Untersuchung von Charakterisierungsmethoden und Präzisionsmessungen von magnetisch höchstgeschirmten Messumgebungen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Fierlinger
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410292433

Im Bereich der Forschung mit niedrigen Magnetfeldern konnten in den letzten Jahren sehr niedrige Werte erreicht werden: Felder mit Absolutwerten unter 0.3 nT, Gradienten kleiner 0.1 nT/m und fT Stabilitat über hunderte Sekunden eröffnen neue Perspektiven für mehrere Forschungsgebiete, darunter fundamentale und angewandte Physik, Geophysik, bio-medizinische Forschung, Sicherheits- und Weltraumanwendungen. Magnetisch geschirmte Räume wie der BMSR-2 an der PTB konnten die Machbarkeit großskaliger Schirmungen bereits eindrucksvoll demonstrieren. Ein Jahrzehnt später wurde der nächste Meilenstein an der TU München in einer Experimentierumgebung erreicht. Erst kürzlich wurde schließlich in einem gemeinsamen Projekt des Harbin Insititut of Technology (HIT) und der TU München ein weiterer großer Fortschritt erzielt werden, der gleichzeitig aufzeigt, dass trans-nationale und strukturierte Arbeiten nötig sind, um die ultimative Performance zu erzielen. Dazu gehört die weitere Entwicklung theoretischer und numerischer Methoden, zusammen mit der Entwicklung von praktikablen Messmethoden auf diesem Niveau.In diesem Projekt werden die Methoden zur Vorhersage und zur Messung von Schirmfaktoren verbessert: dazu wird eine quantitative Methode zur Simulation der magnetischen Equilibration und Drifts von quasistatischen Feldern entwickelt. Es werden Phänomene wie etwa spontane Sprünge der Magnetisierung unter Berücksichtigung von Temperatur und Vibrationen untersucht. Auch magnetisches Rauschen aus den Schirmungen selbst wird untersucht. Mit dem verbesserten Verständnis der sehr kleinen Felder innerhalb der Schirmungen kann die Homogenität und die Stabilität weiter verbessert werden, basierend auf optimierten Equilibrierungspulen-geometrien und der Berücksichtigung der Kopplung von Feldern und Schirmung. Ein weiterer Fokus ist die Trennung von eindringenden Störungen, Felder von Spulen und Wechselwirkungen in der Sensorik. Die theoretischen Analysen werden experimentell sowohl an der TU München als auch am HIT experimentell demonstriert. Die Ergebnisse dienen auch der Charakterisierung und Optimierung der neuen Anlage am HIT und werden eine neue Benchmark in dem Forschungsgebiet setzen, die speziell für die kommende Generation von Experimenten in der fundamentalen Physik, aber auch anderen Niedrigfeld-Anwendungen, dient.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Li Liyi