Hochpräzises UC-Berkeley-Experiment nimmt dunkle Energie ins Visier

BerlinPhysiker an der Universität von Kalifornien, Berkeley, haben ein äußerst präzises Experiment entwickelt, um nach dunkler Energie zu suchen. Dunkle Energie, die vor 26 Jahren entdeckt wurde, führt dazu, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Ziel dieses Experiments ist es, mögliche Abweichungen von der aktuellen Gravitationstheorie zu finden. Hier sind einige wichtige Details:

• Verwendet ein Atominterferometer für präzise Schwerkraftmessungen
• Kombiniert ein optisches Gitter, um Atome länger festzuhalten
• Übertrifft frühere Messungen um das Fünffache
• Das Experiment kann Atome bis zu 70 Sekunden immobilisieren

Physiker Holger Müller und sein Team untersuchten die Gravitation auf sehr kleinem Maßstab mit ihren Geräten. Sie stellten fest, dass sich die Schwerkraft genau so verhielt, wie es Isaac Newtons Theorie vorhersagte. Die verbesserte Genauigkeit ihrer Instrumente könnte jedoch eines Tages dazu beitragen, die Existenz einer möglichen fünften Kraft zu bestätigen oder zu widerlegen, die möglicherweise mit Teilchen namens Chamäleons oder Symmetronen zusammenhängt.

Das Team nutzte eine Methode namens Lattice-Atominterferometer. Diese Technik hält Atome ruhig und misst kleinste Gravitationswirkungen über einen längeren Zeitraum. Durch das längere Verweilen der Atome an einem Ort konnten sie winzige Kräfte nachweisen. Diese Technologie könnte auch auf See eingesetzt werden, um den Meeresboden zu erforschen.

Dunkle Energie: Ein Rätsel des Universums

Dunkle Energie wurde im Jahr 1998 von zwei Forscherteams entdeckt, zu denen auch Saul Perlmutter von der UC Berkeley und Adam Riess gehörten. Sie stellten fest, dass sich das Universum schneller ausdehnt als bisher angenommen. Obwohl es viele Theorien darüber gibt, ist dunkle Energie nach wie vor wenig verstanden. Sie macht etwa 70 % des Universums aus.

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2015 nutzte Müller ein Atominterferometer, um nach Chamäleon-Partikeln zu suchen. Er stellte keine Abweichungen von der normalen Gravitationsanziehung fest. Der entscheidende Schritt bestand darin, jedes Atom in einem Zustand mit unterschiedlichen Impulsen zu platzieren und dann die Phasendifferenz zu messen.

In einem kürzlich durchgeführten Experiment nutzten Müller und sein Team ein optisches Gitter, um Atome auch während der COVID-19-Pandemie länger an Ort und Stelle zu halten. Der Postdoktorand Cristian Panda verlängerte die Haltezeit auf 70 Sekunden, indem er den Laser stabilisierte und die Temperatur anpasste.

Panda und Müller verbesserten ihre Messungen, indem sie die Zeit verkürzten, in der sie 10.000 Cäsiumatome in einer Vakuumkammer hielten. Sie verteilten diese Atome in kleine Wolken, was es ihnen ermöglichte, gravitative Effekte präziser zu messen.

Panda, Assistenzprofessor an der Universität von Arizona, plant, sein eigenes Gitteratominterferometer zu entwickeln. Gleichzeitig arbeitet Müllers Team an einem neuen Gerät mit verbesserter Vibrationskontrolle und kälteren Temperaturen. Dieses neue Gerät könnte Ergebnisse 100-mal besser erzielen und damit einen bedeutenden Fortschritt bei der Erkennung der quantenmechanischen Eigenschaften der Schwerkraft ermöglichen.

Die National Science Foundation, das Office of Naval Research und das Jet Propulsion Laboratory haben diese bedeutende Arbeit finanziell unterstützt. Das Forschungsteam bestand aus zahlreichen Experten verschiedener Institutionen.