Advance and prospect in the study of laser interferometry technology for space gravitational wave detection

被引：8

作者：

Wang, Juan ^{[1
]}

Qi, KeQi ^{[1
]}

Wang, ShaoXin ^{[1
]}

Gao, RuiHong ^{[1
]}

Li, Pan ^{[1
]}

Yang, Ran ^{[1
]}

Liu, HeShan ^{[1
]}

Luo, ZiRen ^{[1
,2
]}

机构：

[1] Chinese Acad Sci, Natl Micrograv Lab, Inst Mech, Beijing 100190, Peoples R China

[2] Chinese Acad Sci UCAS, Hangzhou Inst Adv Study, Sch Fundamental Phys & Math Sci, Hangzhou 310024, Peoples R China

来源：

SCIENTIA SINICA-PHYSICA MECHANICA & ASTRONOMICA | 2024年 / 54卷 / 07期

关键词：

space gravitational wave detection; laser interferometry technology; interferometer noise analysis; NOISE SOURCES; LISA; TELESCOPE; LOCKING;

D O I：

10.1360/SSPMA-2024-0111

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

With the successful detection of ground gravitational waves, space gravitational wave detection, targeting lower frequency bands and wider target wave sources and reflecting more astrophysical phenomena, has been receiving increasing attention from many research teams in various countries. To clarify the development level and limiting factors of the current gravitational wave detection program and prepare for the improvement of the interferometer measurement level in the next step, this article focuses on laser interferometry technology. On the one hand, it reviews the principle of space gravitational wave detection and the in-orbit detection results of typical detection projects at home and abroad. On the other hand, the overall layout of the interferometric measurement system is demonstrated, and the impact mechanisms and suppression methods for main noise sources are introduced.

引用

页数：19

共 102 条

[1] Advanced LIGO [J].

Aasi, J. ;

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. ;

Abernathy, M. R. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. ;

Affeldt, C. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Alemic, A. ;

Allen, B. ;

Amariutei, D. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Arceneaux, C. ;

Areeda, J. S. ;

Ashton, G. ;

Ast, S. ;

Aston, S. M. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

Aylott, B. E. ;

Babak, S. ;

Baker, P. T. ;

Ballmer, S. W. ;

Barayoga, J. C. ;

Barbet, M. ;

Barclay, S. ;

Barish, B. C. ;

Barker, D. ;

Barr, B. ;

Barsotti, L. ;

Bartlett, J. ;

Barton, M. A. ;

Bartos, I. ;

Bassiri, R. ;

Batch, J. C. ;

Baune, C. ;

Behnke, B. ;

Bell, A. S. ;

Bell, C. .

CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2015, 32 (07)

[2]

Abbott BP, 2016, LIVING REV RELATIV, V19, DOI [10.1007/lrr-2016-1, 10.1007/s41114-018-0012-9]

[3] In-Orbit Performance of the GRACE Follow-on Laser Ranging Interferometer [J].

Abich, Klaus ;

Abramovici, Alexander ;

Amparan, Bengie ;

Baatzsch, Andreas ;

Okihiro, Brian Bachman ;

Barr, David C. ;

Bize, Maxime P. ;

Bogan, Christina ;

Braxmaier, Claus ;

Burke, Michael J. ;

Clark, Ken C. ;

Dahl, Christian ;

Dahl, Katrin ;

Danzmann, Karsten ;

Davis, Mike A. ;

de Vine, Glenn ;

Dickson, Jeffrey A. ;

Dubovitsky, Serge ;

Eckardt, Andreas ;

Ester, Thomas ;

Barranco, German Fernandez ;

Flatscher, Reinhold ;

Flechtner, Frank ;

Folkner, William M. ;

Francis, Samuel ;

Gilbert, Martin S. ;

Gilles, Frank ;

Gohlke, Martin ;

Grossard, Nicolas ;

Guenther, Burghardt ;

Hager, Philipp ;

Hauden, Jerome ;

Heine, Frank ;

Heinzel, Gerhard ;

Herding, Mark ;

Hinz, Martin ;

Howell, James ;

Katsumura, Mark ;

Kaufer, Marina ;

Klipstein, William ;

Koch, Alexander ;

Kruger, Micah ;

Larsen, Kameron ;

Lebeda, Anton ;

Lebeda, Arnold ;

Leikert, Thomas ;

Liebe, Carl Christian ;

Liu, Jehhal ;

Lobmeyer, Lynette ;

Mahrdt, Christoph .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2019, 123 (03)

[4] Vibration isolation system with a compact damping system for power recycling mirrors of KAGRA [J].

Akiyama, Y. ;

Akutsu, T. ;

Ando, M. ;

Arai, K. ;

Arai, Y. ;

Araki, S. ;

Araya, A. ;

Aritomi, N. ;

Asada, H. ;

Aso, Y. ;

Bae, S. ;

Baiotti, L. ;

Barton, M. A. ;

Cannon, K. ;

Capocasa, E. ;

Chen, C-S ;

Chiu, T-W ;

Cho, K. ;

Chu, Y-K ;

Craig, K. ;

Dattilo, V ;

Doi, K. ;

Enomoto, Y. ;

Flaminio, R. ;

Fujii, Y. ;

Fujimoto, M-K ;

Fukunaga, M. ;

Fukushima, M. ;

Furuhata, T. ;

Haino, S. ;

Hasegawa, K. ;

Hashimoto, Y. ;

Hashino, K. ;

Hayama, K. ;

Hirayama, T. ;

Hirose, E. ;

Hsieh, B. H. ;

Huang, C-Z ;

Ikenoue, B. ;

Inoue, Y. ;

Ioka, K. ;

Itoh, Y. ;

Izumi, K. ;

Kaji, T. ;

Kajita, T. ;

Kakizaki, M. ;

Kamiizumi, M. ;

Kanbara, S. ;

Kanda, N. ;

Kanemura, S. .

CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2019, 36 (09)

[5]

Amaro-Seoane P, 2017, Arxiv, DOI arXiv:1702.00786

[6] The LTP experiment on the LISA Pathfinder mission [J].

Anza, S ;

Armano, M ;

Balaguer, E ;

Benedetti, M ;

Boatella, C ;

Bosetti, P ;

Bortoluzzi, D ;

Brandt, N ;

Braxmaier, C ;

Caldwell, M ;

Carbone, L ;

Cavalleri, A ;

Ciccolella, A ;

Cristofolini, I ;

Cruise, M ;

Da Lio, M ;

Danzmann, K ;

Desiderio, D ;

Dolesi, R ;

Dunbar, N ;

Fichter, W ;

Garcia, C ;

Garcia-Berro, E ;

Marin, AFG ;

Gerndt, R ;

Gianolio, A ;

Giardini, D ;

Gruenagel, R ;

Hammesfahr, A ;

Heinzel, G ;

Hough, J ;

Hoyland, D ;

Hueller, M ;

Jennrich, O ;

Johann, U ;

Kemble, S ;

Killow, C ;

Kolbe, D ;

Landgraf, M ;

Lobo, A ;

Lorizzo, V ;

Mance, D ;

Middleton, K ;

Nappo, F ;

Nofrarias, M ;

Racca, G ;

Ramos, J ;

Robertson, D ;

Sallusti, M ;

Sandford, M .

CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2005, 22 (10) :S125-S138

[7] Sensor noise in LISA Pathfinder: An extensive in-flight review of the angular and longitudinal interferometric measurement system [J].

Armano, M. ;

Audley, H. ;

Baird, J. ;

Binetruy, P. ;

Born, M. ;

Bortoluzzi, D. ;

Brandt, N. ;

Castelli, E. ;

Cavalleri, A. ;

Cesarini, A. ;

Cruise, A. M. ;

Danzmann, K. ;

Silva, M. de Deus ;

Diepholz, I. ;

Dixon, G. ;

Dolesi, R. ;

Ferraioli, L. ;

Ferroni, V. ;

Fitzsimons, E. D. ;

Flatscher, R. ;

Freschi, M. ;

Garcia, A. ;

Gerndt, R. ;

Gesa, L. ;

Giardini, D. ;

Gibert, F. ;

Giusteri, R. ;

Grimani, C. ;

Grzymisch, J. ;

Guzman, F. ;

Harrison, I. ;

Hartig, M-S ;

Hechenblaikner, G. ;

Heinzel, G. ;

Hewitson, M. ;

Hollington, D. ;

Hoyland, D. ;

Hueller, M. ;

Inchauspe, H. ;

Jennrich, O. ;

Jetzer, P. ;

Johann, U. ;

Johlander, B. ;

Karnesis, N. ;

Kaune, B. ;

Killow, C. J. ;

Korsakova, N. ;

Lobo, J. A. ;

Lopez-Zaragoza, J. P. ;

Maarschalkerweerd, R. .

PHYSICAL REVIEW D, 2022, 106 (08)

[8] Sensor Noise in LISA Pathfinder: In-Flight Performance of the Optical Test Mass Readout [J].

Armano, M. ;

Audley, H. ;

Baird, J. ;

Binetruy, P. ;

Born, M. ;

Bortoluzzi, D. ;

Brandt, N. ;

Castelli, E. ;

Cavalleri, A. ;

Cesarini, A. ;

Cruise, A. M. ;

Danzmann, K. ;

Silva, M. de Deus ;

Diepholz, I ;

Dixon, G. ;

Dolesi, R. ;

Ferraioli, L. ;

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Fitzsimons, E. D. ;

Flatscher, R. ;

Freschi, M. ;

Garcia, A. ;

Gerndt, R. ;

Gesa, L. ;

Giardini, D. ;

Gibert, F. ;

Giusteri, R. ;

Grimani, C. ;

Grzymisch, J. ;

Guzman, F. ;

Harrison, I ;

Hartig, M-S ;

Heinzel, G. ;

Hewitson, M. ;

Hollington, D. ;

Hoyland, D. ;

Hueller, M. ;

Inchauspe, H. ;

Jennrich, O. ;

Jetzer, P. ;

Johann, U. ;

Johlander, B. ;

Karnesis, N. ;

Kaune, B. ;

Killow, C. J. ;

Korsakova, N. ;

Lobo, J. A. ;

Liu, L. ;

Lopez-Zaragoza, J. P. ;

Maarschalkerweerd, R. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2021, 126 (13)

[9] Temperature stability in the sub-milliHertz band with LISA Pathfinder [J].

Armano, M. ;

Audley, H. ;

Baird, J. ;

Binetruy, P. ;

Born, M. ;

Bortoluzzi, D. ;

Castelli, E. ;

Cavalleri, A. ;

Cesarini, A. ;

Cruise, A. M. ;

Danzmann, K. ;

de Deus Silva, M. ;

Diepholz, I. ;

Dixon, G. ;

Dolesi, R. ;

Ferraioli, L. ;

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Heinzel, G. ;

Hewitson, M. ;

Hollington, D. ;

Hoyland, D. ;

Hueller, M. ;

Inchauspe, H. ;

Jennrich, O. ;

Jetzer, P. ;

Karnesis, N. ;

Kaune, B. ;

Korsakova, N. ;

Killow, C. J. ;

Lobo, J. A. ;

Lloro, I. ;

Liu, L. ;

Lopez-Zaragoza, J. P. ;

Maarschalkerweerd, R. ;

Mance, D. ;

Mansanet, C. ;

Martin, V. ;

Martin-Polo, L. ;

Martino, J. ;

Martin-Porqueras, F. ;

Mateos, I. .

MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 2019, 486 (03) :3368-3379

[10] Beyond the Required LISA Free-Fall Performance: New LISA Pathfinder Results down to 20 μHz [J].

Armano, M. ;

Audley, H. ;

Baird, J. ;

Binetruy, P. ;

Born, M. ;

Bortoluzzi, D. ;

Castelli, E. ;

Cavalleri, A. ;

Cesarini, A. ;

Cruise, A. M. ;

Danzmann, K. ;

de Deus Silva, M. ;

Diepholz, I. ;

Dixon, G. ;

Dolesi, R. ;

Ferraioli, L. ;

Ferroni, V. ;

Fitzsimons, E. D. ;

Freschi, M. ;

Gesa, L. ;

Gibert, F. ;

Giardini, D. ;

Giusteri, R. ;

Grimani, C. ;

Grzymisch, J. ;

Harrison, I. ;

Heinzel, G. ;

Hewitson, M. ;

Hollington, D. ;

Hoyland, D. ;

Hueller, M. ;

Inchauspe, H. ;

Jennrich, O. ;

Jetzer, P. ;

Karnesis, N. ;

Kaune, B. ;

Korsakova, N. ;

Killow, C. J. ;

Lobo, J. A. ;

Lloro, I. ;

Liu, L. ;

Lopez-Zaragoza, J. P. ;

Maarschalkerweerd, R. ;

Mance, D. ;

Meshksar, N. ;

Martin, V. ;

Martin-Polo, L. ;

Martino, J. ;

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Mateos, I. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 120 (06)

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[1] Advanced LIGO [J].

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Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. ;

Affeldt, C. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Alemic, A. ;

Allen, B. ;

Amariutei, D. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Arceneaux, C. ;

Areeda, J. S. ;

Ashton, G. ;

Ast, S. ;

Aston, S. M. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

Aylott, B. E. ;

Babak, S. ;

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Ballmer, S. W. ;

Barayoga, J. C. ;

Barbet, M. ;

Barclay, S. ;

Barish, B. C. ;

Barker, D. ;

Barr, B. ;

Barsotti, L. ;

Bartlett, J. ;

Barton, M. A. ;

Bartos, I. ;

Bassiri, R. ;

Batch, J. C. ;

Baune, C. ;

Behnke, B. ;

Bell, A. S. ;

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CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2015, 32 (07)

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Abramovici, Alexander ;

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Okihiro, Brian Bachman ;

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Dubovitsky, Serge ;

Eckardt, Andreas ;

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Barranco, German Fernandez ;

Flatscher, Reinhold ;

Flechtner, Frank ;

Folkner, William M. ;

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Gilbert, Martin S. ;

Gilles, Frank ;

Gohlke, Martin ;

Grossard, Nicolas ;

Guenther, Burghardt ;

Hager, Philipp ;

Hauden, Jerome ;

Heine, Frank ;

Heinzel, Gerhard ;

Herding, Mark ;

Hinz, Martin ;

Howell, James ;

Katsumura, Mark ;

Kaufer, Marina ;

Klipstein, William ;

Koch, Alexander ;

Kruger, Micah ;

Larsen, Kameron ;

Lebeda, Anton ;

Lebeda, Arnold ;

Leikert, Thomas ;

Liebe, Carl Christian ;

Liu, Jehhal ;

Lobmeyer, Lynette ;

Mahrdt, Christoph .

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[4] Vibration isolation system with a compact damping system for power recycling mirrors of KAGRA [J].

Akiyama, Y. ;

Akutsu, T. ;

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Arai, K. ;

Arai, Y. ;

Araki, S. ;

Araya, A. ;

Aritomi, N. ;

Asada, H. ;

Aso, Y. ;

Bae, S. ;

Baiotti, L. ;

Barton, M. A. ;

Cannon, K. ;

Capocasa, E. ;

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Chiu, T-W ;

Cho, K. ;

Chu, Y-K ;

Craig, K. ;

Dattilo, V ;

Doi, K. ;

Enomoto, Y. ;

Flaminio, R. ;

Fujii, Y. ;

Fujimoto, M-K ;

Fukunaga, M. ;

Fukushima, M. ;

Furuhata, T. ;

Haino, S. ;

Hasegawa, K. ;

Hashimoto, Y. ;

Hashino, K. ;

Hayama, K. ;

Hirayama, T. ;

Hirose, E. ;

Hsieh, B. H. ;

Huang, C-Z ;

Ikenoue, B. ;

Inoue, Y. ;

Ioka, K. ;

Itoh, Y. ;

Izumi, K. ;

Kaji, T. ;

Kajita, T. ;

Kakizaki, M. ;

Kamiizumi, M. ;

Kanbara, S. ;

Kanda, N. ;

Kanemura, S. .

CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2019, 36 (09)

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[6] The LTP experiment on the LISA Pathfinder mission [J].

Anza, S ;

Armano, M ;

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Benedetti, M ;

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Bortoluzzi, D ;

Brandt, N ;

Braxmaier, C ;

Caldwell, M ;

Carbone, L ;

Cavalleri, A ;

Ciccolella, A ;

Cristofolini, I ;

Cruise, M ;

Da Lio, M ;

Danzmann, K ;

Desiderio, D ;

Dolesi, R ;

Dunbar, N ;

Fichter, W ;

Garcia, C ;

Garcia-Berro, E ;

Marin, AFG ;

Gerndt, R ;

Gianolio, A ;

Giardini, D ;

Gruenagel, R ;

Hammesfahr, A ;

Heinzel, G ;

Hough, J ;

Hoyland, D ;

Hueller, M ;

Jennrich, O ;

Johann, U ;

Kemble, S ;

Killow, C ;

Kolbe, D ;

Landgraf, M ;

Lobo, A ;

Lorizzo, V ;

Mance, D ;

Middleton, K ;

Nappo, F ;

Nofrarias, M ;

Racca, G ;

Ramos, J ;

Robertson, D ;

Sallusti, M ;

Sandford, M .

CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2005, 22 (10) :S125-S138

[7] Sensor noise in LISA Pathfinder: An extensive in-flight review of the angular and longitudinal interferometric measurement system [J].

Armano, M. ;

Audley, H. ;

Baird, J. ;

Binetruy, P. ;

Born, M. ;

Bortoluzzi, D. ;

Brandt, N. ;

Castelli, E. ;

Cavalleri, A. ;

Cesarini, A. ;

Cruise, A. M. ;

Danzmann, K. ;

Silva, M. de Deus ;

Diepholz, I. ;

Dixon, G. ;

Dolesi, R. ;

Ferraioli, L. ;

Ferroni, V. ;

Fitzsimons, E. D. ;

Flatscher, R. ;

Freschi, M. ;

Garcia, A. ;

Gerndt, R. ;

Gesa, L. ;

Giardini, D. ;

Gibert, F. ;

Giusteri, R. ;

Grimani, C. ;

Grzymisch, J. ;

Guzman, F. ;

Harrison, I. ;

Hartig, M-S ;

Hechenblaikner, G. ;

Heinzel, G. ;

Hewitson, M. ;

Hollington, D. ;

Hoyland, D. ;

Hueller, M. ;

Inchauspe, H. ;

Jennrich, O. ;

Jetzer, P. ;

Johann, U. ;

Johlander, B. ;

Karnesis, N. ;

Kaune, B. ;

Killow, C. J. ;

Korsakova, N. ;

Lobo, J. A. ;

Lopez-Zaragoza, J. P. ;

Maarschalkerweerd, R. .

PHYSICAL REVIEW D, 2022, 106 (08)

[8] Sensor Noise in LISA Pathfinder: In-Flight Performance of the Optical Test Mass Readout [J].

Armano, M. ;

Audley, H. ;

Baird, J. ;

Binetruy, P. ;

Born, M. ;

Bortoluzzi, D. ;

Brandt, N. ;

Castelli, E. ;

Cavalleri, A. ;

Cesarini, A. ;

Cruise, A. M. ;

Danzmann, K. ;

Silva, M. de Deus ;

Diepholz, I ;

Dixon, G. ;

Dolesi, R. ;

Ferraioli, L. ;

Ferroni, V ;

Fitzsimons, E. D. ;

Flatscher, R. ;

Freschi, M. ;

Garcia, A. ;

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Gesa, L. ;

Giardini, D. ;

Gibert, F. ;

Giusteri, R. ;

Grimani, C. ;

Grzymisch, J. ;

Guzman, F. ;

Harrison, I ;

Hartig, M-S ;

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Hewitson, M. ;

Hollington, D. ;

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Inchauspe, H. ;

Jennrich, O. ;

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Johann, U. ;

Johlander, B. ;

Karnesis, N. ;

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Liu, L. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2021, 126 (13)

[9] Temperature stability in the sub-milliHertz band with LISA Pathfinder [J].

Armano, M. ;

Audley, H. ;

Baird, J. ;

Binetruy, P. ;

Born, M. ;

Bortoluzzi, D. ;

Castelli, E. ;

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Cruise, A. M. ;

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de Deus Silva, M. ;

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Fitzsimons, E. D. ;

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Liu, L. ;

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Martin-Polo, L. ;

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MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 2019, 486 (03) :3368-3379

[10] Beyond the Required LISA Free-Fall Performance: New LISA Pathfinder Results down to 20 μHz [J].

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Diepholz, I. ;

Dixon, G. ;

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Ferraioli, L. ;

Ferroni, V. ;

Fitzsimons, E. D. ;

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Gesa, L. ;

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Grzymisch, J. ;

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Heinzel, G. ;

Hewitson, M. ;

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Hueller, M. ;

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Jetzer, P. ;

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Kaune, B. ;

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