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Die Teilchen und der Kosmos

Der Viktor Hess-Preis der Österreichischen Physikalischen Gesellschaft geht an den TU-Forscher Tobias Jenke. Er entwickelte eine Messmethode, die neue Blicke auf Teilchenforschung und Kosmologie eröffnet.

Neutronen zwischen zwei Platten können im Schwerefeld der Erde nur bestimmte Energiezustände annehmen.

Neutronen zwischen zwei Platten können im Schwerefeld der Erde nur bestimmte Energiezustände annehmen.

Neutronen zwischen zwei Platten können im Schwerefeld der Erde nur bestimmte Energiezustände annehmen.

Neutronen zwischen zwei Platten können im Schwerefeld der Erde nur bestimmte Energiezustände annehmen.

Tobias Jenke

Tobias Jenke

Tobias Jenke

Tobias Jenke

Jedes Jahr wird von der Österreichischen Physikalischen Gesellschaft (ÖPG) eine hervorragende Dissertation auf dem Gebiet der Kern- und Teilchenphysik mit dem Viktor Hess-Preis prämiert. Heuer wurde damit eine Forschungsarbeit ausgezeichnet, die schon bisher für großes internationales Aufsehen gesorgt hat: Die Gravitations-Resonanzmethode, mit der man mit unglaublicher Präzision die fundamentalen Naturkräfte untersuchen kann.

Hochpräzise messen durch Quantensprünge
Die Quantenphysik hat schon viele verschiedene Präzisions-Messverfahren hervorgebracht. Normalerweise beruhen sie auf der Vermessung von Quantensprüngen: Ein quantenmechanisches Objekt (zum Beispiel ein einzelnes Atom) ändert seinen Quanten-Zustand, und diese Übergänge lassen sich oft sehr präzise messen. Die Gravitations-Resonanzmethode, die von der Neutronenphysik-Gruppe rund um Prof. Hartmut Abele am Atominstitut der TU Wien entwickelt und von der Wiener Forschungsgruppe am Institut Laue-Langevin in Grenoble(Frankreich) realisiert wurde, untersucht allerdings eine ganz besondere Art von Quantensprüngen. Im Gegensatz zu bisherigen Methoden werden dort die untersuchten Quantenzustände nicht von elektromagnetischen Kräften sondern von der Gravitation bestimmt.

Dissertation über Gravitations-Messmethode
Die prämierte Dissertation von Tobias Jenke trägt den Titel "qBounce – vom Quantum Bouncer zur Gravitationsresonanzspektroskopie“. Bei der neu vorgestellten Messmethode wird ausgenützt, dass Neutronen, die im Gravitationsfeld der Erde zwischen zwei horizontalen Platten hindurchfliegen, nur ganz bestimmte Quantenzustände einnehmen können. Das Neutron kann nicht beliebig große Portionen an Gravitations-Energie aufnehmen, sondern nur ganz bestimmte Quanten davon.

Neutronen zwischen vibrierenden Platten

Durch einen vibrierenden Spiegel können die Neutronen von einem Gravitations-Quantenzustand in einen anderen versetzt werden. Misst man exakt die Schwingungsfrequenz, bei der das geschieht, kennt man auch den Energie-Unterschied zwischen den einzelnen erlaubten Quantenzuständen – und damit lassen sich höchst Präzise Aussagen über die Gravitation auf kurzen Distanzen treffen.

Um zu erkennen, was die Welt im Innersten zusammenhält

Wichtig ist das gleich für mehrere zukunftsweisende und visionäre Forschungsgebiete, von der Kosmologie bis zur Teilchenphysik. Mit der neuen Methode lassen sich Stringtheorien testen, neuartige Teilchen aufspüren oder ganz neue Naturkräfte suchen. Genau in solchen Forschungsbereichen sind Experimente meist sehr schwer durchzuführen – die Gravitations-Resonanzmethode ist daher eine willkommene neue Möglichkeit, die grundlegendsten Fundamente der Physik zu studieren. Noch immer sucht man nach Möglichkeiten, die Theorie der Gravitation und die Quantentheorie sauber zu vereinen. Die neue Methode verknüpft diese beiden Gebiete und ermöglicht, die Gravitation mit Quanten-Präzision auf winzigen Entfernungen zu vermessen.