Die Grenzen der Wissenschaft erkunden
Morgane Zeoli ist Doktorandin an der Universität Lüttich (ULiège). Sie konzentriert sich auf kryogene Sensoren, die nützlich sind, um die Geräuschquellen zu reduzieren, die die Detektoren des Einstein-Teleskops stören, wie z.B. das thermische Rauschen der Spiegelbeschichtungen und Aufhängungen. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, werden die Spiegel des Einstein-Teleskops an Superisolatoren aufgehängt und kryogenen Temperaturen (unter -130°C) ausgesetzt.
Zeolis Dissertation befasst sich mit der Entwicklung effizienter Kaltinstrumente. In einer kürzlichen Studie platzierte sie mehrere wichtige Elemente eines Interferometers in einem Kryostaten (einem mechanischen Kühler), um die Funktionsweise dieser optischen Elemente bei kryogenen Temperaturen zu testen oder, falls dies nicht funktioniert, eine Lösung zu finden. Bei kryogenen Temperaturen ändern sich die Eigenschaften einiger Materialien, wie z.B. Halbleiter, auf unerwartete Weise. Diese faszinierende Forschung für das Einstein-Teleskop könnte auch Auswirkungen auf andere technologische Bereiche haben.
Was inspiriert Sie?
“Als junge Forscherin hat mich meine Faszination für den Weltraum und technologische Herausforderungen immer dazu angetrieben, die Grenzen der Wissenschaft zu erkunden. Gravitationswellendetektoren passen perfekt zu dieser Herausforderung. Die Detektion dieser Wellen von der Erde erfordert Instrumente, die über die aktuellen Fähigkeiten hinausgehen, was ein Spielfeld für technologische Innovation schafft. Diese technischen Herausforderungen motivieren mich und geben mir das Gefühl, zu etwas Großem beizutragen.”
Wie sind Sie zum Einstein-Teleskop-Projekt gekommen?
“Meine Forschungsreise nahm während meiner Abschlussarbeit am Precision Mechatronics Laboratory der ULiège unter der Leitung von Professor Christophe Collette wirklich Gestalt an. Die Arbeit an der Aufhängung eines Trägheitssensors faszinierte mich. Diese Erfahrung war das Sprungbrett zu einem Promotionsangebot über kryogene Trägheitssensoren. Dieses Fachgebiet, das ich fast zufällig entdeckte, schien mir der logische und bereichernde nächste Schritt zu sein.”
Und nach der Promotion, was passiert dann?
“Wenn das Einstein-Teleskop in der Euregio Maas-Rhein gebaut wird, sehe ich mich nach der Promotion in diesem Bereich weitermachen, vielleicht als Postdoc. An einem Projekt dieser Größenordnung teilzunehmen, ist eine unglaubliche Chance, und ich würde gerne seine Entwicklung bis zum Ende verfolgen. Die Zukunft der Gravitationswellendetektoren ist vielversprechend, mit neuen Arten von Detektoren in Entwicklung. Jedes neue Instrument bietet eine andere Möglichkeit, das Universum zu erkunden. Zu diesem Fortschritt beizutragen, erfüllt mich mit großer Zufriedenheit.”
Was sind die größten technischen Herausforderungen?
“Meine Arbeit besteht darin, kryogene Trägheitssensoren zu entwickeln, die in der Lage sind, extrem kleine Verschiebungen bei Temperaturen von nur 20K (-253°C) zu messen. Die Herausforderungen sind zahlreich: Materialien schrumpfen und verlieren ihre Elastizität, die Elektronik funktioniert schlecht, und die präzise Ausrichtung der optischen Komponenten ist entscheidend. Einige Fotodioden, die z.B. für die Messung des Lasersignals unerlässlich sind, werden bei niedrigen Temperaturen unwirksam, wodurch der Sensor blind wird. Wir mussten die Zusammensetzung der Halbleiter anpassen, um die Empfindlichkeit bei 20K aufrechtzuerhalten.”
Was ist die Auswirkung dieser Forschung?
“Meine Forschung kann die Empfindlichkeit zukünftiger Detektoren wie des Einstein-Teleskops verbessern, indem sie das thermische und seismische Rauschen reduziert, das die Messungen bei niedrigen Frequenzen einschränkt. Die von mir entwickelten kryogenen Sensoren ermöglichen es, die Effizienz von Isolationssystemen zu überwachen und unerwünschte Vibrationen zu reduzieren. Diese Fortschritte könnten auch in anderen Bereichen wie z.B. kryogenen Quantencomputern angewendet werden. Es ist so aufregend!”
