01/12/2011 - Wie Supraleiter Gravitationswellen erkennen können

Menéame

Gravitationswellen sind Schwingungen im Raum-Zeit-Gewebe. Sie gehören zu den aufregendsten Phänomenen des Universums, weil sie durch exotische Prozesse entstehen, wie Kollisionen zwischen schwarzen Löchern und sogar zum Zeitpunkt der Schöpfung selbst, dem Urknall. Daher ist es für Astronomen wichtig, einen Weg zu finden, sie zu studieren.

Aber es gibt ein Problem. Gravitationswellen komprimieren und dehnen den Raum, während sie reisen, aber ihre Auswirkungen sind winzig. Die Physiker schätzen, daß die Wellen, die durch die Erde gehen, die Entfernung zwischen London und New York ungefähr die Breite eines Urankerns verändern.

Dies macht sie so schwer zu beobachten, obwohl die heutige Generation von Gravitationsdetektoren in der Lage sein sollte, diesen Grad der Veränderung zu erfassen (es sei denn, jemand hat ihre Berechnungen sehr falsch gemacht).

Aber niemand hat direkt Gravitationswellen beobachtet.

So wird eine neue Art, diese Tiere zu finden, sicherlich ein großes Interesse haben. Armen Gulian von der Chapman University in Maryland und Kollegen skizzieren heute eine neue Art von Detektor, die das Potenzial hat, viel kleiner zu sein als die heutigen Kolosse.

Konventionelle Detektoren sind gigantische L-förmige Interferometer mit jedem Arm mit einer Länge von hundert Metern. Am Ende eines jeden Arms befindet sich ein Spiegel, so dass ein Laserstrahl entlang der Milz vorwärts und zurück gehen und sich selbst einmischen kann.

Jede Veränderung der Armlänge sollte in einer Veränderung des resultierenden Störmusters erscheinen.

Gulian und Gesellschaft haben eine andere Idee. Stell dir vor, ein supraleitender Metallstab leidet unter dem Einfluss einer Gravitationswelle. Die Wellen wirken auf alle Massen innerhalb des Stabes, aber die Bewegung, die sich aus dem festen Metallnetz ergibt, wird sich sehr von der Bewegung der supraleitenden Elektronen unterscheiden, die völlig entkoppelt sind und Bewegungsfreiheit haben.

"Die Welle wird also dazu neigen, die Elektronen vor und zurück zu beschleunigen und sich von den Enden des Stabes zu entfernen," sagen sie.

Dann legen sie einen weiteren supraleitenden Balken am Ende des ersten, aber in einem geraden Winkel. Während der erste Balken durch eine Gravitationswelle komprimiert wird, wird der zweite Balken gestreckt. So werden die Elektronen in diesem Stab auch schwanken, wenn auch eine halbe Periode im Vergleich zum ersten.

Wenn diese Stangen schließlich über ein Supraleiterkabel verbunden werden, sollte zwischen ihnen ein schwingender Strom fließen.

Es gibt andere Feinheiten im Design, zum großen Teil um mit der Natur der Supraleiter umzugehen, aber das ist im Wesentlichen das Prinzip, das sie beschreiben.

Sie kommen dann, um zu beschreiben, wie ein so kleiner Detektor funktionieren könnte, bestehend aus nur ein paar Dutzend Zentimeter langen Stäben. Eine Gravitationswelle sollte einen Strom von einigen Femtoampern erzeugen, ein Niveau, das mit kommerziellen Geräten nachweisbar sein könnte.

Lärm könnte jedoch ein Problem sein. Aber Gulian und seine Kollegen sagen, dass, wenn man im Voraus die Häufigkeit der Schwingen kennt, ein großer Teil des Lärms gefiltert werden kann. Darüber hinaus könnte der Detektor in einen magnetischen Behälter platziert werden, um das magnetische Geräusch zu anzeigen.

Es ist eine interessante Idee, die deutlich billiger und einfacher sein könnte als die nächste Generation von Laser-basierten Werkzeugen, die derzeit für zukünftige Weltraummissionen wie LISA (Laser-Interferometer-Raumantenne) entwickelt werden. Es lohnt sich, ihn näher zu betrachten.

Quellen:    Wissenschaft Kanija /  Superconducting Antenna Concept for Gravitational Wave Radiation /  Technology Review

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