5.4.1 Principe
LIGO est un interféromètre de Michelson dont les deux bras, perpendiculaires, mesurent environ 4 km. Une onde gravitationnelle de passage déforme l’espace transversalement à sa direction de propagation : elle allonge un bras et raccourcit l’autre. Si est la déformation relative (sans dimension), les deux bras varient de et la différence de longueur vaut . On règle le Michelson sur la frange sombre : le signal est lu sur le port de sortie, sombre au repos, où l’éclairement varie comme avec
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5.4.2 Gagner en sensibilité
Cavités Fabry-Perot dans les bras. Chaque bras est une cavité résonnante de finesse : la lumière y fait en moyenne allers-retours, ce qui multiplie le déphasage par le même facteur :
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Recyclage de puissance. À la frange sombre, presque toute la lumière retourne vers le laser. Un miroir de recyclage placé devant la séparatrice la renvoie dans l’interféromètre, ce qui multiplie la puissance utile : quelques dizaines de watts en entrée donnent environ kW dans les cavités des bras.
Recyclage du signal. Un miroir placé sur la sortie élargit la bande de fréquence du détecteur.
Masses d’épreuve isolées. Les miroirs, en silice, pèsent 40 kg et sont suspendus à des pendules à quatre étages, dans un ultravide, pour isoler l’interféromètre des vibrations du sol.
5.4.3 Bruits et réseau de détecteurs
La sensibilité est limitée par le bruit sismique en dessous de 10 Hz, par le bruit thermique des miroirs et de leurs suspensions aux fréquences moyennes, et par le bruit quantique : bruit de photon à haute fréquence (le déphasage minimal détectable varie comme ) et pression de radiation à basse fréquence. Le détecteur est le plus sensible vers 100 à 300 Hz.
LIGO fonctionne en réseau avec Virgo (Cascina, en Italie, bras de 3 km) et KAGRA (au Japon) : la comparaison des instants d’arrivée localise la source sur le ciel. En 2017, l’onde GW170817, produite par la fusion de deux étoiles à neutrons, a été suivie d’un signal électromagnétique observé par de nombreux télescopes.