Kalt, klein und symmetrisch?
EU fördert Technologietransfer vom Quantencomputing zu Tests des Standardmodells mit einem ERC Starting Grant.
Bereits 1982 hat der Physik-Nobelpreisträger Richard Feynman die ersten Ideen zu einem Quantencomputer entwickelt. Ein Forscherteam am Institut für Quantenoptik der Leibniz Universität Hannover und an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig unter Leitung von Christian Ospelkaus möchte nun Anleihen beim Quantencomputer machen, um sehr anspruchsvolle teilchenphysikalische Messungen mit Materie und Antimaterie zu unternehmen. Die Europäische Union fördert das Projekt QLEDS (Quantum Logic Enabled Test of Discrete Symmetries) mit einem ERC Starting Grant in Höhe von rund 1,6 Millionen Euro.
Abb.: Christian Ospelkaus (Bild: U. Hannover)
Das Standardmodell der Teilchenphysik, durch den Nachweis des Higgs-Bosons gerade beeindruckend bestätigt, kann trotz seiner Erfolge leider nicht erklären, warum sich Massen anziehen, warum es mehr Materie als Antimaterie im Universum gibt, oder was es mit der rätselhaften dunklen Materie im Weltall auf sich hat. Das Standardmodell sagt voraus, dass Teilchen und Antiteilchen dieselbe Masse, dieselbe Lebensdauer, und betragsmäßig gleiche Ladungen und magnetische Momente, also Elementarmagnete, besitzen. Hier setzt das Projekt QLEDS an. Hinweise auf neue Physik jenseits des Standardmodells wollen die beteiligten Forscher aus einem extrem genauen Vergleich der magnetischen Momente von Protonen und Antiprotonen erhalten. Die Messung selbst einer minimalen Abweichung ließe sich nur im Rahmen von Physik jenseits des Standardmodells erklären.
Das Forscherteam will dazu einzelne Protonen und Antiprotonen mit Hilfe von Methoden, wie sie für Quantencomputer auf Basis einzelner Ionen entwickelt worden sind, kühlen und detektieren. Die Forscher erhoffen sich davon eine wesentlich kürzere Messzeit und einen genaueren Vergleich der magnetischen Momente von Protonen und Antiprotonen, als es mit konventionellen Methoden möglich ist. Die Grundidee basiert auf einem Vorschlag des Physik-Nobelpreisträgers 2012, David Wineland, in dessen Gruppe Christian Ospelkaus an der Entwicklung eines Quantencomputers auf Basis einzelner Ionen mitgearbeitet hat, bevor er im Rahmen des Exzellenzclusters QUEST (Centre for Quantum Engineering and Space-Time Research) als Professor an die Leibniz Universität Hannover und an die PTB berufen wurde. Nach erfolgreicher Demonstration des Messprinzips mit Protonen wollen die Forscher die Apparatur am CERN in der Schweiz aufbauen, da hinreichend langsame Antiprotonen sich momentan nur dort erzeugen lassen.
Die Arbeitsgruppe in Hannover und Braunschweig liefert damit einen Beitrag zur internationalen Kollaboration BASE, die sich Präzisionsmessungen mit Protonen und Antiprotonen verschrieben hat und in diesem Frühjahr am CERN offiziell etabliert worden ist. An BASE sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des japanischen Forschungszentrums RIKEN, des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt, der University of Tokyo, sowie das QLEDS-Team an der Leibniz Universität Hannover und der PTB in Braunschweig beteiligt.
PTB / DE
