LIGO

Interferometer-Labor

Raumzeit / Licht / Messung

DIFFERENZLÄNGEam

OPTISCHE SIGNALPHASEnrad

UMLAUFLEISTUNG IM ARMkW

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DEHNUNG → KALIBRIERTES SIGNAL

— eingespeist- - rekonstruiert·· Residuum ·

REKOMBINATION AM STRAHLTEILERδPhase ×10⁸

Signalphase vergrößert · DC-Vorspannung schematisch

Die Messkette

Effektive Differenzlänge

↓ Phasenantwort + Lokaloszillator

Ausgangsleistungsmodulation

↓ Photodiode · Kalibrierung

Rekonstruierte Dehnung

Das Interferometer wird aufgebaut

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2015 · Physik

LIGO-Gravitationswellendetektor

Zwei vier Kilometer lange Laserarme, Recycling-Spiegel, ein dunkler Port und eine synthetische Doppelobjekt-Wellenform machen die differentielle Dehnung messbar.

Eine vorbeiziehende Gravitationswelle dehnt einen der vier Kilometer langen Arme von LIGO, während sie den senkrechten staucht. Das Instrument ist ein modifiziertes Michelson-Interferometer, betrieben nahe einer dunklen Interferenz: Die zurückkehrenden Laserfelder sind so eingestellt, dass am Ausleses-Photodetektor wenig Licht entsteht, und differentielle Armbewegung ändert diese Ausgabe.

Dieses Labor ist ein vereinfachtes Modell der veröffentlichten Advanced-LIGO-Topologie. Es projiziert eine synthetische Plus-, Kreuz-, zirkulare oder Inspiral-Wellenform führender Ordnung mit 10 + 10 Sonnenmassen auf beide Arme, berechnet die gespeicherte Leistung in den recycelten Fabry-Pérot-Resonatoren, bildet eine DC-Auslesung mit einem kleinen Offset und rekonstruiert die Dehnung durch eine idealisierte 15-Hz-Rückführungsschleife. Einen Arm unterbrechen, die Resonatoren verstimmen oder den Offset entfernen, und die lineare Kalibrierung wird als nicht verfügbar markiert.

Alles Gezeigte ist ein Lehrmodell, keine Observatoriumsdaten: Die synthetische Doppelobjekt-Wellenform hat weder Verschmelzung noch Ringdown, das Detektorrauschen ist eine deterministische veranschaulichende Mischung, die Arme sind gestaucht und die Spiegelbewegung ist zur Sichtbarkeit vergrößert, während jeder dargestellte Wert in physikalischen Einheiten bleibt.

Die Detektion von GW150914 im Jahr 2015 trug 2017 zum Nobelpreis für Physik bei und eröffnete die Gravitationswellenastronomie. LIGO ist eines der empfindlichsten je gebauten Verschiebungsmesssysteme.

Technische Daten

Instrument: Modifiziertes Michelson-Interferometer mit 4-km-Armresonatoren
Erste Detektion: GW150914 – 14. September 2015
Repräsentative Dehnung: h ≈ 10⁻²¹ (einige Attometer über 4 km)
Simuliert: Recycelte Resonatorspeicherung, DC-Auslesung, idealisierte Rückführung und Kalibrierungsgültigkeit
Synthetisch: Eingespeiste Wellen, veranschaulichendes Rauschen und vergrößerte Bewegung; keine gemessenen LIGO-Daten

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LIGO

Interferometer-Labor

Numerische Prüfungen des vereinfachten Modells

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