Exzellenzcluster QUEST gestartet
Forschung am Quantenlimit beginnt
Heute, am 23. Mai 2008, hat der Hannoveraner Exzellenzcluster QUEST (Centre for Quantum Engineering and Space-Time-Research) offiziell seine Arbeit aufgenommen. In den vier Bereichen Quanten Engineering, Quantensensoren, Raum-Zeit-Forschung und Neuartige Technologien werden hier in den kommenden fünf Jahren rund 60 neue Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zusätzlich zu den 190 bereits Mitarbeitern Forschung am Quantenlimit betreiben.
Bereich »Raum-Zeit-Forschung«
Auf der Jagd nach dem großen Ziel der fundamentalen Physik, der ultimativen Vereinigung von Quantentheorie und Gravitation, haben Theoretiker in den letzten 30 Jahren verschiedene radikale Konzepte entwickelt, wie etwa die Stringtheorie mit ihren zusätzlichen Raumdimensionen. Alle diese Kandidaten sagen spezifische neuartige Raum-Zeit-Phänomene voraus, deren Größenordnung jedoch völlig unbekannt ist. Erwartet werden unter anderem Verletzungen des Äquivalenzprinzips (»alle Massen fallen gleich«), sich zeitlich ändernde »Fundamentalkonstanten « (etwa der Elementarladung), Fluktuationen der Raumzeit-Geometrie (»Raumzeit- Schaum«), anomale Lichtausbreitung im All, modifizierte Schwerkraft und ein Gravitationswellen- Echo des Urknalls.
Die in QUEST zu entwickelnden Präzisionsinstrumente sind hervorragend geeignet, um die Struktur von Raum und Zeit auf bisher unerreicht kleiner Skala zu sondieren und damit in der Lage, den genannten Phänomenen nachzuspüren. QUEST spannt hierbei einen Bogen zwischen Theorie und Experiment: Auf der einen Seite beeinflusst die theoretische Modellbildung die Anwendungen von QUESTs Quanten-Sensoren im Entwurf neuartiger Experimente mit Atomuhren, Trägheitssensoren (zur präzisen Messung von Beschleunigung, Rotation und Inertialkräften), Gravitationswellendetektoren und beispielsweise dem Erde-Mond- System (Lunar Laser Ranging). Auf der anderen Seite fokussiert eine Verbesserung der Präzision die Anstrengungen der Theoretiker und wird ihnen ermöglichen, ihre Modelle der Quantengravitation einzuengen.
Die besondere Stärke von QUEST besteht in der einmaligen Mischung von Raum- Zeit-Sonden: Neue Quanten-Sensoren und Präzisionsuhren können die Konstanz der Naturkonstanten überprüfen und unterstützen beispielsweise millimetergenaue Erdvermessung, welche die Erforschung des Erdsystems revolutioniert und die Allgemeine Relativitätstheorie herausfordert. Zukünftige Gravitationswellen-Observatorien auf der Erde und im Weltraum könnten unsere kosmologischen Vorstellungen vom Quantenursprung unseres Universums testen und damit die Physik moderner Teilchenbeschleuniger komplementieren. QUEST kann nur gewinnen: Werden keine neuen Phänomene gefunden, schränkt dies die Theorien weiter ein; jede klare Entdeckung eines Signals der Quantengravitation hingegen wäre eine Sensation!
Bereich »Neuartige Technologien«
Die ambitionierten Ziele von QUEST beruhen zu einem ganz wesentlichen Teil auf hoch entwickelten experimentellen Techniken, die in der Abteilung »Neuartige Technologien« auf höchstem Niveau erforscht und weiter ausgebaut werden. Aufbauend auf der in Hannover traditionell starken laserphysikalischen Grundlagenforschung arbeiten auf diesem Feld hauptsächlich Gruppen des Laserzentrums, der PTB und des Instituts für Quantenoptik gemeinsam an der Entwicklung von Optischen Technologien der nächsten Generation. In diesem Bereich werden Lasersysteme erforscht und weiter entwickelt, die weltweit nur hier in Hannover zur Verfügung stehen. Sie zeichnen sich durch eine extrem hohe Lichtleistung, eine hohe Präzision in der Wellenlänge des Laserlichts oder durch geringes Rauschen aus. So bilden Lasersysteme aus Hannover auch die Basis der amerikanischen Gravitationswellendetektoren.
Die hohen Anforderungen an die Laser gelten genauso auch für die optischen Einzelkomponenten, aus denen die Systeme zusammengesetzt sind, wie etwa die Laserspiegel oder spezielle Lichtleitfasern. Die Anforderungen an diese Komponenten werden immer höher: So müssen die Optiken extremen optischen Leistungen standhalten können oder zum Beispiel auch für den Einsatz im Weltraum tauglich sein, wie das in Hannover entwickelte Lasersystem für die kommende Merkurmission. Um das zu ermöglichen, werden neue Materialien und Konzepte für den Einsatz in optischen Systemen erforscht. QUEST ermöglicht den beteiligten wissenschaftlichen Arbeitsgruppen, ihre weltweite Führungsposition weiter auszubauen beziehungsweise an anderen Stellen zu den führenden Gruppen in der Welt aufzuschließen.
