Naturkonstanten: immer noch konstant
Atomuhren zeigen die Stabilität des Massenverhältnisses von Proton und Elektron
Sind Naturkonstanten wirklich konstant? Neue Untersuchungen in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) zeigen: Eine wichtige Naturkonstante, nämlich das Massenverhältnis von Proton zu Elektron, kann sich selbst über das Alter unseres Sonnensystems von etwa 5 Milliarden Jahren hochgerechnet nur maximal um einen millionstel Teil verändert haben. Bisher galt die allenfalls noch mögliche Änderung als doppelt so hoch. PTB-Physiker verglichen dazu über 7 Jahre hinweg Caesium- und Ytterbium-Atomuhren miteinander. Ihre Ergebnisse sind zusammen mit denen eines ähnlichen Experiments des britischen Metrologieinstituts NPL (National Physical Laboratory) in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
Vergleich zwischen Atomuhren mit Cesium und Ytterbium bestätigen die Konstanz des Massenverhältnisses zwischen Protonen und Elektronen.
Fig.: PTB
Das Universum expandiert!
Nach dieser Erkenntnis in den 1930er Jahren begannen Physiker darüber zu spekulieren, ob in einer solch dynamischen Welt überhaupt konstante Größen bestehen können. Womöglich unterliegen auch die sogenannten Naturkonstanten zeitlichen Änderungen, aus denen man Informationen über die Struktur und die Entwicklung des Universums erhalten könnte? Seitdem hat man über Beobachtungen der Astro- und Geophysik nach Hinweisen auf Veränderungen von Naturkonstanten über kosmologische Zeiträume von Milliarden von Jahren gesucht. Das Ergebnis waren teilweise widersprüchliche Schlussfolgerungen. In den letzten Jahren haben Laborexperimente mit Atomuhren eine Genauigkeit erreicht, die bereits mit Messungen über einen Zeitraum von wenigen Jahren einen Beitrag zu dieser Frage leisten können. Zwei Atomuhren, die auf unterschiedlichen Elementen beruhen, würden bei einer Änderung bestimmter Naturkonstanten im Laufe der Zeit auf eine vorhersagbare Weise voneinander abweichen. Mit dieser Methode wurde an der PTB durch Vergleiche zwischen einer optischen Uhr mit einem gespeicherten Ytterbium-Ion und Caesium-Atomuhren die Konstanz einer wichtigen Größe überprüft: des Massenverhältnisses von Proton und Elektron.
Originalveröffentlichung
N. Huntemann, B. Lipphardt, Chr. Tamm, V. Gerginov, S. Weyers, and E. Peik: "Improved Limit on a Temporal Variation of mp/me from Comparisons of Yb+ and Cs Atomic Clocks."; Phys. Rev. Lett. 113, 210802 (2014).
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