Paritätsverletzung in Atomen und Spinecho

• Antragsteller: Professor Dr. Otto Nachtmann
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5445966

Es ist wohl bekannt, dass die schwache Wechselwirkung über neutrale Ströme zu paritätsverletzenden Effekten in Atomen führt. Experimentell sind diese kleinen Effekte für schwere Atome, Cs, Tl, Bi und Pb gemessen worden. Die Messung der Effekte für leichte Atome, insbesondere Wasserstoff (H) und Deuterium (D) ist bisher nicht gelungen. In unserer Gruppe wurden schon früher eine Reihe von Effekten der Paritätsverletzung für leichte, metastabile Atome theoretisch studiert, sog. P-verletzende Spin Rotationen. In einer Arbeitsgruppe des physikalischen Instituts der Universität Heidelberg wurde nun ein sehr empfindliches Atomstrahl Interferometer aufgebaut, das es erlaubt, sog. Spin Echos präzise zu messen. In dem beantragten Projekt sollen frühere für idealisierte Situationen gemachte theoretische Rechnungen für P-verletzende Effekte in H und D nun für den realistischen Interferometer Aufbau adaptiert und durchgeführt werden. Dadurch wird es möglich sein, die genauen Bedingungen festzulegen, die für eine Messung P-verletzender Effekte in metastabilen H und D Atomen mit dieser Methode notwendig sind. Die im Rahmen des Projekts durchzuführenden Rechnungen betreffen daher die Transmission und Interferenz von Atomstrahlen in dem Interferometer, wobei durch geeignete elektrische und magnetische Felder die zu messenden P-verletzenden Spin-Rotationen erzeugt werden sollen. Von der Seite der Theorie werden im Rahmen des Standardmodells der Teilchenphysik die P-verletzenden Effekte in H und D Atomen in führender Ordnung der elektroschwachen Kopplung durch den Austausch eines Z-Bosons zwischen dem Elektron der Hülle und den Quarks in den Nukleonen vermittelt. Die Effekte sind für diese leichten Atome sehr genau berechenbar, wobei auf der Seite der Nukleonen auch die sog. axiale Ladung eingeht, die für die Spinkrise der Nukleonen relevant ist. Messungen der Pverletzenden Effekte in H und D Atomen würden daher eine unabhängige Bestimmung dieser axialen Ladung liefern. Weiter ergibt sich die Möglichkeit nach Abweichungen von den Vorhersagen des Standardmodells zu suchen, falls die Messgenauigkeit hoch genug getrieben werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen