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12-02-2016 | Keramik + Glas | Schwerpunkt | Article

Gravitationswellen-Nachweis dank hochreinem Quarzglas

Author: Dieter Beste

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Als ein Schlüsselelement in den Experimentalaufbauten der LIGO-Arbeitsgruppe, der es gelang, die von Albert Einstein vorausgesagten Gravitationswellen experimentell nachzuweisen, erwies sich hochreines optisches Quarzglas.

Die Forschungen der modernen Glaswissenschaft konzentrieren sich in Fortführung der Entwicklungen von Otto Schott auf neuartige Glaszusammensetzungen. Herausragende Beispiele haben längst Eingang in unser Leben gefunden – dabei ist uns oft nicht bewusst, dass es sich um Anwendungen des Werkstoffs Glas handelt, schreiben die Springer Autoren Helmut A. Schaeffer und Roland Langfeld in „Werkstoff Glas“ (Seite 12): „Im Jahre 1953 wurden in den Corning Glass Works die ersten temperaturstabilen Glaskeramiken durch Stanley Donald Stookey entwickelt. 1968 brachte die Schott AG die Glaskeramik Zerodur® als Material mit – der Alltagserfahrung widersprechend – thermischer Nullausdehnung auf den Markt. Und das Jahr 1970 wurde zur Geburtsstunde der Glasfaser für die optische Nachrichtenübertragung, als im Glaswerk von Corning Inc. mit hochreinem Quarzglas erstmals die Dämpfung (Lichtabsorption) unter 20 dB/km gesenkt werden konnte, was einer Transmission von 1 % auf 1 km Faserstrecke entspricht. Heute basiert unser Internet auf Glasfasern mit einer Lichtabsorption von weniger als 0,2 dB/km, einer 95%igen Transmission bei 1 km Faserlänge.“

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Mit einem hochreinen Superwerkstoff aus Quarzglas hat jetzt das Unternehmen Heraeus dazu beigetragen, dass mit hochempfindlichen Detektoren Einsteins Relativitätstheorie bewiesen werden konnte. Am 11. Februar 2016 verkündeten die am LIGO (Advanced Laser-Interferometer Observatory, kurz LIGO) beteiligten Wissenschaftler auf einer Pressekonferenz ihren sensationellen Nachweis von Gravitationswellen: Die Forscher haben mit Hilfe riesiger Doppeldetektoren, einer davon in Livingstone in Louisiana, der andere in Hanford, Washington, ein schwaches Beben der Raumzeit aufspüren und Signale messen können, die bei der Kollision zweier schwarzer Löcher entstanden.

Optisch isotrop und hochhomogen

In den beiden Gravitationswellen-Detektoren nutzen die Forscher hochsensitive optische Interferometer mit vier Kilometer Armlänge. Diese werden als Photonenspeicher betrieben und enthalten Quarzglas mit extremen Transmissionswerten, und zwar das von Heraeus entwickelte Suprasil® 3001: „Wir haben die Absorption unseres Quarzglases so verbessern können, dass wir einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung der Sensitivität des Instrumentes geliefert haben“, kommentiert Ralf Takke, Vice President Optics bei Heraeus. Das von ihm und seinem Team entwickelte Quarzglas ist nach Unternehmensangaben optisch isotrop, hochhomogen und eigne vor allem für die Herstellung von mehrdimensionaler Optik wie Prismen, stark gekrümmten Linsen, Strahlteilern, Strahlführungssystemen oder Retro-Reflektoren. Zur Anwendung komme es im Alltag für Diodenlaser im Bereich der Medizintechnik, zur Materialbearbeitung oder für Spektroskopie-Optiken. 

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