Atomare paritätsverletzung in myonischer Röntgenstrahlung

• Antragsteller: Dr. Frederik Wauters, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392566020

Myonische Atome eignen sich besonders gut, um die Wechselwirkung zwischen Myonen und Atomkernen zu untersuchen, da die Wellenfunktion des Myons und des Kerns einen großen Überlapp aufweisen. Strahlungsübergänge in myonischen Atomen, typischerweise im Röntgenbereich, erlauben eine genaue Bestimmung des Kernladungsradius. Der große Überlapp der Wellenfunktionen macht diese Systeme auch besonders sensitiv für kurzreichweitige Wechselwirkungen, insbesondere schwache, neutrale Ströme, die zu Paritätsverletzung in den Myonischen Röntgenstrahlen führen. Es gibt nur wenig Daten zu neutralen Strömen bei kleinen Energien und gar keine mit Myonen. Neue, myonspezifische Wechselwirkungen können zu paritätsverletzenden Effekten führen, die ähnlich groß oder größer als die im Standardmodell der Elementarteilchenphysik vorhergesagten sind. Diese neuen Wechselwirkungen sind motiviert durch Hinweise auf Physik jenseits des Standardmodells in einigen Experimenten mit Myonen.Im vorliegenden Projekt untersuchen wir die Mischung der 2S und 2P Energieniveaus mit entgegengesetzter Parität in myonischem Zink. Das Projekt umfasst:(a) Eine eindeutige Messung des Ein-Photon 2S-1S-Übergangs in myonischem Zink, eine Bestimmung des entsprechenden Verzweigungsverhältnisses und ein Verständnis aller wichtiger Untergrundprozesse. Dies soll in zwei Messungen mit hochreinen Germanium-Detektoren am Paul-Scherrer-Institut in der Schweiz geschehen. Eine erste Strahlzeit wurde für dieses Jahr bewilligt.(b) Den Entwurf eines optimierten Experimentes für eine zukünftige Messung der atomaren Paritätsverletzung mit myonischen Atomen und eine Abschätzung der Sensitivität eines solchen Experimentes auf Physik jenseits des Standardmodells.(c) Einen signifikanten Beitrag zur Bestimmung des Ladungsradius von 226Ra. Diese Messung ist eine wichtige Eingangsgröße für ein geplantes Experiment zur atomaren Paritätsverletzung mit einem einzelnen Radium Ion.(d) Eine Doktorarbeit an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Niklaus Berger