Miniaturisierung eines transportablen Reservoirs für Antiprotonen

• Antragsteller: Dr. Christian Smorra
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558683350

In diesem Projekt möchten wir ein neues Gerät für die Erforschung der fundamentalen Wechselwirkungen in der Physik entwickeln: ein kompakte transportierbare Reservoirfalle für Antiprotonen basierend auf einer kryogenen Penningfalle aus Permanentmagneten. Dieses Gerät ermöglicht es ein offline Programm für Präzisionmessungen an niederenergetischen Antiprotonen durchzuführen, ohne die störenden Einflüsse durch Rauschen und Magnetfeldfluktuationen in der Antimateriefabrik am CERN. Desweiteren wird dadurch die Möglichkeit geschaffen leichter weitere Antiprotonenexperimente in diesem Bereich aufzubauen. In der Umsetzung des Projekts werden wir eine solche kryogene Permanentmagnetfalle aufbauen und testen, und die essentiellen technischen Komponenten entwickeln um eine solche miniaturisierte Transportfalle für Antiprotonen zu realisieren. Eine kryogene Fallenkammer wird gefangene Antiprotonen bei niedrigsten Restgasdrücken über mehrere Monate speichern um Antiprotonen an ein geeignetes Präzisionsexperiment zu transportieren und dort zu spektroskopieren. Hierdurch wird es möglich Präzisionmessungen ohne störende Magnetfeldflukuationen und bei sehr niedrigem Rauschen in der Umgebung durchzuführen, um so die Genauigkeit der Messungen der fundamentalen Eigenschaften von Protonen und Antiprotonen zu verbessern. Dies ist eine notwendige Entwicklung um die Empfindlichkeit der Vergleiche von Materie- und Antimateriebausteinen zu verbessern und die Sensitivität auf Physik jenseits des Standardmodells zu erhöhen. Insbesondere wird damit die Empfindlichkeit auf eine mögliche Brechung der CPT Invarianz gesteigert, welche eine fundamentale Symmetrie zwischen Teilchen und Antiteilchen manifestiert. Weitere Anwendungen für dieses Instrument sind beispielsweise der Transport und Verteilung von hochgeladenen Ionen die nur an Beschleunigern oder den besten Elektronstrahlionenquellen mit höchsten Elektronenenergien erzeugt werden können, oder andere exotische Ionen wie das Antiwasserstoffmolekülion oder das positiv geladene Antiwasserstoffatom.

• DFG-Verfahren: Neue Geräte für die Forschung