Quantenmetrologie – mit Atomuhren auf der Spur der Dunklen Materie

Shownotes

Dunkle Materie gehört zu den größten Rätseln des Universums: Sie macht den Großteil seiner Masse aus – und doch konnte bislang kein einziges Teilchen direkt nachgewiesen werden. Sie sendet kein Licht aus, reflektiert nichts, bleibt unsichtbar. Und trotzdem ist sie da.

Ihre Existenz verrät sich nur indirekt: durch ihre Gravitation. Sterne in Galaxien bewegen sich schneller um ihr Zentrum, als es nach den bekannten Gesetzen der Physik möglich wäre. Etwas Unsichtbares muss sie zusätzlich antreiben.

Bei der Suche nach dieser geheimnisvollen Substanz setzen Forschende des Exzellenzclusters QuantumFrontiers auf extreme Präzision. Ihr Werkzeug: optische Atomuhren – die genauesten Messinstrumente, die je gebaut wurden. Sie sind so präzise, dass sie seit dem Urknall weniger als eine Sekunde Abweichung hätten. Mit ihnen fahnden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nach minimalsten Störungen im Gefüge der Natur – winzigen Hinweisen auf bislang unbekannte Teilchen oder sogar eine fünfte Grundkraft.

Die Expert:innen

Piet Schmidt ist Experimentalphysiker und forscht sowohl an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig als auch an der Leibniz Universität Hannover. Der Co-Sprecher des Clusters ist ein führender Experte auf dem Gebiet der Spektroskopie von gefangenen Ionen für grundlegende physikalische Untersuchungen. Seine Arbeit umfasst die Entwicklung und Verbesserung optischer Atomuhren mit hochgeladenen Ionen zur Untersuchung von Naturkonstanten und physikalischen Gesetzen.

Elina Fuchs ist theoretische Physikerin und im Exzellenzcluster QuantumFrontiers Principal Investigator und Leiterin der Topical Group “Tests of Fundamental Physics: Spectroscopy”. Ihr Forschungsschwerpunkt liegt auf der sogenannten Neuen Physik – also auf Teilchen und Phänomenen jenseits des Standardmodells, die bisher noch nicht experimentell nachgewiesen wurden, aber grundlegende offene Fragen der Physik beantworten könnten.

Das Cluster

Zentrales Ziel von QuantumFrontiers ist es, Messungen mit bisher unerreichter Präzision durchzuführen, um die Erkenntnishorizonte in der Grundlagenphysik und Geodäsie zu erweitern und neue, bahnbrechende Quantentechnologie-Anwendungen zu erschließen. In QuantumFrontiers werden Atominterferometer, optische Uhren und Gravitationswellendetektoren der nächsten Generation entwickelt. Diese Systeme treiben die Suche nach unbekannten Kräften, dunkler Energie und dunkler Materie sowie zur korrekten Beschreibung von Quantenobjekten in Gravitation voran. Dafür vereint der Cluster herausragende Forschende aus der Physik, den Ingenieurwissenschaften, der Informatik sowie den Sozial- und Bildungswissenschaften und bildet so ein einzigartiges interdisziplinäres Netzwerk.

Der Podcast

70 Exzellenzcluster, 1 Podcast. Regelmäßig berichtet „Exzellent erklärt“ aus einem der Forschungsverbünde, die im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder gefördert werden. Die Reise geht quer durch die Republik, genauso vielfältig wie die Standorte sind die Themen: Von A wie Afrikastudien bis Z wie Zukunft der Medizin. Seid bei der nächsten Folge wieder dabei und taucht ein in die spannende Welt der Spitzenforschung! Wenn Euch der Podcast gefallen hat, abonniert „Exzellent erklärt“ bei dem Podcast-Anbieter Eurer Wahl.

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