Deutsch-Japanische Kooperation für höchste Präzision am Start

MPG-PTB-RIKEN-Zentrum für Zeit, Konstanten und fundamentale Symmetrien

15. Januar 2019

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 im April 2019 an RIKEN in Tokyo, Japan stattfinden.

In dem MPG-PTB-RIKEN-Center 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 die feinen Unterschiede in den Eigenschaften von Materie und Antimaterie (außer der umgekehrten Ladung), 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 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 Centers, 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 Forscherinnen und 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 Centers, hoffnungsvoll. „Es ist faszinierend, wie heute mit überschaubaren Laborexperimenten durch die hohe Präzision so grundlegende Fragen aus Physik und Kosmologie untersucht werden können“, meint Ekkehard Peik, Leiter des Fachbereichs Zeit und Frequenz an der PTB und ebenfalls Sprecher des Centers. 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 am 08.04.2019 an RIKEN in Tokyo, Japan stattfinden. Partner sind die Max-Planck-Institute für Kernphysik (MPIK, Abteilungen Blaum und Pfeifer) und für Quantenoptik (MPQ, Abteilung Hänsch, Udem), die Physikalisch-Technische Bundesanstalt mit zwei Fachbereichen und dem QUEST-Institut (PTB, 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 ca. 7,5 Millionen Euro.

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