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GRAVITATIONSWELLEN

Indikator für verborgene Dimensionen?



Der direkte Nachweis von Gravitationswellen hat der Forschung ein ganz neues Fenster ins All eröffnet. Vielleicht verraten diese Kräuselungen der Raumzeit aber noch weitaus mehr, als man bislang dachte: In einer jetzt veröffentlichten Studie kommen zwei Physiker zu dem Schluss, dass Gravitationswellen auch Hinweise auf zusätzliche Dimensionen liefern könnten.





Bei der Verschmelzung Schwarzer Löcher entstehen Gravitationswellen. Diese Dellen in der Raumzeit könnten Hinweise auf verborgene Dimensionen enthalten. [ Bei der Verschmelzung Schwarzer Löcher entstehen Gravitationswellen. Diese Dellen in der Raumzeit könnten Hinweise auf verborgene Dimensionen enthalten. [ Großansicht

Forscher am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) in Potsdam haben entdeckt, dass versteckte Dimensionen – wie sie von der String-Theorie vorhergesagt werden – Gravitationswellen beeinflussen könnten. Die Wissenschaftler untersuchten den Einfluss von zusätzlichen Dimensionen auf die Raumzeitwellen und berechneten, ob die Effekte experimentell nachweisbar sind.

LIGOs erste Gravitationswellenmessung von verschmelzenden Schwarzen Löchern im September 2015 hat ein neues Fenster ins Universum geöffnet. Aber möglicherweise können Physiker mit dieser neuen Messmethode nicht nur Schwarze Löcher und andere exotische astrophysikalische Objekte beobachten, sondern auch die Schwerkraft selbst verstehen. "Im Vergleich zu den anderen Grundkräften, wie etwa dem Elektromagnetismus, ist die Schwerkraft extrem schwach", erklärt Dr. David Andriot, einer der beteiligten Forscher. Der Grund für diese Schwäche könnte sein, dass die Schwerkraft mit mehr als den drei Raumdimensionen und einer Zeitdimension, die Teil unserer alltäglichen Erfahrung sind, wechselwirkt.

Zusätzliche Dimensionen (sogenannte Extradimensionen), die aufgrund ihrer Winzigkeit verborgen bleiben, sind ein unverzichtbarer Bestandteil der Stringtheorie – einer vielversprechenden Kandidatin für eine Theorie der Quantengravitation. Physiker suchen nach einer solchen Theorie, die Quantenmechanik und Allgemeine Relativitätstheorie vereint, um zu verstehen, was passiert, wenn sehr große Massen auf sehr kleinen Abständen beteiligt sind. Dies betrifft beispielsweise die Vorgänge im Innern eines Schwarzen Lochs oder beim Urknall.

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"Physiker suchen am Large Hadron Collider am CERN nach zusätzlichen Dimensionen, bislang allerdings ergebnislos", sagt Dr. Gustavo Lucena Gómez, der zweite an der Studie beteiligte Wissenschaftler. "Aber Gravitationswellendetektoren könnten in der Lage sein, experimentelle Hinweise zu liefern." Die Forscher entdeckten, dass zusätzliche Dimensionen zwei unterschiedliche Effekte auf Gravitationswellen haben sollten: Sie würden die "Standard-Gravitationswellen" verändern und darüber hinaus zusätzliche Wellen bei hohen Frequenzen oberhalb von 1000 Hz verursachen.

Allerdings ist die Beobachtung dieser Frequenzen unwahrscheinlich, da die bodengestützten Gravitationswellendetektoren bei hohen Frequenzen nicht empfindlich genug sind. Hingegen sollte der Einfluss zusätzlicher Dimensionen auf die Art und Weise, wie "Standard-Gravitationswellen" die Raumzeit stauchen und dehnen, leichter zu erkennen sein, wenn man mehrere Detektoren für die Beobachtung verwendet. Da der Virgo-Detektor gemeinsam mit den beiden LIGO-Detektoren am nächsten Beobachtungslauf teilnehmen wird, könnte dies nach Ende 2018 / Anfang 2019 passieren.

Über ihre Ergebnisse berichten die beiden Wissenschaftler in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Journal of Cosmology and Astroparticle Physics erschienen ist.