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Physik-Nobelpreis für Nachweis von Gravitationswellen

Anderthalb Jahre nach dem ersten Nachweis von Gravitationswellen haben drei damit befasste Forscher den Nobelpreis erhalten. Anlagen in den USA und Europa hatten erst vor wenigen Tagen einen ersten gemeinsamen Nachweis vermeldet.

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Physik-Nobelpreis für Nachweis von Gravitationswellen

Die nun beobachteten Gravitationswellen haben ihren Ursprung in der Kollision zweier Schwarzer Löcher.

(Bild: Ligo)

Der Physik-Nobelpreis geht in diesem Jahr zu zwei gleichen Teilen an den in Berlin geborenen US-Amerikaner Rainer Weiss sowie die Amerikaner Barry Barish und Kip Thorne für die Entdeckung von Gravitationswellen. Ausgezeichnet wird damit der experimentelle Nachweis des von Albert Einstein prognostizierten Phänomens im Rahmen des Experiments LIGO in den USA, das mit dem französisch-italienischen Virgo kooperiert. Die Physiker werden für "entscheidende Beiträge zum LIGO-Detektor und der Beobachtung von Gravitationswellen" ausgezeichnet, teilte Schwedens Königliche Akademie der Wissenschaften am Dienstag mit. Unter Forschern war erwartet worden, dass der weltweit beachtete erste Nachweis in diesem Jahr mit dem wichtigsten Preis für Physiker ausgezeichnet werden würde. Thorne und Weiss – sowie der inzwischen verstorbene Ronald W. P. Drever – waren schon mit dem "Special Breakthrough Price for Fundamental Physics" geehrt worden.

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Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie zufolge ist Gravitation eine Eigenschaft des Raums, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Werden massereiche Körper beschleunigt, erzeugen sie der Theorie zufolge Gravitationswellen, die das Gefüge des Raums verformen – selbst bei großen Massen aber nur minimal. Einstein selbst ging davon aus, dass sie nie nachweisbar sein würden. Mit den nun vorhandenen, äußert leistungsfähigen Instrumenten sind sie aber doch zu beobachten, wenn das verantwortliche Ereignis groß genug war. Bislang wurden deshalb nur Gravitationswellen nachgewiesen, die auf die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher zurückgehen.

Gravitationswellen nachgewiesen (8 Bilder)

Darstellung von Sonne und Erde in der Raumzeit
(Bild: Ligo)

Da die Verformung des Raums durch Gravitationswellen äußerst klein ist, braucht es hochpräzise Messgeräte in einer speziellen Anordnung, um sie nachzuweisen. Eine ganze Reihe der Instrumente, die dafür nötig waren, wurden in Deutschland entwickelt und getestet. Das Ligo-Observatorium, an dem der historische erste Nachweis geglückt war, setzt dafür auf Interferometer: Zwei baugleiche Observatorien bestehen aus jeweils zwei vier Kilometer langen Tunnel, in denen ein Vakuum herrscht und die L-förmig senkrecht aufeinander treffen. An dem Punkt, an dem die beiden Tunnel beginnen, wird ein Laser erzeugt und aufgespalten. Die kohärenten Strahlen laufen durch die Tunnel, an deren Ende sie von Spiegeln reflektiert werden.

Wenn die Strahlen hin und zurück durch die Tunnel gelaufen sind, werden sie zur Überlagerung gebracht. Da sie kohärent sind, müssten sie deckungsgleich sein, wenn sie die gleiche Strecke zurückgelegt haben. Sind sie das aber nicht, obwohl die Tunnel gleich lang sind, könnten Gravitationswellen für die Längenabweichungen verantwortlich sein. Um das zu überprüfen, braucht es mindestens ein zweites Observatorium, das zur gleichen Zeit die gleichen Längenänderungen beobachtet. Deswegen besteht Ligo aus zwei Teilen, die noch dazu weit genug voneinander entfernt sind, um andere – regional begrenzte – Ursachen für die Beobachtung auszuschließen.

Bereits vergebene Nobelpreise:

(mho)

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