In dem MPG-PTB-RIKEN-Zentrum arbeiten weltweit führende experimentelle Gruppen aus der Atom- und Kernphysik, der Antimaterieforschung, der Quantenoptik und der Metrologie eng zusammen, um mit ihren ultrapräzisen Apparaturen die Zeit und Naturkonstanten noch genauer zu messen. So wollen sie gemeinsam nach Antworten auf fundamentale Fragen der Physik suchen. Eine dieser Fragen ist, ob Naturkonstanten wirklich konstant sind oder sich eventuell mit der Zeit um winzige Beträge verändern. Eine andere Frage betrifft die feinen Unterschiede in den Eigenschaften von Materie und Antimaterie (außer der umgekehrten Ladung), die sich bisher nicht gezeigt haben, obwohl es sie eigentlich geben muss. Sonst bestünde das Universum praktisch aus reiner Strahlung, da sich die im Urknall in gleicher Menge entstandenen Materie- und Antimaterie-Teilchen weitestgehend vernichtet hätten. Eng verbunden mit diesem Test fundamentaler Symmetrien ist die Suche nach „neuer Physik“ jenseits des Standardmodells der Elementarteilchenphysik.
Das breit ausgerichtete Forschungsprogramm zielt insbesondere auf die Entwicklung neuartiger Uhren mit Atomen, Kernen und hochgeladenen Ionen. Dazu kommen die verbesserte Messung fundamentaler Konstanten wie der Rydberg-Konstante, der Feinstrukturkonstante oder des Ladungsradius des Protons. Außerdem sind strengste Tests fundamentaler Wechselwirkungen und Symmetrien mit Protonen und Antiprotonen Teil der Forschungsinitiative. Um diese Ziele zu erreichen ist es erforderlich, die zurzeit erreichte experimentelle Präzision weiter zu steigern. Deshalb wollen die Forscherinnen und Forscher neue experimentelle Techniken entwickeln, die bisherige Methoden übertreffen und Messungen auf noch kürzeren Zeitskalen und mit gesteigerter Empfindlichkeit ermöglichen.
„Die gebündelte Expertise der einzelnen Gruppen mit ihren teilweise komplementären Ansätzen und vielfältigen Methoden lässt hier substantielle Fortschritte erwarten“, unterstreicht Stefan Ulmer, Chief Scientist am RIKEN und weiterer Sprecher des Centers, hoffnungsvoll. Ein wesentliches Element der Zusammenarbeit ist ein intensives Austauschprogramm für junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die dadurch mit Experimenten der Partnerinstitute vertraut werden.
Die Partner finanzieren das auf fünf Jahre angelegte MPG-PTB-RIKEN-Zentrum zu gleichen Teilen mit insgesamt ca. 7,5 Millionen Euro. Koordiniert werden die wissenschaftlichen Aktivitäten vom Max-Planck-Institut für Kernphysik, von dem auch die Initiative zur Gründung des MPG-PTB-RIKEN-Zentrums ausging, um bereits bestehende Kooperationen mit RIKEN und der Physikalisch-Technische Bundesanstalt sowie dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik zusammenzuführen.
