Projektbereich B - Quantenmetrologie zum Test physikalischer Grundlagen

Das Hauptziel von der Research Area B ist die Gestaltung von quantenkorrelierten Einzel- und Mehrteilchenzuständen, um die Leistungsfähigkeit moderner Messinstrumente wie Uhren und Materiewellen-Interferometern zu verbessern und deren verbesserte Auflösung und Empfindlichkeit auszunutzen, um die Physik über das Standardmodell hinaus zu erforschen.

Wir zeigen den Betrieb von Atominterferometern bis zu 16 dB unterhalb der Standardquantengrenze und Materie-Wellen-Interferometer mit Wellenpaket-Trennungen von Metern, die für Sekunden untersucht werden, und zeigen ihre Nützlichkeit für die Inertial-Erfassung und in Atomuhren. Wir bauen Multi-Ensemble Optische Uhren mit Ungenauigkeiten von besser als 10^-18 und Instabilitäten, die sich nach 1s Integrationszeit 10^-17 nähern, mit Korrelationen zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses und zur Unterdrückung von systematischen Auswirkungen.

Durch die Erweiterung der Quanten-Atom-Optik-Toolbox auf exotischere Systeme wie (Anti-)Protonen, Kerne und Moleküle können wir hochgenaue Frequenzvergleiche zwischen neuartigen Systemen durchführen. Eine genaue Spektroskopie solcher Systeme ermöglicht es uns, die gegenwärtigen Grenzen bei Verletzungen der CPT-Symmetrie zu erweitern, bei Verletzungen der lokalen Lorentz-Invarianz und bei einer möglichen Variation der Feinstrukturkonstanten α oder des Elektron-zu-Proton-Massenverhältnisses μ = m_e/m_p um mindestens zwei Größenordnungen zu verbessern, und eventuell astrophysische Beobachtungen besser zu erklären. Darüber hinaus entwickeln wir eine Quantenversion des Äquivalenzprinzips und erforschen mögliche nicht-triviale Effekte der Schwerkraft auf ausgedehnte Quantenobjekte.