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. 2020 Sep 25;125(13):131101.
doi: 10.1103/PhysRevLett.125.131101.

Quantum Backaction on kg-Scale Mirrors: Observation of Radiation Pressure Noise in the Advanced Virgo Detector

F Acernese  1   2 , M Agathos  3 , L Aiello  4   5 , A Ain  6   7 , A Allocca  6 , A Amato  8 , S Ansoldi  9   10 , S Antier  11 , M Arène  11 , N Arnaud  12   13 , S Ascenzi  4   14 , P Astone  15 , F Aubin  16 , S Babak  11 , F Badaracco  4   5 , M K M Bader  17 , S Bagnasco  18 , J Baird  11 , G Ballardin  13 , G Baltus  19 , C Barbieri  20   21   22 , P Barneo  23 , F Barone  2   24 , M Barsuglia  11 , D Barta  25 , A Basti  6   7 , M Bawaj  26   27 , M Bazzan  28   29 , M Bejger  30 , I Belahcene  12 , S Bernuzzi  3 , D Bersanetti  31 , A Bertolini  17 , M Bischi  32   33 , M Bitossi  6   13 , M-A Bizouard  34 , O Blanch  35 , F Bobba  36   37 , M Boer  34 , G Bogaert  34 , M Boldrini  15   38 , F Bondu  39 , R Bonnand  16 , B A Boom  17 , V Boschi  6 , V Boudart  19 , Y Bouffanais  28   29 , A Bozzi  13 , C Bradaschia  6 , M Branchesi  4   5 , M Breschi  3 , T Briant  40 , F Brighenti  32   33 , A Brillet  34 , J Brooks  13 , G Bruno  41 , T Bulik  42 , H J Bulten  17   43 , D Buskulic  16 , G Cagnoli  8 , E Calloni  2   44 , M Canepa  31   45 , G Carapella  36   37 , F Carbognani  13 , M Carpinelli  46   47 , G Carullo  6   7 , J Casanueva Diaz  13 , C Casentini  14   48 , S Caudill  17 , F Cavalier  12 , R Cavalieri  13 , G Cella  6 , P Cerdá-Durán  49 , E Cesarini  14 , W Chaibi  34 , P Chanial  13 , E Chassande-Mottin  11 , F Chiadini  37   50 , R Chierici  51 , A Chincarini  31 , A Chiummo  13 , N Christensen  34 , S Chua  40 , G Ciani  28   29 , P Ciecielag  30 , M Cieślar  30 , M Cifaldi  14   48 , R Ciolfi  29   52 , F Cipriano  34 , A Cirone  31   45 , S Clesse  41 , F Cleva  34 , E Coccia  4   5 , P-F Cohadon  40 , D E Cohen  12 , M Colpi  20   21 , L Conti  29 , I Cordero-Carrión  53 , S Corezzi  26   27 , D Corre  12 , S Cortese  13 , J-P Coulon  34 , M Croquette  40 , J R Cudell  19 , E Cuoco  13   54 , M Curylo  42 , B D'Angelo  31   45 , S D'Antonio  14 , L D'Onofrio  2   44 , D D'Urso  46   47 , T Dal Canton  12 , V Dattilo  13 , M Davier  12 , M De Laurentis  2   44 , F De Matteis  14   48 , R De Pietri  55   56 , R De Rosa  2   44 , C De Rossi  13 , J Degallaix  57 , W Del Pozzo  6   7 , S Deléglise  40 , A Depasse  41 , L Di Fiore  2 , C Di Giorgio  36   37 , F Di Giovanni  49 , M Di Giovanni  58   59 , T Di Girolamo  2   44 , A Di Lieto  6   7 , S Di Pace  15   38 , I Di Palma  15   38 , F Di Renzo  6   7 , T Dietrich  17 , M Drago  4   5 , J-G Ducoin  12 , O Durante  36   37 , P-A Duverne  12 , M Eisenmann  16 , L Errico  2   44 , D Estevez  16 , V Fafone  4   14   48 , S Farinon  31 , M Fays  19 , F Feng  11 , E Fenyvesi  25   60 , I Ferrante  6   7 , F Fidecaro  6   7 , P Figura  42 , I Fiori  13 , D Fiorucci  4   5 , R Fittipaldi  37   61 , V Fiumara  37   62 , R Flaminio  16   63 , J A Font  49   64 , J-D Fournier  34 , S Frasca  15   38 , F Frasconi  6 , V Frey  12 , G G Fronzé  18 , R Gamba  3 , B Garaventa  31   45 , F Garufi  2   44 , G Gemme  31 , A Gennai  6 , Archisman Ghosh  17   65   66   67 , B Giacomazzo  20   21   22 , L Giacoppo  15   38 , P Giri  6   7 , M Gosselin  6   7 , R Gouaty  16 , A Grado  2   68 , M Granata  57 , V Granata  36 , G Greco  32   33 , G Grignani  26   27 , A Grimaldi  58   59 , S J Grimm  4   5 , P Gruning  12 , G M Guidi  32   33 , G Guixé  23 , Y Guo  17 , P Gupta  17   69 , L Haegel  11 , O Halim  4   5 , O Hannuksela  17   69 , T Harder  34 , K Haris  17   69 , J Harms  4   5 , A Heidmann  40 , H Heitmann  34 , P Hello  12 , G Hemming  13 , E Hennes  17 , D Hofman  57 , V Hui  16 , B Idzkowski  42 , A Iess  14   48 , G Intini  15   38 , T Jacqmin  40 , K Janssens  70 , P Jaranowski  71 , R J G Jonker  17 , C Karathanasis  35 , S Katsanevas  13 , F Kéfélian  34 , I Khan  4   14 , N Khetan  4   5 , G Koekoek  17   72 , S Koley  17 , M Kolstein  35 , A Królak  73   74 , I La Rosa  16 , D Laghi  6   7 , A Lamberts  34   75 , A Lartaux-Vollard  12 , C Lazzaro  28   29 , P Leaci  15   38 , N Leroy  12 , N Letendre  16 , F Linde  17   76 , M Llorens-Monteagudo  49 , A Longo  77   78 , M Lorenzini  14   48 , V Loriette  79 , G Losurdo  6 , D Lumaca  14   48 , A Macquet  34 , C Magazzù  6 , E Majorana  15 , I Maksimovic  79 , N Man  34 , V Mangano  15   38 , M Mantovani  13 , M Mapelli  28   29 , F Marchesoni  26   80 , F Marion  16 , A Marquina  53 , S Marsat  11 , F Martelli  32   33 , M Martinez  35 , V Martinez  8 , A Masserot  16 , S Mastrogiovanni  11 , A Menendez-Vazquez  35 , L Mereni  57 , M Merzougui  34 , R Metzdorff  40 , A Miani  58   59 , C Michel  57 , L Milano  2   44 , A Miller  41 , E Milotti  10   81 , O Minazzoli  34   82 , Y Minenkov  14 , Ll M Mir  35 , M Montani  32   33 , F Morawski  30 , B Mours  83 , F Muciaccia  15   38 , A Nagar  18   84   85 , I Nardecchia  14   48 , L Naticchioni  15 , J Neilson  37   86 , G Nelemans  87 , C Nguyen  11 , S Nissanke  17   65 , F Nocera  13 , G Oganesyan  4   5 , C Olivetto  13 , G Pagano  6   7 , G Pagliaroli  4   5 , C Palomba  15 , T H Pang  17   69 , F Pannarale  15   38 , F Paoletti  6 , A Paoli  13 , A Paolone  15   88 , D Pascucci  17 , A Pasqualetti  13 , R Passaquieti  6   7 , D Passuello  6 , B Patricelli  6   7 , M Pegoraro  29 , A Perego  58   59 , C Périgois  16 , A Perreca  58   59 , S Perriès  51 , K S Phukon  17   76 , O J Piccinni  15   38 , M Pichot  34 , M Piendibene  6   7 , F Piergiovanni  32   33 , L Pierini  15   38 , V Pierro  37   86 , G Pillant  13 , F Pilo  6 , L Pinard  57 , I M Pinto  37   84   86 , K Piotrzkowski  41 , E Placidi  38 , W Plastino  77   78   89 , R Poggiani  6   7 , E Polini  16 , P Popolizio  13 , E K Porter  11 , M Pracchia  16 , M Principe  37   84   86 , G A Prodi  59   90 , P Prosposito  14   48 , A Puecher  17   69 , M Punturo  26 , F Puosi  6   7 , P Puppo  15 , G Raaijmakers  17   65 , N Radulesco  34 , P Rapagnani  15   38 , M Razzano  6   7 , T Regimbau  16 , L Rei  31 , P Rettegno  18   91 , F Ricci  15   38 , G Riemenschneider  18   91 , F Robinet  12 , A Rocchi  14 , L Rolland  16 , M Romanelli  39 , R Romano  1   2 , A Romero  35 , S Ronchini  4   5 , D Rosińska  42 , P Ruggi  13 , O S Salafia  20   21   22 , L Salconi  13 , A Samajdar  17   69 , N Sanchis-Gual  92 , E Santos  34 , B Sassolas  57 , O Sauter  16 , S Sayah  57 , M Seglar-Arroyo  16 , D Sentenac  13 , V Sequino  2   44 , A Sharma  4   5 , M Sieniawska  30 , N Singh  42 , A Singhal  4   15 , V Sipala  46   47 , V Sordini  51 , F Sorrentino  31 , N Sorrentino  6   7 , R Soulard  34 , M Spera  28   29 , C Stachie  34 , D A Steer  11 , G Stratta  33   93 , A Sur  30 , B L Swinkels  17 , M Tacca  17 , A J Tanasijczuk  41 , E N Tapia San Martin  17 , M Tonelli  6   7 , A Torres-Forné  94 , I Tosta E Melo  46   47 , A Trapananti  26   80 , F Travasso  26   80 , M C Tringali  42 , A Trovato  11 , K W Tsang  17   69   95 , M Turconi  34 , M Valentini  58   59 , N van Bakel  17 , M van Beuzekom  17 , J F J van den Brand  17   43   72 , C Van Den Broeck  17   69 , L van der Schaaf  17 , M Vardaro  17   76 , M Vasúth  25 , G Vedovato  29 , D Verkindt  16 , F Vetrano  32 , A Viceré  32   33 , J-Y Vinet  34 , H Vocca  26   27 , R C Walet  17 , M Was  16 , A Zadrożny  74 , T Zelenova  13 , J-P Zendri  29 ; Virgo Collaboration; M Mehmet  96 , H Vahlbruch  96 , H Lück  96 , K Danzmann  96
Affiliations
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Quantum Backaction on kg-Scale Mirrors: Observation of Radiation Pressure Noise in the Advanced Virgo Detector

F Acernese et al. Phys Rev Lett. .
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Abstract

The quantum radiation pressure and the quantum shot noise in laser-interferometric gravitational wave detectors constitute a macroscopic manifestation of the Heisenberg inequality. If quantum shot noise can be easily observed, the observation of quantum radiation pressure noise has been elusive, so far, due to the technical noise competing with quantum effects. Here, we discuss the evidence of quantum radiation pressure noise in the Advanced Virgo gravitational wave detector. In our experiment, we inject squeezed vacuum states of light into the interferometer in order to manipulate the quantum backaction on the 42 kg mirrors and observe the corresponding quantum noise driven displacement at frequencies between 30 and 70 Hz. The experimental data, obtained in various interferometer configurations, is tested against the Advanced Virgo detector quantum noise model which confirmed the measured magnitude of quantum radiation pressure noise.

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