Noch immer sind grundlegende Fragen der Physik offen. Woraus ein Großteil des Universums besteht ist unklar, denn die rätselhafte dunkle Materie konnte bislang nicht aufgespürt werden. Den bekannten Naturgesetzen zufolge müsste sie jedoch existieren, um das Universum zusammenzuhalten. Die Theorien zu Gravitation und Quantenmechanik sind zwar in sich schlüssig und etabliert, können bisher aber nicht in einer einheitlichen Formel vereint werden. Im Sonderforschungsbereich DQ-mat kooperieren mehr als 60 Physikerinnen und Physiker der Leibniz Universität Hannover (LUH) und der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, um ihren Teil zur Beantwortung dieser und anderer fundamentaler Fragen beizutragen. Sie bringen komplexe Quantenphysik und hochpräzise Messverfahren zusammen, um neuartige Quantensensoren für extrem genaue Messgeräte zu entwickeln. Seit dem Start des Verbunds im Jahr 2016 hat er sich zum deutschen Zentrum für Quantenmetrologie entwickelt und ist auch weltweit führend auf diesem Gebiet. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat jetzt eine Verlängerung um weitere vier Jahre bewilligt und fördert den Sonderforschungsbereich mit rund 10 Millionen Euro.
“Wir freuen uns außerordentlich über diese Bestätigung unserer Arbeit, denn wir sind an einem ganz spannenden Punkt”, sagt Piet Schmidt, Physikprofessor an LUH und PTB und Sprecher des Sonderforschungsbereichs. „Wir wissen, dass im großen physikalischen Bild etwas fehlt und wir können mit unseren Experimenten und den zugehörigen theoretischen Grundlagen im Sonderforschungsbereich wirklich dazu beitragen, diese Lücken zu schließen.“ DQ-mat vereint Experten aus den Bereichen Metrologie und Quantenoptik sowie aus der Vielteilchenphysik und der Quanteninformation und schafft so eine einzigartige Kombination.
„Ich freue mich sehr über die Verlängerung des Sonderforschungsbereichs DQ-mat und danke den beteiligten Forschenden für ihr großes und dauerhaftes Engagement“, sagt Prof. Dr. Volker Epping, Präsident der Leibniz Universität Hannover. „Dieser Erfolg trägt zur Stärkung des Forschungsschwerpunkts Quantenoptik und Gravitationsphysik an unserer Universität bei, er vertieft die guten und gewachsenen Beziehungen zwischen den Partnern Leibniz Universität, PTB und DLR-SI und er kann unterstützend für den Folgeantrag unseres Exzellenzclusters QuantumFrontiers wirken.“
Niedersachsens Wissenschaftsminister Falko Mohrs ergänzt: „Die ausgezeichnete Nachricht, dass der Sonderforschungsbereich „Designed Quantum States of Matter“ zum zweiten Mal überzeugen konnte und eine erneute Förderung durch die DFG erhält, zeigt die Stärke dieses Projektes und der daran beteiligten Forschenden und Einrichtungen. Mein herzlicher Glückwunsch gilt dem Team und seinen richtungsweisenden Entwicklungen dieser Zukunftstechnologie! Dieser Erfolg unterstreicht erneut die Bedeutung des Standortes Niedersachsen in der Schlüsseltechnologie der Quantenforschung.“
Schon jetzt gehören die Messinstrumente der DQ-mat Forschenden zu den genauesten der Welt. Doch um der Lösung der großen Fragen der Physik näher kommen zu können, benötigen sie noch einmal deutlich genauere Geräte. Im Sonderforschungsbereich entwickeln sie daher die nächste Generation von Quantensensoren für noch sensiblere, schnellere und höher aufgelöste Messgeräte wie Atomuhren oder Atominterferometer. In Verbindung mit Methoden der Quantentechnologie wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler so das volle Potenzial der Quantenmechanik in Präzisionsmessungen ausschöpfen. Ihr Ziel sind bis zu hundertfach genauere oder schnellere Messungen.
Wichtige Erfolge haben die Forschenden bereits in der jetzt endenden zweiten Förderperiode verbucht. So konnten sie in diesem Frühjahr den Atomkern des Elements Thorium-229 zu einem Quantensprung anregen. Was unspektakulär klingt, war Forschenden jahrzehntlang nicht gelungen und ist ein wissenschaftlicher Durchbruch. Er öffnet die Tür für neuartige Atomkern-Uhren, die noch einmal deutlich genauer sein könnten als heutige Atomuhren. Auf der Suche nach dunkler Materie haben DQ-mat Forschende kürzlich die bisher genaueste Suche nach ultraleichten dunkle Materie-Teilchen realisiert. Auch wenn noch kein entsprechender Nachweis gelungen ist, ihre Beschaffenheit konnte damit weiter eingegrenzt werden. DQ-mat Experimente reichten sogar bis zur Internationalen Raumstation. Dort waren sie im vergangenen Jahr an der erstmaligen Erzeugung einer Quantengas-Mischung beteiligt, die aus zwei Arten von Atomen besteht. Damit entstehen völlig neue Möglichkeiten, bisher nur auf der Erde verfügbare Quantentechnologien ins All zu bringen aber auch, um etwa Einsteins Äquivalenzprinzip zu testen. Insgesamt haben die Forschenden ihre Ergebnisse in mehr als 170 wissenschaftlichen Veröffentlichungen publiziert, über einhundert Fachvorträge gehalten und 25 Workshops und Konferenzen organsiert.
Der Sonderforschungsbereich 1227: Designte Quantenzustände der Materie (DQ-mat) - Herstellung, Manipulation und Detektion für metrologische Anwendungen und Tests fundamentaler Physik ist an der Leibniz Universität Hannover angesiedelt. Verbundpartner ist das nationale Metrologieinstitut Deutschlands, die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, sowie in der dritten Förderperiode auch das DLR-Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik in Hannover. Die dritte und letzte Förderperiode läuft bis Ende Juni 2028.
