GRAVITATIONSWELLEN
Hochleistungslaser auf dem Weg in die USA
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik
astronews.com
22. Dezember 2010

Die Suche nach Gravitationswellen ist kompliziert und stellt hohe Anforderungen an die verwendeten Instrumente. Wissenschaftler und Laserexperten haben jetzt gemeinsam einen neuen Hochleistungslaser für Gravitationswellendetektoren entwickelt, der diese um einen Faktor Zehn empfindlicher macht. Damit sollte die Chance, in den kommenden Jahren Gravitationswellen zu entdecken, deutlich steigen.

Gravitationswellen sind winzige Verzerrungen in der Raumzeit und wurden bislang noch nicht direkt beobachtet. Bild: NASA / JPL

Die Suche nach den von Einstein postulierten Gravitationswellen gleicht der Suche nach einer Nadel im Heuhaufen, in dem die Nadel zudem noch von ganz ähnlicher Natur ist wie das Heu selbst. Denn kosmische Gravitationswellen, winzige Erschütterungen von Raum und Zeit, sind schwer von irdischen Erschütterungen zu unterscheiden. So sind die Forscher auf effiziente Messinstrumente angewiesen, um ihre Nadeln, die Gravitationswellen, tatsächlich zu finden.

Dafür bauen sie Gravitationswellendetektoren, die nach dem Prinzip der Laserinterferometrie funktionieren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut Hannover, AEI) haben zusammen mit dem Laserzentrum Hannover e. V. (LZH) jüngst einen Hochleistungslaser entwickelt, der bei der nächsten Generation von Gravitationswellendetektoren zum Einsatz kommen wird. Dieser Laser ist nun verschifft worden und auf dem Weg zu LIGO, einem dieser Detektoren in den USA.

Laserpointer blinken gewöhnlich rot oder grün auf - und zwar bei einer recht schwachen Leistung von weniger als 1 mW (Milliwatt). Laser dagegen, wie sie bislang in der Gravitationswellenastronomie Verwendung finden, verfügen über Leistungen von 10-50 Watt. Sie sind also etwa zehntausend mal heller als solche, die wir im Alltag benutzen. Zudem sind diese Lichtquellen für das menschliche Auge unsichtbar, denn sie arbeiten im infraroten Frequenzbereich. Gerade diese beiden Eigenschaften machen Hochleistungslaser besonders wertvoll für Forschungszwecke. Die optischen Systeme der Gravitationswelleninterferometer "sehen" nämlich besonders scharf bei infraroten Wellenlängen. Außerdem: Je höher die Leistung eines Lasers ist, um so präziser messen die Detektoren.

Der neue Hochleistungslaser, den die Wissenschaftler unter der Leitung von Dr. Benno Willke vom AEI für diese Zwecke entwickelt haben, strahlt noch einmal um das rund Zehnfache stärker als seine Vorgänger. Er besitzt eine Leistung von 200 W bei einer Wellenlänge von 1064 Nanometer und zeichnet sich durch bisher unerreichte Stabilität von Leistung und Frequenz aus. Damit ist er weltweit der erste seiner Art, den die Wissenschaftler in einen Gravitationswellendetektor einbauen werden.

Bei LIGO im amerikanischen Livingston angekommen soll der Laser eine neue Ära bei den Gravitationswellendetektoren einleiten. "Hochleistungslaser dieser Art werden bei der neuen Generation von Gravitationswellendetektoren wie Advanced LIGO zum Einsatz kommen", so Willke. "Damit lässt sich die Messempfindlichkeit dieser Detektoren noch einmal um einen Faktor 10 verbessern."  Und Prof. Karsten Danzmann, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Hannover, und Leiter des Instituts für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover ergänzt: "Damit wird auch die Wahrscheinlichkeit, Gravitationswellen direkt zu messen, in den nächsten Jahren deutlich steigen".

Das Konzept für den Laser haben die Physiker in der Arbeitsgruppe um Benno Willke vom AEI und dem Laserzentrum Hannover e. V. in enger Kooperation erarbeitet. Der Laser selbst wurde am LZH entwickelt und gebaut. Die Wissenschaftler am AEI haben die Komponenten für die Stabilisierung des Lasers entwickelt und in den letzten Wochen getestet. Nun befinden sich Laser und Stabilisierungskomponenten, gut gepolstert und wasserdicht verpackt, in einem Container auf einem Frachtschiff.