Spezialgefertigter NMR-Kryo-Probenkopf

• Fachliche Zuordnung: Teilchen, Kerne und Felder
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458714410

Die Existenz dunkler Materie und ihre Zusammensetzung ist eines der faszinierendsten Geheimnisse der modernen Physik. Obwohl astronomische und kosmologische Beweise für dunkle Materie aus mehreren Quellen existieren, bleiben ihre Wechselwirkungen, abgesehen von der Schwerkraft, unentdeckt. Leichte pseudoskalare Bosonen, die in verschiedenen Erweiterungen des Standardmodells motiviert sind, sind geeignete Kandidaten für dunkle Materie. Unter diesen interagieren axionähnliche Partikel (aus dem Englischen: Axion-like particle, ALP) über verschiedene Portale mit Standardmodellpartikeln. Beispielsweise wirken sie über eine sogenannte Gradientenkopplung auf Kernspins. Wenn dunkle Materie in der Galaxie aus leichten pseudoskalaren Bosonen besteht, kann das Feld als klassische Schwingung mit der Compton-Frequenz beschrieben werden, d. h. Die Frequenz ist proportional zur Masse des ALP. Auf diese Weise wirkt dunkle Materie auf die Kernspins als oszillierendes Magnetfeld. Der maßgeschneiderte NMR-Sondenkopf kann in einem einstellbaren Magnetfeld von bis zu 14,1 T nach ALP-dunkler Materie in einem Frequenzbereich von 70 MHz bis 600 MHz mit maximaler Empfindlichkeit (Spin-Projektionsrauschen begrenzt) suchen. Der benötigte Magnet ist nicht Bestandteil dieses Großgeräte-Antrags. Die Signatur der dunklen Materie ähnelt einem oszillierenden Magnetfeld, so dass tatsächlich im Labor vorhandene elektromagnetische Felder über eine magnetische Abschirmung unterdrückt werden müssen, die Teil des angeforderten Geräts ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Spezialgefertigter NMR-Kryo-Probenkopf
• Gerätegruppe: 1740 Hochauflösende NMR-Spektrometer
• Antragstellende Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
• Leiter: Professor Dmitry Budker, Ph.D.