Entwicklung eines 3He-Magnetometers für ultrasensitive Messungen von starken magnetischen Feldern in Penningfallen

• Antragsteller: Professor Dr. Werner Heil
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245510948

Hochpräzise Massenmessungen zielen heutzutage auf relative Genauigkeiten von besser als 10-11 für Tests fundamentaler Wechselwirkungen und Symmetrien. Die Masse wird dabei mit Penningfallen durch die Messung der Zyklotronfrequenz von gespeicherten Ionen bestimmt. Das magnetische Feld muss dabei mit der ähnlichen Genauigkeit bekannt sein. Die marktgängigen Kernspinresonanzmethoden erreichen diese Genauigkeit der Feldmessung nicht. Unser Ansatz basiert auf der Messung des Zerfalls der Magnetisierung von kernspinpolarisiertem 3He-Gas nach einer resonanten Radiofrequenzanregung. Wichtig ist hierbei, dass Spinkohärenzzeiten von einigen Minuten für kernspinpolarisiertes 3He in den typischen Magnetfeldern von Penningfallen (> 4 Tesla) erreicht werden können. Aus der gemessenen Larmorfrequenz (> 100 MHz) kann das lokale Magnetfeld über das Volumen der 3He-Probe mit einer Genauigkeit von besser als 10-11 bestimmt werden. Eine solche Vorrichtung (Magnetometer) kann miniaturisiert werden, um sie direkt neben einer Penningfalle zu platzieren bzw. es können mehrere solcher 3He-Magnetometer zum Einsatz kommen (Gradiometer). Erreicht werden damit ein ultra-sensitives Monitoring von Magnetfeldern sowie die Messung von Magnetfeldgradienten. Das 3He Gas wird in-situ kernspinpolarisiert. Dabei kommt das neu entwickelte Verfahren des Metastabilen Optischen Pumpens in hohen Magnetfeldern zur Anwendung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen