Zwei Mil­lio­nen Euro schwe­rer ERC-Start­ing-Grant für Simon Stell­mer von TU Wien für wei­tere Erfor­schung der Zusam­men­hänge von Queck­sil­ber-Ato­men und fun­da­men­ta­len Sym­me­trien der Natur.

Die Frage von Mate­rie im Uni­ver­sum ist bis heute nicht voll­stän­dig beant­wor­tet. Das Ver­ständ­nis vom Urknall geht davon aus, dass damals genauso viel Anti­ma­te­rie wie Mate­rie ent­stan­den ist. Doch Mate­rie und Anti­ma­te­rie löschen ein­an­der aus. In einem Uni­ver­sum, in dem ein per­fek­tes Gleich­ge­wicht zwi­schen Teil­chen und Anti­teil­chen herrscht, hät­ten sich Mate­rie und Anti­ma­te­rie bereits vor lan­ger Zeit gegen­sei­tig ver­nich­tet. Unsere Exis­tenz ist der Beweis dafür, dass die­ses Gleich­ge­wicht der phy­si­ka­lisch genann­ten fun­da­men­ta­len Sym­me­trien ver­letzt ist.
Simon Stell­mer vom Atom­in­sti­tut der TU Wien möchte nun mit einem aus­ge­klü­gel­ten Prä­zi­si­ons­expe­ri­ment der Ver­let­zung die­ser Sym­me­trie auf die Spur kom­men. Er ver­wen­det dabei Queck­sil­ber-Atome und eine Reihe von Tech­no­lo­gien aus der Quan­ten­phy­sik. Ermög­licht wird seine For­schung durch einen Euro­pean Rese­arch Coun­cil (ERC) Start­ing Grant, eine der höchst­do­tier­ten und pres­ti­ge­träch­tigs­ten For­schungs­för­de­run­gen in Europa.

Sym­me­trien und Elementarteilchen 
Ein sehr effi­zi­en­ter Mecha­nis­mus, der zu einem Ungleich­ge­wicht in der Zahl der Teil­chen und Anti­teil­chen füh­ren kann, ist die soge­nannte Ver­let­zung der CP-Sym­me­trie. Dabei bedeu­tet CP Sym­me­trie, dass sich die Natur­ge­setze nicht ändern, wenn man den Raum spie­gelt und gleich­zei­tig posi­tive und nega­tive Ladun­gen ver­tauscht. Diese Sym­me­trie gilt in unse­rem Uni­ver­sum jedoch nicht exakt: Sie ist ganz leicht verletzt.
Immer wie­der hat man ver­sucht, das zu mes­sen – bei Elek­tro­nen, Neu­tro­nen und auch bei Ato­men, doch bis­her ist es nicht gelun­gen, eine Ver­let­zung der Sym­me­trie zu erken­nen, die Teil­chen sehen auch bei sehr genauem Hin­se­hen exakt rund aus. „Die Mess­ge­nau­ig­keit genügt ein­fach noch nicht“, sagt Simon Stell­mer. „Aber wenn wir noch ein biss­chen prä­zi­ser mes­sen als bis­her, sollte es bald zumin­dest mög­lich sein, all jene Theo­rien zu wider­le­gen, die ein beson­ders star­kes Aus­maß der CP-Ver­let­zung vor­her­sa­gen, zum Bei­spiel bestimmte Supersymmetrie-Theorien.“

Ultra­kalte Quecksilber-Atome
Mes­sen möchte Simon Stell­mer das nun mit Queck­sil­ber-Ato­men: „Wir brau­chen Atome, die schwer sind, aber nicht radio­ak­tiv, und die man mit Lasern küh­len kann – dafür ist Queck­sil­ber die beste Lösung.“ Ver­su­che, das elek­tri­sche Dipol­mo­ment von Queck­sil­ber-Ato­men zu ver­mes­sen, gab es bereits, doch Stell­mer will diese Expe­ri­mente nun grund­le­gend wei­ter­ent­wi­ckeln: „Wir brin­gen die Queck­sil­ber-Atome ins Quan­ten­la­bor und küh­len sie bis knapp über den abso­lu­ten Null­punkt ab, so haben wir die best­mög­li­che Kon­trolle und wol­len eine deut­lich bes­sere Genau­ig­keit erzie­len als es mit bis­her ver­füg­ba­ren Metho­den mög­lich war.“
Die zahl­rei­chen tech­ni­schen Tricks, die dafür nötig sind, kennt Simon Stell­mer. Als er an der Uni Inns­bruck an sei­ner Dis­ser­ta­tion arbei­tete, gelang es ihm, das erste Bose-Ein­stein-Kon­den­sat aus ultra­kal­tem Stron­tium her­zu­stel­len. Stu­diert hatte Stell­mer an sei­ner Geburts­stadt Ham­burg, nach sei­ner Dis­ser­ta­tion in Inns­bruck wech­selte er 2013 ans Atom­in­sti­tut der TU Wien. Nun wird er mit dem 2 Mio. Euro dotier­ten ERC-Grant der Euro­päi­schen Union seine eigene For­schungs­gruppe auf­bauen und in den nächs­ten fünf Jah­ren ver­su­chen, den geheim­nis­vol­len Sym­me­trien des Uni­ver­sums auf die Spur zu kommen.