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Phys Rev Lett. 2019 Dec 06;123(23):231108. doi: 10.1103/PhysRevLett.123.231108.

Increasing the Astrophysical Reach of the Advanced Virgo Detector via the Application of Squeezed Vacuum States of Light.

Physical review letters

F Acernese, M Agathos, L Aiello, A Allocca, A Amato, S Ansoldi, S Antier, M Arène, N Arnaud, S Ascenzi, P Astone, F Aubin, S Babak, P Bacon, F Badaracco, M K M Bader, J Baird, F Baldaccini, G Ballardin, G Baltus, C Barbieri, P Barneo, F Barone, M Barsuglia, D Barta, A Basti, M Bawaj, M Bazzan, M Bejger, I Belahcene, S Bernuzzi, D Bersanetti, A Bertolini, M Bischi, M Bitossi, M A Bizouard, F Bobba, M Boer, G Bogaert, F Bondu, R Bonnand, B A Boom, V Boschi, Y Bouffanais, A Bozzi, C Bradaschia, M Branchesi, M Breschi, T Briant, F Brighenti, A Brillet, J Brooks, G Bruno, T Bulik, H J Bulten, D Buskulic, G Cagnoli, E Calloni, M Canepa, G Carapella, F Carbognani, G Carullo, J Casanueva Diaz, C Casentini, J Castañeda, S Caudill, F Cavalier, R Cavalieri, G Cella, P Cerdá-Durán, E Cesarini, O Chaibi, E Chassande-Mottin, F Chiadini, R Chierici, A Chincarini, A Chiummo, N Christensen, S Chua, G Ciani, P Ciecielag, M Cieślar, R Ciolfi, F Cipriano, A Cirone, S Clesse, F Cleva, E Coccia, P-F Cohadon, D Cohen, M Colpi, L Conti, I Cordero-Carrión, S Corezzi, D Corre, S Cortese, J-P Coulon, M Croquette, J-R Cudell, E Cuoco, M Curylo, B D'Angelo, S D'Antonio, V Dattilo, M Davier, J Degallaix, M De Laurentis, S Deléglise, W Del Pozzo, R De Pietri, R De Rosa, C De Rossi, T Dietrich, L Di Fiore, C Di Giorgio, F Di Giovanni, M Di Giovanni, T Di Girolamo, A Di Lieto, S Di Pace, I Di Palma, F Di Renzo, M Drago, J-G Ducoin, O Durante, D D'Urso, M Eisenmann, L Errico, D Estevez, V Fafone, S Farinon, F Feng, E Fenyvesi, I Ferrante, F Fidecaro, I Fiori, D Fiorucci, R Fittipaldi, V Fiumara, R Flaminio, J A Font, J-D Fournier, S Frasca, F Frasconi, V Frey, G Fronzè, F Garufi, G Gemme, E Genin, A Gennai, Archisman Ghosh, B Giacomazzo, M Gosselin, R Gouaty, A Grado, M Granata, G Greco, G Grignani, A Grimaldi, S J Grimm, P Gruning, G M Guidi, G Guixé, Y Guo, P Gupta, O Halim, T Harder, J Harms, A Heidmann, H Heitmann, P Hello, G Hemming, E Hennes, T Hinderer, D Hofman, D Huet, V Hui, B Idzkowski, A Iess, G Intini, J-M Isac, T Jacqmin, P Jaranowski, R J G Jonker, S Katsanevas, F Kéfélian, I Khan, N Khetan, G Koekoek, S Koley, A Królak, A Kutynia, D Laghi, A Lamberts, I La Rosa, A Lartaux-Vollard, C Lazzaro, P Leaci, N Leroy, N Letendre, F Linde, M Llorens-Monteagudo, A Longo, M Lorenzini, V Loriette, G Losurdo, D Lumaca, A Macquet, E Majorana, I Maksimovic, N Man, V Mangano, M Mantovani, M Mapelli, F Marchesoni, F Marion, A Marquina, S Marsat, F Martelli, V Martinez, A Masserot, S Mastrogiovanni, E Mejuto Villa, L Mereni, M Merzougui, R Metzdorff, A Miani, C Michel, L Milano, A Miller, E Milotti, O Minazzoli, Y Minenkov, M Montani, F Morawski, B Mours, F Muciaccia, A Nagar, I Nardecchia, L Naticchioni, J Neilson, G Nelemans, C Nguyen, D Nichols, S Nissanke, F Nocera, G Oganesyan, C Olivetto, G Pagano, G Pagliaroli, C Palomba, P T H Pang, F Pannarale, F Paoletti, A Paoli, D Pascucci, A Pasqualetti, R Passaquieti, D Passuello, B Patricelli, A Perego, M Pegoraro, C Périgois, A Perreca, S Perriès, K S Phukon, O J Piccinni, M Pichot, M Piendibene, F Piergiovanni, V Pierro, G Pillant, L Pinard, I M Pinto, K Piotrzkowski, W Plastino, R Poggiani, P Popolizio, E K Porter, M Prevedelli, M Principe, G A Prodi, M Punturo, P Puppo, G Raaijmakers, N Radulesco, P Rapagnani, M Razzano, T Regimbau, L Rei, P Rettegno, F Ricci, G Riemenschneider, F Robinet, A Rocchi, L Rolland, M Romanelli, R Romano, D Rosińska, P Ruggi, O S Salafia, L Salconi, A Samajdar, N Sanchis-Gual, E Santos, B Sassolas, O Sauter, S Sayah, D Sentenac, V Sequino, A Sharma, M Sieniawska, N Singh, A Singhal, V Sipala, V Sordini, F Sorrentino, M Spera, C Stachie, D A Steer, G Stratta, A Sur, B L Swinkels, M Tacca, A J Tanasijczuk, E N Tapia San Martin, S Tiwari, M Tonelli, A Torres-Forné, I Tosta E Melo, F Travasso, M C Tringali, A Trovato, K W Tsang, M Turconi, M Valentini, N van Bakel, M van Beuzekom, J F J van den Brand, C Van Den Broeck, L van der Schaaf, M Vardaro, M Vasúth, G Vedovato, D Verkindt, F Vetrano, A Viceré, J-Y Vinet, H Vocca, R Walet, M Was, A Zadrożny, T Zelenova, J-P Zendri, Henning Vahlbruch, Moritz Mehmet, Harald Lück, Karsten Danzmann

Affiliations

  1. Dipartimento di Farmacia, Università di Salerno, I-84084 Fisciano, Salerno, Italy.
  2. INFN, Sezione di Napoli, Complesso Universitario di Monte S.Angelo, I-80126 Napoli, Italy.
  3. Theoretisch-Physikalisches Institut, Friedrich-Schiller-Universität Jena, D-07743 Jena, Germany.
  4. Gran Sasso Science Institute (GSSI), I-67100 L'Aquila, Italy.
  5. INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi, Italy.
  6. INFN, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa, Italy.
  7. Université de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Institut Lumière Matière, F-69622 Villeurbanne, France.
  8. Dipartimento di Matematica e Informatica, Università di Udine, I-33100 Udine, Italy.
  9. INFN, Sezione di Trieste, I-34127 Trieste, Italy.
  10. APC, AstroParticule et Cosmologie, Université Paris Diderot, CNRS/IN2P3, CEA/Irfu, Observatoire de Paris, Sorbonne Paris Cité, F-75205 Paris Cedex 13, France.
  11. LAL, Univ. Paris-Sud, CNRS/IN2P3, Université Paris-Saclay, F-91898 Orsay, France.
  12. European Gravitational Observatory (EGO), I-56021 Cascina, Pisa, Italy.
  13. INFN, Sezione di Roma Tor Vergata, I-00133 Roma, Italy.
  14. INFN, Sezione di Roma, I-00185 Roma, Italy.
  15. Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (LAPP), Univ. Grenoble Alpes, Université Savoie Mont Blanc, CNRS/IN2P3, F-74941 Annecy, France.
  16. Nikhef, Science Park 105, 1098 XG Amsterdam, The Netherlands.
  17. Università di Perugia, I-06123 Perugia, Italy.
  18. INFN, Sezione di Perugia, I-06123 Perugia, Italy.
  19. Université de Liège, B-4000 Liège, Belgium.
  20. Università degli Studi di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy.
  21. INFN, Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy.
  22. Departament de Física Quàntica i Astrofísica, Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB), Universitat de Barcelona (IEEC-UB), E-08028 Barcelona, Spain.
  23. Dipartimento di Medicina, Chirurgia e Odontoiatria "Scuola Medica Salernitana," Università di Salerno, I-84081 Baronissi, Salerno, Italy.
  24. Wigner RCP, RMKI, H-1121 Budapest, Konkoly Thege Miklós út 29-33, Hungary.
  25. Università di Pisa, I-56127 Pisa, Italy.
  26. Università di Camerino, Dipartimento di Fisica, I-62032 Camerino, Italy.
  27. Università di Padova, Dipartimento di Fisica e Astronomia, I-35131 Padova, Italy.
  28. INFN, Sezione di Padova, I-35131 Padova, Italy.
  29. Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Polish Academy of Sciences, 00-716, Warsaw, Poland.
  30. INFN, Sezione di Genova, I-16146 Genova, Italy.
  31. Università degli Studi di Urbino "Carlo Bo," I-61029 Urbino, Italy.
  32. INFN, Sezione di Firenze, I-50019 Sesto Fiorentino, Firenze, Italy.
  33. Artemis, Université Côte d'Azur, Observatoire Côte d'Azur, CNRS, CS 34229, F-06304 Nice Cedex 4, France.
  34. Dipartimento di Fisica "E.R. Caianiello," Università di Salerno, I-84084 Fisciano, Salerno, Italy.
  35. INFN, Sezione di Napoli, Gruppo Collegato di Salerno, Complesso Universitario di Monte S. Angelo, I-80126 Napoli, Italy.
  36. Univ Rennes, CNRS, Institut FOTON-UMR6082, F-3500 Rennes, France.
  37. Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Université, CNRS, ENS-Université PSL, Collège de France, F-75005 Paris, France.
  38. Université catholique de Louvain, B-1348 Louvain-la-Neuve, Belgium.
  39. Astronomical Observatory Warsaw University, 00-478 Warsaw, Poland.
  40. VU University Amsterdam, 1081 HV Amsterdam, The Netherlands.
  41. Università di Napoli "Federico II," Complesso Universitario di Monte S.Angelo, I-80126 Napoli, Italy.
  42. Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Genova, I-16146 Genova, Italy.
  43. Università di Roma Tor Vergata, I-00133 Roma, Italy.
  44. Departamento de Astronomía y Astrofísica, Universitat de València, E-46100 Burjassot, València, Spain.
  45. Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "Enrico Fermi," I-00184 Roma, Italy.
  46. Dipartimento di Ingegneria Industriale (DIIN), Università di Salerno, I-84084 Fisciano, Salerno, Italy.
  47. Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (IP2I)-UMR 5822, Université de Lyon, Université Claude Bernard, CNRS, F-69622 Villeurbanne, France.
  48. INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, I-35122 Padova, Italy.
  49. Departamento de Matemáticas, Universitat de València, E-46100 Burjassot, València, Spain.
  50. Laboratoire des Matériaux Avancés (LMA), IP2I-UMR 5822, CNRS, Université de Lyon, F-69622 Villeurbanne, France.
  51. Dipartimento di Scienze Matematiche, Fisiche e Informatiche, Università di Parma, I-43124 Parma, Italy.
  52. INFN, Sezione di Milano Bicocca, Gruppo Collegato di Parma, I-43124 Parma, Italy.
  53. Università di Trento, Dipartimento di Fisica, I-38123 Povo, Trento, Italy.
  54. INFN, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications, I-38123 Povo, Trento, Italy.
  55. Università di Roma "La Sapienza," I-00185 Roma, Italy.
  56. Università degli Studi di Sassari, I-07100 Sassari, Italy.
  57. INFN, Laboratori Nazionali del Sud, I-95125 Catania, Italy.
  58. Institute for Nuclear Research (Atomki), Hungarian Academy of Sciences, Bem tér 18/c, H-4026 Debrecen, Hungary.
  59. CNR-SPIN, c/o Università di Salerno, I-84084 Fisciano, Salerno, Italy.
  60. Scuola di Ingegneria, Università della Basilicata, I-85100 Potenza, Italy.
  61. National Astronomical Observatory of Japan, 2-21-1 Osawa, Mitaka, Tokyo 181-8588, Japan.
  62. Observatori Astronòmic, Universitat de València, E-46980 Paterna, València, Spain.
  63. INFN Sezione di Torino, I-10125 Torino, Italy.
  64. Delta Institute for Theoretical Physics, Science Park 904, 1090 GL Amsterdam, The Netherlands.
  65. Lorentz Institute, Leiden University, PO Box 9506, Leiden 2300 RA, The Netherlands.
  66. GRAPPA, Anton Pannekoek Institute for Astronomy and Institute for High-Energy Physics, University of Amsterdam, Science Park 904, 1098 XH Amsterdam, The Netherlands.
  67. INAF, Osservatorio Astronomico di Capodimonte, I-80131 Napoli, Italy.
  68. University of Bia?ystok, 15-424 Bia?ystok, Poland.
  69. Maastricht University, P.O. Box 616, 6200 MD Maastricht, Netherlands.
  70. NCBJ, 05-400 ?wierk-Otwock, Poland.
  71. Institute of Mathematics, Polish Academy of Sciences, 00656 Warsaw, Poland.
  72. Lagrange, Université Côte d'Azur, Observatoire Côte d'Azur, CNRS, CS 34229, F-06304 Nice Cedex 4, France.
  73. Institute for High-Energy Physics, University of Amsterdam, Science Park 904, 1098 XH Amsterdam, Netherlands.
  74. Dipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre, I-00146 Roma, Italy.
  75. INFN, Sezione di Roma Tre, I-00146 Roma, Italy.
  76. ESPCI, CNRS, F-75005 Paris, France.
  77. Center for Phononics and Thermal Energy Science, School of Physics Science and Engineering, Tongji University, 200092 Shanghai, People's Republic of China.
  78. Dipartimento di Ingegneria, Università del Sannio, I-82100 Benevento, Italy.
  79. Dipartimento di Fisica, Università di Trieste, I-34127 Trieste, Italy.
  80. Centre Scientifique de Monaco, 8 quai Antoine Ier, MC-98000, Monaco.
  81. Université de Strasbourg, CNRS, IPHC UMR 7178, F-67000 Strasbourg, France.
  82. Institut des Hautes Etudes Scientifiques, F-91440 Bures-sur-Yvette, France.
  83. Department of Astrophysics/IMAPP, Radboud University Nijmegen, P.O. Box 9010, 6500 GL Nijmegen, The Netherlands.
  84. Department of Physics and Astronomy, Bologna University, I-40126 Bologna, Italy.
  85. Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, I-10125 Torino, Italy.
  86. INAF, Osservatorio Astronomico di Brera sede di Merate, I-23807 Merate, Lecco, Italy.
  87. Centro de Astrofísica e Gravitação (CENTRA), Departamento de Física, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, 1049-001 Lisboa, Portugal.
  88. INAF, Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio, I-40129 Bologna, Italy.
  89. Max Planck Institute for Gravitationalphysik (Albert Einstein Institute), D-14476 Potsdam-Golm, Germany.
  90. Department of Physics, Utrecht University, 3584CC Utrecht, Netherlands.
  91. Institut für Gravitationsphysik, Leibniz Universität Hannover and Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), Callinstr. 38, 30167 Hannover, Germany.

PMID: 31868444 DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.231108

Abstract

Current interferometric gravitational-wave detectors are limited by quantum noise over a wide range of their measurement bandwidth. One method to overcome the quantum limit is the injection of squeezed vacuum states of light into the interferometer's dark port. Here, we report on the successful application of this quantum technology to improve the shot noise limited sensitivity of the Advanced Virgo gravitational-wave detector. A sensitivity enhancement of up to 3.2±0.1  dB beyond the shot noise limit is achieved. This nonclassical improvement corresponds to a 5%-8% increase of the binary neutron star horizon. The squeezing injection was fully automated and over the first 5 months of the third joint LIGO-Virgo observation run O3 squeezing was applied for more than 99% of the science time. During this period several gravitational-wave candidates have been recorded.

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