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Graviationswellen

Nobelpreis Physik für Pioniere der Gravitationsforschung

Ein Forscherteam um den Direktor des Max-Planck-Instituts Karsten Danzmann aus Hannover war am Nachweis von Gravitationswellen im Jahr 2015 beteiligt.

Vier Männer und ein Frau © Initiative Wissenschaft Hannover

(v.l.n.r.) Prof. Volker Epping, Prof. Karsten Danzmann, Prof. Bruce Allan, Gabriele Heinen-Kljajić, Prof. Herbert Welling

Drei Pioniere der Gravitationsforschung, Rainer Weiss, Kip Thorne und Barry Barish, werden im Dezember mit dem Nobelpreis Physik 2017 ausgezeichnet. Dies wurde am 3. Oktober in Stockholm bekannt gegeben.

Oberbürgermeister Stefan Schostok

Oberbürgermeister Stefan Schostok zeigte sich außerordentlich erfreut: "Die Initiative Wissenschaft  Hannover gratuliert den drei internationalen Physikern. Die Auszeichnung ist auch ein Lob für alle Forschenden am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) in Hannover und Potsdam und der Leibniz Universität Hannover. Denn sie sind Teil einer  internationalen Forschungsgemeinschaft, die vor rund zwei Jahren die erste Gravitationswelle nachweisen konnte.  Das war ein Wendepunkt für die astronomische und astrophysikalische Forschung. Gleichzeitig hat die exzellente Forschung in Hannover auch dazu geführt, dass der Wissenschaftsstandort Hannover internationale Aufmerksamkeit erhalten hat", so Schostok.

Regionspräsident Hauke Jagau

Regionspräsident Hauke Jagau gratulierte ebenfalls: "Schon immer sind Forschung und Fortschritt Hand in Hand gegangen. Wir brauchen Menschen, die beharrlich ihrem Wissensdrang folgen, auch Rückschläge in Kauf nehmen und den Dingen auf den Grund gehen. Wir sind stolz, dass das Max-Planck-Institut und die Leibniz Universität Hannover wesentlichen Anteil haben an den wissenschaftlichen Erfolgen in der Gravitationsforschung. Hannoversche Wissenschaftler waren die ersten, die das Signal aus dem All im September 2015 registrierten – der Nobelpreis würdigt auch ihr Engagement."

Die Max-Planck-Gesellschaft und die Leibniz Universität leisten entscheidende Beiträge

Der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen am 14. September 2015 war der Höhepunkt jahrzehntelanger Forschung auf dem Gebiet der Gravitationswellendetektion in der Max-Planck-Gesellschaft. Prof. Bruce Allen, Prof. Alessandra Buonanno und Prof. Karsten Danzmann, DirektorInnen am AEI und Bernard F. Schutz, emeritierter Gründungsdirektor des AEI wurden mehrfach für ihre Forschungserfolge ausgezeichnet. Zusammen mit den vielen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) in Hannover und Potsdam und des Instituts für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover haben sie zu folgenden Entdeckungen beigetragen:

  • Entwicklung und Betrieb extrem empfindlicher Detektoren an den Grenzen der Physik,
  • effiziente Methoden der Datenanalyse, die auf leistungsfähigen Computerclustern laufen
  • Konstruktion von hochgenauen Wellenformmodellen für den Nachweis und die Interpretation der Signale.

Seit 2002 hat das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) in Hannover den expliziten Auftrag, ein weltweites Zentrum für Gravitationswellenforschung zu werden. 1994 gab es das Startsignal für GEO600, einem kosteneffizienten deutsch-britischen Gravitationswellen-Observatorium in Ruthe/Sarstedt, das seither als Ideenschmiede der Detektor-Entwicklung dient. Die High-End-Technologie in Hannover bildet heute das Herz aller großen Gravitationswellen-Detektoren.

Videos auf wissen.hannover.de

Videos zur Erforschung und Entdeckung der Gravitationswellen in Hannover finden sich auch auf www.wissen.hannover.de, dem Videoportal der Initiative Wissenschaft Hannover.

Technologieschmiede GEO600

In der GEO-Kollaboration, einem Team von Forschenden der Max-Planck-Gesellschaft, der Leibniz Universität und aus Großbritannien betreibt Danzmann seit Mitte der 1990er Jahre den Gravitationswellen-Detektor GEO600 südlich von Hannover. GEO600 ist ein Entwicklungszentrum für neuartige und fortschrittliche Technologien in der internationalen Gravitationswellenforscher-Gemeinschaft.

Menschen mit Schutzbrillen mit technischen Großgeräten. © B. Knispel/AEI

Besuch im Herz des Gravitationswellendetektors beim Tag der offenen Tür am 11. Juli 2015.

Viele Schlüsseltechnologien, die die nie zuvor erreichte Empfindlichkeit der LIGO-Observatorien und die bahnbrechenden Entdeckungen ermöglichen, wurden bei GEO600 entwickelt und getestet. AEI-Forschende zusammen mit dem Laser Zentrum Hannover e.V. entwickelten, bauten und installierten die Hochleistungslaser im Herzen der LIGO-Instrumente. Entscheidende Verbesserungen im optischen Messprinzip wie Leistungs- und Signalüberhöhung wurden zuerst bei GEO600 in einem großen Gravitationswellen-Detektor demonstriert.

Quantenmechanische Tricks für die Zukunft der Gravitationswellen-Astronomie

GEO600 ist darüber hinaus derzeit der einzige Gravitationswellen-Detektor weltweit, der sogenanntes Quetschlicht einsetzt, um fundamentales Quantenrauschen zu unterdrücken und die Empfindlichkeit bei hohen Frequenzen zu verbessern. Zukünftig werden alle Gravitationswellen-Detektoren auf der Erde solche Quetschlichtquellen wie die von GEO600 verwenden, um ihre Empfindlichkeit weiter zu steigern.

Mit den Mitteln des Körber-Preises will Danzmann die Messtechnik für die dritte Generation der Gravitationswellen-Detektoren weiter verfeinern. Zum Einsatz kommen dabei quantenmechanisch verschränkte Photonen mittels derer sich das Quantenrauschen noch besser kontrollieren lassen wird.

Mit LISA Gravitationswellen im Weltall aufspüren

Danzmann forscht außerdem seit den frühen 1990er Jahren in führender Rolle an einem geplanten Gravitationswellen-Detektor, der 2034 unter dem Namen LISA (Laser Interferometer Space Antenna) als Mission der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA ins All starten wird. Drei Satelliten spannen dann ein gleichseitiges Dreieck aus Laser-Messarmen mit 2,5 Millionen Kilometer Länge auf und werden niederfrequente Gravitationswellen messen, die sich auf der Erde niemals nachweisen lassen werden. Dass die notwendige Technologie für LISA funktioniert, hat Danzmann in einem internationalen Team mit der überaus erfolgreichen Satellitenmission LISA Pathfinder im Jahr 2016 bewiesen.

Auszeichnungen für Spitzenwissenschaftler

Karsten Danzmann wurde für seine Verdienste bereits mit dem Wissenschaftspreis der Fritz Behrens Stiftung 2016, dem Wissenschaftspreis Niedersachsen 2016, dem Otto-Hahn-Preis 2017 und dem Körber-Preis für die Europäische Wissenschaft ausgezeichnet. Zusammen mit Bruce Allen, Direktor am AEI Hannover, und Alessandra Buonanno, Direktorin am AEI Potsdam-Golm, erhielt er den Niedersächsischen Staatspreis 2016. Gemeinsam mit der LIGO Scientific Collaboration wurde er mit dem Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics und dem Gruber Cosmology Prize ausgezeichnet.

(Veröffentlicht: 3. Oktober 2017; aktualisiert: 4. Oktober 2017)