen, Nijenborgh 4, 9747 AG Groningen, the Netherlands; Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto Nazionale di Ottica (INO), via Campi Flegrei 34-Comprensorio A. Olivetti, 80078 Pozzuoli (Na), Italy; Centre de Physique Th�orique Campus of Luminy, Case 907, F-13288 Marseille, France; Aix-Marseille Universit� Site du Pharo – 58 bd Charles Livon – F-13284 Marseille, France; Universit� de Toulon, Campus de La Garde – La Valette Avenue de l�Universit� F-83130 LA GARDE Toulon, France.

Abstract: We report the experimental results of a prototype balance for the Archimedes experiment, devoted to measure the interaction between quantum vacuum energy and gravity. The prototype is a beam balance working at room temperature which shares with the final balance several mechanical and optical components. The balance sensitivity has been tested at the site of the Virgo gravitational wave detector in order to benefit from its quiet environment and control facilities. This allowed also the test of the coherence of the balance data with the Virgo interferometer signal and with the environmental data. In the low-frequency regime, the balance has shown a sensitivity of about 8×10-12Nm/Hz, which is among the best in the world, and it is very promising toward the final Archimedes measurement. In the high-frequency region, above a few Hz, relying on the behavior of the balance as a rotational sensor, the ground tilt has been measured in view of the next work devoted to Newtonian noise subtraction (NNS) in Virgo. The measured ground tilt reaches a minimum of about 8×10-11rad/Hz in the few Hz region and ranges from 10-10 to 10-9rad/Hz in the 10-20 Hz region, where a very interesting coherence, at some frequencies, with the Virgo interferometer signal is shown.

Journal/Review: EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL PLUS

Volume: 136 (3) Pages from: 335-1 to: 335-14

More Information: Funding: PRIN 2017SYRTCN (Progetto di Ricerca Interesse Nazionale–Ministry of University and Research, Italy)
KeyWords: optical balance interferometer, vacuum weight, Newtonian noise
DOI: 10.1140/epjp/s13360-021-01214-4

ImpactFactor: 3.758
Citations: 8
data from “WEB OF SCIENCE” (of Thomson Reuters) are update at: 2024-11-24
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