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Perfekter Siliziumspiegel für Messung am Quantenlimit
Potsdam, 28. Mai 2010
Hintergrundinformationen
Die neuartige Technik der Oberflächenbearbeitung lässt sich prinzipiell auch auf andere in der Optik verwendete Kristalle übertragen, und funktioniert bei entsprechender Wahl der Strukturgrößen auch mit sichtbarem Licht. Im vorliegenden Fall hatten die Wissenschaftler Silizium und infrarotes Laserlicht der Wellenlänge 1550 nm gewählt, da diese Parameter gute Kandidaten für zukünftige Interferometer in den erdgebundenen Gravitationswellendetektoren sind. Ein Großteil der Technologien, die heute weltweit in Gravitationswellendetektoren eingesetzt werden, sind am Gravitationswellendetektor GEO600 in Ruthe bei Hannover entwickelt worden. Die Herstellung des nano-strukturierten Siliziumspiegels erfolgte an der Friedrich-Schiller-Universität Jena, sein Design und seine Charakterisierung in enger Zusammenarbeit mit den hannoverschen Arbeitsgruppen, die an GEO600 arbeiten. Der Erfolg dieser Kooperation belegt erneut die Rolle von GEO600 als einzigartigem Think Tank der internationalen Gravitationswellenforschung.
Der Siliziumspiegel im Test
Nun gilt es nachzuweisen, dass das thermische Rauschen durch die speziell bearbeitete Kristalloberfläche tatsächlich ausreichend eingedämmt werden kann. Um dies zu prüfen bauen die Wissenschaftler ihren neuartigen Siliziumspiegel demnächst in ein hochempfindliches, 10 m großes Interferometer ein, das an der Universität Glasgow betrieben wird. Messungen sollen zeigen, dass mit den neuen Spiegeln die Interferometerempfindlichkeit noch gesteigert wird. Anschließend soll die neue Technik auch bei den großen, mehrere Kilogramm schweren Spiegeln im Gravitationswellendetektor GEO600 zum Einsatz kommen. Die neue Technologie lässt sich aber auch zum „Verspiegeln“ winziger Schwingkristalle einsetzen. Bei kalten Temperaturen könnte dann die Brownsche Bewegung so stark reduziert werden, dass man hofft, die durch Heisenbergs Unschärferelation beschriebene quantenmechanische Ortsunschärfe des Schwingkristalls direkt mit Laserlicht beobachten zu können.
Neben Anwendungen der neuartigen Optik in der Grundlagenforschung sind diese Spiegel auch interessant bei der Kontrolle von Hochleistungslasern für die Lasermaterialbearbeitung.
Sonderforschungsbereich Transregio 7 - „Gravitationswellenastronomie: Methoden – Quellen – Beobachtung“
Der Sonderforschungsbereich/Transregio 7 (SFB/TR 7) zur Gravitationswellenforschung wurde im Jahr 2002 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft eingerichtet. Folgende Institutionen sind an diesem SFB/TR 7 beteiligt: das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Golm und Hannover, das Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching, die Leibniz Universität Hannover, die Friedrich-Schiller-Universität Jena und die Eberhard Karls Universität Tübingen.
Der SFB/TR 7 ist der theoretischen und experimentellen Astrophysik auf dem Gebiet der Gravitationswellenforschung gewidmet. Bei der Untersuchung der Feldgleichungen der Gravitation steht die Entwicklung neuer mathematischer Methoden im Vordergrund. Damit soll die Struktur und Dynamik kompakter astrophysikalischer Objekte wie Neutronensterne, Schwarze Löcher, Binärsysteme und kollabierende Materie untersucht und deren Emission von Gravitationswellen berechnet werden.
Im experimentellen Bereich werden in dieser Kollaboration Design, Darstellung und Anwendung von effektiven Reflexionsoptiken zur Strahlteilung und Strahlsuperposition in unterschiedlichen Interferometertypen auf der Grundlage diffraktiver Strukturen untersucht, die mit Mikro- und Nanostrukturtechnik auf hochreflektierende Schichtsysteme aufgebracht wurden. Komplementär hierzu wird an der Nanostrukturierung der Kristalloberflächen selbst geforscht, deren optische Eigenschaften vergleichbar mit den Schichtsystemen sind. Für Gravitationswellendetektoren der zweiten und dritten Generation wird durch den Einsatz neuer Interferometer-Topologien (Signal-Recycling, Resonant-Sideband-Extraction, aktive Schwingungsisolation, Kühlung, QND-Techniken, optimierte Spiegelsysteme) die Einflussmöglichkeit auf die Empfindlichkeitskurve von Gravitationswellendetektoren noch wesentlich zunehmen.
SFB/TR7 Website http://wwwsfb.tpi.uni-jena.de/
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