Le premier objectif scientifique de LISAPathfinder est de mesurer les mouvements non-géodésiques relatifs entre les deux masses liés aux bruits résiduels.
Ces mesures sont effectuées selon le schéma de contrôle suivant:
- Le satellite en chute libre est configuré pour maintenir la masse-test 1 au centre de son logement, en utilisant un interféromètre (o1) mesurant les déplacements de la masse-test 1 par rapport au banc optique.
- La masse-test 2 est alors contrôlée, avec une force électrostatique faible, pour fixer la distance entre les deux masses en utilisant l’interféromètre o12.
A partir des signaux mesurés, en particulier de o12, on obtient la différence de forces par unité de masse agissant sur les deux masses-test. Cette valeur, qu’on appelle Δg = g2 – g1, est la différence d’accélération qui serait présente entre les deux masses-test en l’absence de toute autre force appliquée et d’effet du satellite, observationnellement équivalente à une différence du champ gravitationnel.
Pour calculer Δg à partir des signaux mesurés o1 et o12, on applique les équations de Newton au système du satellite et des deux masses-test, en considérant les forces électrostatiques appliquées sur la masse-test 2, FES, et les fréquences de résonnance angulaire effective associées aux couplages électrostatiques - associées à des gradients de forces constantes - entre chaque masse-test et le satellite , ω1p2 et ω2p2.
On obtient la valeur de Δg à partir de l'équation ci-contre.
Le dernier terme entre crochets fait intervenir le bruit de l'interféromètre différentiel, n12, et l'interféromètre masse-test TM1 - satellite. Cela entre directement dans le signal l'accélération différentielle "nominale" (via l'accélération angulaire) mais aussi dans le calcul des termes de couplage électrostatique.
L'objectif officiel de la mission LISAPathfinder nécessite que le bruit d'accélération différentielle, Δg, soit inférieur à 30 fm/s2/√Hz à 1 mHz. La meilleur estimation - basée sur de nombreuses expériences au sol, l'analyse des équipements de vol et la connaissance des bruits environnementaux - montre qu'on pourrait atteindre un niveau environ 3 fois plus bas et même peut-être mieux en mode chute libre.