Forschung
10-Meter-Prototyp

10-Meter-Prototyp

Blick in das Vakuumsystem des 10-Meter-Prototyps, im Vordergrund ein optischer Tisch, im Hintergrund die Vakuumverkleidungen aus Metall. Blick in das Vakuumsystem des 10-Meter-Prototyps, im Vordergrund ein optischer Tisch, im Hintergrund die Vakuumverkleidungen aus Metall. Blick in das Vakuumsystem des 10-Meter-Prototyps, im Vordergrund ein optischer Tisch, im Hintergrund die Vakuumverkleidungen aus Metall. © H. Lück/AEI
Blick in das Vakuumsystem des 10-Meter-Prototyps.

Der 10-Meter-Prototyp des AEI wird ein extrem rauscharmes 10-Meter-Interferometer beherbergen und als Prüfstand für neue Gravitationswellendetektor-Technologie dienen.

Der 10-Meter-Prototyp

Das Hauptinstrument wird ein extrem rauscharmes Interferometer sein, dessen Aufbau stark dem der derzeitigen Gravitationswellen-Detektoren ähnelt. Es besteht aus einem L-förmigen Michelson-Interferometer mit etwa 10 Meter langen Armen mit Fabry-Perot-Resonatoren. Dieses Interferometer wird in einem Frequenzbereich von 50-500 Hertz allein durch Quantenrauschen begrenzt sein. Der optische Aufbau wird in einem großen Vakuumsystem untergebracht, das innerhalb einer Woche auf einen Druck in der Größenordnung von 10-6 mbar heruntergepumpt werden kann, so dass es für Experimente in kürzester Zeit zur Verfügung steht. Die Experimente werden durch einen hochstabilisierten 35-Watt-Laser, eine rauscharme Gleichstromverteilung, eine umfassende Überwachung von Umwelteinflüssen und vollständig digitale Kontrollinfrastruktur und Datenmanagement unterstützt.

Unsere Ziele

Die Hauptziele unseres Prototyps sind die Entwicklung, Erprobung und Bewertung von Techniken und Technologien zur Verbesserung der Leistung derzeitiger und zukünftiger Generationen von Gravitationswellendetektoren sowie die Ausbildung der nächsten Generation von Wissenschaftler:innen, die diese Methoden weiterentwickeln und dazu beitragen werden, bestehende und künftige Detektoren zu betreiben und zu verbessern.

Prototypen wie der unsere spielen eine wichtige Rolle bei der Überbrückung der Lücke zwischen dem proof-of-principle-Experimenten auf Labortischen und ihrer Umsetzung in Gravitationswellendetektoren in Originalgröße. Da der Prototyp nicht für die Messung von Gravitationswellen gebaut wird, können wir es uns leisten, das Interferometer ais dem Messzustand zu nehmen, um neue Geräte zu installieren und zu testen oder bestehende Parameter zu optimieren, ohne befürchten zu müssen, potenzielle astronomische Signale zu verpassen.

Erforschung und Überwindung des Standardquantenlimits

Die angestrebte Empfindlichkeit reicht aus, damit das Interferometer das Standardquantenlimit erreichen kann. Der Prototyp nutzt dazu eine fortschrittliche Infrastruktur und eine Reihe von Techniken zur Unterdrückung klassischer und technischer Rauschquellen.

Einer unserer Schwerpunkte am Prototyp ist daher die Untersuchung möglicher Methoden zur Überwindung des Standardquantenlimits. Quantenrauschen ist eine der dominierenden Rauschquellen (neben dem thermischen Rauschen der Spiegelbeschichtungen), die die Empfindlichkeit heutiger und zukünftiger Gravitationswellendetektoren einschränkt. Da ein Interferometer überwiegend durch Quanten-Strahlungsdruckrauschen und Quanten-Schrotrauschen begrenzt ist, werden wir einen Aufbau zur Verfügung stellen, in dem wir die Leistung verschiedener Quanten-Non-Demolition-Techniken bewerten können, die möglicherweise dazu beitragen können, die Empfindlichkeit künftiger Gravitationswellendetektoren zu verbessern.

Dr. Harald Lück
Gruppenleiter „10-Meter-Prototyp“
Dr. Harald Lück
Gruppenleiter „10-Meter-Prototyp“
Weiterführende Informationen

finden Sie auf den Webseiten der Arbeitsgruppe „10-Meter-Prototyp“.