Kalte Moleküle als Sensoren für die schwache Wechselwirkung

Ziel der Physik ist es, die grundlegenden Gesetze zu finden, die unsere Welt beschreiben. Fortschritte auf diesem Weg wurden in den letzten Jahrzehnten häufig mit Hilfe von Teilchenbeschleunigern und anderen Experimenten in Großforschungsanlagen erzielt. Dank immer höherer Präzision ist es aber auch möglich, bereits in kleineren Experimenten neue Erkenntnisse zu gewinnen. In diesem Projekt sollen Moleküle so präzise kontrolliert werden, dass damit kompakte Präzisionssensoren für die Grundlagenforschung realisiert werden können. Um die hierfür erforderliche außergewöhnliche Präzision zu erreichen, sollen im Rahmen des Projekts Techniken eingesetzt werden, die für die Kontrolle von Quantensystemen entwickelt wurden. Diese werden bereits mit großem Erfolg auf einfache Quantensysteme wie Atome oder Photonen angewendet. Ihre Weiterentwicklung und Anwendung auf wesentlich komplexere Moleküle ist jedoch noch Gegenstand weltweiter Forschung. Konkret zielt das Projekt darauf ab, kalte molekulare Gase durch Laserkühlung zu realisieren. Die verringerte Temperatur der Moleküle wird es ermöglichen, diese über längere Zeiträume zu manipulieren und zu untersuchen, was ein wesentlicher Baustein für die Erhöhung der Präzision der geplanten Sensoren ist. Der zweite Baustein dabei sind die Moleküle selbst und die Nutzung ihrer inneren quantenmechanischen Struktur. Für das Projekt werden Bariumfluoridmoleküle verwendet. Die Struktur dieser Moleküle macht sie sehr empfindlich für die Symmetrien, die vielen fundamentalen Gesetzen der Physik zugrunde liegen. In der Natur gibt es vier fundamentale Kräfte - die Schwerkraft, den Elektromagnetismus, die schwache Kraft und die starke Kraft. Eine dieser vier Kräfte, die schwache Kraft, verletzt die so genannte Paritätssymmetrie. Das bedeutet, dass sich die grundlegenden Gesetze, die diese Kraft beschreiben, minimal ändern, wenn sie durch einen Spiegel betrachtet werden. Die im Projekt verwendeten Bariumfluoridmoleküle können helfen, die winzigen Effekte dieser Symmetriebrechung zu verstärken und sie für präzise Messungen zugänglich zu machen. Die detaillierte Charakterisierung dieser Effekte in diesem Projekt wird es ermöglichen, neue Erkenntnisse zu gewinnen, die die in Großforschungseinrichtungen gewonnenen ergänzen und verifizieren, und die so dazu beitragen können, noch nie dagewesene Einblicke in die Funktionsweise unserer Welt zu gewinnen.