GEO600

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GEO600 ist ein Gravitationswellendetektor auf Basis eines Michelson-Interferometers mit 600 Metern Schenkellänge in Ruthe bei Hannover. GEO600 ist Teil der internationalen aus fünf Instrumenten bestehenden Einrichtung LIGO.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

GEO600 wurde 1995 eingerichtet und wird vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Potsdam und Hannover gemeinsam mit der Leibniz Universität Hannover, der University of Glasgow, der Cardiff University, der University of Birmingham und der Universität der Balearen auf Mallorca betrieben. Das Budget belief sich auf etwa 10 Millionen Euro (ein Zehntel vergleichbarer Projekte). Im Jahr 2000 war GEO600 ein regionales Projekt der Weltausstellung Expo 2000 in Hannover.

Nach Testläufen im Sommer 2002 und Ende 2003 wurde der reguläre Betrieb 2005/06 aufgenommen. Als weltweit erster Detektor setzt GEO600 seit 2010 gequetschtes Licht ein.[1]

An GEO600 wurden wesentliche Teile der Instrumente und Techniken entwickelt und getestet, mit denen an den beiden großen LIGO-Detektoren in den USA am 11. Februar 2016 die Entdeckung von Gravitationswellen bekannt gegeben wurden.[2][3] GEO600 selbst ist im LIGO-Verbund vorwiegend für Design und Entwicklung vorgesehen und daher für die Art der Signale, die 2015 entdeckt wurden, nicht ausgelegt und dementsprechend wurde dort auch kein Signal gemessen.

Neben der Grundlagenforschung dient die Anlage auch als Rückfallebene im LIGO-System.[4] Leiter des Projekts sind Karsten Danzmann, James Hough, Bernard Schutz (letzterer für die Theorie).[5]

Aufbau und Funktionsweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Blick in das Zentralgebäude mit mehreren Vakuumtanks, einer Messeinrichtung (niedriger Behälter mit leichter Wölbung unten rechts) und einem Teilstück des Vakuumrohrs (links)

GEO600 besteht aus neun Containergebäuden, von deren Zentralbau zwei jeweils 600 Meter lange, im Winkel von 93 Grad zueinander angeordnete, mit Wellblech abgedeckte Gräben ausgehen.

Ein Laser mit hochmoderner Lasertechnik schickt einen etwa drei Watt starken Lichtstrahl über einen Strahlteiler durch Röhren, in denen Vakuum angelegt ist. Am Ende der Röhren werden die Strahlen reflektiert, treffen am Strahlteiler wieder zusammen und werden dann auf der Fotodiode des Interferometers detektiert. Die Lichtleistung am Strahlteiler beträgt etwa 3 kW.[6]

Bei derartigen Detektoren geben die Laufzeitunterschiede des Lichts aus den beiden Röhren über die Stauchungen der Raumzeit Auskunft. Die Messungen müssen sehr genau sein, um die winzigen Schwankungen in der Raumzeit feststellen zu können.

Die großen Herausforderungen bestehen darin, die vielen Störquellen, die ein Signal verdecken würden, auszuschalten. Dazu gehören zum Beispiel Luftdruck- und Temperaturschwankungen, sowie Bodenerschütterungen aller Art. Das gesamte System ist daher in Vakuum verbaut. Zudem wurden bestehende Technologien wie Laserstabilisierung, absorptionsarme Optiken, Regelungstechnik, Schwingungsdämpfung und Datenverarbeitung (pro Tag etwa 80 GB) weiterentwickelt. Durch zusätzliche Spiegel von hoher Reflektivität werden sowohl Laserlicht als auch Signal jeweils mehrfach konstruktiv mit sich selbst überlagert und so verstärkt (Duales Recycling). Weiterhin werden die Endspiegel durch aktive Schwingungsdämpfer und durch eine dreistufige Pendelaufhängung von seismischen Störungen isoliert. Zu den wegweisenden Entwicklungen von GEO600 gehört die Aufhängung dieser Spiegel an Glasfasern, d. h. dem Material der Spiegel und somit monolithisch.

Eines der Containergebäude beherbergt den Kontrollraum, in dem die Messdaten zahlreicher Sensoren einlaufen. Die Datenverarbeitung der so ermittelten Daten geschieht unter Beteiligung von Einstein@home.

Technische Daten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Endgebäude mit dem östlichen Arm, der zur Strahlumleitung u. a. einen Spiegel enthält
  • Vakuumrohr: 2 × 600 m Länge, 60 cm Durchmesser, 0,8 mm Dicke
  • Vakuum: Druck ~ 10−8 mbar
  • Laser: diodengepumpter Nd:YAG-Laser bei 1064 nm
  • Laserleistung: 10 W Ausgangsleistung (Einmodenbetrieb)
  • Leistungsverstärkung: bis zu 10 kW
  • Signalverstärkung: bis zu 100fach
  • Optik: Spiegel aus Quarzglas mit 25 cm Durchmesser
  • Frequenzbereich: 50 Hz bis 2 kHz, Bandbreite 60 Hz bis 1 kHz
  • Relative Empfindlichkeit: 10−21 für pulsförmige Signale

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Commons: GEO600 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. H. Vahlbruch, A. Khalaidovski, N. Lastzka, C. Gräf, K. Danzmann, R. Schnabel: The GEO600 squeezed light source, in: Classical and Quantum Gravity 27, 084027 (2010)
  2. Forscher messen erstmals Gravitationswellen vom 11. Februar 2016. Abgerufen am 11. Februar 2016.
  3. GEO600 gewährt Einblicke in Schwarze Löcher bei ndr.de vom 14. Juni 2019
  4. K. L. Dooley et al.: GEO 600 and the GEO-HF upgrade program: successes and challenges. 2016. arxiv:1510.00317v2.
  5. GEO600. (pdf; 977 kB) In: Broschüre. Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, 2002, S. 19, archiviert vom Original am 3. Januar 2010; abgerufen am 15. Juli 2016.
  6. Modell eines GEO600-Strahlteilers. In: Website - Relativitätstheorie und Gravitationswellen im Unterricht. „Einstein-Wellen-mobil“, abgerufen am 15. Juli 2016.

Koordinaten: 52° 14′ 49″ N, 9° 48′ 30″ O