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FORSCHUNG
Zeit, Konstanten und fundamentale Symmetrien
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Institut für Astronomie
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7. Januar 2019

Wissenschaftler aus Japan und Deutschland wollen sich im Rahmen eines neuen Forschungsverbunds der Zeit, Naturkonstanten und den fundamentalen Symmetrien widmen. Durch präzise Messungen soll beispielsweise erforscht werden, ob Naturkonstanten wirklich konstant sind und ob sich Materie und Antimaterie tatsächlich nur durch ihre Ladung unterscheiden.

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Logo des neues MPG-PTB-RIKEN-Zentrums für Zeit, Konstanten und fundamentale Symmetrien. Bild: MPG-PTB-RIKEN-Zentrum für Zeit, Konstanten und fundamentale Symmetrien [Großansicht]

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 1. Januar 2019; die offizielle Eröffnung soll am 8. April 2019 bei RIKEN in Tokyo 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 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 weitestgehend vernichtet hätten.

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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, Chefwissenschaftler am Institut RIKEN und weiterer Sprecher des Centers, hoffnungsvoll.

Ein wesentliches Element der Zusammenarbeit ist ein intensives Austauschprogramm für junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die dadurch mit Experimenten der Partnerinstitute vertraut werden. Partner sind die Max-Planck-Institute für Kernphysik und für Quantenoptik, die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) mit zwei Abteilungen und dem QUEST-Institut sowie RIKEN mit zwei Forschergruppen. 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. Die Initiative zur Gründung des MPG-PTB-RIKEN-Zentrums ging vom Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) aus, um bereits bestehende Kooperationen mit RIKEN bzw. der PTB sowie dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) zusammenzuführen.

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siehe auch
Zeitmessung: Uhrenvergleich über Ländergrenzen - 15. August 2016
Zeitmessung: Atomuhr mit noch höherer Genauigkeit - 15. Februar 2016
Naturkonstanten: Neue Bestätigung für Konstanz - 21. November 2014
Zeitmessung: Vier Atomuhren für die Weltzeit - 30. Dezember 2009
QUEST: Die genauste Atomuhr der Welt - 29. Mai 2009
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Kernphysik
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