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重力波物理の最前線

書籍情報
シリーズ名基本法則から読み解く物理学最前線 【17】巻
ISBN978-4-320-03537-9
判型A5 
ページ数200ページ
発行年月2018年03月
本体価格2,000円
重力波物理の最前線 書影
重力波物理の最前線

 2015年9月14日,米国の重力波観測装置 Advanced LIGO の研究チームが,史上初めて重力波の直接検出に成功した。一般相対性理論の提唱から100年,アインシュタインの最後の宿題といわれた「重力波」の存在を実証した瞬間であった。この業績により,LIGOプロジェクトのメンバーに2017年ノーベル物理学賞が授与された。
 本書は,LIGOプロジェクトで「ノイズハンター」の異名をとり,日本の観測施設KAGRAの主要メンバーとして活躍する川村静児氏による,重力波に関する本格的な解説書である。
 本書では,重力波の基礎から解説しはじめ,重力波天文学と重力波の検出方法について詳説する。そして,実際の重力波検出の最前線を,初検出からそれに続く検出と順を追って説明していく。最後に,重力波検出器の将来像とその目指すサイエンスについても紹介する。本書を読破すれば,重力波検出と重力波天文学についての十分な理解と知識が得られるはずである。重力波の初検出から広がる21世紀の夢のサイエンスへの一歩を踏み出してほしい。

目次

第1章 重力波で宇宙を探る

第2章 一般相対性理論と重力波
2.1 一般相対性理論
2.2 重力波
  2.2.1 重力波の導出
  2.2.2 重力波の物質への作用
  2.2.3 重力波の生成

第3章 重力波天文学
3.1 重力波を放射する天体
  3.1.1 中性子星連星
  3.1.2 ブラックホール連星
  3.1.3 パルサー
  3.1.4 超新星爆発
  3.1.5 初期宇宙
3.2 マルチメッセンジャー天文学
  3.2.1 中性子星/中性子星連星あるいは中性子星/ブラックホール連星の合体
  3.2.2 パルサー
  3.2.3 超新星爆発
3.3 重力波観測の発展的応用
  3.3.1 宇宙の膨張の加速度の直接計測
  3.3.2 重力波の余剰次元へのしみだし

第4章 レーザー干渉計による重力波の検出
4.1 基本原理
4.2 検出器の雑音源
  4.2.1 地面振動雑音
  4.2.2 熱雑音
  4.2.3 量子雑音
  4.2.4 その他の雑音
4.3 基本的な検出器の構成
  4.3.1 ファブリペロー・マイケルソン干渉計
  4.3.2 パワーリサイクルド・ファブリペロー・マイケルソン干渉計
  4.3.3 シグナルリサイクルド・マイケルソン干渉計
  4.3.4 レゾナント・サイドバンド・エクストラクション干渉計
  4.3.5 さまざまな干渉計方式の関係
  4.3.6 モードクリーナー
4.4 干渉計の制御
  4.4.1 長さの制御
  4.4.2 アラインメントの制御

第5章 重力波検出器における先進技術
5.1 地面振動雑音低減技術
  5.1.1 倒立振り子
  5.1.2 幾何学的反バネ
5.2 熱雑音低減技術
5.3 量子雑音低減技術
  5.3.1 ポンディロモーティブスクイージング
  5.3.2 インプットスクイージング
  5.3.3 光バネ

第6章 データ解析
6.1 データ取得,較正,ストレインデータの生成
  6.1.1 データ取得システム
  6.1.2 干渉計の較正とストレインデータの生成
6.2 各重力波源に対するデータ解析
  6.2.1 インスパイラル重力波
  6.2.2 連続重力波
  6.2.3 バースト重力波
  6.2.4 背景重力波
  6.3 重力波源の方向

第7章 第1世代検出器と得られたサイエンス
7.1 第1世代検出器
  7.1.1 initial LIGO
  7.1.2 Virgo
  7.1.3 GEO600
  7.1.4 TAMA300
7.2 得られたサイエンス
  7.2.1 GRB070201
  7.2.2 かにパルサー
  7.2.3 背景重力波

第8章 第2世代検出器とその現状
8.1 第2世代検出器
  8.1.1 Advanced LIGO
  8.1.2 Advanced Virgo
  8.1.3 GEO600(高周波)
8.2 第3世代検出器の技術を先取りした第2世代検出器
  8.2.1 CLIO
  8.2.2 KAGRA

第9章 重力波の初検出
9.1 重力波の初検出
9.2 太陽質量の30倍程度のブラックホール連星の成り立ち
9.3 さらなる重力波検出とその意味

第10章 将来の検出器とその目的
10.1 地上の第3世代検出器
  10.1.1 Einstein Telescope
  10.1.2 Cosmic Explorer
10.2 宇宙の検出器
  10.2.1 LISA
  10.2.2 DECIGO

参考図書

参考文献