Читать книгу Fragen an das Universum - James Trefil - Страница 33

Elektromagnetische Wellen sind nicht die einzigen Informationsquellen. Weitere Wellenarten und eine ganze Reihe von Teilchen erreichen die Erde. Immer wenn wir lernen, sie zu entschlüsseln und zu verstehen, öffnen sich neue Fenster ins Universum, so wie vor Kurzem für Neutrinos und Gravitationswellen. Und weitere, wie die für Dunkle Materie und Dunkle Energie, warten darauf, durch neue Technologien geöffnet zu werden.

Mach‘s gut, Cassini, du bist so weit gekommen! Heute Abend vereinst du dich mit Saturn im feurigen Tod. Verglühe in Frieden: 2004–2017.

NEUTRINOS »Die kleinen Neutralen« sind Elementarteilchen ohne elektrische Ladung und fast ohne Masse. Neutrinos entstehen zahlreich bei Kernreaktionen und reagieren fast nie mit Materie. Während Sie das lesen, passieren pro Sekunde 100 Milliarden davon jeden Quadratzentimeter Ihres Körpers, doch nur wenige davon werden jemals eines Ihrer Atome in Ihrem Leben anstupsen.

Der einzige Weg, Neutrinos zu entdecken, ist, ihnen viele Atome vorzusetzen, mit denen sie interagieren können. Das ist die Idee von IceCube, einem gigantischen Neutrino-Detektor am Südpol. Mit heißem Wasser wurden Löcher ins Eis gebohrt, in die man Kabel mit Lichtsensoren hinabließ. Das Wasser fror danach wieder zu. Wenn nun ein Neutrino auf ein Atom im Eis stößt, registrieren diese Sensoren den charakteristischen Lichtblitz. Diese clevere Technik verwandelt einen ganzen Kubikkilometer Eis in einen Neutrino-Detektor.

Noch erstaunlicher ist, dass einige der mit IceCube entdeckten Neutrinos am Nordpol auf die Erde trafen und diese ohne Interaktion mit einem einzigen Atom durchliefen, bevor sie den Kubikkilometer Eis am Südpol erreichten.

GRAVITATIONSWELLEN Nach der allgemeinen Relativitätstheorie senden schwere Objekte bei einer Beschleunigung Wellen durch das Raum-Zeit-Kontinuum wie Steine kleine Wellen durch das glatte Wasser eines Teichs.

Zwei LIGO-Observatorien – dieses hier in Louisiana, ein weiteres im Staat Washington – sammeln, vergleichen und bestätigen Belege für Gravitationswellen.

Die Darstellung der Kollision zweier Neutronensterne. Solche kosmischen Ereignisse verursachen Störungen in der Raumzeit, die LIGO entdeckt.

Diese Wellen sind sehr schwach, aber sie haben einen charakteristischen Einfluss auf materielle Objekte, denen sie begegnen. Übertrieben dargestellt verformt eine Gravitationswelle einen Fußball zu einem Football, der wieder zu einem Fußball wird, sobald die Welle vorbei ist. In Wirklichkeit sind diese Verzerrungen natürlich winzig – kleiner als der Durchmesser von Teilchen im Atomkern.

Das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ist eine Forschungseinrichtung mit zwei vier Kilometer langen Armen in Form eines L. Durch jeden Arm läuft ein Laserstrahl, der am Ende von einem Spiegel reflektiert wird. Wenn eine Gravitationswelle hindurchzieht, bewegen sich die Spiegel kurz, was die Weglänge verändert.

Am 14. September 2015 zeichnete LIGO die erste jemals gemessene Gravitationswelle auf, ein Jahrhundert nach Einsteins Vorhersage.

DOPPELTE ANSTRENGUNGEN

LIGO besteht aus zwei Detektoren, einem in Louisiana und einem im Staat Washington. Das System der zwei Anlagen soll zufällige Ereignisse (oder absichtliche Streiche) ausschließen, die vielleicht an einem der beiden Orte nur wie Gravitationswellen aussehen.

Die Welle entstand durch den Zusammenstoß zweier Schwarzer Löcher, die 36 und 29 Sonnenmassen hatten, und kam aus einer Galaxie, die etwa 1,5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Seitdem bauten auch andere Länder Detektoren für Gravitationswellen, sodass langsam ein weltweites Netzwerk entsteht.