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StartseiteForschung aktuellGequetschtes Licht12.07.2010

Gequetschtes Licht

Am Gravitationswellendetektor GEO600 arbeiten Physiker mit einem neuartigen Laser

Physik.- In Hannover arbeiten Physiker seit einiger Zeit an einem neuartigen Laser, mit dem sie das Großexperiment Geo-600 verbessern wollen. Dabei geht es darum, nach sogenannten Gravitationswellen zu suchen, die einst Albert Einstein vorhergesagt hatte.

Von Jan Lublinski

GEO600 soll winzigste Veränderungen in der Geometrie des Weltalls wahrnehmen.  (Eso)
GEO600 soll winzigste Veränderungen in der Geometrie des Weltalls wahrnehmen. (Eso)

"Jetzt kommen wir in das Herzstück der Anlage. Da müssten Sie hier so Überschuhe anziehen, weil wir hier sauber arbeiten müssen."

Es ist eng in Hartmut Grotes Labor. An den Wänden Schränke voller Steuereinheiten und Messgeräte, verbunden durch ein unübersichtliches Kabelgewirr. Dazwischen Tische, dicht an dicht, mit Spiegeln, Linsen, Lichtquellen. Dieser High-Tech-Dschungel bildet eines der genauesten Längen-Messgeräte der Welt: Geo-600, der Gravitationswellen-Detektor des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Hannover. Er soll winzigste Veränderungen in der Geometrie des Weltalls wahrnehmen. Im Zentrum der Messgeschehens: Ein Laserstrahl, der in zwei 600 Meter langen Vakuum-Röhren hin- und herläuft.

"Und der Strahl kommt dann auf dem Tisch da unten an unter dieser Plexiglasabdeckung, und darin ist noch mal so ein grauer Kasten in dem sich der eigentliche Lichtdetektor befindet, der das Licht aufnimmt, das dann das Gravitationswellensignal enthält."

Ein Gravitationswellensignal im Laserlicht würde darauf hinweisen, dass der Weltraum ein klein wenig erzittert, wenn etwa in unserer Galaxie ein Stern explodiert oder wenn, weiter draußen im All, zwei Schwarze Löcher verschmelzen. Solche Ereignisse lassen nach Einsteins Relativitätstheorie Gravitationswellen entstehen, die sich dadurch bemerkbar machen, dass der Raum ein wenig auseinander gezogen oder zusammengestaucht wird. Dieser minimale Effekt müsste messbar werden, wenn es den Physikern nur gelänge, ausreichend empfindliche Laseranlagen zu bauen.

Wissenschaftler in den USA und in Italien arbeiten darum an neuen, großen Detektoren, in denen die Laserstrahlen über mehrere Kilometer hin- und herlaufen. Das deutsche Experiment Geo-600 ist derweil auf 600 Meter beschränkt. Aber Hartmut Grote und seine Kollegen wollen die Empfindlichkeit ihrer Apparatur auf einem anderen Weg verbessern: Sie wollen mit besonders geordnetem, rauscharmem Laserlicht arbeiten.

"Dadurch, dass wir ein bisschen kleiner sind, haben wir auch den Vorteil, dass wir flexibler sind und relativ kurzfristig entscheiden können, etwas Neues auszuprobieren."

Im Zentrum der neuen, zusätzlichen Apparaturen an Geo-600 steht ein spezieller Kristall, der dafür sorgt, dass die Lichtteilchen in sehr regelmäßiger Folge durch die Apparatur laufen. Bei gewöhnlichem Laserlicht schwankt die Zahl der Lichtteilchen und damit die Energie des Lichtes, was zu einem gewissen Grundrauschen bei den Messungen führt. Mit dem neuen, besonders kontrollierten Licht können die Physiker dieses Rauschen stark reduzieren. Sie sprechen auch vom "gequetschten Licht" oder "gequetschten Vakuum", denn sie bringen oder quetschen das Licht hier in eine Erscheinungsform, die sich am Rande dessen bewegt, was die Quantentheorie, also die Theorie der kleinsten Teilchen, erlaubt. Eine enorme Herausforderung – konzeptionell wie praktisch.

"Am Anfang war es auch so, dass überhaupt nicht klar war, wie man das gequetschte Vakuum hier einbauen will, wie man das sozusagen anschließt. Da mussten wir erst im Laufe von ein bis zwei Jahren Ideen entwickeln, wie das möglich ist."

Vorangetrieben wurde die neue Entwicklung von Physikern um Roman Schnabel von der Universität Hannover, die mit dem Max-Planck-Institut kooperieren. Sie gehen davon aus, dass es mit dem neuen, rauscharmen Licht gelingen wird, die Empfindlichkeit von Geo-600 deutlich zu steigern. Hartmut Grote.

"Wir wollen zeigen, dass es eine Technik ist, die anwendungsreif ist. Ursprünglich hatte man geglaubt, dass man wesentlich länger dafür brauchen würde. Dass das erst in 10 bis 15 Jahren zur Anwendung gebraucht werden kann, in der dritten Generation von Gravitationswellendetektoren. Aber durch die guten Fortschritte, die da erzielt worden sind, in den letzten Jahren, denken wir, dass das jetzt schon soweit ist, dass man das schon permanent nutzen kann."

Sollten die deutschen Physiker mit ihrem neuen Licht Erfolg haben, ist es gut möglich, dass die Amerikaner und Italiener diese neue Technologie ebenfalls regelmäßig nutzen wollen. In fünf Jahren wollen sie mit der nächsten, zweiten Generation von Detektoren an den Start gehen. Und die Physiker werden immer zuversichtlicher, dass dann der große Durchbruch kommen wird: die ersten Signale von Gravitationswellen aus dem Weltall.

Es gibt aber auch noch eine andere, wenn auch deutlich unwahrscheinlichere Möglichkeit: Vielleicht stellt sich am Ende heraus, dass Geo-600 und die anderen Detektoren grundsätzlich keine Gravitationswellen messen können. Unter manchen theoretischen Physikern wird derzeit das Weltbild vom sogenannten "holographischen Universum" diskutiert, nach der Kosmos in Wirklichkeit nur zweidimensional sein soll. Grote und Kollegen bemühen sich schon seit einiger Zeit, diese Theorie mit ihren Laser-Messungen zu bestätigen oder zu widerlegen. Vielleicht gelingt ihnen dies nun, im Laufe des kommenden Jahres, mit dem neuen, rauscharmen Licht.

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