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THEMA: Die Präzision von Spiegeln in Laser-Interferometern...

Die Präzision von Spiegeln in Laser-Interferometern... 06 Okt 2017 11:01 #20113

Manchmal finde ich die Messmethoden, die in der Physik eingesetzt werden, ziemlich schwer zu glauben. Nun hat es dafür einen Nobel-Preis gegeben und es ist in der wissenschaftlichen Gemeinschaft allgemein anerkannt, also will ich mal glauben, dass der Versuchsaufbau so auch funktioniert. Trotzdem kommt mir folgendes komisch vor:

Wie wollen Sie mit einem Spiegel, der aus Atomen besteht, eine Änderung der Länge messen, die 1/1000 eines Protonendurchmessers beträgt? Wie kann der Laserstrahl überhaupt mit der nötigen Präzision zurückgeworfen werden? Soweit ich weiß wird das Lich doch von den Atemhüllen zurückgeworfen, also durch die Interaktionen der Photonen mit den Elektronen. Und die Kreisen da halt so rum, haben ein nettes, heimeliges Orbital, wo sie zu Hause sind, und können sich da gerade sonstwo befinden. Und, wie in den Videos immer so schön gesagt wird: Wenn ein Atomkern so groß ist wie ein Reiskorn, wäre das niedrigste Orbital so groß wie die Allianz Arena in München.

Vielleicht fehlt es mir ja an Verständnis für die Funktionsweise von Spiegeln oder Interferometern, aber obwohl ich weiß, dass es schon sein Richtigkeit haben wird, fällt es mir schwer das zu glauben. Ich würde normalerweise erwarten, dass man nichts weiter als weißes Rauschen bei der Überlagerung der beiden Achsen zurückbekommt, selbst wenn man alle anderen Störquellen mal außen vor lässt.

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Letzte Änderung: von Rabenschwinge.

Die Präzision von Spiegeln in Laser-Interferometern... 06 Okt 2017 12:04 #20116

Da ist in der Tat einiges an Aufwand betrieben worden, um Störeffekte herauszufiltern.

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Letzte Änderung: von Duisenberg.

Die Präzision von Spiegeln in Laser-Interferometern... 06 Okt 2017 12:12 #20118

Es ist faszinierend, nicht wahr?!

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S = k log W

Die Präzision von Spiegeln in Laser-Interferometern... 06 Okt 2017 12:40 #20119

Also, wenn ich das recht verstehe, kommt es gar nicht so sehr darauf an, ob jedes Photon die gleiche Strecke zurückgelegt hat, solange nur immer etwa gleich viele Photonen am Detektor ankommen?

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Die Präzision von Spiegeln in Laser-Interferometern... 06 Okt 2017 18:57 #20132

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Spiegel

Das Teilchen-Modell des Photons hilft da vermutlich nicht weiter um das zu verstehen.

Das Wellenmodell ist da viel besser geeignet. Es kommt darauf an wie die einfallende EM-Welle mit dem EM-Feld das von den Elektronen erzeugt wird interagiert.
Von besonderer Bedeutung sind dabei die Wellenlängen. Bei grünem Laserlicht mit Wellenlängen um die 400 nm sind die Atome des Spiegels klein und dicht genug um das Licht zu reflektieren. Der Atomradius von z.B. Kupferatomen liegt bei 100 pm, also über drei Größenordnungen unter der Wellenlänge des Lasers.
Nach meiner laienhaften Kenntnis reicht ein Gitter mit einer Dichte unterhalb \(0,2\lambda\) für einen Spiegel aus.

Zum Vergleich: bei einer Radarantenne geht ein Drahtgitter als "Spiegel". Dabei würde wohl kaum ein "Photon" der Radarstrahlung (wenn man den Ort denn genau messen könnte) direkt mit dem Gitter kollidieren und zurückgeworfen werden.

Folgende Benutzer bedankten sich: Rabenschwinge, Chalawan2000

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assume good faith
Letzte Änderung: von Merilix.

Die Präzision von Spiegeln in Laser-Interferometern... 12 Okt 2017 16:18 #20387

Was passiert eigentlich wenn Photonen auf richtige Materie treffen? Gehen die durch wie Neutrinos, werden die reflektiert oder absorbiert?

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Die Präzision von Spiegeln in Laser-Interferometern... 12 Okt 2017 16:37 #20388

Diethard schrieb: Was passiert eigentlich wenn Photonen auf richtige Materie treffen? Gehen die durch wie Neutrinos, werden die reflektiert oder absorbiert?


de.wikipedia.org/wiki/Photoelektrischer_Effekt

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Die Präzision von Spiegeln in Laser-Interferometern... 13 Okt 2017 17:55 #20455

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Diethard schrieb: Was passiert eigentlich wenn Photonen auf richtige Materie treffen? Gehen die durch wie Neutrinos, werden die reflektiert oder absorbiert?


Das hängt davon ab, ob in dem Material eine Wechselwirkung bei der Energiehöhe des Photos stattfindet.
Folgende Benutzer bedankten sich: Rupert

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Die Präzision von Spiegeln in Laser-Interferometern... 18 Okt 2017 10:41 #20749

Das hört sich auf jeden Fall plausibel und nachvollziehbar an. Vielen Dank!

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Die Präzision von Spiegeln in Laser-Interferometern... 18 Okt 2017 11:11 #20750

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Diethard schrieb: Was passiert eigentlich wenn Photonen auf richtige Materie treffen? Gehen die durch wie Neutrinos, werden die reflektiert oder absorbiert?


Da gibt's einen Haufen unterschiedlicher Effekte, die, wie ja Claus sagte, von der Energie der Photonen abhängen: Die Photonen können gestreut werden, absorbiert werden, es können sich Elektronen und Positronen bilden, etc. pp.
Stichworte sind: Rayleigh-Streuung (siehe blauer Himmel, Morgen- und Abendrot), Photoeffekt, Compton-Effekt, Paarbildung, etc. pp.

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