Test der Zeitdilatation in der Speziellen Relativitätstheorie durch Laserspektroskopie an schnellen gespeicherten Ionen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zum Test der Zeitdilatation der Speziellen Relativitätstheorie (SRT) wurden an der GSI einfachgeladene Lithiumionen im metastabilen 1s2s 3S1 Zustand in einer EZR-Ionenquelle erzeugt, auf 34% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und im Experimentierspeicherring (ESR) gespeichert. Dort wurde der Ionenstrahl mit zwei Laserstrahlen bekannter optischer Frequenz überlagert und das induzierte Fluoreszenzsignal detektiert. Mit Messungen zur Ringdynamik und Abstrahlcharakteristik der Lithiumionen bei 0,34 c wurden die ersten systematischen Untersuchungen durchgeführt, wobei die Resultate bereits für einen ersten Test der SRT verwendet werden konnten. Im Februar 2009 wurde eine erste Präzisionsmessung zur Überprüfung der Lorentzinvarianz durchgeführt, aus der eine Obergrenze für Abweichungen von der SRT extrahiert wurde, die gegenüber den früheren Messungen am Testspeicherring TSR in Heidelberg bereits leicht verbessert werden konnte. Während bei den dortigen Messungen eine Grenze für den Testparameter der Mansouri- Sexl Testtheorie von α< 8.4×10-8 gefunden wurde, erlauben die neuesten Messungen am ESR eine Einschränkung auf α< 7×10-8, wobei die Obergrenze noch klar von der statistischen Unsicherheit limitiert wird. Die vorgesehenen weiteren Entwicklungen konzentrieren sich daher vor allen Dingen auf eine Verbesserung der Signalintensität und die Erhöhung des Anteils der metastabilen Ionen im Speicherring. Damit ergibt sich eine ausgezeichnete Perspektive den Test des Zeitdilatationsfaktors I der Speziellen Relativitätstheorie in naher Zukunft deutlich verbessern zu können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Experimental Test of Special Relativity by Laser Spectroscopy” VII International Workshop Poznan 2006 (Vortrag)
C. Novotny
- “A Test of Special Relativity with metastable 7Li+ ions” 3rd SPARC Workshop – Paris 2007
C. Novotny
- “From Tests of Fundamental Symmetries to Laser Cooling – Recent Progress of Laser Spectroscopy at GSI” 3rd SPARC Workshop – Paris 2007 (Vortrag)
W. Nörtershäuser
- “Laser spectroscopy on relativistic lithium beams for a test of Lorentz invariance” VIII International Workshop PoznaB 2009 (Vortrag + Poster)
W. Nörtershäuser
- “Messung der Zeitdilatation an schnellen gespeicherten Ionen” DPG – Darmstadt 2008
C. Novotny
- “Spectroscopy of lithium ions at 34% of the speed of light with sub-Doppler linewidth” International Conference on Precision Physics on Simple Atomic Systems – Windsor 2008 (Vortrag)
C. Novotny
- „Laser spectroscopy on lithium ions stored at a velocity of 33,8 % of the speed of light“, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 2008 (Dissertation)
C. Novotny
- “Erste Dopplerfreie Spektroskopie an metastabilen Lithiumionen bei 34%c im ESR der GSI” DPG – Hamburg 2009 (Vortrag)
C. Novotny
- “Precision spectroscopy on a fast lithium beam for a time dilation test” 41st EGAS Conference Gdansk 2009 (Vortrag + Poster)
C. Novotny
- “Precision spectroscopy on a fast lithium beam for a time dilation test” 5th SPARC Workshop – Lissabon 2009
C. Novotny
- “Sub-Doppler laser spectroscopy on relativistic beams and tests of Lorentz invariance” Phys.Rev. A 80, 022107 (2009)
C. Novotny, G. Huber, S. Karpuk, S. Reinhardt, D. Bing, D. Schwalm, A. Wolf, B. Bernhardt, T.W. Hänsch, R. Holzwarth, G. Saathoff, Th. Udem, W. Nörtershäuser, G. Ewald, C. Geppert, T. Kühl, T. Stöhlker, and G. Gwinner
- “Towards a precision test of time dilation at high velocity” Can. J. Phys. 87(7): 749–756 (2009)
C. Novotny, B. Bernhardt, D. Bing, G. Ewald, C. Geppert, G. Gwinner, G. Huber, S. Karpuk, H.-J. Kluge, T. Kühl, W. Nörtershäuser, S. Reinhardt, G. Saathoff, D. Schwalm, T. Stöhlker, and A. Wolf
