Detektoren für Gravitationswellen

Die experimentellen Anordnungen zum Nachweis von Gravitationswellen beruhen auf den von ihnen hervorgerufenen mechanischen Anregungen bzw. den von ihnen erzeugten Längenänderungen. Das Problem für den Experimentator besteht darin, dass die Effekte winzig sind. Zur Messung derart kleiner Signale werden im wesentlichen zwei Arten von Geräten eingesetzt: Resonanzantennen und Laserinterferometer.

Die ersten Versuche unternahm Ende der 60er Jahre Joseph Weber. Er verwendete große Aluminiumzylinder mit Massen von ca. 1.5 Tonnen. Läuft eine Gravitationswelle längs durch diesen Zylinder, so regt sie ihn zu Schwingungen bei seiner Eigenfrequenz an. Die dadurch erzeugten Änderungen in der Länge des Zylinders werden durch hochempfindliche Verstärker gemessen.

Anfang der 70er Jahre erkannte man, dass ein Interferometer vom Michelson-Typ ideal geeignet ist, die von Gravitationswellen erzeugten Effekte nachzuweisen. Es misst die Verschiebung zwischen zwei Lichtwellen, die gleichzeitig die unter einem rechten Winkel stehenden Interferometerarme durchlaufen. Verändert eine Gravitationswelle die Länge der beiden Arme, so geraten die Lichtwellen außer Takt. Die Verschiebung entspricht dann dem Längenunterschied beider Arme.

Bis Ende der 90er Jahre war es nicht möglich, die benötigte Detektorempfindlichkeit zu erreichen. Erst die heutige Technik bietet für beide Methoden die Aussicht auf einen erfolgreichen Nachweis von Gravitationswellen.

Das Bild zeigt die Wirkung von Gravitationswellen: Die Gravitationswelle verzerrt einen Kreis von Testmassen in eine Ellipse. Das Michelson-Interferometer misst die doppelte Größe der Abweichung vom ursprünglichen Kreis relativ zum Kreisdurchmesser l. Je größer die Armlänge des Interferometers, umso stärker fällt der Effekt aus. 

Zur weiteren Information: Links zu allen im Netz vertretenen Gravitationswellendetektoren enthält die Seite GW-Links.