Neutron interferometry as a Test for Standard Model and Newton Gravitaional Forces

01.02.2012 - 31.12.2016
Forschungsförderungsprojekt
Das Projekt behandelt wichtige Fragen der aktuellen Forschung auf dem Gebiet der Kern- und Teilchenphysik und betrifft die Analyse möglicher Abweichungen vom Standardmodell (SM) der Teilchenphysik. Als ein Mittel zum Test des SM planen wir Quanteninterferenzexperimente mit Neutronen durchzuführen. Das Ziel des theoretischen Teils dieses Projekts ist die Analyse aller aktuellen für diese Experimente geeignete Kandidaten für Physik jenseits des Standardmodells, die eine effektive Abweichung von der Newtonschen Gravitation bei kurzen Abständen hervorrufen. Darüber hinaus berücksichtigt die Untersuchung den speziellen experimentellen Aufbau des Experimentes und analysiert die Auswirkungen der erhaltenen Resultate auf ihre Beziehung zu anderen fundamentalen Eigenschaften in der Teilchenphysik. Als Kriterium für die Auswahl der Theorien kann man die Vorhersagen für ein elektrisches Dipolmoment des Neutrons als Folge der direkten CP-Verletzung heranziehen. Ein Teilchen, das eine CP-verletzende Wechselwirkung vermittelt, und dazu noch ein aussichtsreicher Kandidat für die dunkle Materie darstellt, ist das Axion. Die Experimente werden deshalb nach Axionwechselwirkungen bei kleinen Abständen im sogenannten Axionfenster bei 10-4 m suchen, dort, wo unsere früheren Experimente die einzigen bekannten Grenzen setzen. Mit der neuen „Gravitationsresonanzmethode“ können diese Grenzen um Größenordnungen verbessert werden. Beste Grenzen werden mit polarisierten Neutronen erreicht, und entsprechende Methoden werden mit diesem Programm entwickelt. Der Vorteil der neuentwickelten "Gravitationsresonanztechnik" ist es, einer unbekannten Energie eine gemessene Frequenz zuzuordnen. Dies erlaubt es, eine mögliche Änderung der Energiezustände von Neutronen durch Axionswechselwirkungen dadurch zu messen, dass die Energiedifferenz der im Gravitationspotential der Erde gebundenen Quantenzustände einer Frequenz zugeordnet wird, die fast beliebig genau gemessen werden kann.. Eine hypothetische Axion-Kopplung bewirkt ein effektives Potential als Funktion der Reichweite dieser Wechselwirkung. Die Überlegungen zur Axionwechselwirkung lassen sich verallgemeinern. Abweichungen ergeben sich als phänomenologisches Resultat fundamentalerer Theorien, die alle Kräfte vereinigen, die nach dem Urknall in Erscheinung getreten sind. Diese große Vereinheitlichung ist eine Erweiterung des Standardmodells und enthält neue Symmetriekonzepte, die auf der Supersymmetrie und Supergravitationswechselwirkung aufbauen. Supersymmetrische Theorien, die Wechselwirkungen von punktförmigen Teilchen beschreiben, können in allgemeineren Theorien enthalten sein, wie String-, Superstring und D-brane Theorien. Diese Theorien sagen neue zusätzliche Dimensionen im Submillimeterbereich voraus, die in q-bouncing-Experimenten in einem Neutroneninterferometer durch Messung der Phasenverschiebung der Neutronwellenfunktion nachgewiesen werden können.

Personen

Projektleiter_in

Institut

Förderungmittel

  • FWF - Österr. Wissenschaftsfonds (National) Förderung anwendungsorientierter Grundlagenforschung Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

Forschungsschwerpunkte

  • Quantum Modeling and Simulation: 80%
  • Sensor Systems: 20%

Schlagwörter

DeutschEnglisch
Axionaxion
Intreferometrieinterferometry
Spektroskopiespectroscopy
Graviatationgravitation
ultrakalte Neutronenultracold neutrons

Publikationen