Laserspektroskopie von antiprotonischen Heliumatomen in den neuen ELENA des CERN

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Masaki Hori
• 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 504822495

Metastabiles antiprotonisches Helium ist ein neutrales exotisches Dreikörperatom, das aus einem Heliumkern, einem Elektron im 1s-Zustand und einem Antiproton in einem Rydberg-Zustand mit großer Haupt- (n=38) und Bahndrehimpuls-Quantenzahl (l=n-1) besteht. Wir schlagen vor, den beispiellos hochwertigen Strahl der neuen ELENA-Anlage des CERN und die neuesten Lasermesstechniken zu nutzen, um Sub-Doppler-Zwei-Photonen-Laserspektroskopie an schmalen Resonanzen von antiprotonischem Helium mit einer Bruchgenauigkeit von 10^-11 durchzuführen, die um zwei Größenordnungen genauer ist als in früheren Experimenten. Dies sollte dann mit den besten Bestimmungen des Proton-zu-Elektronen-Massenverhältnisses aus Penningfallen- und HD+-Spektroskopieexperimenten mithalten und einen wichtigen Konsistenztest der QED-Berechnungen sowie einen Test der CPT-Symmetrie liefern. Darin wären Obergrenzen für mögliche fünfte Kräfte zwischen dem Antiproton und dem Heliumkern erhalten. In den ersten 3 Jahren dieses Projekts beabsichtigen wir, einen induktiven Abbremser zu konstruieren und zu validieren, der die Energie des von ELENA bereitgestellten Antiprotonenstrahls von 100 keV auf <30 keV reduziert. Das wird entscheidend dabei helfen das laserspektroskopische Signal von antiprotonischen Helium zu optimieren und die schmalen Zwei-Photonen-Resonanzen von antiprotonischem Helium zu entdecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Bulgarien, Finnland, Italien, Japan, Schweiz
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Claudio Calosso; Dr. Andreas Dax; Professor Dr. Kai Nordlund; Dr. Boyan Obreshkov; Professor Chihiro Ohmori; Professorin Dr. Anna Soter; Professor Dr. Dage Sundholm, Ph.D.