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StartseiteForschung aktuellBesuch beim Gravitationswellen-Detektor LIGO in Louisiana03.10.2017

Warten auf die WelleBesuch beim Gravitationswellen-Detektor LIGO in Louisiana

Als unser Reporter Ralf Krauter vor einigen Jahren einen riesigen Detektor für Gravitationswellen in den USA besichtigte, war noch nicht klar, ob und wann hier jemals eine nobelpreiswürdige Entdeckung gelingen würde. Doch im Herbst 2015 zeichnete sich dann ab: Die kilometerlange Laserantenne hat tatsächlich erstmals eine Gravitationswelle aufgefangen. Ein Durchbruch, für den es jetzt den Physiknobelpreis gab - und der ohne ausgeklügelte Messtechnik unmöglich gewesen wäre.

Von Ralf Krauter

Beispiel für eine Raumkrümmung am Pulsar PSR J0348+0432 (dpa/Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn)
Beispiel für eine Raumkrümmung am Pulsar PSR J0348+0432 (dpa/Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn)
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LIGO Livingston Observatory: So heißt einer der beiden riesigen Detektoren, mit deren Hilfe Gravitationswellen erstmals direkt nachgewiesen wurden. Das kilometerlange Messgerät steht in Louisiana, in der flachen Sumpflandschaft etwa eine Autostunde nördlich von New Orleans.

Der Physiker Mike Zucker trägt Jeans und Hawaiihemd. Er steht vor einer Halle vom Format eines Flugzeughangars und schlägt vor, erst mal aufs Dach zu steigen, um einen Überblick zu bekommen.

Die Aussichtsplattform auf dem Dach bietet perfekten Rundumblick. Niemandsland, topfeben. Wasser, Wald und Sumpf soweit das Auge reicht. Und mittendrin zwei kilometerlange Betonröhren, die im rechten Winkel auseinanderlaufen. Es sind die Messstrecken des ultrapräzisen Laserlineals.

"Wir stehen hier direkt über dem Strahlteiler, der unseren Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufspaltet. Einer davon läuft nach Westen, der andere nach Süden – jeweils vier Kilometer weit.
Am Ende der Betonröhren hängen Spiegel, die die Strahlen wieder hierher zurückschicken. Die beiden Teilstrahlen laufen dann hunderte Male zwischen den Spiegeln hin und her. Und am Ende vergleichen wir die Laufzeit der Lichtwellen in den beiden Armen."

Speerspitze internationaler Forschungsarbeit

Größe ist Trumpf bei der Jagd nach Gravitationswellen. Je länger die Messstrecken des L-förmigen Laserlineals, umso genauer lassen winzige Längenänderungen detektieren. Laut Theorie sollte eine Gravitationswelle, die den Detektor passiert, die kilometerlangen Messstrecken einen Tick zusammen stauchen – und zwar um den Tausendsten Teil eines Atomkerndurchmessers. Solche aberwitzig kleinen Veränderungen messen zu wollen, galt lange als unmöglich. Seit 2001 versuchen es die LIGO-Forscher trotzdem. Mit seinem baugleichen Pendant in Hanford, im US-Bundesstaat Washington, war der Detektor in Livingston die Speerspitze der internationalen Bemühungen, Gravitationswellen direkt nachzuweisen.

Herzstück Detektor

Wir machen uns auf den Weg zum Detektor, wo die beiden reflektierten Laserstrahlen wieder zusammentreffen. Dabei entsteht ein Lichtmuster, dessen Helligkeitsschwankungen verraten, ob einer der beiden Lichtarme gestaucht wurde. Weil die Optik extrem empfindlich ist, ist der Zutritt normalerweise verboten. Weil gerade keine Messung läuft, gibt es heute aber grünes Licht.

Eine elektrische Schuhbürste wirbelt den Staub von unseren Sohlen. Sauberkeit ist das A und O hier. Ein Staubkorn genügt, um einen der hunderttausend Dollar teuren Spiegel unbrauchbar zu machen.

Mit blauen Plastikgamaschen an den Füßen führt Mike Zucker in einen Vorraum, vollgepackt mit Elektronikschränken, Kabeln und blinkenden Leuchtdioden. Er setzt eine klobige Laserschutzbrille auf und öffnet die Stahltür zu einer riesigen Halle, in der es erstaunlich still ist: Kein Lüfterrauschen, keine Vakuumpumpen. Um den sensiblen Detektor nicht zu stören, wurde alles, was Krach macht, vor die Tür gesetzt.


In der Mitte des Raumes: drei große Stahltanks. Meterdicke Metallrohre verbinden sie in Kopfhöhe, laufen weiter bis zur südlichen und westlichen Hallenwand – und von dort ins Freie. Damit die intensiven Laserstrahlen darin freie Bahn haben, ist das komplette System aus Röhren und Tanks luftleer gepumpt. Mike Zucker bleibt vor dem riesigen Vakuumtank in der Mitte stehen.

"Wir sind jetzt genau unter der Stelle, wo wir vorhin auf dem Dach standen. In diesem Edelstahltank wird der einfallende Laserstrahl zweigeteilt und in die beiden 4 Kilometer langen Arme geschickt. Der Vakuumtank hat 3 Meter Durchmesser und ist 6 Meter hoch. Darin steckt ein ausgeklügeltes System zur Schwingungsdämpfung: Eine gestaffelte Anordnung von Pendeln, Federn und Edelstahlgewichten, die mehrere Tonnen wiegt und die optischen Komponenten vor Vibrationen schützt."

Suche nach verdächtigen Mustern

Nachdem wir Schutzbrillen und Plastikgamaschen wieder abgelegt haben, geht es ins Kontrollzentrum. Überall Monitore und Steuerkonsolen, an denen sechs junge Männer auf bunte Grafiken starren.

"Von hier überwachen wir alle wichtigen Parameter: die Position und Orientierung der Spiegel, die Laserfrequenz und so weiter. Außerdem laufen hier auch die Daten ein: Das digitalisierte Ausgangssignal, das wir nach verräterischen Spuren von Gravitationswellen durchsuchen."

Computerprogramme durchforsten das Detektorsignal nach verdächtigen Mustern. Gravitationswellen müssten sich durch winzige Helligkeitsschwankungen des Ausgangssignals verraten. Am 14. September 2015 war es soweit. Nach einem Upgrade zur Erhöhung der Empfindlichkeit schlugen die beiden LIGO-Detektoren zum ersten Mal Alarm.

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