Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das kleinste Magnetfeld im Sonnensystem - Weltrekord-Magnetfeld für Hochpräzisions-Experimente

12.05.2015

Magnetfelder durchdringen Materie problemlos. Einen Raum zu schaffen, in dem es praktisch keine magnetischen Felder mehr gibt, ist daher eine große Herausforderung.

Ein internationales Team von Physikern hat nun eine Abschirmung entwickelt, die niederfrequente Magnetfelder um einen Faktor von mehr als einer Million dämpft. Damit haben sie in Garching einen Raum geschaffen, in dem das schwächste Magnetfeld dieses Sonnensystems herrscht. Hier wollen die Physiker nun Präzisionsexperimente durchführen.


Blick in den magnetisch abgeschirmten Messraum, Prof. Peter Fierlinger (l) und Mitautor Michael Sturm

Foto: Astrid Eckert /TUM

Magnetfelder sind überall im Universum. Auch auf der Erde sind wir stets von Magnetfeldern umgeben – natürlichen und künstlichen. Das Erdmagnetfeld, das in Mitteleuropa eine Stärke von etwa 48 Mikrotesla hat, ist immer vorhanden. Dazu addieren sich örtlich weitere Magnetfelder, etwa von Transformatoren, Motoren, Kränen oder auch von Metalltüren.

Einer Gruppe von Wissenschaftlern um Professor Peter Fierlinger, Physiker an der Technischen Universität München (TUM) und Mitglied des Exzellenzclusters Universe ist es nun gelungen, auf dem Garchinger Forschungscampus einen Raum mit 4,1 Kubikmeter Innenvolumen aufzubauen, in dem permanente und zeitlich veränderliche Magnetfelder um mehr als das Millionenfache reduziert sind.

Dies wird durch eine magnetische Abschirmung aus verschiedenen Schalen einer hochmagnetisierbaren Legierung erreicht. Die dadurch erzielte magnetische Dämpfung sorgt dafür, dass das Rest-Magnetfeld im Inneren des Raums sogar kleiner ist als in den Tiefen unseres Sonnensystems. Es verbessert die bisherigen Dämpfungsmöglichkeiten um mehr als den Faktor zehn.

Präzisionsexperimente zum elektrischen Dipolmoment des Neutrons

Die Reduzierung elektromagnetischer Störungen ist eine wichtige Voraussetzung für viele hochpräzise Experimente in der Physik, aber auch in der Biologie und der Medizin. In der Grundlagenphysik ist eine maximale magnetische Abschirmung entscheidend für die Präzisionsmessungen winziger Effekte von Phänomenen, die im frühen Universum die Entwicklung unseres Universums vorangetrieben haben.

Die Gruppe von Peter Fierlinger entwickelt derzeit ein Experiment, welches die Ladungsverteilung – Physiker sprechen vom elektrischen Dipolmoment – in Neutronen bestimmen soll. Neutronen sind Kernteilchen, die ein winziges magnetisches Moment besitzen, aber elektrisch neutral sind. Zusammengesetzt sind sie aus drei Quarks, deren Ladungen sich jedoch nach außen aufheben.

Wissenschaftler vermuten jedoch, dass Neutronen ein winziges elektrisches Dipolmoment besitzen. Doch die bisherigen Messungen erreichten nicht die nötige Präzision. Der neue, nahezu magnetfeldfreie Raum schafft nun die Voraussetzungen, die Genauigkeit der bisherigen Messungen des elektrischen Dipolmoments des Neutrons um den Faktor 100 zu verbessern, und damit in die Dimension der theoretisch vorhergesagten Größe des Phänomens vorzudringen.

Physik jenseits der Grenzen des Standardmodells

„Eine solche Messung wäre von fundamentaler Bedeutung für die Teilchenphysik und würde die Tür zu einer neuen Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik weit aufstoßen”, erklärt Peter Fierlinger. Das Standardmodell beschreibt mit hoher Präzision die Eigenschaften aller bisher bekannten Fundamentalteilchen.

Es bleiben jedoch Phänomene, für die es keine Erklärungen gibt: Die Schwerkraft etwa kommt in diesem Modell überhaupt nicht vor. Auch versagt das Standardmodell bei der Vorhersage des Verhaltens von Teilchen bei sehr hohen Energien, wie sie etwa im frühen Universum vorhanden waren. Und schließlich liefert es auch keine Begründung dafür, warum sich Materie und Antimaterie nach dem Urknall nicht vollständig vernichtet haben, sondern ein kleiner Teil Materie übrigblieb, aus dem wir und das uns umgebende, sichtbare Universum aufgebaut sind.

An Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN versuchen Physiker daher kurzzeitig Bedingungen zu erzeugen, wie sie im frühen Universum geherrscht haben. Sie bringen Teilchen bei hohen Energien zur Kollision um auf diese Weise insbesondere neue Teilchen zu erzeugen.

Alternativen zur Hochenergiephysik

Die Experimente der TUM-Wissenschaftler sind komplementär zu dieser Hochenergie-Physik: „Unsere Hochpräzisions-Experimente können die Natur von Teilchen in Energie-Größenordnungen untersuchen, die von den gegenwärtigen oder zukünftigen Generationen von Teilchenbeschleunigern nicht erreicht werden dürften”, sagt der Doktorand Tobias Lins, der im Labor von Peter Fierlinger am Aufbau der magnetischen Abschirmung mitgearbeitet hat.

Exotische, bisher unbekannte Teilchen können die Eigenschaften von bekannten Teilchen verändern. Daher könnten selbst kleine Abweichungen bei den Eigenschaften bekannter Teilchen Hinweise auf bisher unentdeckte Partikel sein.

Am Aufbau und den Messungen der magnetischen Abschirmung waren neben den Wissenschaftlern von der TU München Physiker von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Berlin, der University of Illinois at Urbana-Champaign, USA, der University of Michigan, USA, sowie der IMEDCO AG, Schweiz, beteiligt. Finanziell wurde die Arbeit gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 1491 und des Exzellenzclusters Origin and Structure of the Universe.

Publikation:

I. Altarev et al.: A large-scale magnetic shield with 10^6 damping at mHz frequencies
Journal of Applied Physics, 117-18, May 14, 2015 – DOI: 10.1063/1.4919336

Weitere Informationen:

http://arxiv.org/abs/1501.07861 Publikation
http://www.universe-cluster.de/fierlinger/group.html Homepage der Arbeitsgruppe

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung