„Gequetschtes“ Laserlicht verbessert Gravitationswellen-Observatorien

9. Dezember 2019

Gravitationswellendetektion mit gequetschtem Licht.

Foto: R. Schnabel

Ein Binärsystem, d.h. zwei kompakte Sterne oder Schwarze Löcher, die sich mit einer gewissen Frequenz umkreisen, produziert Gravitationswellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Diese Wellen machen sich durch eine Ausdehnung und Stauchung des Raumes senkrecht zur Ausbreitungsrichtung bemerkbar. Gravitationswellenobservatorien sind Laserinterferometer, die diese Änderungen der Raumzeit extrem präzise messen können.

Die Gravitationswellenobservatorien LIGO und Virgo haben ihre Empfindlichkeit durch eine von Quantum Universe-Forscher Roman Schnabel maßgeblich mitentwickelte Technologie deutlich verbessert.

Gequetschtes Laserlicht hat eine reduzierte Quantenunschärfe und ist wesentlich in der Arbeitsgruppe von Prof. Roman Schnabel seit 2003 entwickelt worden. Zwei aktuelle Publikationen in Physical Review Letters berichten von der erfolgreichen Empfindlichkeitsverbesserung der beiden LIGO-Observatorien und des Virgo-Observatoriums durch die Implementierung von zusätzlichen Quetschlichtlasern [Tse2019, Acernese2019]. Damit nutzen nach GEO600 [LSC2011] jetzt auch alle anderen Gravitationswellen-Observatorien gequetschtes Licht.

Während GEO600 auch trotz der Verbesserung in 2011 bisher keine Gravitationswellen beobachten konnte, sieht das internationale Netzwerk der Observatorien seit dem Start des neuen Beobachtungslaufs im April 2019 jede Woche ein bis zwei Ereignisse. Dabei ermöglichte allein der Einsatz des gequetschten Lichts eine Erhöhung der Ereignisrate um bis zu 50%. Die aktuelle Liste aller Kandidaten für Verschmelzungen zweier Schwarzer Löcher, zweier Neutronensterne und von einem Schwarzem Loch mit einem Neutronenstern ist in der „Gravitational-Wave Candidate Event Database“ zu finden. Die gründliche Auswertung der Signale ist bereits im vollen Gange.

Gequetschtes Licht stellt eine der Besonderheiten der Quantenphysik dar. Deswegen ist die Anwendung in der Astronomie ein Meilenstein in der Quantenphysik. Das Besondere des gequetschten Lichts hat Roman Schnabel in einem jüngsten Manuskript [Sch2019] auf eine neue Art und Weise beschrieben.

Referenzen

[Tse2019]: M. Tse et al., Quantum-Enhanced Advanced LIGO Detectors in the Era of Gravitational-Wave Astronomy, Phys. Rev. Lett. 123, 231107, DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.231107
[Acernese2019]: F. Acernese et al. (Virgo Collaboration), Increasing the Astrophysical Reach of the Advanced Virgo Detector via the Application of Squeezed Vacuum States of Light, Phys. Rev. Lett. 123, 231108, DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.231108
[LSC2011]: The LIGO Scientific Collaboration, A gravitational wave observatory operating beyond the quantum shot-noise limit, Nature Physics 7, 962–965 (2011), DOI: 10.1038/nphys2083
[Sch2019]: R. Schnabel, 'Quantum weirdness' in exploitation by the international gravitational-wave observatory network, https://arxiv.org/abs/1909.13723