Max-Planck – RIKEN – PTB – Center for Time, Constants and Fundamental Symmetries

Zeitmessung mit philosophischer Tragweite

Im Max-Planck – RIKEN – PTB – Center for Time, Constants and Fundamental Symmetries geht es um ganz kleine Dimensionen und doch um ganz große Fragen. Forscher der beiden Max-Planck-Institute für Kernphysik in Heidelberg sowie für Quantenoptik in Garching, des Forschungsinstituts RIKEN in Tokio und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig wollen darin unter anderem Uhren entwickeln, die noch genauer gehen als heutige Atomuhren, die immerhin schon auf die 18te Stelle hinter dem Komma genau ticken. Die offizielle Eröffnung des neuen Forschungszentrums fand am 8. April 2019 in Tokio statt.

Die neuen Uhren helfen den Forschern, Naturkonstanten wie etwa die Masse des Elektrons genauer zu bestimmen, weil es dabei letztlich auf die extrem präzise Messung von Frequenzen beziehungsweise Zeiten ankommt. Mit der genaueren Ermittlung von Naturkonstanten verbinden sie die Frage, ob die Konstanten tatsächlich konstant sind. Sind sie es nicht, müssten Physiker völlig neue Modelle entwickeln, um die elementaren physikalischen Zusammenhänge zu beschreiben, auf denen unser Verständnis der Welt fußt. Denn damit würde eine weitere Schwäche des Standardmodells der Elementarteilchen offenbar, das die Beziehungen von Elementarteilchen und Grundkräften erklärt. Physiker wissen bereits, dass es die Masse des Neutrinos nicht widergibt und auch die dunkle Materie nicht erklären kann, die einen Großteil der Materie im Universum ausmacht.

Warum ist etwas und nicht nichts?

Über präzise Messungen von Zeiten werden die Physiker des Centers zudem die Materie-Antimaterie-Symmetrie erforschen. Dabei suchen sie nach Unterschieden zwischen Teilchen wie Protonen und ihren Antiteilchen, mögen sie auch noch so winzig sein. Damit verbunden ist eine Frage von philosophischer Tragweite: Warum ist etwas und nicht nichts? Denn mit ihren Untersuchungen wollen die Forscher das Rätsel lösen, warum nach dem Urknall zwar genauso viel Materie wie Antimaterie entstanden ist, letztere heute aber nach allem, was Physiker wissen, fast komplett aus dem Universum verschwunden ist. Auch das erklärt das Standardmodell nicht. Teilchen und Antiteilchen löschen sich gegenseitig aus, wenn sie aufeinandertreffen. Weil es jedoch noch Materie und damit das Universum in der Form gibt, in der wir es kennen, muss es zwischen beiden eine Asymmetrie geben.

Abgesehen von den Antworten auf die grundlegenden physikalischen Fragen, dürfte die Forschung am Max-Planck-RIKEN-PTB-Center auch ganz praktischen Nutzen mit sich bringen. Mit genaueren Uhren lassen sich nämlich auch präzisere Satellitennavigationssysteme entwickeln. Zudem helfen solche Zeitmessungen, das Schwerefeld der Erde detailliert zu erfassen. Und zwar so detailliert, dass sie anhand dieses Feldes eine Dichtekarte der Erde erstellen können. Da die lokale Dichte der Erde von ihrer Zusammensetzung dort abhängt, lassen sich auf diese Weise auch Rohstoffe wie etwa Erdöl-Lagerstätten aufspüren.

Abbildung:
Lasersystem zum sympathetischen Kühlen von Helium-Ionen am MPIK  © Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg

PM

 

 

Zur Redakteursansicht