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Der Detektor für Gravitationswellen

Im Gespräch mit Prof. Dr. Karsten Danzmann, Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) und das Institut für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover.

Portrait der wissenschaftlichen Einrichtung

Was (er)forschen Sie? Welche Anwendungen ergeben sich aus der Forschung?
Das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) und das Institut für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover spielen eine führende Rolle bei der Entwicklung der Gravitationswellenastronomie. Die Konstruktion, der Betrieb und die Weiterentwicklung des Gravitationswellen-Detektors GEO600 in Zusammenarbeit mit dem globalen Netzwerk der anderen großen Detektoren sind Aufgaben der Institute. Das AEI ist federführend in der Vorbereitung der Satellitenmissionen LISA Pathfinder und LISA und ist ein wichtiger Partner für GRACE Follow-on. All diese Missionen erfordern Spitzenforschung in den Bereichen Laserphysik, Quantenoptik, Kontrollsysteme und Gravitationsphysik.

  1. Wo befindet sich das Institut? Callinstr. 38., 30167 Hannover
     
  2. Seit wann gibt es das Institut? Seit 2002.
     
  3. Wie groß ist die Einrichtung/das Institut?  
    Rund 200 Mitarbeiter*innen.
     
  4. Wer ist der Ansprechpartner (Name, Position)?
    Prof. Dr. Karsten Danzmann ist Direktor des Instituts für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover und stellvertretender Geschäftsführender Direktor des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut).
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Das Institut

  1. Wie würden Sie Ihre Vision beschreiben? Und wie kam es zu dieser Vision? Nur mit Gravitationswellen lässt sich die unsichtbare, dunkle Seite des Universums untersuchen. Wir hören jetzt Schwarze Löcher und Neutronensterne verschmelzen und können so vollkommen neue Erkenntnisse über den Kosmos gewinnen.  
     
  2. Was ist das Besondere an Ihrer Forschung/ Ihrer Anwendung? Was zeichnet es aus? Diese Art, Astronomie zu betreiben ist erst wenige Jahre alt und hat bereits jetzt Erstaunliches über das Universum herausgefunden. Was die Zukunft neben besseren und immer empfindlicheren Instrumenten bringen wird, lässt sich nicht sicher vorhersagen – klar ist aber, dass sich unser Bild vom Universum durch die Gravitationswellen deutlich erweitern wird.
     

Spezifika des Forschungsfeldes

  1. Warum ist für Sie die Vernetzung im Feld wichtig? Wie gelingt die Vernetzung in Niedersachsen, national und international und welche konkreten Vorteile bringt dieses Netzwerk für Sie mit? Gravitationswellen-Astronomie ist seit den späten 1990er Jahren in einer weltweiten Forschungkollaboration vernetzt. Nur so kann die enorme Aufgabe der Entwicklung und des Betriebs der Detektoren und die Auswertung ihrer Daten bewältigt werden. Unser Institut ist eine der weltweit führenden Einrichtungen in dieser weltweiten Zusammenarbeit und profitiert durch den Austausch von Wissen, Messdaten und exzellenten Forscher*innen.
     
  2. Was sind heute die größten Herausforderungen und Trends für Ihr Institut und wie gehen Sie diese an?  Die nächste Generation von Gravitationswellenobservatorien auf der Erde muss jetzt entworfen werden. Dazu wird es notwendig sein, die durch die Quantenmechanik gesetzten Grenzen der Empfindlichkeit nicht nur zu erreichen, sondern auch zu überwinden. Und das nötige Geld dazu kann nur durch eine europäische Gemeinschaftsarbeit aufgebracht werden. Deutschland muss dabei sein!
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Thema NachwuchswissenschaftlerInnen

  1. Wie sichert Ihr Institut den Bedarf an exzellenten Nachwuchs-WissenschaftlerInnen? Unser Institut bietet exzellenten Nachwuchs-Wissenschaftler*innen eine hervorragende Ausbildung im Rahmen zweier International Max Planck Research Schools (IMPRS), in denen neben der umfassenden fachlichen Qualifikation auch ein umfangreiches Programm weiterer Fördermaßnahmen geboten wird. Durch die Nähe zur Leibniz Universität Hannover und von unseren Lehrenden angebotenen Vorlesungen können wir bereits Studierende für die Arbeit in unserem Forschungsgebiet begeistern und vorbereiten.
     

Digitalisierung / KI

  1. Welche Bedeutung hat die Digitalisierung in Ihrem Institut? Ohne Digitalisierung war unsere Arbeit noch nie möglich. Für uns ist das nichts Neues, sondern ein integraler Teil unserer Arbeit.
     
  2. An welchen Umsetzungsmaßnahmen im Bereich der Digitalisierung wird bei Ihnen gerade gearbeitet? Am verstärkten Einsatz von Graphikprozessoren zur Datenanalyse.
     
  3. Was können Sie durch die Digitalisierung in Zukunft besser machen? Wir brauchen bessere Algorithmen zur Datenanalyse.
     
  4. Arbeiten Sie in bestimmten Bereichen schon mit Künstlicher Intelligenz und wenn ja, wie können wir uns das vorstellen? Es gibt erste Versuche, KI zur Suche nach Gravitationswellensignalen in verrauschten Daten einzusetzen.
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Wachstum

  1. Wo sehen Sie Marktpotentiale? Gravitationswellen-Astronomie ist vornehmlich Grundlagenforschung. Erste Anwendungen der dafür notwendigen und an unserem Institut entwickelten Lasertechnologie finden bereits jetzt Anwendung in geodätischen Satellitenmission und bei der Herstellung von Flugzeugtragflächen; Anwendungen in der lasergestützten Kommunikation zwischen Satelliten sind ebenfalls denkbar.
     
  2. Wie sind Sie Pionier in Ihrem Gebiet geworden? Was ist Ihr Erfolgskonzept? Das Staunen darf niemals aufhören. Wer Begeisterung ausstrahlt, motiviert auch alle anderen.
     

Internationale Zusammenarbeit

  1. Welche Bedeutung hat die internationale Zusammenarbeit für Ihre Forschung und welche Länder stehen dabei im Fokus? Die weltweite Gravitationswellenforschung ist in einer internationalen Kollaboration von mehr als 1300 Wissenschaftler*innen in 18 Ländern organisiert (https://www.ligo.org/about.php). Unser Institut ist ein wichtiger Bestandteil dieser Kollaboration. Zusammen mit britischen Partnern betreiben wir den Gravitationswellen-Detektor GEO600 bei Hannover.
     
  2. Wie meistern Sie die wissenschaftlichen, wirtschaftlichen und interkulturellen Herausforderungen in der internationalen Zusammenarbeit? Internationalität ist für uns ein natürlicher Teil unserer Arbeit. Wir schulen die Mitarbeiter in kultureller Diversität und sorgen für häufige Interaktionen mit kulturell verschiedenen Kollegen.
     

Forschung & Entwicklung

  1. An welchen Innovationen arbeiten Sie gerade? An der Überwindung des Standardquantenlimits in der laserinterferometrischen Längenmessung und am Einsatz von satellitengestützter Laserinterferometrie in der Erdbeobachtung zur Untersuchung des Wasserhaushalts unserer Erde.
     
  2. Welchen Stellenwert hat die Entwicklung von Innovationen für Ihre Forschung? Grundlagenforschung arbeitet immer an der vordersten Front der Wissenschaft und ist durch neue Ideen, Konzepte und Innovationen definiert.
     
  3. Arbeiten Sie bei ihrer Forschung mit Unternehmen zusammen? Wenn ja, mit welchen? Zusammen mit dem LaserZentrum Hannover e.V. entwickelte und betreut unser Institut die hochpräzisen und leistungsstarken Laserlichtquellen aller Gravitationswellen-Detektoren auf der Erde und entwickelt neue Laserlichtquellen für die nächste Detektorgeneration. Im Bereich unserer Weltraummissionen arbeiten wir mit verschiedenen Firmen aus dem Raumfahrtsektor zusammen.
     

Zukunft

  1. Wo sehen Sie Ihr Institut und Ihre Forschung im Jahr 2030? In einer weltweiten Führungsposition.
     
  2. Was wünschen Sie sich für Ihr Institut, um dahin zu kommen? Eine Beteiligung Deutschlands am Einstein Teleskop, dem europäischen Gravitationswellendetektor der dritten Generation.
     
  3. Welchen Rat würden Sie jungen WissenschaftlerInnen mitgeben, um sich im Wettbewerb erfolgreich zu behaupten? Folgen Sie Ihrem Bauchgefühl und glauben Sie an sich. Und es nutzt nichts, wenn Sie im dunklen Keller zwei Meter hoch springen, Sie müssen auch darüber reden!
    Es gibt bestimmt Punkte, an denen Sie im Nachhinein nachbessern mussten – welche waren das?

 

Wissenschaftsstandort Niedersachsen

  1. Warum ist Niedersachsen für ihre Forschung der richtige Standort? Das Land Niedersachsen hat unsere Forschung stets unterstützt und damit die herausragende Position unseres Instituts in der internationalen Forschungslandschaft ermöglicht.
     
  2. Was zeichnet den Wissenschaftsstandort Niedersachsen für Sie besonders aus? Es gibt hier eine einzigartige Ansammlung von Expertise auf dem Gebiet der Laserphysik, Quantenoptik und Messtechnik, die für unsere Forschung ideale Rahmenbedingungen bietet.
     
  3.  (Wie) Wurden und werden Sie vom Land Niedersachsen unterstützt? Die Beteiligung des Instituts am ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen zeigt Spitzenforschung made in Niedersachsen. Dieser Erfolg war nur möglich, weil das Land die visionären Forschungen seit Jahren unterstützt hat – mit insgesamt mit rund 32 Mio. Euro. An der Finanzierung der Gravitationswellenforschung ist das Land Niedersachsen über das Niedersächsische Vorab maßgeblich beteiligt. 2006 – 2017 trug das Land über das VW-Vorab 3,4 Mio. Euro zur Entwicklung, Fertigung, und Installation der Advanced LIGO-Lasersystem bei. Drei dieser Laser wurden 2011-2012 in die USA geliefert, dort durch AEI/LUH-Wissenschaftler und Mitarbeiter des Laser Zentrum Hannover in Betrieb genommen und verrichten seitdem zuverlässig ihren Dienst. Bei der Gründung des Zentrums für Gravitationsphysik in Hannover im Jahr 2002 als gemeinsame Einrichtung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, kurz AEI) und der Leibniz Universität Hannover investierte das Land Niedersachsen 27,5 Mio. Euro für Instituts- und Experimental-/Laborgebäude sowie die Erstausstattung. Von 2001 bis 2004 investierte das Land über VW-Vorab 1,14 Mio. Euro in die Laserentwicklung für GEO600. Im Jahr 1993 stellte das Land für die Berufung von Prof. Danzmann nach Hannover 2,5 Mio. DM  aus dem Niedersächsischen Vorab bereit.
     
  4. Was verbinden Sie beruflich wie privat besonders mit Niedersachsen? Was schätzen Sie an Niedersachsen besonders? Beruflich gibt es keinen besseren Ort für meine Forschung. Und privat fühle ich mich in diesem Umfeld sehr wohl, denn ich mag die Menschen hier.