Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Naturkonstanten: immer noch konstant

18.11.2014

Atomuhren zeigen die Stabilität des Massenverhältnisses von Proton und Elektron

Sind Naturkonstanten wirklich konstant? Neue Untersuchungen in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) zeigen: Eine wichtige Naturkonstante, nämlich das Massenverhältnis von Proton zu Elektron, kann sich selbst über das Alter unseres Sonnensystems von etwa 5 Milliarden Jahren hochgerechnet nur maximal um einen millionstel Teil verändert haben.


Uhrenvergleiche zwischen Atomuhren mit Caesium und Ytterbium bestätigen die Konstanz einer Naturkonstanten: des Massenverhältnisses von Proton und Elektron. (Foto: PTB)

Bisher galt die allenfalls noch mögliche Änderung als doppelt so hoch. PTB-Physiker verglichen dazu über 7 Jahre hinweg Caesium- und Ytterbium-Atomuhren miteinander. Ihre Ergebnisse sind zusammen mit denen eines ähnlichen Experiments des britischen Metrologieinstituts NPL (National Physical Laboratory) in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

Das Universum expandiert! Nach dieser Erkenntnis in den 1930er Jahren begannen Physiker darüber zu spekulieren, ob in einer solch dynamischen Welt überhaupt konstante Größen bestehen können. Womöglich unterliegen auch die sogenannten Naturkonstanten zeitlichen Änderungen, aus denen man Informationen über die Struktur und die Entwicklung des Universums erhalten könnte?

Seitdem hat man über Beobachtungen der Astro- und Geophysik nach Hinweisen auf Veränderungen von Naturkonstanten über kosmologische Zeiträume von Milliarden von Jahren gesucht. Das Ergebnis waren teilweise widersprüchliche Schlussfolgerungen. In den letzten Jahren haben Laborexperimente mit Atomuhren eine Genauigkeit erreicht, die bereits mit Messungen über einen Zeitraum von wenigen Jahren einen Beitrag zu dieser Frage leisten können.

Zwei Atomuhren, die auf unterschiedlichen Elementen beruhen, würden bei einer Änderung bestimmter Naturkonstanten im Laufe der Zeit auf eine vorhersagbare Weise voneinander abweichen. Mit dieser Methode wurde an der PTB durch Vergleiche zwischen einer optischen Uhr mit einem gespeicherten Ytterbium-Ion und Caesium-Atomuhren die Konstanz einer wichtigen Größe überprüft: des Massenverhältnisses von Proton und Elektron.

Ein Proton ist etwa 1836-mal schwerer als ein Elektron und unterliegt zusätzlich zur elektromagnetischen Kraft auch der sogenannten starken Kraft, die für die Struktur und den Zusammenhalt der Atomkerne verantwortlich ist. Bei veränderlichen Naturkonstanten denkt man insbesondere an Änderungen in der relativen Stärke dieser Kräfte, und dies hätte wiederum einen Einfluss auf die Massen der beteiligten Teilchen.

Die Masse des Elektrons bestimmt die Frequenz der optischen Atomuhren, die Protonenmasse erscheint in der Frequenz der Caesium-Uhr (über die Eigenschaften des Atomkerns). Bei der Entwicklung der Atomuhren wurden die Caesium-Uhr und die Ytterbium-Uhr an der PTB in den letzten Jahren immer wieder – und mit zunehmender Genauigkeit – verglichen.

Zurzeit gehören sie zu den genauesten Atomuhren im Mikrowellen- bzw. im optischen Frequenzbereich. Aus diesen Daten konnte jetzt abgeleitet werden, dass das Massenverhältnis von Proton und Elektron keine nachweisbare Veränderung zeigt, bis auf eine relative Unsicherheit von nur wenigen 10–16 pro Jahr. Damit wäre selbst über das Alter unseres Sonnensystems von etwa 5 Milliarden Jahren extrapoliert nur eine Änderung dieser Naturkonstante um einen millionstel Teil möglich, und sie kann weiterhin als universelle und stabile Größe betrachtet werden.
(es/ptb)

Ansprechpartner:
Dr. Ekkehard Peik, PTB-Fachbereich 4.4 Zeit und Frequenz, Telefon (0531) 592-4400,
E-Mail: ekkehard.peik@ptb.de

Die Originalveröffentlichung:
N. Huntemann, B. Lipphardt, Chr. Tamm, V. Gerginov, S. Weyers, and E. Peik: Improved Limit on a Temporal Variation of mp/me from Comparisons of Yb+ and Cs Atomic Clocks, Phys. Rev. Lett. 113, 210802 (2014). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.210802

Dazu existiert ein APS-Viewpoint (spotlighting exceptional research): http://physics.aps.org/articles/v7/117


Weitere Informationen:

http://www.ptb.de/de/aktuelles/archiv/presseinfos/pi2014/pitext/pi141118.html

Erika Schow | PTB

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Maschinelles Lernen im Quantenlabor
19.01.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt
17.01.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie