Deutsch-japanische Kooperation geht weiter

Sie haben gute Arbeit geleistet, und ihre Zusammenarbeit wird fortgesetzt: Nach einer erfolgreichen Begutachtung durch eine international mit hochrangigen Wissenschaftlern besetzte Kommission kann das deutsch-japanische Zentrum für Zeit, Konstanten und fundamentale Symmetrien (TCFS) in seine zweite Förderperiode starten. Es wird die Zusammenarbeit zwischen deutschen und japanischen Instituten weiter stärken. Die internationalen Experten entwickeln empfindlichste Instrumente für grundlegende Messungen in der Atom- und Kernphysik, der Antimaterie- und Dunkle-Materie-Forschung, der Quantenoptik und der Metrologie. Drei Partnerinstitutionen – die Max-Planck-Institute für Kernphysik (MPIK) und für Quantenoptik (MPQ), die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) und die japanische Spitzenforschungseinrichtung RIKEN – werden das Zentrum ab Januar 2024 für weitere fünf Jahre zu gleichen Teilen mit insgesamt rund 7,5 Mio. Euro finanzieren.

Gemeinsam werden die Teams ihre Arbeiten an der vordersten Forschungsfront rund um Präzisionsmessungen von Zeit, Naturkonstanten und Tests von Symmetrien fortsetzen und versuchen, Antworten auf fundamentale Fragen der aktuellen Physik zu finden. Eine dieser Fragen widmet sich dem Problem, dass in unserem Universum Antimaterie fehlt. Dies lässt auf einen subtilen Unterschied zwischen Materie und Antimaterie schließen, der unserem derzeitigen Verständnis von der Entstehung des Universums deutlich widerspricht. Ein anderer Forschungsschwerpunkt widmet sich der Frage, ob physikalische Konstanten sich im Laufe der Zeit minimal verändern.

„Das Zentrum ist eine einzigartige Plattform, um die herausragende Expertise der Forschenden zu bündeln und solche Fragen von großer wissenschaftlicher Bedeutung zu beantworten“, sagt Klaus Blaum, Direktor am Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) und einer der Sprecher des Zentrums.

Das vielfältige Forschungsprogramm zielt auf die Entwicklung verbesserter optischer Uhren auf der Basis von atomaren Ionen, Wasserstoff, Atomkernen oder hochgeladenen Ionen. Darüber hinaus eröffnet das Fachwissen der beteiligten Forscher die Möglichkeit, Messungen grundlegender physikalischer Konstanten wie der Elektronenmasse, der Feinstrukturkonsonante, der Rydberg-Konstante oder der Kernradien zu verbessern und nach neuen physikalischen Phänomenen wie einer „fünften Kraft“ zu suchen. Um die wissenschaftlichen Ziele zu erreichen, werden fortschrittliche Experimente durchgeführt, die Messungen mit höchster Präzision ermöglichen. Zu diesem Zweck entwickeln die Forscher neuartige experimentelle Techniken, die Messungen mit höchster Empfindlichkeit und auf kleinstem Zeitmaßstab ermöglichen. „In dem Zentrum hat sich eine Kombination weltweit führender Forscher zusammengefunden, die in einzigartiger Weise befähigt sind, die wissenschaftlichen Ziele erfolgreich umzusetzen“, sagt Ekkehard Peik, einer der Sprecher des Zentrums.

Darüber hinaus werden die gemeinsamen Arbeiten die Suche nach dunkler Materie vorantreiben. Diese Substanz macht den größten Teil der Materie im Universum aus, kann jedoch nicht direkt nachgewiesen werden, sodass ihre grundlegende Natur unbekannt ist. Für die Suche nach dunkler Materie werden im Zentrum fortschrittliche und neuartige Experimente durchgeführt. „Hier lassen die vielfältigen Kompetenzen und Methoden der Experten innerhalb des Zentrums erhebliche Fortschritte erwarten“, sagt Stefan Ulmer, Chief Scientist am RIKEN und Professor an der Heinrich-Heine-Universität (HHU) Düsseldorf, einer der Sprecher des Zentrums.

Um bestehende Kooperationen zu bündeln, ging im Jahr 2019 die Initiative zur Gründung des MPG-PTB-RIKEN-Zentrums vom MPIK aus. Partnerinstitutionen sind die Max-Planck-Institute für Kernphysik (Abteilungen Blaum und Pfeifer) und für Quantenoptik (Gruppe Hänsch, Udem), die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) mit zwei Abteilungen und dem QUEST-Institut (Peik und Schmidt) sowie das RIKEN mit zwei Forschungsgruppen (Katori und Ulmer). Die wissenschaftlichen Aktivitäten werden durch das MPIK (Andreas Mooser) koordiniert.

PTB / DE