Das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) wurde entwickelt, um Gravitationswellen zu entdecken, die von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vor über 100 Jahren vorhergesagt wurden: "Die Entdeckung der Gravitationswellen war nicht nur ein weiterer obskurer Meilenstein in der theoretischen Physik, sondern eine völlig neue Art, das Universum zu sehen", erklärt Rainer Weiss, Physikprofessor am MIT und Erfinder des Laserinterferometers, auf dem LIGO basiert.
Am 14. September 2015 entdeckte das LIGO-System eine sehr leichte Störung - der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen. Die Forscher bestätigten, dass es sich bei der Störung um ein Signal von Gravitationswellen handelte, das von einem Paar heftig kollidierender massereicher Schwarzer Löcher 1,3 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt stammt.
Joshua LeBeau, VAT Regional Sales Manager, ist ein großer Fan: "Diese Entdeckung war ein historischer Moment in der Wissenschaft - und bewies, dass Einsteins Vorhersage über die Existenz von Gravitationswellen, sehr feine Wellen im Gewebe der Raumzeit, richtig war. Die Gründer des Projekts - Barry Barish und Kip Thorne vom Caltech und Rainer Weiss vom MIT - erhielten für ihre Arbeit gemeinsam den Nobelpreis für Physik 2017. Wohlverdient!"
Das LIGO-System basiert auf zwei identischen - und riesigen - Detektoren, die 1.865 Meilen voneinander entfernt sind, in Livingston, Louisiana und in Hanford, Washington. Jeder Detektor besteht aus zwei Vakuumröhren aus rostfreiem Stahl (bedeckt von schützenden Betonrohren), die etwa zwölf Fuß hoch und 4 km (2½ Meilen) lang und in einer L-Form angeordnet sind. Aufgrund ihrer extremen Länge sind die Rohre an jedem Ende etwa einen Meter vom Boden angehoben, um sie aufgrund der Erdkrümmung absolut flach zu halten.
Jeder L-förmige Detektor ist im Wesentlichen eine riesige Vakuumkammer, die von Laserstrahlen durchquert wird. Diese Laser werden an jedem Rohr mit Spiegeln an jedem Ende hinuntergeschickt. Eine vorbeiziehende Gravitationswelle dehnt den Raum in einer Röhre aus, während sie den Raum in der anderen Röhre um einen infinitesimalen Betrag zusammenzieht, was zu winzigen Veränderungen in der Zeit führt, die ein Strahl braucht, um die Tunnel zu durchqueren. Diese Verzögerung löst in den LIGO-Detektoren einen Alarm aus.
Bevor LIGO online ging, mussten die riesigen Edelstahl-Vakuumkammern evakuiert werden. Nach 40 Tagen des Abpumpens hatte LIGO eines der reinsten Vakua, die je auf der Erde erzeugt wurden, ein Billionstel so dicht wie die Atmosphäre auf Meereshöhe oder 10-9 mbar, ein typischer Druck in UHV-Anwendungen.
"Leider haben wir die großen Ventile - 48" und 44" - für die Hauptanschlüsse von einer minderwertigen Quelle gekauft und VAT-Vakuumventile (10") an den kleineren Anschlüssen der LIGO-Röhren installiert", erklärt Rainer Weiss, Physiker am MIT. "Die VAT-Ventile funktionieren tadellos, während die großen Ventile uns unendliche Probleme bereitet haben - wir haben unsere Lektion gelernt!"
LIGO installierte 86 VAT-UHV-Absperrschieber mit der Anforderung, dass sie in einem ISO 6-Reinraum montiert werden. Die in der Forschung und Entwicklung für UHV-Absperrungen weit verbreiteten UHV-Absperrschieber der Baureihe 10.8 sind mit der VATLOCK-Technologie ausgestattet, die eine zuverlässige Abdichtung ohne Reibung an der Schieberdichtung ermöglicht. Ein wesentliches Merkmal des VATLOCK ist die Verriegelung in der geschlossenen Position, wodurch das Risiko eines Vakuumverlustes aufgrund eines pneumatischen Ausfalls ausgeschlossen wird.
Dr. Markus Poppeller, VAT-Produktmanager, ergänzt: "Die praxiserprobten UHV-Schieber der Baureihe 10.8 verfügen über eine Reihe von technischen Innovationen, die zur Aufrechterhaltung einer sauberen Vakuumumgebung beitragen: 'fettfreie' Mechanik, 'vulkanisierte Schieber', VATSEAL-Metalldichtungen und kantengeschweißte Bälge. In einem letzten Schritt garantiert unser hochreiner Reinigungsprozess die geringstmögliche Ausgasungs- und Permeationsrate."
"Diese Eigenschaften und die VATLOCK-Technologie garantieren geringstmögliche Ausgasungs- und Permeationsraten, um die Priorität einer sauberen Vakuumumgebung für LIGO zu unterstützen", ergänzt Wolfgang Niessner, VAT-Produktmanager.
Die Ingenieure von LIGO verbessern weiterhin die Empfindlichkeit der Detektoren. Die Upgrades erhöhen die Fähigkeiten von LIGO erheblich und vervielfachen das Volumen des Raums, das nun von den Detektoren durchsucht werden kann. Der Erfolg dieser Verbesserungen zeigt sich in der Anzahl der Gravitationswellennachweise, die seit der ersten Entdeckung im Jahr 2015 gemacht wurden - LIGO hat über 30 zusätzliche Nachweise von Gravitationswellen gemacht, die meisten davon von kollidierenden Schwarzen Löchern.
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