Prof. Dr. Guido Müller

Meine Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich der Instrumentierung für interferometrische Gravitationswellen-Observatorien und der laseroptischen Suche nach Dunkler Materie.

Als Mitglied des Interferometer Sensing and Control-Teams und des Input Optics Subsystem-Teams für die Advanced LIGO-Observatorien arbeitete ich an der Schnittstelle zwischen dem Hauptinterferometer und der Input-Optik und war zunächst für die Anforderungen des Kerninterferometers an die Input-Optik und das vorstabilisierte Lasersystem verantwortlich. Zusätzlich zur Längen- und Ausrichtungserfassung und -steuerung untersuchte ich auch thermo-optische Probleme aufgrund der sehr hohen Laserleistung, die in jedem Interferometerarm gespeichert ist. Ich schlug vor, die optischen Resonatoren in den Armen von nahezu planparallel auf nahezu konfokal zu ändern und die Strahlaufweitungsteleskope in die Leistungs- und Signalüberhöhungsresonatoren einzubauen, um die räumlichen Eigenmoden zu stabilisieren. Das erlaubt wiederum höhere Laserleistungen in den Armen von Advanced LIGO. Diese Designänderungen wurden später übernommen und meine Gruppe lieferte anschliessend das optische Design des gesamten Interferometers. Außerdem führte ich die Input-Optik – in vielerlei Hinsicht das vielfältigste optische System von Advanced LIGO – durch die abschließende Beschaffung, Installation und Inbetriebnahme. All diese Arbeiten trugen zum ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen durch Advanced LIGO bei. Mit dem Beginn der Realisierung des Einstein-Teleskops in Europa und des Cosmic Explorer in den USA stelle ich mir momentan die Frage, wie ich zur nächsten Generation der Gravitationswellen-Observatorien auf der Erde beitragen kann.

Ich bin Mitglied des LISA-Konsortiums und war viele Jahre Co-Vorsitzender der Interferometrie-Arbeitsgruppe des ehemaligen LISA International Science Teams, bis es 2012 aufgegeben wurde. In diesen Jahren wurden die Prinzipien der LISA-Interferometrie entwickelt, die nun implementiert werden. Meine eigene Gruppe entwickelte ein elektronisches Phasenverzögerungssystem, das in der Lage war, realistische LISA-Signale in einem Hardware-in-the-Loop-LISA-Simulator zu erzeugen. Dieser Simulator wurde verwendet, um Time Delay Interferometry, eine Schlüsseltechnologie für LISA, und Arm-locking, eine Laserfrequenzstabilisierungstechnik, die die ultrastabilen LISA-Arme als Referenz verwendet, zu demonstrieren.

Nach der anfänglichen Einstellung von LISA habe ich an Machbarkeitsstudien bei der NASA und der ESA teilgenommen. Nach dem Erfolg von LISA Pathfinder und den Entdeckungen von Advanced LIGO und Virgo, hatten diese Studien einen enormen Anteil an der schnellen Wiederauferstehung von LISA. An der University of Florida habe ich unsere Stabilitätstudien weiter ausgebaut und wir werden dort weiter nach Möglichkeiten suchen, ultrastabile Strukturen und Verbindungen für die zukünftige Verwendung in LISA und für LISA-Tests während der Entwicklungsphase zu bauen und zu charakterisieren. Unser derzeitiger Fokus liegt auf Stabilitätstests von Prototypen des LISA-Teleskops mit Sub-picometer-Empfindlichkeit und der Messung ihres effektiven thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Am AEI planen wir, die Stabilität der Strukturen und die Empfindlichkeit unserer interferometrischen Messtechnik um mindestens zwei Größenordnungen zu verbessern, um den Weg für noch anspruchsvollere Weltraummissionen über LISA hinaus zu ebnen.

Ich bin auch der Co-Sprecher der ALPS-Kollaboration. ALPS ist ein bei DESY angesiedeltes Experiment zur Suche nach axion-ähnlichen Teilchen, ihren skalaren Gegenstücken, schweren Photonen im verborgenen Sektor und anderen exotischen Wechselwirkungen jenseits des Standardmodells. Diese Experimente, in denen Licht durch Wände scheint, nutzen eine schwache Wechselwirkung zwischen zwei Photonen und dem hypothetischen axion-ähnlichen Teilchen, um Licht in Axionen und hinter einer undurchsichtigen Wand wieder in Licht umzuwandeln. Die Entdeckung einer solchen Wechselwirkung wäre der erste direkte Beweis für Wechselwirkungen jenseits des Standardmodells und würde mit ziemlicher Sicherheit die Frage beantworten, was die allgegenwärtige Dunkle Materie ausmacht.