Bestimmung des Wertes von fundamentalen Naturkonstanten und Präzisionstests der Quantenelektrodynamik

• Antragsteller: Savely Karshenboim, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 346672842

Das Projekt zielt darauf ab, weltweite Präzisionsdaten auszuwerten, um QED zu testen, Naturkonstanten zu bestimmen und nach neuer Physik zu suchen. Ich sehe das Projekt als ein Teil eines langfristigen Programmes. In diesem Sinne ändert sich die Zielsetzung für die Fortführung des Projekts nicht allzu sehr; der „state of the art“-Abschnitt beinhaltet jetzt einen Teil des vorläufigen Berichts über den vorherigen Abschnitt des Programmes der im vorherigen Projekt durchgeführt wurde. Das Arbeitsprogramm enthält dieselben generischen Teile, ist jetzt aber auf andere Details ausgerichtet. Ein Teil der Arbeit wurde im Rahmen der „CODATA task group on fundamental constants“ durchgeführt, das letztendliche Ziel ist aber eine unabhängige globale Auswertung mit der Methode der kleinsten Quadrate (MKQ) vorzunehmen. Die Arbeit in beiden Richtungen (innerhalb und jenseits der task group) wird fortgeführt werden. Die Naturkonstanten spielen in der Physik eine wichtige Rolle. Einige Konstanten sind direkt messbar, für andere werden atomare Systeme gemessen, aus denen dann die Konstanten berechnet werden. Einige Konstanten können durch verschiedene Methoden bestimmt werden. Eine Konsistenz der Resultate beweist die Zuverlässigkeit der angewandten theoretischen und experimentellen Methoden. Der Vergleich von Ergebnissen aus unterschiedlichen Methoden eignet sich besonders, um hochpräzise Tests der QED durchzuführen. Während die QED freier Teilchen gut etabliert ist, gibt es in der Anwendung der QED auf gebundene Systeme noch immer große Schwierigkeiten. Zur präzisen Bestimmung der Naturkonstanten spielen viele verschiedene Bereiche der QED eine Rolle. Die Auswertung aller weltweit verfügbaren Messergebnisse in diesem Gebiet kann Randbedingungen für neue Physik stellen. Die CODATA task group beschäftigt sich regelmäßig mit einer solchen Auswertung, um die bestmöglichen Werte der Konstanten zu bestimmen. Jedoch liegt der Fokus von CODATA nur auf den präzisesten Experimenten, wobei viele Daten ignoriert werden, welche für Tests der QED wichtig sind.Im Rahmen dieses Projektes soll eine multivariate Analyse der korrelierten Weltdaten durchgeführt werden. Darin möchte ich einige signifikante Dinge anders machen, als dies bisher getan wird. - Eine unabhängige Auswahl der Daten, welche sowohl auf der Präzision der Daten basiert, als auch auf ihre Sensitivität gegenüber QED Beiträgen und neuer Physik.- Eine neue Abschätzung der QED Unsicherheiten verschiedener Beiträge, welche bisher nicht immer zufriedenstellend durchgeführt wurde.- Eine neue Abschätzung der Unsicherheiten in den ausgewerteten Daten, die in den bisherigen Aufstellungen erfasst wurden.- Es werden zusätzliche Auswertungen durchgeführt, um Schätzungen für neuer Physik.- Einbeziehung von verschiedenen Theoriedaten (zum Beispiel numerische Ergebnisse für mittlere Z-Werte) als „Pseudodaten“.Für kritische Bereiche der Daten ziehe ich es in Erwägung, unabhängige Auswertungen mit der MKQ durchzuführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Kooperationspartner: Professor Simon Eidelman, Ph.D., bis 3/2022