ERC Starting Grant für Vera Schäfer
/ via Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg /
In der jüngsten Ausschreibungsrunde des European Research Council (ERC) hat Dr. Vera Schäfer einen der renommierten ERC Starting Grants mit einem Umfang von etwa 2,5 Millionen Euro eingeworben. Mit ihrem Projekt AlphaVar begibt sie sich auf die Suche nach kleinsten Abweichungen der Feinstrukturkonstante und testet so die bestehenden Theorien für neue Physik jenseits des Standardmodells.
Die Spektroskopie ist ein seit langem etabliertes Instrument in der modernen Physik: spektroskopische Messungen haben uns bei der Entschlüsselung der atomaren Struktur, der Expansion des Universums oder der Zusammensetzung der Atmosphären von Exoplaneten geholfen. Heute ist die Hochpräzisionsspektroskopie auch eines der vielversprechendsten Instrumente zur Untersuchung von offenen Fragen über die grundlegendste Natur unseres Universums: Was sind dunkle Materie und dunkle Energie, die den größten Teil des Universums ausmachen? Woher kommt das Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie? Und wie können wir die Quantenphysik und die allgemeine Relativitätstheorie miteinander verbinden? Theoretiker:innen haben Antworten auf diese Fragen vorgeschlagen, die neuartige Wechselwirkungen, bislang unentdeckte Teilchen oder zeitliche und räumliche Änderungen
von Naturkonstanten vorhersagen. Viele dieser Kandidaten für diese sogenannte neue Physik beeinflussen direkt die atomaren Übergangsfrequenzen, die dann in Spektroskopieexperimenten gemessen werden können. Die vorhergesagten Auswirkungen sind jedoch sehr gering und sind bisher experimentell nicht entdeckt worden. Dank einer stetigen Verbesserung der Genauigkeit von Atomspektroskopie-Messungen rückt die Beantwortung dieser Fragen nun in Reichweite von Labormessungen mit Lasern an einzelnen Atomen. Dabei haben sich vor allem hochgeladene Ionen als ein besonders empfindliches System herausgestellt: Sie können bei gleicher Präzision zwei Größenordnungen kleinere Signale als typische Atome und Ionen erkennen. Während direkte Kontrolle hochgeladener Ionen aufgrund ihrer hohen Übergangsenergien schwierig ist, gibt es Methoden sie indirekt mithilfe von Quanteninformationstechniken zu kontrollieren. Hierfür können einfacher zu kontrollierende Systeme wie zum Beispiel einfach geladene Ionen verwendet werden. Die Technik zur indirekten Messung der atomaren Übergangsfrequenzen wird als Quantenlogikspektroskopie bezeichnet und ist eng mit den Quantenlogikgattern verwandt, die beim Quantencomputing verwendet werden.
In ihrem nun bewilligten Projekt „AlphaVar“ widmet sich Dr. Vera Schäfer vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg nun genau diesen Experimenten: „Mit Hilfe der Quantenlogikspektroskopie wollen wir zwei spezifische Übergänge in HCIs gleichzeitig untersuchen und ihre Übergangsfrequenzen direkt miteinander vergleichen. Mit dieser Methode können wir nicht nur eine höhere Sensitivität erreichen, sondern ebenfalls systematische Fehlerquellen reduzieren, die durch einen indirekten Vergleich über den zweiten SI-Standard entstehen“, führt Schäfer aus. Damit soll der derzeitige Grenzwert für die zeitliche Veränderung der Feinstrukturkonstante um über eine Größenordnung verbessert werden. „Diese und weitere Messungen an dem neuen Aufbau werden Vorhersagen einiger der vielversprechendsten Theorien für Physik jenseits des Standardmodells experimentell überprüfen“, fügt Schäfer an.
Dr. Vera Schäfer promovierte 2018 an der University of Oxford. Nach Forschungsaufenthalten in Oxford und in Boulder, Colorado, ist sie seit 2023 Humboldt-Stipendiatin und Nachwuchsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg.
Die ERC Starting Grants gehören zu den renommiertesten und wettbewerbsfähigsten EU-Förderprogrammen und unterstützt Forschende am Anfang ihrer wissenschaftlichen Laufbahn, ihre eigenen Projekte zu starten, eigene Teams aufzubauen und ihre vielversprechendsten Ideen zu verfolgen. Im diesjährigen Verfahren wurden 494 europäische Anträge erfolgreich in die Förderung aufgenommen, davon gehen mit 98 Projekten die meisten nach Deutschland. Insgesamt wurden hierfür nahezu 780 Millionen Euro Forschungsgelder bewilligt. Die Erfolgsrate bei den Anträgen entspricht dabei 14, 2%.
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