Ein Forscherteam am Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in den USA hat ein sogenanntes Quetschlichtsystem entwickelt, um die Nachweisempfindlichkeit zu verbessern.
In ihrem Papier veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaftbeschreibt die Gruppe, wie sie Änderungen am Observatorium vorgenommen haben, die das Flicken reduzierten, was zu einer Erhöhung der Anzahl der von ihnen erfassten Gravitationswellen führte.
Yoichi Aso vom Nationalen Astronomischen Observatorium Japans hat eine veröffentlicht Perspektivisches Stück In derselben Zeitschrift wird erläutert, wie LIGO funktioniert und warum das dort arbeitende Team die Empfindlichkeit der Observatorien verbessern konnte.
Im Jahr 2017 erhielt ein Team am Caltech den Nobelpreis für Physik für seine Arbeit, die zur Entwicklung von LIGO und schließlich zur Entdeckung von Gravitationswellen im Jahr 2015 führte. Solche Wellen im Gefüge des Weltraums bestätigten die ursprünglich von Albert Einstein vorgeschlagenen Theorien. Seitdem hat das Team von LIGO weiterhin daran gearbeitet, Gravitationswellen zu detektieren, während es gleichzeitig an der Verbesserung seiner Detektionsfähigkeiten gearbeitet hat.
Das LIGO-Observatorium funktioniert, indem es einen Laserstrahl teilt und die Ergebnisse durch zwei lange, senkrecht zueinander stehende Tunnel schickt und sie dann mithilfe von Spiegeln zurückwirft. Unterschiede in den Strahlen sind ein Beweis für Gravitationswellen – sie dehnen die Raumzeit in den Armen aus, die die Tunnel halten.
Seit seiner Erbauung wissen Wissenschaftler am LIGO, dass die Bestimmung des Unterschieds zwischen Gravitationswellen und Flimmern in Quantenfeldern problematisch sein kann, und haben deshalb daran gearbeitet, die Empfindlichkeit zu verbessern.
Bei dieser neuen Anstrengung fügte das Team dem Detektor einen speziell gefertigten Kristall sowie neue Spiegel und mehrere Linsen hinzu. Dadurch gelang es ihnen, das Licht in den Strahlen in einen Quantenzustand zu „quetschen“, was zu einer Verringerung des Flimmerns führte.
Erste Tests zeigten, dass die Verbesserungen lediglich dazu beitrugen, zusätzliche Gravitationswellen mit hohen Frequenzen zu erkennen. Dies führte zu Modifikationen, die den Nachweis zusätzlicher Gravitationswellen in niedrigeren Frequenzen ermöglichten.
Zusammengenommen hatten die Verbesserungen etwas, das das Team als „atemberaubenden Effekt“ bezeichnet: Die Zahl der Gravitationswellen, die sie entdeckten, verdoppelte sich plötzlich. Und das, so stellten sie fest, ermöglicht es ihnen, größere Teile des Universums zu untersuchen. Sie vermuten, dass die Verbesserungen neue wissenschaftliche Erkenntnisse ermöglichen werden, beispielsweise die Untersuchung von Schwarzen Löchern, die fast bis zur Zeit der Entstehung der ersten Sterne verschmolzen sind.
Weitere Informationen:
Wenxuan Jia et al.: Das Quantenrauschen eines Gravitationswellendetektors unter die Standardquantengrenze drücken, Wissenschaft (2024). DOI: 10.1126/science.ado8069
Yoichi Aso, Die Grenzen der Gravitationswellenerkennung erweitern, Wissenschaft (2024). DOI: 10.1126/science.ads1544
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