Experimentelle Suche nach Solaren Axionen und Chameleonen

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter H.H. Hoffmann
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 74565491

Dieser Forschungsantrag ist ein Fortsetzungsantrag für unsere bestehende Förderung, um unsere weitere Teilnahme am CAST (CERN Axion Solar Telescope) Experiment zu finanzieren. CAST (CERN Axion Solar Telescope) hat seit dem Beginn der Messungen 2003 erfolgreich die Grenzen für die Axion-Photon Kopplungskonstante verbessert, für Axionmassen < 0,02 eV um einen Faktor 6 gegenüber den vorherigen Axion-Helioskopen. Verbesserungen der bei CAST eingesetzten Detektoren, die im letzten Jahr implementiert wurden, werden zusammen mit einem zweiten Röntgenteleskop dazu beitragen, dieses Ergebnis weiter zu verbessern. Außer Axionen gilt die Suche auch anderen Axion-like Particles (ALPs). Aufgrund der verbesserten Detektoren erwarten wir, dass die Sensitivität unserer Messungen (für Axionenmassen kleiner als 0,02 eV) um einen Faktor 4-5 besser als bei unseren vorherigen Messungen sein wird. Die Suche nach neuen Teilchen bei CAST beschränkt sich jedoch nicht nur auf ALPs. Zusätzlich wurde kürzlich die Suche Chameleonen, Kandidaten für die Dunkle Energie, in das Forschungsprogramm bei CAST aufgenommen. Diese postulierten Teilchen haben eine Ruhemasse, die von der umgebenden Energiedichte abhängig ist. Die theoretischen Modelle für Chameleonen sagen ihre Erzeugung im Inneren der Sonne über den Primakoff-Effekt voraus. Sobald sie auf das Magnetfeld des CAST-Magneten treffen, wird ein Teil der Chameleonen mittels des inversen Primakoff-Effekts in Photonen zurückgewandelt. Sie können außerdem direkt mit Materie wechselwirken.Dieser Fortsetzungsantrag hat zwei Ziele. Zum einen werden wird in 2015 die Suche nach solaren Axionen mit CAST fortgesetzt. Wir werden dabei mit dem Betrieb des Röntgenteleskops an CAST einen entscheidenden Beitrag leisten und benötigen eine Finanzierung durch die DFG, um den Betrieb sicherstellen zu können. Zum anderen werden nächstes Jahr erste Tests mit einem Detektor für Chameleonen durchgeführt. Dieser Detektor wurde am INFN in Triest entwickelt und wird mit unserer Hilfe am CAST Experiment installiert und betrieben werden. Beide Vorhaben (die Suche nach solaren Axionen und der Test des Detektors für Chameleonen) wurden im Oktober diesen Jahres vom SPSC Komitee am CERN begutachtet und befürwortet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen