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Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs

Der nächste Nachweis wird noch genauer

Die erste direkte Messung von Gravitationswellen - diese sensationelle Entdeckung ist kürzlich Physikern des amerikanischen Observatoriums LIGO gelungen. Nun laufen die Vorbereitungen für Nachfolgeexperimente: Spiegel von Wiener Physikern sollen den Messapparat noch genauer machen.

Gravitationswellen 23.02.2016

Markus Aspelmeyer und Garrett Cole, Physikprofessoren an der Uni Wien, haben vor zehn Jahren noch an einem Projekt gearbeitet, bei dem sie Quanteneigenschaften an makroskopischen (mit dem freien Auge sichtbaren) Objekten nachzuweisen versuchten.

Ö1-Sendungshinweis

Über dieses Thema berichtet heute auch "Wissen aktuell", 23.2.2016, 13.55 Uhr.

Heute sind sie Gründer des jungen Unternehmens "Crystalline Mirror Solutions", welches die genauesten und präzisesten Spiegel anbietet, die die Physik derzeit zu bieten hat. In Zukunft wollen sie mit LIGO ("Laser Interferometer Gravitation Wave Observatory") zusammenarbeiten - und durch Ihre Spiegel zur Verbesserung der nächsten Generation an Gravitationswellendetektoren beitragen.

Wie man Gravitationswellen nachweist

Ganz simpel erklärt funktioniert die Messung von Gravitationswellen so: In einem Abstand von vier Kilometern haben die Forscher zwei Spiegel aufgebaut, zwischen denen ein Laserstrahl hin und her reflektiert wird. Dieser Apparat ist, wie die Physiker sagen, ein "optischer Resonator".

Wenn nun eine Gravitationswelle durch diesen optischen Resonator durchsaust, verändert sich für kurze Zeit die Raumzeit und somit der Abstand zwischen den beiden Spiegeln. Diese Veränderung des Abstandes macht sich im Laserstrahl bemerkbar - und kann somit gemessen werden.

Diese Veränderung ist aber extrem gering, weshalb die Spiegel sehr genau sein müssen. Ob diese Genauigkeit gewährleistet werden kann oder nicht, hängt vor allem von der Beschichtung der Spiegel ab.

Die Genauigkeit liegt in der Beschichtung

Die aktuell verwendeten Spiegel sind bereits präzise genug ,um Gravitationswellen zu messen - aber es ist durchaus möglich, noch genauer zu messen, sagt Markus Aspelmeyer: "Crystal Mirror Solutions" will für die nächste Generation an Gravitationswellendetektoren Spiegel zur Verfügung stellen, die keine "normale" Glasbeschichtung besitzen, sondern eine Halbleiterschicht. Die Glasbeschichtung ist zwar nur sechs Mikrometer dick - also ungefähr ein Zehntel eines menschlichen Haars - limitiert aber trotzdem die Auflösung der Detektoren.

Die Halbleiterschicht ist eine einkristalline Beschichtung, also eine einheitliche, homogene Kristallgitterschicht. Der verwendete Halbleiter ist Galliumarsenid. Er kommt auch in Handys zur Anwendung. Diese Beschichtung hat dieselben optischen aber viel bessere mechanische Eigenschaften als die jetzt verwendete Glasschicht und wird in Zukunft noch genauere Ergebnisse ermöglichen.

Dämpfung der Vibrationen

Nachdem die Spiegel so empfindlich auf Abstandsänderungen reagieren, könnte man sich die Frage stellen: Wieso reagieren sie nicht auf alltägliche Dinge? Könnte etwa ein vorbeifahrendes Auto oder ein Flugzeug die Messungen verrauschen?

Im Prinzip ja, sagt Aspelmeyer. Deshalb seien im Laufe der letzten 30 Jahre spezielle Isolatoren entworfen worden, die alle Vibrationen um mindestens den Faktor eine Million abdämpfen. Diese Isolatoren stellen sicher, dass die Spiegel nicht durch Signale aus der Umwelt gestört werden.

Katharina Karlhofer, Ö1-Wissenschaft

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