Gequetschter Laser soll Gravitationswellen ans Licht bringen

Dank eines Quantenphänomens messen Detektoren, die Schwingungen der Raum-Zeit nachspüren, um 50 Prozent genauer

Bild: Der neue Quetschlichtlaser von GEO600. Ein hochkomplexes Lasersystem erzeugt im Gravitationswellendetektor besonders ruhiges Licht. Copyright: AEI Messen an den Grenzen der Naturgesetze – dieser Herausforderung stellen sich die Forscherinnen und Forscher bei der Suche nach Gravitationswellen immer wieder. Die hierbei eingesetzten Interferometer etwa messen so empfindlich, dass ein bestimmtes Quantenphänomen des Lichts – das Schrotrauschen – die Messgenauigkeit einschränkt. Mit der Methode des „Squeezed Light“ nutzen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Institutes für Gravitationsphysik und der Leibniz Universität Hannover im Gegenzug ebenfalls die Quantenphysik, um den störenden Effekt zu beseitigen. Das neuartige Laserlicht erhöht die Messgenauigkeit des Gravitationswellendetektors GEO600 um 50 Prozent und steigert so seine effektive Empfindlichkeit. Damit kommt diese Technologie auch erstmals weltweit außerhalb eines Testlabors zur Anwendung. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Nature Physics am 11. September vorab online veröffentlicht.

Rund 50 Jahre nach der Entwicklung des ersten Lasers lässt sich mit der Technologie des gequetschten Lichts („squeezed light“) eine ganz neue Qualität von Laserlicht erzeugen. Das Licht aus einem Quetschlichtlaser strahlt sehr viel ruhiger als solches aus einer herkömmlichen Laserquelle. „Dank des Quetschlichtlasers konnten wir die Messempfindlichkeit von GEO600 um das 1,5-fache steigern“, sagt Dr. Hartmut Grote, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI). „Die neuartige Lichtquelle erfüllt alle Anforderungen wie erwartet.“ In Zukunft ließe sich die Messgenauigkeit mit dieser Technologie sogar verdoppeln. Bei der Suche nach den nur schwer detektierbaren Gravitationswellen ist diese Steigerung der Empfindlichkeit ein wichtiger Schritt zu deren direktem Nachweis.

Mit dem Experiment GEO600 am Exzellenzcluster QUEST (Centre for Quantum Engineering and Space-Time Research) sind die Forscher vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Teilinstitut Hannover, Albert-Einstein-Institut/AEI) und vom Institut für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover innerhalb der internationalen LIGO Virgo Collaboration (LVC) Gravitationswellen auf der Spur. Diese Schwingungen der Raum-Zeit sagte Einstein vor rund einem Jahrhundert in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorher. Sie entstehen etwa bei turbulenten kosmischen Ereignissen wie Supernova-Explosionen.

Um akkurat messen zu können, sind die Physiker auf möglichst störungsfreie Messtechnologien angewiesen. Einer der bisher störenden Effekte ist das sogenannte Schrotrauschen. Prof. Dr. Roman Schnabel vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Teilinstitut Hannover, hat nun mit seiner Arbeitsgruppe eine spezielle Lichtquelle entwickelt, mit der sich das störende Schrotrauschen eindämmen lässt. Eingebaut in GEO600 verhilft der Quetschlichtlaser dem Gravitationswellendetektor zu neuer Messempfindlichkeit. Damit ist GEO600 der erste Detektor, dessen Signalstrahl mit dem neuartigen Laserlicht geglättet wird.

Nach einer längeren Testphase seit April vergangenen Jahres bei GEO600 kommt der Quetschlichtlaser jetzt bei der Suche nach Gravitationswellen zum Einsatz. Damit hat die Technologie des gequetschten Lichts die Feuerprobe in der Anwendung bestanden. Demnächst planen auch die amerikanischen Kollegen innerhalb der LVC, einen Quetschlichtlaser an den LIGO-Detektoren zu testen.

Originalveröffentlichung: „A gravitational wave observatory operating beyond the quantum shot-noise limit: Squeezed light in application“, Roman Schnabel und Hartmut Grote für die LVC-Collaboration, Nature Physics online, 11. September 2011 (http://dx.doi.org/10.1038/NPHYS2083)

Weitere Informationen:
Exzellenzcluster QUEST: www.questhannover.de
GEO600: www.geo600.org
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut): www.aei.mpg.de

Meldung vom 12.09.2011

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	Gequetschter Laser soll Gravitationswellen ans Licht bringen Dank eines Quantenphänomens messen Detektoren, die Schwingungen der Raum-Zeit nachspüren, um 50 Prozent genauer Messen an den Grenzen der Naturgesetze – dieser Herausforderung stellen sich die Forscherinnen und Forscher bei der Suche nach Gravitationswellen immer wieder. Die hierbei eingesetzten Interferometer etwa messen so empfindlich, dass ein bestimmtes Quantenphänomen des Lichts – das Schrotrauschen – die Messgenauigkeit einschränkt. Mit der Methode des „Squeezed Light“ nutzen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Institutes für Gravitationsphysik und der Leibniz Universität Hannover im Gegenzug ebenfalls die Quantenphysik, um den störenden Effekt zu beseitigen. Das neuartige Laserlicht erhöht die Messgenauigkeit des Gravitationswellendetektors GEO600 um 50 Prozent und steigert so seine effektive Empfindlichkeit. Damit kommt diese Technologie auch erstmals weltweit außerhalb eines Testlabors zur Anwendung. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Nature Physics am 11. September vorab online veröffentlicht. Rund 50 Jahre nach der Entwicklung des ersten Lasers lässt sich mit der Technologie des gequetschten Lichts („squeezed light“) eine ganz neue Qualität von Laserlicht erzeugen. Das Licht aus einem Quetschlichtlaser strahlt sehr viel ruhiger als solches aus einer herkömmlichen Laserquelle. „Dank des Quetschlichtlasers konnten wir die Messempfindlichkeit von GEO600 um das 1,5-fache steigern“, sagt Dr. Hartmut Grote, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI). „Die neuartige Lichtquelle erfüllt alle Anforderungen wie erwartet.“ In Zukunft ließe sich die Messgenauigkeit mit dieser Technologie sogar verdoppeln. Bei der Suche nach den nur schwer detektierbaren Gravitationswellen ist diese Steigerung der Empfindlichkeit ein wichtiger Schritt zu deren direktem Nachweis. Mit dem Experiment GEO600 am Exzellenzcluster QUEST (Centre for Quantum Engineering and Space-Time Research) sind die Forscher vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Teilinstitut Hannover, Albert-Einstein-Institut/AEI) und vom Institut für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover innerhalb der internationalen LIGO Virgo Collaboration (LVC) Gravitationswellen auf der Spur. Diese Schwingungen der Raum-Zeit sagte Einstein vor rund einem Jahrhundert in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorher. Sie entstehen etwa bei turbulenten kosmischen Ereignissen wie Supernova-Explosionen. Um akkurat messen zu können, sind die Physiker auf möglichst störungsfreie Messtechnologien angewiesen. Einer der bisher störenden Effekte ist das sogenannte Schrotrauschen. Prof. Dr. Roman Schnabel vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Teilinstitut Hannover, hat nun mit seiner Arbeitsgruppe eine spezielle Lichtquelle entwickelt, mit der sich das störende Schrotrauschen eindämmen lässt. Eingebaut in GEO600 verhilft der Quetschlichtlaser dem Gravitationswellendetektor zu neuer Messempfindlichkeit. Damit ist GEO600 der erste Detektor, dessen Signalstrahl mit dem neuartigen Laserlicht geglättet wird. Nach einer längeren Testphase seit April vergangenen Jahres bei GEO600 kommt der Quetschlichtlaser jetzt bei der Suche nach Gravitationswellen zum Einsatz. Damit hat die Technologie des gequetschten Lichts die Feuerprobe in der Anwendung bestanden. Demnächst planen auch die amerikanischen Kollegen innerhalb der LVC, einen Quetschlichtlaser an den LIGO-Detektoren zu testen. Originalveröffentlichung: „A gravitational wave observatory operating beyond the quantum shot-noise limit: Squeezed light in application“, Roman Schnabel und Hartmut Grote für die LVC-Collaboration, Nature Physics online, 11. September 2011 (http://dx.doi.org/10.1038/NPHYS2083) Weitere Informationen: Exzellenzcluster QUEST: www.questhannover.de GEO600: www.geo600.org Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut): www.aei.mpg.de Meldung vom 12.09.2011

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