Signaturen Dunkler Materie: Molekulare Detektoren oszillierender Fundamentalkonstanten

• Antragsteller: Professor Stephan Schiller, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504261343

Obwohl Dunkle Materie (DM) im Universum wesentlich häufiger vorkommt als normale Materie, konnte sie bislang nicht in Experimenten im Labor zweifelsfrei nachgewiesen werden. In diesem Projekt soll ein Experiment entwickelt werden, dass auf bestimmte Signaturen Dunkler Materie sensitiv sein wird. Dunkle Materie könnte zum Teil aus Teilchen geringer Masse bestehen (im Bereich neV/c^2). Sie könnte sich als ein mit der Compton-Frequenz oszillierendes Feld verhalten, das an die Felder des Standardmodells (SM) koppelt. Dies hätte oszillierende Fundamentalkostanten zur Folge, z.B. Feinstrukturkonstante, Quarkmassen, Kopplungskonstante der starken Kraft. In diesem Projekt betrachten wir vibratorische Übergänge in Molekülen. Diese sind auf die Elektronenmasse, die Kernmasse, und die Feinstrukturkonstante sensitiv. Über die Kernmasse ergibt sich auch eine Abhängigkeit von den Quarkmassen und der Kopplungskonstanten der starken Kraft. Mit der zu entwickelnden Apparatur soll nach Oszillationen der Frequenz von vibratorischen Übergängen in einem Raumtemperatur-Molekülgas gesucht werden. Laserspektroskopie bei 1.5 µm an Azetylen (C2H2) wird dazu eingesetzt. Als Vergleichsfrequenz soll die Resonanzfrequenz eines optischen Resonators verwendet werden. Das Experiment soll in mehrfacher Hinsicht optimiert werden. Es wird ein sehr großer Compton-Frequenzbereich untersucht (10 Hz – 100 MHz), es werden zwei Spektroskopievarianten eingesetzt, das Schrotrauschniveau der Empfindlichkeit soll erreicht werden, der Molekülübergang ist vorteilhaft gewählt, eine Korrelationstechnik wird die Unterdrückung von Störungen ermöglichen, und das Experiment soll umfangreiche Daten über bis zu 1 Jahr Messzeit aufnehmen. Wir erwarten am Ende des Projekts eine Reduktion der Obergrenzen für die Kopplungsstärke eines DM-Feldes an die Felder des SM um Faktoren zwischen 100 und 1000.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen