F&E Labor ETpathfinder

Das Einstein-Teleskop muss viel präziser arbeiten als die bisherigen Gravitationswellenobservatorien. Dafür werden neue und bessere Technologien benötigt, die zum Teil erst noch entwickelt werden müssen. Dies geschieht im ETpathfinder, einem eigens eingerichteten Forschungs- und Entwicklungslabor. Hier werden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und Unternehmen gemeinsam an Vakuumsystemen, Kühlanlagen, Spiegeln und Spiegelvergütungen, Schwingungsdämpfern sowie Mess- und Steuersoftware arbeiten. Auch wenn es sich um Technologien für Gravitationswellenmessungen handelt, entsteht in diesem Labor auch neues Know-how, das breitere Anwendung außerhalb der Grundlagenforschung finden kann.

Ein einzigartiges Forschungs- und Entwicklungslabor

Die Idee eines Forschungs- und Entwicklungslabors für Gravitationswellenobservatorien ist nicht neu. Ohne die auf Forschung und Entwicklung ausgerichteten Institute in Glasgow, München und Kalifornien hätten die existierenden Observatorien LIGO und Virgo niemals ihre Präzision erreicht. Im ETpathfinder geht man einen Schritt weiter und bietet die Möglichkeit, Versuche bei extrem niedrigen Temperaturen durchzuführen. Es wird die erste Einrichtung ihrer Art sein, die Siliziumspiegel kühlen kann. Dies ist ein wichtiger Schritt zur Rauschunterdrückung und zur Steigerung der Messgenauigkeit. Es handelt sich um ein einzigartiges Projekt, das Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und Unternehmen aus aller Welt anlocken wird.

Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft

Am ETpathfinder nehmen schon jetzt 15 Wissenschaftsinstitute aus Deutschland, Belgien und den Niederlanden teil, die bei diesem Versuchsprojekt mit Unternehmen aus der Wirtschaft zusammenarbeiten. Eine frühzeitige Beteiligung der Unternehmen ist wichtig, damit diese sich bei der Planung einbringen und die Machbarkeit neuer Technologien garantieren können. Wenn Unternehmen und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zusammenarbeiten, geht daraus zudem neues Fachwissen hervor. Dies ist für den Bau des Einstein-Teleskops sehr wichtig. Darüber hinaus können Unternehmen mit den entwickelten Techniken ihrerseits neue Produkte entwickeln und auf den Markt bringen.

Zeitplan

Vor kurzem wurde für den ETpathfinder ein Gebäude am Duboisdomein 30 in Maastricht erworben. Umbaubeginn ist 2020, die Fertigstellung des notwendigen Reinraums ist für das Jahr 2020 vorgesehen. Voraussichtlich 2022 kann die ETpathfinder-Anlage ihren Betrieb aufnehmen. Die Einrichtung wird danach für mindestens zehn Jahre genutzt.

Wie es aussieht und funktioniert

Der ETpathfinder wird eine Versuchsanlage für Laserinterferometrie, die genutzte Technik für die Messung von Gravitationswellen. Wie das genau funktioniert, zeigt dieser Film:

Ein Laserstrahl wird in zwei Teile geteilt und am Ende der Arme von Spiegeln zurückgeworfen. Die Strahlen treffen wieder aufeinander und werden von einem Detektor aufgefangen. Hier können sich die beiden Laserstrahlen entweder auslöschen oder sie können sich gegenseitig verstärken. Dies hängt vom Längenunterschied zwischen den Armen ab. Bewegt sich eine Gravitationswelle durch die Anlage, verformt sich die Raumzeit ein klein wenig. Einer der beiden Arme ist vorübergehend etwas kürzer als der andere. Das führt zu einem Flackern des vom Detektor aufgefangenen Signals: der Fingerabdruck der Gravitationswelle.

Die ETpathfinder-Anlage wird in einer großen, staubfreien und genau temperierten Halle entstehen: einem Reinraum. Hier können in den kommenden 20 bis 30 Jahren Laserinterferometer unterschiedlicher Bauart aufgestellt werden. Die Hauptinstallation wird aus zwei Armen von jeweils 20 Metern Länge bestehen. Das reicht zwar nicht aus, um Gravitationswellen zu erfassen, erlaubt aber die Entwicklung und Erprobung verschiedener Techniken.

 

impressie van ETpathfinder
Abbildung: Impression of ETpathfinder by Nikhef
Die Installation umfasst mehrere Türme, in denen sich schwingungsfrei gelagerte Tische befinden. In den zentral angeordneten Türmen sind der Laser und der Detektor untergebracht. Der Laserstrahl wird geteilt und in die beiden Arme gelenkt. In den vier Türmen, mit denen die Arme verbunden sind, werden speziell vergütete Spiegel installiert, von denen die Laserstrahlen hin und her reflektiert werden. Diese Spiegel können bis auf -153 °C (und in der Zukunft vielleicht sogar auf -263 °C!) gekühlt werden.