Nachweis von Einsteins Gravitationswellen

Mit dem wissenschaftlichen Bild vom «Klang des Universums» beschäftigen sich Astronomen rund um den Globus bereits seit einem halben Jahrhundert. Die Krümmung der Raumzeit durch die Massen und die davon ausgehenden Gravitationswellen, die sich durch das Universum bewegen – dies waren bislang nur hypothetische Annahmen. Jetzt ist allerdings die irdische Vermessung der Längenveränderungen in den Wellen geglückt. Unter Einsatz von extrem nachweisempfindlicher Messtechnik und bewährter Vakuumtechnik.

Ohne Gravitationswellendetektoren wie den GEO 600 am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover hätten die winzig kleinen Wellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, gar nicht entschlüsselt werden können. Der Detektor hat dabei eine strategisch wichtige Funktion während der Forschungen erfüllt: In Hannover wurden grosse Teile der Instrumente entwickelt und getestet, mit denen die beiden grossen amerikanischen «aLigo»-Messstationen in Livingston (Louisiana) und Hanford (Washington), Einsteins Gravitationswellen letztlich dokumentieren konnten.

Die Messstation misst dabei die Raumzeit mit zwei 4 km langen Röhren, die wie eine Pipeline auf dem Boden aufeinandertreffen. Über ein Lasersystem im Innern der Röhren lässt sich die Länge der Arme genau überwachen. Läuft eine Gravitationswelle durch die Anlage, staucht und streckt sie die Arme unterschiedlich stark.

Erst auf der Basis der hohen Nachweisempfindlichkeit der Messinstrumente können Grössenordnungen von einem Zehntausendstel eines Atomkerndurchmessers überhaupt detektiert werden. Im GEO 600-Detektor sorgen dafür unter anderem Messgeräte sowie trockenverdichtenden Schraubenpumpensysteme der «Screwline»-Serie von Leybold Vacuum. Die Messtechnik muss neben der einfachen Bedienung und Genauigkeit durch eine schnelle Betriebsbereitschaft sehr kurze Reaktionszeiten aufweisen.

Zum Nachweis der Gravitationswellen wurden parallel noch weitere, flankierende Forschungsprojekte in Italien (Virgo) und Japan (Kagra) durchgeführt. Auch an diesen beiden Forschungsstandorten waren Apparaturen mit Equipment von Leybold Vacuum ausgerüstet: Am Virgo-Wellendetektor in der Provinz Pisa sind seit etwa 15 Jahren Messtechnik und Massenspektrometer von Leybold im Einsatz. Und auch das Kagra im japanischen Ida verfügt über das momentan grösste Vakuumsystemvolumen Japans. Dort ist Oerlikon Leybold Vacuum mit mehreren «SP250/Ruvac»-Systemen vertreten.

Die trockenverdichtenden Vorvakuumpumpen «Screwline» arbeiten nach dem Schraubenprinzip. Die robuste Pumpenfamilie wurde für die besonderen Anforderungen von F&E- und Industrie-Anwendungen konzipiert. Die innovative Konstruktionsweise erlaubt den Einsatz überall dort, wo zuverlässige, kompakte und wartungsarme Vakuumlösungen gefordert sind. Eine ihrer grossen Vorteile, die sie in der vorstehend beschriebenen Anwendung ausspielen konnte, ist ein hohes Mass an Flexibilität in den Einsatzmöglichkeiten. Anschlüsse über Universal- beziehungsweise Klammerflansche ermöglichen eine einfache Integration in die Anlage. Durch das verfügbare Zubehör lässt sich die Pumpe, wie in Forschungsanwendungen üblich, an die jeweils individuellen Anforderungen anpassen. Optimiert werden diese Pumpen durch die Kopplung mit den bewährten Wälzkolbenpumpen der «Ruvac»-Serie.

Dr. Martin Füllenbach, CEO von Oerlikon Leybold Vacuum, sagt: «Diese wissenschaftliche Sensation verdeutlicht einmal mehr, welche Bedeutung unsere technologischen Lösungen für Forschungsanwendungen von grundlegender Bedeutung haben. Wir sind stolz, die führenden Forschungsinstitutionen auch künftig begleiten und unterstützen zu dürfen.» Allenfalls kommt zum Stolz noch Freude, denn es ist nicht ausgeschlossen, dass diese Entdeckungen irgendwann mit dem Nobelpreis für Physik gekürt werden.

 

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