Krachtige lasers kunnen mogelijk golven in de ruimtetijd veroorzaken: zogeheten zwaartekrachtgolven. Daarmee zouden we berichten over en weer kunnen sturen. Tot nu toe kennen we zwaartekrachtgolven alleen van grote kosmische objecten, zoals zwarte gaten.

Mogelijk kunnen we in de toekomst communiceren via zwaartekrachtgolven, net zoals we dat nu met elektromagnetische golven doen. Deze technologie laat waarschijnlijk wel nog tientallen jaren op zich wachten.

Alles wat massa of energie heeft, maakt golven in tijd en ruimte wanneer het beweegt. Deze zwaartekrachtgolven zijn bijna allemaal zo zwak dat we ze onmogelijk kunnen detecteren. Daarom kennen we zwaartekrachtgolven alleen van heel grote objecten in het universum, zoals samensmeltingen van superzware zwarte gaten.

Deeltjesfysicus Dylan van Arneman: ‘Ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat’
LEES OOK

Deeltjesfysicus Dylan van Arneman: ‘Ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat’

Dylan van Arneman verruilt een paar keer per jaar zijn werkkamer op het Science Park in de Watergraafsmeer voor de ondergrond ...

Golven maken

Als je op kunstmatige wijze een meetbare zwaartekrachtgolf wil maken, heb je een ongelooflijk dichte energiebron nodig. Een mogelijkheid is om daarvoor een krachtige, geconcentreerde lichtstraal te gebruiken. Licht bestaat uit deeltjes, zogeheten fotonen, die geen massa hebben. Maar deze deeltjes hebben wel energie en kunnen dus ook zwaartekracht produceren.

Natuurkundige Killian Martineau van de Grenoble Alpes-universiteit in Frankrijk en zijn collega’s berekenden in hun onderzoek hoe een krachtige laser meetbare zwaartekrachtgolven kan maken als de fotonen een eigen draaiing hebben. De onderzoekers brachten in kaart hoe de zwaartekrachtgolven door de ruimte zouden bewegen, en hoe krachtig ze zouden zijn.

‘Stel je voor hoeveel je kunt leren als je gecontroleerde zwaartekrachtgolven in een lab kunt opwekken’, zegt Martineau. ‘Je hoeft niet te wachten op signalen van verre astrofysische bronnen. Als je verschillende theorieën over zwaartekracht wil testen met een experiment, dan kan dat gewoon met zwaartekrachtgolven in het lab.’

Krachtige lasers

Martineau simuleerde met zijn team zwaartekrachtgolven die je zou kunnen produceren met krachtige lasers die gebruikt worden in kernfusiereactoren. In tegenstelling tot zware objecten in de ruimte, zoals zwarte gaten, veroorzaken deze lasers zwaartekrachtgolven met complexe patronen. De frequenties van deze golven liggen een quadriljoen (een 1 met 24 nullen) keer hoger dan de frequenties die zwaartekrachtdetectoren zoals LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) kunnen meten.

Volgens Martineau is de ontwikkeling van een bruikbaar detectiesysteem dan ook de volgende stap. Dit systeem kan bestaan uit een tweede krachtige laser. Die zou trillen onder de invloed van plaatselijke zwaartekrachtgolven.

Een andere optie voor een detectiesysteem is een fotondetector. Die kan gebruikmaken van het zogenoemde omgekeerde Gertsenshteineffect. Hierbij worden zwaartekrachtgolven omgezet in licht in de aanwezigheid van een magnetisch veld.

Hoe dichter je bij die laserstraal kan komen, hoe makkelijker het is om de zwaartekrachtgolf te detecteren. Dat betekent dat de krachtigste laserstralen niet automatisch de beste keus zijn voor detectie. Martineau en zijn team ontdekten dat een zwaartekrachtgolf mogelijk eenvoudiger te meten is in de buurt van een laserstraal met gedraaide fotonen.

Communiceren met zwaartekrachtgolven

Als we zelf zwaartekrachtgolven kunnen maken en detecteren, kan dat de basis vormen van een nieuw soort communicatiesysteem. Zwaartekrachtgolven worden niet zwakker als ze door materie gaan, dus een signaal dat door de aarde heen gestuurd wordt, verliest geen energie. Voorlopig zijn er echter nog geen lasers en detectiesystemen die deze signalen kunnen opwekken die sterk genoeg zijn.

De onderzoekers moeten hun idee nog verder uitwerken, maar ze denken dat hoge frequenties het best werken voor het maken van zwaartekrachtgolven. ‘Als je naar hoge frequenties gaat, kun je zwaartekrachtgolven creëren die sterker zijn dan je zou verwachten’, zegt natuurkundige Jan Steinhoff van het Max Planck Instituut voor Zwaartekrachtfysica in Duitsland. Al zegt hij ook: ‘Het is natuurlijk allemaal een beetje sciencefiction.’

Steinhoff wijst erop dat de eerste elektromagnetische golven die in een laboratorium werden gemaakt door de Duitse natuurkundige Heinrich Hertz, ook maar kleine afstanden konden overbruggen. ‘Het zou echt cool zijn als dit zou kunnen, ookal is het maar over een afstand van een paar centimeter’, zegt Steinhoff.