Gravitationsinduzierte Phasen im Neutroneninterferometer

Wir wollen Phasen im Neutroneninterferometer untersuchen, die das Neutron erfährt wenn in den beiden Pfaden unterschiedliche Gravitationspotentiale wirken. Im perfekten Kristallinterferometer wird ein einzelnes Neutron mehrere Zentimeter räumlich getrennt und erfährt einen Phasenschub der von der Höhendifferenz der beiden Pfade abhängt. Diese Phase steigt mit zunehmender Interferometergröße, daher können mit neuen großen Kristallinterferometern Gravitationseffekte viel genauer gemessen werden. Bisherige Experimente haben eine zu kleine Phase ergeben, etwa 1% unter dem vorhergesagten Wert. Im Rahmen dieses Projektes soll daher die Gültigkeit des Newton`schen Gravitationsgesetzes für ein über makroskopische Distanzen getrenntes subatomares Quantenobjekt untersucht werden. Das gleiche Instrument kann zum Aufspüren von unbekannten kurzreichweitigen Wechselwirkungen benützt werden. Dazu wird die kohärente Streulänge von Silizium im Perfektkristall bei verschiedenen Kristallreflexen gemessen. Diese Messungen sind vor allem für kurzreichweitige Wechselwirkungen im Submikrometerbereich sensitiv.

Im Rahmen des Projektes wurde der welt-größte Interferometerkristall hergestellt, mit einer Länge von 30 cm und einer Strahlseparation von 6 cm. Damit können einzelne Neutronen über makroskopische Distanzen aufgespalten und wieder kohärent zusammengeführt werden. Während ihres Aufenthaltes im Interferometer zeigen Neutronen eine hohe Sensitivität bezüglich der Anwesenheit von Feldern wie zum Beispiel dem Chamäleon Feld, das entwickelt wurde um die sogenannte Dunkle Energie zu beschreiben. Chamäleon Felder haben die Eigenschaft dass sie sich nur im Vakuum zeigen, während sie durch Materie und auch Luft weitgehend abgeschirmt werden. Um das Chamäleon aufzuspüren wurde daher im Interferometer eine Küvette platziert, mit der Erwartung dass das Chamäleon erst im Vakuum sichtbar wird, während es bei verschiedenen Drücken in der luftgefüllten Küvette unsichtbar bleibt. Trotz sehr genauer Messungen in unserem großen Interferometer konnte das Chamäleon nicht nachgewiesen werden, unsere Ergebnisse sind jedoch sehr gut geeignet um Chamäleon-Felder genauer zu spezifizieren. Zum Beispiel kann für die Wechselwirkungsstärke des Chamäleons mit Materie nun eine neue obere Grenze festgelegt werden.