Das magnetische Moment des Anti-Protons

Das Standard Model der Teilchenphysik beschreibt fundamentale Kräfte mit Lorentz invarianten, lokalen Quantenfeldtheorien. Infolge des CPT Theorems ist das Prinzip der Lorentz-Invarianz streng mit der CPT Symmetrie verknüpft. Während die einzelnen diskreten Symmetrien der Ladungsumkehr (C), Parität (P) und Zeitumkehr (T) nicht eingehalten sind, geht die Teilchenphysik davon aus, dass die Kombination aller drei, CPT, eine tatsächliche Symmetrie der Natur darstellt. Bisherige experimentelle Untersuchungen bestätigen Erwartungen der CPT Symmetrie mit einer beeindruckenden Genauigkeit, z.B. in 2 Teilen 1018 für Mesonen, 2 Teilen in 1012 für Leptonen und 9 Teilen in 1011 für Baryonen. Eine Verletzung der CPT Symmetrie würde die Lorentz-Invarianz und daher unser gegenwärtiges Verständnis der Teilchenphysik als Ganzes in Frage stellen. Unter Berücksichtigung dieser Auswirkungen, die Präzision anderer CPT-Tests, und die Unsicherheit darüber, in welchem Bereich CPT verletzt sein könnte, ist das magnetische Moment des Anti-Protons experimentell mit einer relativen Unsicherheit von nur 103 erstaunlich ungenau bekannt. Die CPT Symmetrie würde voraussagen, dass das magnetische Moment des Anti-Protons von gegengesetztem Vorzeichen, aber von gleichem absoluten Wert wie das des Protons wäre. Da die etablierten Messmethoden für das magnetische Moment des Anti-Protons ihre Messgenauigkeit nicht mehr übertreffen können, wird in diesem Projekt eine neue Technik verfolgt, die die Genauigkeit eine million-fach verbessern könnte. Diese neue Methode beruht auf dem Prinzip eines Spin-Flips eines Anti-Protons in einer Penningfalle. Neue experimentelle Fortschritte zeigen, dass eine tausend-fache Verbesserung möglich ist. Ein weiterer Faktor 1000 könnte erreicht werden, wenn das Auflösungsvermögen der Technik weiterentwickelt wird um einen nicht-destruktiven Spin-Flip zu beobachten. Zu diesem Zweck ist geplant eine speziell dafür entworfene Penningfalle an einen existierenden Experimentaufbau für Anti-Protonen zu koppeln. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt kann nur der Antiproton Decelerator (AD) am CERN niederenergetische Antiprotonen zur Verfügung stellen. An dieser Anlage führt eine Forschungsgruppe von der Harvard University unter der Leitung von Prof. Gabrielse die ATRAP Kollaboration. ATRAP hat langjährige Erfahrung mit dem Einfangen von Anti-Protonen in Penningfallen. Zusätzlich besitzt die Gruppe von Prof. Gabrielse umfassendes Wissen und Erfahrung bezüglich Penningfallen selbst. Diese Forschungsgruppe stellt daher den besten Ausgangspunkt für die hier vorgeschlagene Arbeit dar. Mit der zugesagten Unterstützung von Prof. Gabrielse, Fleiss und Kreativität soll daher das magnetische Moment um 6 Grössenordnungen verbessert werden.