Elektrische Dipolmomente

Über

Elektrische Dipolmomente (EDMs) entstehen, wenn in einem System positive und negative Ladungen getrennt sind. Im täglichen Leben hat eine Batterie ein elektrisches Dipolmoment. Auch das Wassermolekül hat ein EDM, das für die Anziehung zwischen den Molekülen verantwortlich ist. Das EDM ist auch eine grundlegende Eigenschaft eines subatomaren Teilchens, wie Masse, Ladung, Spin oder magnetisches Moment. Bislang wurde jedoch noch kein EDM für ein subatomares Teilchen gefunden. Dafür gibt es gute Gründe. Im Gegensatz zu komplexeren Objekten wie Molekülen entstehen EDMs für subatomare Teilchen wie Elektron, Proton, Neutron oder Deuteron unter sehr allgemeinen Bedingungen nur dann, wenn eine kombinierte Verletzung von Ladungsaustausch C und Paritätsumwandlung P, die so genannte CP-Verletzung, vorliegt. Die CP-Verletzung ist ein wichtiger Bestandteil des Standardmodells der Teilchenphysik, aber sie ist viel zu klein, um messbare EDMs zu erzeugen. Warum sollte man trotzdem weiter nach ihr suchen?

Dies hängt mit einem der größten ungelösten Rätsel der Kosmologie und Teilchenphysik zusammen: Das Verschwinden der Antimaterie aus einem anfänglichen Gleichgewicht von Materie und Antimaterie im frühen Universum. Die uns im Standardmodell bekannten Wechselwirkungen, insbesondere die oben erwähnte CP-Verletzung, die zwischen Materie und Antimaterie unterscheidet, sind nicht ausreichend, um dieses Rätsel zu lösen. Erweiterungen des Standardmodells sagen weitere CP-verletzende Wechselwirkungen voraus, die ebenfalls zu nachweisbaren EDMs führen. Findet man also ein EDM, so hätte man Hinweise auf die beobachtete Dominanz der Materie im Universum sowie auf eine Physik jenseits des Standardmodells!

Forschungsthemen

Bislang wurden die meisten EDM-Messungen mit neutralen Teilchen durchgeführt. Mit neuen Techniken ist es nun möglich, spezielle EDM-Experimente mit geladenen Hadronen an Speicherringen durchzuführen. Das experimentelle Programm umfasst auch die Suche nach Kandidaten für dunkle Materie (axionähnliche Teilchen) die zu oszillierenden elektrischen Dipolmomenten führen würden.

Im Rahmen der JEDI-Kollaboration führen wir Experimente am Cooler Synchrotron COSY. COSY mit seinen Möglichkeiten zur Bereitstellung und Beschleunigung polarisierter Protonen und Deuteronen bietet weltweit einzigartige Möglichkeiten zur Durchführung solcher Experimente. Im Rahmen der CPEDM-Kollaboration untersuchen wir das Design eines speziellen Speicherrings für EDM-Messungen mit geladenen Hadronen.

Kontakt

Prof. Jörg Pretz

IKP-2

Gebäude 07.1 / Raum 354

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Letzte Änderung: 28.07.2022