Messen an der Wahrnehmungsgrenze

03.08.2016

Europäische Technik macht Entdeckung der Gravitationswellen möglich Baden-Baden, 3. August 2016: Will man Längenänderungen in der Größenordnung von weniger als dem tausendstel eines Protondurchmessers messen, muss man einen extremen Aufwand betreiben. Die räumliche Dehnung / S

Europäische Technik macht Entdeckung der Gravitationswellen möglich

Baden-Baden, 3. August 2016: Will man Längenänderungen in der Größenordnung von weniger als dem tausendstel eines Protondurchmessers messen, muss man einen extremen Aufwand betreiben. Die räumliche Dehnung / Stauchung der vier Kilometer langen Interferometer-Arme des „Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory“ (LIGO), ausgelöst von Gravitationswellen aus dem Weltraum, bewegt sich in der Größenordnung von ±1*10-21! Am 14. September 2015 wurde die jahrelange Geduld der LIGO-Wissenschaftler belohnt. Ihnen gelang der Nachweis der bereits von Albert Einstein vorausgesagten Gravitationswellen. So gewaltig die Auswirkungen eines kosmischen Ereignisses, wie etwa der Verschmelzung massiver, kompakter Sterne sind, so wenig kommt aus einer Milliarde Lichtjahren Entfernung davon auf der Erde an. LIGO betreibt in den USA im Abstand von mehreren tausend Kilometern zwei Laserinterferometer. Jede Anlage besteht aus je zwei um 90° versetzten Interferometer-Armen von je vier km Länge. Die Längenänderung dieser Messstrecken - kaum vom Rauschen zu unterscheiden - zu detektieren, ist eine große Herausforderung an die Messtechnik.

Ein Teil des LIGO-Messsystems ist eine Gemeinschaftsentwicklung des Max-Plank-Instituts für Gravitationsphysik, Hannover (Albert-Einstein Institut), dem Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) und der neoLASE GmbH. Die außergewöhnlich hohe Empfindlichkeit für die Messung von Gravitationswellen erfordert einzigartige Interferometer mit Lasersystemen höchster Strahlqualität und Stabilität. Mehr als zehn Jahre entwickelten und optimierten die Fachleute die Messanordnung. Im heutigen „advanced LIGO“ Lasersystem kommen hochstabile Laseroszillatoren mit 200 W Leistung und optischen Verstärkern zum Einsatz.

Die Suche nach Gravitationswellen verlangt Geduld und Stehvermögen, kosmische Ereignisse dieser Tragweite passieren nicht täglich. Jede einzelne Komponente muss ein Dauerläufer mit herausragenden und garantierten technischen Eigenschaften sein. Selbstverständlich ist dabei jedes noch so kleine überflüssige Rauschen der für den Detektor eingesetzten optischen und elektrischen Bauteile von elementarer Bedeutung. neoLase-Geschäftsführer Dr. Maik Frede: „Wir suchten zur Versorgung des Laseroszillators eine hoch stabile und rauscharme Stromversorgung. Bei unseren Recherchen stießen wir auf die SM-Serie des Niederländischen Herstellers Delta Elektronika, in Deutschland vertreten durch Schulz-Electronic. Die Baden-Badener Spezialisten haben uns bei der Auswahl des bestgeeigneten Typs beraten und die notwendigen Modifikationen durchgeführt.“ Die Geräte gehören, was Stabilität und Rauschverhalten angeht, zum Besten, was man in der Industrie bekommen kann. Schulz-Electronic lieferte über 30 Sonderversionen des Typs SM52-AR-60. Die geregelten 1,5 kW-Geräte sind für den Dauerbetrieb bei Volllast ausgelegt. Die EMV-Qualitäten übertreffen die gängigen Normen bei weitem. Der Ripple beträgt im CV-Betrieb maximal 2 mV. Die Stabilität der Ausgangswerte bewegt sich in der Größenordnung von 10-5, für ein Langzeitexperiment sehr wichtig.

Schulz-Electronic Vertriebsleiter Stefan Dehn: „Wir sind stolz, auch einen Beitrag für diese epochale Entdeckung leisten zu dürfen. Die Geräte von Delta Elektronika waren schon immer eine Klasse für sich. Für extreme Ansprüche empfehlen wir immer wieder Geräte unseres niederländischen Lieferanten, mit dem uns schon seit Jahrzehnten eine enge Partnerschaft verbindet.“

Bild: Das Rack mit den Geräten zur Ansteuerung der Laser-Interferometer. (© neoLASE GmbH)