Deutsch-japanische Kooperation für höchste Präzision am Start

Das Logo des neuen Zentrums. Die Buchstaben TCFS stehen für dessen englischen Namen MPG-PTB-RIKEN Centre for Time, Constants and Fundamental Symmetries.

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

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 zur zeitlichen Konstanz von Naturkonstanten oder zu den feinen Unterschieden zwischen Materie und Antimaterie. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ist einer der Träger des Zentrums. Der Start der neuen Initiative war am 1. Januar 2019; die offizielle Eröffnung soll im April 2019 an RIKEN in Tokyo, Japan stattfinden.

(Gemeinsame Presseinformation der Max-Planck-Institute für Kernphysik und Quantenoptik, des QUEST-Instituts, des RIKEN Fundamental Symmetries Laboratory und der PTB )

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 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 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 substanzielle Fortschritte erwarten“, unterstreicht Stefan Ulmer, Chief Scientist am RIKEN und weiterer Sprecher des Zentrums, 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 Zentrums. 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.

PTB

Ansprechpartner      

Prof. Dr. Klaus Blaum, MPI für Kernphysik, E-Mail: klaus.blaum(at)mpi-hd.mpg.de,
Telefon: (06221) 516-850

Prof. Dr. Thomas Udem, MPI für Quantenoptik, Telefon: (089) 32905 282,
E-Mail: thomas.udem(at)mpq.mpg.de

Dr. Ekkehard Peik, PTB-Fachbereich Zeit und Frequenz, Telefon (0531) 592-4400,
E-Mail: ekkehard.peik(at)ptb.de

Dr. Stefan Ulmer, RIKEN Fundamental Symmetries Laboratory, Telefon: (+41 75) 411-9072
E-Mail: stefan.ulmer(at)cern.ch

Autor: Erika Schow

Kontakt:

Erika Schow
Wissenschaftsredakteurin
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, PÖ
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
Bundesallee 100, 38116 Braunschweig

E-Mail: erika.schow(at)ptb.de
Web: www.ptb.de