MiniGRAIL; Eerste bolvormige antenne voor gravitatiegolven

De Leidse natuurkundige doctor A. de Waard is gisteren gepromoveerd op het proefschrift dat ze schreef naar aanleiding van jarenlang onderzoek naar zogenaamde gravitatiegolven. Algemeen wordt aangenomen dat er zulke golven bestaan, maar in de ruim 45 jaar dat hier onderzoek naar wordt gedaan, is het nog nooit gelukt om zulke golven ook daadwerkelijk te meten. Dat moment is dankzij MiniGRAIL nu mogelijk een heel stuk dichterbij gekomen.

De algemene relativiteitstheorie van Einstein (1916) en andere relativistische gravitatie-theorien voorspellen het bestaan van gravitatiegolven. Gravitatiegolven kunnen ons informatie geven over het heelal, die nooit uit electromagnetische straling verkregen zou kunnen worden. Door de kleine interactie tussen gravitatiegolven en materie, bereikt deze straling de aarde nagenoeg ongeschonden en geeft dus directe informatie over de bron.

Een indirecte verificatie is in 1984 al gedaan door de onderzoekers Hulse en Taylor die een, door gravitatiestraling inspiraliserende, pulsar dubbelster bestudeerden. Eind jaren 60 bouwde de fysicus Weber als eerste een gravitatiegolf- detector; een aluminium cilinder van meer dan 1500 kg, waarmee gravitatiegolven gemeten zouden moeten kunnen worden. Nu, ruim 30 jaar later, zijn er vijf soortgelijke detectoren operationeel bij een zeer lage temperatuur, met een gevoeligheid die vele malen groter is.

De cylindrische detectoren werken allemaal bij een frequentie rond de 900 Hz en  hebben een bandbreedte van een paar Hertz. Parallel hieraan worden momenteel laser interferometers ontwikkeld, waarvan de eerste test-runs dit jaar zijn gedaan. Deze laser interferometers hebben de grootste gevoeligheid bij een frequentie van ongeveer 100 Hertz en hebben een grote bandbreedte.

MiniGRAIL (Gravitational Radiation Detector In Leiden) is de eerste bolvorminge gravitatiegolf-detector en is gemaakt van massief CuAl6% en heeft een resonantiefrequentie van 3 kHz. Het voordeel van het gebruiken van een bol als gravitatiegolf-detector boven een cylinder is dat een bol bijna twee keer zo gevoelig is bij dezelfde resonantie frequentie. Een bol heeft vijf modes die geexciteerd kunnen worden door een gravitatiegolf. Hierdoor kunnen richting en polarizatie van de golf bepaald worden. Dit is niet mogelijk is met een cylinder of met een laser interferometer.

De MiniGRAIL heeft een massa van 1150 kg en zal worden afgekoeld naar de extreem lage temperatuur van 15 milliKelvin. De uitwijking die gemeten moet gaan worden zal in de orde van 10^-20 meter zijn. MiniGRAIL is de eerste van drie bolvormige detectoren die een nieuwe generatie detectoren vormen in de zoektocht naar gravitatiegolven.

Leiden minigrail