HAMBURG / LONDON (IT BOLTWISE) – DESY stattet das Projekt SONAR mit 3,4 Millionen Euro aus einem ERC Advanced Grant aus. Krisztian Peters will damit einen neuartigen Detektor aufbauen, der hochfrequente Gravitationswellen sowie ultraleichte Axionen in bisher unerforschten Frequenz- und Parameterbereichen adressiert. Im Kern arbeiten zwei supraleitende Hohlraumresonatoren, die winzige Energieverschiebungen in Mikrowellenmoden messbar machen. Das Vorhaben soll über fünf Jahre laufen und erweitert das Forschungsportfolio des Standorts gezielt um eine Hochfrequenz-Perspektive.
Wer nach Gravitationswellen sucht, denkt oft zuerst an Laserinterferometer wie LIGO. SONAR von DESY verschiebt den Fokus jedoch auf einen weniger beachteten Weg: hochfrequente Signale, die mit klassischen Detektoren nur in schmalen Bereichen erreichbar sind. Gleichzeitig geht es um Axionen, hypothetische Teilchen, die als Baustein der Dunklen Materie gelten könnten, deren Nachweis aber experimentell extrem anspruchsvoll bleibt. Mit dem ERC Advanced Grant über 3,4 Millionen Euro setzt DESY ein Zeichen, dass Supraleitung und präzise Mikrowellenphysik nicht nur „Add-ons“, sondern ein eigener Pfad zur Entdeckung neuer Effekte sein können.
Technisch ist der Ansatz eng mit supraleitenden Hohlraumresonatoren verbunden, den „Cavities“, die auch in Teilen der Beschleunigertechnik eine zentrale Rolle spielen. SONAR nutzt zwei fast identische Schwingungsmoden innerhalb einer Cavity: Eine vorbeilaufende Gravitationswelle würde die Cavity minimal stauchen und dehnen, wodurch Energie von einem Modus in den anderen übertragen werden kann. Entscheidend ist die Messfähigkeit dieses winzigen Effekts durch hochsensible Elektronik. Der Vorteil des Mikrowellenkanals liegt dabei in der Kontrolle der Messgrößen im Labor – und in der Chance, einen Frequenzbereich abzudecken, in dem astrophysikalisches Rauschen laut Projektplanung besonders gering ist.
Aus historischer Sicht lohnt der Vergleich: Laserinterferometrie hat Gravitationswellen ab einem bestimmten Frequenzband zugänglich gemacht, während Resonanzdetektoren, Atominterferometer oder spezialisierte Hochfrequenz-Setups jeweils eigene Stärken besitzen. Genau hier setzt SONAR an, indem es eine Detektionstechnik verfolgt, die sich nicht auf die gleiche Mechanik wie LIGO stützt. Bei Axionen knüpft DESY zudem an bestehende Erfahrungen an: Mit ALPS II läuft bereits ein hochsensibles Experiment in Richtung Axion-ähnlicher Signale. SONAR ergänzt dieses Profil offenbar strategisch, weil es in anderen Massen- und Energiebereichen suchen kann. Diese Art „Parameter-Schnittstellen“ ist in der Teilchenphysik typisch: Erkenntnisse entstehen oft, wenn mehrere Experimente komplementäre Teile der Suchräume abdecken.
Auf der Market- und Ökosystem-Ebene ist die ERC-Förderung auch ein Signal für die Wettbewerbsposition wissenschaftlicher Infrastruktur in Europa. ERC Advanced Grants werden berichtet zufolge nur einem kleinen Teil der Anträge bewilligt: SONAR liegt im Zahlenkontext der Meldung bei 9,6 Prozent Annahmerate, mit 3329 eingereichten Vorschlägen und 319 ausgewählten Projekten. Das unterstreicht, dass nicht nur die Idee zählt, sondern auch die Umsetzungsfähigkeit und die internationale Sichtbarkeit der Arbeitsgruppe. Als „faktischer Wettbewerb“ stehen dabei nicht Unternehmen, sondern alternative Detektorprinzipien in verschiedenen Forschungsverbünden: Während LIGO und andere Laserinterferometer dominieren, zeigen Hochfrequenz-Ansätze, dass es für einzelne Bänder spezialisierte Hardware braucht.
Ein weiterer Markt-Nexus ist der indirekte Technologie-Transfer in Richtung KI-gestützte Auswertung, MLOps-ähnliche Datenpipelines und robuste Instrumentierungssoftware. SONAR muss seismische Störungen minimieren, im Kryostaten betreiben und anschließend Daten analysieren, die im Alltag eher nach „kleinen Signaturen“ als nach klaren Ereignissen aussehen. Genau in solchen Umgebungen wird aus einer physikalischen Messfrage schnell eine Engineering-Frage: Trigger-Logik, Kalibration, Drift-Kompensation und statistische Signifikanztests werden zum Kernbestandteil des Forschungserfolgs. Damit konkurriert SONAR zwar nicht im klassischen Produktmarkt, aber im praktischen Wettbewerb um Ressourcen für Messqualität, Recheninfrastruktur und Engineering-Fachkräfte.
Expertinnen und Experten adressieren häufig die gleiche Herausforderung: Wie unterscheidet man ein echtes Signal von Artefakten? Im Projektumfeld wird daher betont, dass SONAR auf einer gebündelten Expertise am Campus aufbaut – mit Know-how rund um Beschleunigertechnologie, Supraleitung, Kühlung, Auslesesysteme sowie Theorie. Krisztian Peters hebt zudem hervor, dass das Vorhaben von dieser „lokalen“ Dichte an Fachgebieten profitiert, statt alles bei null neu zu erfinden. Auch DESY-Forschungsdirektion und die Wissenschaftsvertretung aus Hamburg würdigen vor allem die Kombination aus internationaler Förderqualität und dem Ausbau am Standort. Die konkrete Konsequenz: Das Team plant, zwei Cavities zu bauen und dafür Steuerungs- und Auslesesysteme sowie eine seismische Isolierung zu entwickeln.
Regulatorisch und datenschutzseitig mag Grundlagenforschung anders wirken als klassische Unternehmensdatenverarbeitung – doch auch hier spielen Sicherheits- und Integritätsfragen eine Rolle. Labor- und Messdaten unterliegen häufig strengen Zugriffskontrollen, um Manipulationen oder unbemerkte Korrekturen zu verhindern. Zudem müssen externe Systeme für Datennahme, Speicher-Backups und wissenschaftliche Veröffentlichung so gestaltet sein, dass Auditierbarkeit erhalten bleibt. Gerade bei hochsensiblen Detektoren ist es wichtig, Kalibrier- und Rohdaten revisionssicher abzulegen und Auswerteparameter transparent zu machen. Auf Seiten der Forschungsorganisation bedeutet das: klare Rollenmodelle, Zugriff nach dem Need-to-know-Prinzip und nachvollziehbare Versionsstände für Auslese- und Auswerte-Software.
Für die nächsten Jahre ist die Roadmap im Kern relativ klar: Das fünfjährige Projekt soll personell wachsen, mit der Einstellung von zwei Postdoktorand:innen und vier Doktorand:innen sowie dem Bau der zwei Cavities. Danach stehen die Inbetriebnahme im Kryostaten, die Datennahme und die Auswertung im Vordergrund. Der wichtigste Ausblick betrifft nicht nur die Frage „Finden sie etwas?“, sondern welche Grenzwerte oder Signalindikationen SONAR im Hochfrequenzbereich liefern kann. Gelänge der Nachweis, könnte SONAR eines der ersten dedizierten Experimente für hochfrequente Gravitationswellen werden. Gleichzeitig würde es als technologischer Wegbereiter wirken, vergleichbar mit den frühen Erfolgen in der Laserinterferometrie – nur eben mit einem Instrumentenprinzip, das neue Parameterregionen erschließen soll.
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