Infrarotlicht fixiert Spiegel für Gravitationswellen-Detektor

Zwei 40 Kilogramm schwere Spiegel stehen vier Kilometer voneinander entfernt. Bevor ein Gravitationswellen-Detektor das Universum belauschen kann, müssen sie zur Ruhe gebracht und mit Laserlicht exakt in ihren Positionen gehalten werden. Dr. Jian Liu von der University of Western Australia und seine Co-Autoren haben eine neue Methode getestet, die diese Aufgabe erfüllt und auch dann funktioniert, wenn die Spiegel mit dem Material beschichtet sind, das das nächste LIGO-Upgrade benötigt.

LIGO registriert Verzerrungen der Raumzeit, die von kollidierenden Schwarzen Löchern erzeugt werden, indem es Abstandsänderungen misst, die 1.000-mal kleiner sind als die Breite eines Protons. Das nächste Upgrade soll mit neuen kristallinen Spiegelbeschichtungen die Empfindlichkeit erhöhen. Das Problem: Diese Beschichtungen absorbieren das grüne Laserlicht, auf das sich das bisherige Fixiersystem stützt. Ohne ein Verfahren, das auf dieses Licht verzichtet, lassen sich die Beschichtungen nicht wie geplant einsetzen.

Die Antwort des Teams ist Infrarotlicht mit 1596 Nanometern Wellenlänge, das von den neuen Beschichtungen nicht absorbiert wird. Spezielle Kristalle wandeln dieses Fixierlicht sowie den Hauptlaser des Detektors mit 1064 Nanometern in grünes Licht um. Dieses gemeinsame grüne Signal ermöglicht es, die Steuerung reibungslos vom Fixierlaser auf den Hauptlaser zu übergeben. Der Wechsel dauerte in der Demonstration des Teams rund 60 Sekunden, was Liu als deutlich schneller als beim bisherigen System bezeichnete. Bei wiederholten Durchläufen über mehrere Tage gelang er stets.

Das Team schätzt zudem den Messfehler zwischen den beiden Lasern auf etwa ein Zehntel der Breite eines Atoms, selbst wenn er entlang eines vier Kilometer langen LIGO-Arms gemessen wird. Die Autoren präsentieren dies als Schätzung aus ihren Ergebnissen, nicht als über die volle Armlänge gemessenen Wert. Außerdem fanden die Tests als Demonstration innerhalb der Studie statt und nicht an einem laufenden Detektor.

Für Detektor-Teams bedeutet das Ergebnis: Die neuen Spiegelbeschichtungen müssen nicht auf ein Fixierverfahren warten, das zu ihnen passt. Für Astronomen eröffnet sich damit ein Weg zu einem empfindlicheren Detektor, der die Kollision entfernter Schwarzer Löcher und Neutronensterne erfassen kann. Die Studie nennt keinen Termin, zu dem ein modernisiertes LIGO das Verfahren übernehmen würde, und sie sagt nicht, wie es in die bestehende Hardware des Instruments integriert werden könnte.