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Europäische Technik macht Entdeckung der Gravitationswellen möglich : Ausgabe 14/2016, 31.08.2016

Messungen an der Wahrnehmungsgrenze

Die räumliche Dehnung und Stauchung der 4 km langen Interferometerarme des Laser ­Interferometer Gravitational Wave Observatory LIGO – ausgelöst von Gravitationswellen aus dem Weltraum – bewegt sich in der Grössenordnung von 10–18 m, also einem Millionstel Millionstel Millionstel Meter. Zur zuverlässigen Energieversorgung des Laseroszillators braucht es eine hoch stabile und rauscharme Stromversorgung.

Bilder: neoLASE, LIGO

Will man Längenänderungen von weniger als dem Tausendstel eines Protonendurchmessers messen, muss man einen extremen Aufwand betreiben. 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 zwei Laserinterferometer im Abstand von mehreren 1000 km. Jede Anlage besteht aus je zwei um 90° versetzten Interferometerarmen von je 4 km Länge. Die Längenänderung dieser Mess- strecken – kaum vom Rauschen zu unterscheiden – zu detektieren, ist eine grosse Herausforderung an die Messtechnik.

Den Millionstel Millionstel Millionstel eines Meters messen

Ein Teil des LIGO-Messsystems (Laser ­Inter- ferometer Gravitational-Wave Observatory) ist eine Gemeinschaftsentwicklung des Max-Plank-Instituts für Gravitationsphysik in Hannover (Albert-Einstein-Institut), dem Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) und der neoLASE GmbH. Die aussergewöhnlich hohe Empfindlichkeit von 10-18 m 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 Lasersystem «advanced LIGO» kommen hochstabile Laseroszillatoren mit 200 W Leistung und optischen Verstärkern zum Einsatz.

Die Suche nach Gravitationswellen verlangt Geduld und Stehvermögen, denn 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.

Spezialisten realisieren gemeinsam ein ambitioniertes Projekt

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 von Delta Elektronika.» In Deutschland vertritt Schulz-Electronic den niederländischen Hersteller. Frede weiter: «Die Baden-Badener Spezialisten haben uns bei der Auswahl beraten und die notwendigen Modifikationen durchgeführt. Die Geräte gehören, was Stabilität und Rauschverhalten angeht, zum Besten, was man in der Industrie bekommt.» Schulz 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, das ist für ein Langzeitexperiment sehr wichtig.

Schulz-Vertriebsleiter Stefan Dehn: «Wir sind stolz, 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 die Geräte unseres niederländischen Lieferanten, mit dem uns schon seit Jahrzehnten eine enge Partnerschaft verbindet.» 

Infoservice

Schulz-Electronic GmbH
Christoph Merian-Ring 11, 4153 Reinach
Tel. 061 712 26 00, Fax 061 712 26 01
vertrieb@schulz-electronic.ch
www.schulz-electronic.ch 
SINDEX: Halle 2.2, Stand D04



Das Rack mit den Geräten zur Ansteuerung der Laserinterferometer


Die gemessenen Signale der Interferometer in Hanford und Livingston

Firmenprofil

Manfred Schulz wagte 1975 den Schritt in die Selbstständigkeit und nahm die Geschäfte der Schulz-Electronic im Keller seines Anwesens in Bühl-Weitenung (DE) auf. Gestartet wurde mit den Produkten des niederländischen Herstellers Delta Elektronika und dem damaligen US-Hersteller Electronic Measurement. In den darauf folgenden Jahren wandelte sich die Firma zur GmbH, zog in neue Räumlichkeiten und erhielt in Hubert Maier einen neuen Geschäftsleiter. 2006 entstand dann die erste Auslandsniederlassung: in Reinach BL. Und die Firma wächst weiter.

LIGO

Das LIGO ist ein Observatorium, mit dessen Hilfe erstmals Gravitationswellen nachgewiesen wurden. Ursprünglich 1992 von Kip Thorne, Ronald Drever (Caltech) und Rainer Weiss (MIT) gegründet, beschäftigt LIGO inzwischen hunderte Wissenschaftler in über 40 Instituten weltweit. LIGO besteht aus zwei Observatorien, die sich in Hanford (Washington) und in Livingston (Louisiana) befinden. Die mit LIGO gewonnenen Daten werden von verschiedenen Arbeitsgruppen nach Arten möglicher Quellen von Gravitationswellen ausgewertet. Diese sind:

  • stochastische Quellen (z. B. vom Urknall)
  • Pulsare (Quellen mit kontinuierlicher Ausstrahlung)
  • Verschmelzung zweier kompakter Objekte wie Neutronensterne und Schwarze Löcher
  • kollabierende Sterne (Supernovae)
  • exotische Quellen