09.01.2019

Sind Naturkonstanten wirklich konstant?

Neue deutsch-japanische Kooperation für Präzisionsexperimente ist gestartet.

In dem neuen MPG-PTB-RIKEN-Zentrum für Zeit, Konstanten und fundamentale Symmetrien haben sich Experimental­physiker mit einer Leiden­schaft für Präzision zusammen­getan, um gemeinsam nach Antworten auf fundamentale Fragen der Physik zu suchen, wie der zeitlichen Konstanz von Natur­konstanten oder den feinen Unterschieden zwischen Materie und Anti­materie. Der Start dieser neuen Initiative war am 01.01.2019; die offizielle Eröffnung soll am 08.04.2019 an RIKEN in Tokyo, Japan statt­finden.

In dem MPG-PTB-RIKEN-Zentrum arbeiten welt­weit führende experimentelle Gruppen aus der Atom- und Kern­physik, der Anti­materie­forschung, der Quanten­optik und der Metrologie eng zusammen, um mit ihren ultra­präzisen Apparaturen die Zeit und Natur­konstanten noch genauer zu messen. So wollen sie gemeinsam nach Antworten auf fundamentale Fragen der Physik suchen. Eine dieser Fragen ist, ob Natur­konstanten wirklich konstant sind oder sich eventuell mit der Zeit um winzige Beträge verändern.

Eine andere Frage betrifft feine Unter­schiede in den Eigenschaften von Materie und Anti­materie, die sich bisher nicht gezeigt haben, obwohl es sie eigentlich geben muss. Sonst bestünde das Universum praktisch aus reiner Strahlung, da sich die im Urknall in gleicher Menge entstandenen Materie- und Anti­materie-Teilchen weitest­gehend vernichtet hätten. Eng verbunden mit diesem Test fundamentaler Symmetrien ist die Suche nach „neuer Physik“ jenseits des Standard­modells der Elementar­teilchen­physik. „Hier hat sich eine einzigartige Kombination aus heraus­ragenden Wissen­schaftlern zusammen­getan, um diese spannenden Fragen der Physik zu beantworten“, freut sich Klaus Blaum, Direktor am MPI für Kern­physik und einer der Sprecher des Zentrums, über diese Forschungs­kooperation.

Das breit ausgerichtete Forschungs­programm zielt insbesondere auf die Entwicklung neu­artiger Uhren mit Atomen, Kernen und hoch­geladenen Ionen. Dazu kommen die verbesserte Messung fundamentaler Konstanten wie der Rydberg-Konstante, der Fein­strukturkonstante oder des Ladungs­radius des Protons. Außerdem sind strengste Tests fundamentaler Wechsel­wirkungen und Symmetrien mit Protonen und Anti­protonen Teil der Forschungs­initiative. Um diese Ziele zu erreichen ist es erforderlich, die zurzeit erreichte experimentelle Präzision weiter zu steigern. Deshalb wollen die Forscher neue experimentelle Techniken entwickeln, die bisherige Methoden über­treffen und Messungen auf noch kürzeren Zeit­skalen und mit gesteigerter Empfindlichkeit ermöglichen.

„Die gebündelte Expertise der einzelnen Gruppen mit ihren teilweise komplementären Ansätzen und viel­fältigen Methoden lässt hier substantielle Fort­schritte erwarten“, unterstreicht Stefan Ulmer, Chief Scientist am RIKEN und weiterer Sprecher des Zentrums, hoffnungs­voll. Ein wesentliches Element der Zusammen­arbeit ist ein intensives Austausch­programm für junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die dadurch mit Experimenten der Partner­institute vertraut werden.

Gestartet wurde die neue Initiative am 01.01.2019; die offizielle Eröffnung wird im ersten Halbjahr 2019 an RIKEN in Tokyo, Japan stattfinden. Partner sind die Max-Planck-Institute für Kern­physik (Abteilungen Blaum und Pfeifer) und für Quanten­optik (Abteilung Hänsch), die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) mit zwei Abteilungen und dem Quest-Institut (Peik und Schmidt) sowie RIKEN mit zwei Forscher­gruppen (Katori und Ulmer). Koordiniert werden die wissen­schaftlichen Aktivitäten vom MPIK. Die drei Partner finanzieren das auf fünf Jahre angelegte MPG-PTB-RIKEN-Zentrum zu gleichen Teilen mit insgesamt rund 7,5 Millionen Euro.

Die Initiative zur Gründung des MPG-PTB-RIKEN-Zentrums ging vom Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) aus, um bereits bestehende Kooperationen mit RIKEN und der PTB sowie dem Max-Planck-Institut für Quanten­optik (MPQ) zusammen­zuführen. Mit Präzisions­experimenten in verschieden­artigen Ionen­fallen an gekühlten, auch hoch­geladenen, Ionen werden sich die MPIK-Wissen­schaftler in das Projekt einbringen.

MPIK / DE

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