Dunkle Materie und Quantengravitation – Forschende diskutieren unbeantwortete Fragen der Physik

Zur Konferenz „Quantenmetrologie und Physik jenseits des Standardmodells“ kommen vom 11. – 14. Juni 130 internationale Expertinnen und Experten aus den Bereichen Grundlagenforschung der Physik, Präzisionsmesstechnik und quantenverstärkte Messungen in Hannover zusammen.

Die Forschenden wollen neue Strategien entwickeln, um kleine aber wichtige Risse in unserem physikalischen Weltbild zu erkennen.

Die moderne Physik wurde durch die Entwicklung zweier fundamentaler Theorien in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts begründet: der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik.

Die Quantenmechanik bestimmt die Physik der kleinen fundamentalen Teilchen wie Elektronen; die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt große Objekte mit gravitativen Wechselwirkungen wie Sterne und Galaxien.

Trotz des großen Erfolgs der modernen Physik bei der Erklärung der meisten unserer physikalischen Beobachtungen gibt es eine Reihe offener, unbeantworteter Fragen.

Kosmologische Beobachtungen belegen zum Beispiel, dass es im Universum unbekannte Materie- und Energiequellen geben muss, die wir mit unseren aktuellen Detektoren nicht sehen können – die sogenannte dunkle Materie. Dunkle Materie besteht aus massiven Teilchen, die zwar existieren, aber die Welt, die wir erleben, kaum stören.

Ein weiteres Beispiel ist die Inkompatibilität der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik: Bisher konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler keine einheitliche Theorie formulieren, die die Physik von Elektronen und Sternen gleichermaßen beschreibt.

Antworten auf solch grundlegende Fragen versucht man üblicherweise durch kosmologische Beobachtungen oder mit riesigen Teilchenbeschleunigern zu finden. Aber auch in Standardlabors sind Experimente möglich, etwa wenn sie extrem empfindliche Geräte erfordern, weil die zu erwartenden Effekte winzig sind.

Solche extremen Empfindlichkeiten können von sogenannten Quantensensoren erreicht werden – Sensoren, die die faszinierenden Eigenschaften der Quantenmechanik nutzen. Zum Beispiel können die besten Atomuhren von heute die Zeit mit 18-stelliger Genauigkeit messen, und man kann hoffen, vorbeiziehende Wolken aus dunkler Materie durch winzige Frequenzänderungen zu erkennen.

Auf den Gebieten der Quantensensorik und der Präzisionsmessung gehören Physikerinnen und Physiker der Leibniz Universität Hannover und der Physikalischen Bundesanstalt in Braunschweig zu den führenden Köpfen.

Dies stellen sie in mehreren gemeinsamen Projekten der Spitzenforschung wie etwa dem Exzellenzcluster „QuantumFrontiers – Licht und Materie an der Quantengrenze“ oder dem Sonderforschungsbereich „DQ-mat – Designte Quantenzustände der Materie“ unter Beweis. Die im Herrenhäuser Schloss stattfindende Konferenz wird von beiden Einrichtungen gemeinsam organisiert und von der VolkswagenStiftung finanziert.

Hinweis an die Redaktion:
Für weitere Informationen steht Ihnen apl. Prof. Carsten Klempt, Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 511 762 2238 oder per E-Mail unter klempt@iqo.uni-hannover.de gern zur Verfügung.