Dynamik ultrakalter Neutronen im Gravitationsfeld der Erde

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Inhaltsverzeichnis 84.4.1 Effizienz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.4.2 Untergrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664.5 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685 Erste Analyse der Messungen 715.1 Analyse zum Quantum Bouncing Ball . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 715.1.1 Auslese des Spurdetektors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725.1.2 Korrektur der Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 745.1.3 Theorie und Messung im Vergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . 775.2 Integralmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 806 Zusammenfassung und Ausblick 836.1 Die aktuelle Messung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 836.2 Suche nach Abweichungen vom Newtonschen Gravitationsgesetz . . . . . . 84
Kapitel 1EinführungDie Erforschung der Gravitation durch Galileo Galilei im 17. Jahrhundert markiert denBeginn der modernen, empirischen Wissenschaft. Im selben Zeitraum studierten TychoBrahe und Johannes Kepler intensiv die Bahnen der Planeten um die Sonne. Keplerstellte daraufhin seine berühmten drei Keplerschen Gesetze auf.Doch erst mit der Formulierung des allgemeinen Gravitationsgesetzes fand Isaac Newtonkurze Zeit später eine mathematische Formulierung und führte den freien Fall und diePlanetenbewegung auf das gemeinsame Prinzip der Gravitation zurück.Schließlich gelang es Albert Einstein zu Beginn des 20. Jahrhunderts, die Gravitationals geometrische Eigenschaft der vierdimensionalen Raumzeit selbst zu beschreiben undschuf damit die Allgemeine Relativitätstheorie. Sie beschreibt die Beobachtungen im Bereichvon von Millimetern bis hin zu kosmischen Längenskalen korrekt und enthält dieNewtonsche Formulierung der Gravitation als Grenzfall kleiner Massendichten und Geschwindigkeiten,wie wir es aus unserer Alltagswelt kennen.Bis heute nimmt die Gravitation jedoch eine Sonderrolle ein gegenüber den anderen dreifundamentalen Wechselwirkungen. Während die elektromagnetische, starke und schwacheKraft im Rahmen des Standardmodells der Teilchenphysik als quantisierte Feldtheorienformuliert werden und mit extremer Genauigkeit experimentell geprüft sind, widersetztsich die allgemeine Relativitätstheorie trotz jeder Anstrengung bisher erfolgreich, voneiner klassischen in eine quantisierte Theorie überführt zu werden. Die Gravitation istbislang nicht mit den Prinzipien der Quantenmechanik vereinbar.Einer der aussichtsreichsten Versuche, alle vier fundamentalen Kräfte zu einer vereinheitlichtenTheorie zu führen, sind Stringtheorien. Allerdings erfordert dies die Einführungzusätzlicher Raumdimensionen, die aber in unserer Alltagswelt nicht beobachtet werden.Wir leben in einer dreidimensionalen Welt. Innerhalb einer bestimmten Klasse vonStringtheorien ist es aber möglich, die zusätzlichen Raumdimensionen zu sehr kleinenTori oder Zylindern aufzurollen, sodass sie für uns nicht wahrnehmbar sind. Die Größeder auf diese Weise kompaktifizierten Dimensionen wurde bisher mit der Plancklängel P = 1.6 · 10 −35 m in Verbindung gebracht. Auf dieser Längenskala erreichen quantenmechanischeund gravitative Effekte eine ähnliche Stärke, was eine gemeinsame, vereinheitlichteTheorie erfordert. Die klassische newtonsche Beschreibung der Gravitation verliertin diesem Bereich ihre Gültigkeit. Eine experimentelle Prüfung der Abweichung vomNewtonschen Kraftgesetz F ∝ r −2 erscheint hoffnungslos, angesichts der extrem kleinenAusdehnung der zusätzlichen Raumdimensionen.9
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Seite 32 und 33: 3.3 Das Gravitationssetup 320.20.15
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Seite 36 und 37: 3.4 Der hochauflösende Spurdetekto
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