"Präzisionsexperimente zur Teilchen- und Astrophysik mit kalten und ultrakalten Neutronen" zu ungeklärten Fragen der Physik
08.06.2009
Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat das neue Physik-Schwerpunktprogramm "Präzisionsexperimente zur Teilchen- und Astrophysik mit kalten und ultrakalten Neutronen" bewilligt. Den Antrag hatte eine Steuerungsgruppe gestellt, der auch Professor Dr. Werner Heil aus dem Institut für Physik der Johannes Gutenberg-Universität angehört.
In dem jetzt eingerichteten Schwerpunktprogramm geht es um die Nutzung neuer, leistungsstarker Quellen für ultrakalte Neutronen. Mit deren Hilfe können Schlüsselexperimente zur Überprüfung des "Standardmodells der Teilchenphysik" durchgeführt werden. Dieses Modell ist Grundlage der modernen Teilchenphysik, die sich mit der Beschreibung elementarer Teilchen und deren Wechselwirkungen untereinander beschäftigt. Allerdings gibt es einige offene Fragen in diesem Gebiet, die das Standardmodell nicht beantworten kann. Zudem ist es unvollständig, da es die gravitative Wechselwirkung nicht mit einbezieht. Daher gibt es zahlreiche Bemühungen, es zu erweitern oder abzulösen.
Mit den neuen Quellen für ultrakalte Neutronen erhoffen sich die am neuen Schwerpunktprogramm beteiligten Wissenschaftler unter anderem, die Suche nach einem "elektrischen Dipolmoment" des Neutrons mit einer bislang unerreichten Genauigkeit fortsetzen zu können. Das Standardmodell sagt für diese fundamentale physikalische Größe einen extrem kleinen und nicht messbaren Wert voraus; eine Abweichung davon wäre ein klarer Hinweis auf Physik jenseits dieses Modells. Ebenso soll es möglich werden, die Lebensdauer des Neutrons – eine sehr wichtige, jedoch unzureichend bekannte Größe – mit höchster Präzision zu messen. Auch Quantenzustände von Neutronen im Erd-Gravitationsfeld sollen sich mit hoher Genauigkeit studieren lassen. Daraus könnten wiederum eventuelle Abweichungen vom Gravitationsgesetz Newtons auf kleinen Skalen bestimmt werden. Des Weiteren wird den Wissenschaftlern mit dem Instrument "PERC" ein intensiver Strahl von Elektronen und Protonen aus dem Neutronzerfall zur Verfügung stehen, mit dem, so die Erwartungen, Präzisionsmessungen zur schwachen Wechselwirkung (einer der drei fundamentalen Wechselwirkungen des Standardmodells) bei kleinsten Energien durchgeführt werden können.
All diese Untersuchungen dienen dazu, ungeklärte Fragen der Physik, wie die Asymmetrie von Materie und Antimaterie oder die beobachtete sog. "Linkshändigkeit" bei Prozessen der schwachen Wechselwirkung zu verstehen (experimentellen Ergebnissen zufolge sieht die Natur rechts und links nicht als gleichwertig an).
Ein Schwerpunktprogramm der DFG wird in der Regel für die Dauer von sechs Jahren gefördert. Das Programm "Präzisionsexperimente zur Teilchen- und Astrophysik mit kalten und ultrakalten Neutronen" soll ab Anfang 2010 seine Arbeit aufnehmen. Professor Dr. Werner Heil begrüßt als Mitglied der Steuerungsgruppe unter Koordination von Professor Dr. Hartmut Abele (Atominstitut Wien) die Entscheidung der DFG: "Wir freuen uns, dass unser Antrag positiv von der DFG beschieden wurde. Durch das neue Schwerpunktprogramm haben wir die Möglichkeit, der Grundlagenphysik mit Neutronen eine solide Basis zu schaffen und dem Forschungsgebiet als Ganzem eine zukunftsweisende Perspektive zu geben."