Gravitationswellenastronomie und Teilchenphysik - das Beste aus beiden Welten für zukünftige Entdeckungen

Gemeinsamer Workshop beginnt heute

24. August 2020

Das Universum immer genauer beobachten und es immer besser verstehen zu können, treibt viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an. Mit der Gravitationswellenastronomie steht ihnen dafür jetzt eine leistungsfähige neue Methode zur Verfügung. Da die derzeitigen und künftigen Gravitationswellendetektoren auf der Erde (Einstein-Teleskop und Cosmic Explorer) und im Weltraum (LISA) immer empfindlicher werden, ist jetzt der richtige Zeitpunkt gekommen, um entsprechende neue Methoden zu entwickeln, mit denen Gravitationswellensignale vorhergesagt werden können. In jüngster Zeit haben Gravitationswellenforschende und Teilchenphysiker*innen gemeinsam begonnen, auf neuartige Weise zu diesen Bemühungen beizutragen. Prof. Dr. Alessandra Buonanno, Direktorin am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) in Potsdam, hat die Initiative ergriffen und Expert*innen aus beiden Forschungsfeldern zu einem Workshop vom 24. - 28. August 2020 ans AEI eingeladen. Aufgrund der Einschränkungen durch COVID-19 findet der Workshop nun virtuell statt.

Poster des Workshops

Ziel des Workshops „Rethinking the Relativistic Two-Body Problem – A universe of gravitational waves“ ist zu diskutieren, wie Wellenformmodelle weiter verbessert und verfeinert werden können. So, wie mit Hilfe eines Fingerabdruckes eine Person identifiziert werden kann, helfen diese Modelle, ein Gravitationswellensignal in den von den Gravitationswellendetektoren gelieferten Daten zu identifizieren. Dabei gilt, je genauer ein Modell ist, umso wahrscheinlicher ist es, ein Signal entdecken und auf die Eigenschaften seiner astrophysikalischen Quelle zu schließen zu können.

In der Teilchenphysik interessieren sich Forschende vor allem für Streuprozesse. Diese kommen beispielsweise vor, wenn am Large Hadron Collider (LHC) am Forschungszentrum CERN in Genf zwei Teilchen mit hoher Energie kollidieren. Die Methoden, mit denen solche Streuprozesse hochpräzise vorhergesagt werden, können auch für die Gravitationswellenastronomie hilfreich sein – sowohl für die derzeitigen Detektoren, als auch für die erdgebundenen Zukunftsprojekte auf der Erde (Einstein-Teleskop, Cosmic Explorer) und im Weltraum (LISA).

Um Gravitationswellensignale zu berechnen, wie sie zum Beispiel entstehen, wenn sich Schwarzes Loch und ein Neutronenstern zunächst umkreisen und dann miteinander verschmelzen, muss das sogenannte „Zweikörperproblem“ in der Allgemeinen Relativitätstheorie gelöst werden. Das Zweikörperproblem – die Berechnung der Bewegung zweier Körper, die ohne weitere äußere Einflüsse miteinander wechselwirken – ist in Einsteins Welt eine große Herausforderung, wo schon die Anwesenheit von Masse die Raumzeit krümmt und die gekrümmte Raumzeit wiederum die Bewegung der Massen beeinflusst. Alles hängt mit allem zusammen. Dies wird durch hochgradig nichtlineare Gleichungen dargestellt, und die Berechnungen werden sehr komplex. Rechenmethoden aus der Teilchenphysik können helfen, diese Herausforderung aus einem anderen Blickwinkel zu betrachten und so zu neuen Erkenntnissen zu gelangen.

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