ERC Synergy Grant für LMU: Eine neue Physik

LMU-Physiker Georgi (Gia) Dvali wird künftig im Rahmen der ERC Synergy Grants des Europäischen Forschungsrats gefördert. Prof. Dvali (Lehrstuhl für Theoretische Teilchenphysik) von der Fakultät für Physik ist gemeinsam mit Quantenphysiker Professor Philip Walther von der Universität Wien (Sprecher), dem theoretischen Physiker Piotr Chrusciel, ebenfalls von der Universität Wien, und der Physikerin Prof. Nergis Mavalvala vom Massachusetts Institute of Technology einer von vier Principal Investigators im Projekt „Gravitational interferometry with entangled states in optical fibers” (GRAVITES).

Mit Synergy Grants fördert der Europäische Forschungsrat (ERC) Teams von zwei bis vier Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern. Damit werden Projekte unterstützt, die durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit zu „Fortschritten an den Grenzen des Wissens führen“. Die Auszeichnung von GRAVITES ist mit einer Förderung fast neun Millionen Euro über einen Zeitraum von sechs Jahren verbunden.

„GRAVITES wird weitreichende Auswirkungen auf die Grundlagenphysik haben”, sagt Gia Dvali. „Diese reichen vom Verständnis des Einflusses der Schwerkraft auf verschränkte Zustände, die sehr wahrscheinlich Quanteninformationen im Inneren eines Schwarzen Lochs speichern, bis hin zur Erforschung neuer physikalischer Phänomene durch ihren Einfluss auf verschränkte Photonen.” Dvali gilt als einer der führenden internationalen Experten auf dem Gebiet der Teilchenforschung und findet mit seinen Theorien zur Gravitationswechselwirkung große Anerkennung auf seinem Gebiet. Wichtige Erkenntnisse darüber, wie verschränkte Zustände in einem Schwarzen Loch Informationen speichern, stammen aus Dvalis Forschung, die in den vergangenen Jahren bereits durch einen ERC Advanced Grant unterstützt worden war.

GRAVITES im Überblick

Mit dem Projekt „Gravitational interferometry with entangled states in optical fibers“ hat sich das Physiker-Team zum Ziel gesetzt, Experimente an der Schnittstelle von Quantenphysik und Allgemeiner Relativitätstheorie zu entwickeln und durchzuführen.

Die vier bekannten Wechselwirkungen, die in der Natur vorkommen, lassen sich entweder mit Einsteins Relativitätstheorie oder der Quantenfeldtheorie beschreiben. In den vergangenen Jahrzehnten haben Physiker versucht, diese beiden so wichtigen Theorien der modernen Physik auf ein gemeinsames Fundament zu stellen. Größtes Hindernis dabei war für sie, dass es an der Schnittstelle zwischen den beiden Theorien an geeigneten Experimenten fehlte. Beide Theorien wurden für sich mit erstaunlicher Präzision überprüft, aber alle bisherigen Nachweise erfolgten ohne Rückgriff auf Konzepte der jeweils anderen Theorie. GRAVITES will diese Lücke mit Experimenten an der Schnittstelle zwischen Quantenphysik und allgemeiner Relativitätstheorie schließen. Zum ersten Mal messen die Forscherinnen und Forscher dabei die Gravitations-Eigenschaften einzelner und verschränkter Photonen vor dem Hintergrund der Einsteinschen Gravitationstheorie.

Sensitivität um Größenordnungen erhöhen

Hierfür will GRAVITES vier komplementäre Fachgebiete miteinander kombinieren: Quantenphotonik und Präzisionsinterferometrie unter Berücksichtigung von Erkenntnissen aus der allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenfeldtheorie. Durch die Synergie zwischen den Forschungsgruppen wird es möglich sein, ein Laserinterferometer mit bisher unerreichter Präzision zu bauen. Da die Sensitivität der GRAVITES-Apparatur die von derzeitigen großen laserbasierten Quanteninterferometern um Größenordnungen übertreffen muss, müssen die beiden experimentellen Teams Spitzentechnologien ihrer jeweiligen Bereiche kombinieren, um die Einzelphotonen-Interferometrie weiterzuentwickeln.

Diese Entwicklungen sind auch für viele andere Anwendungen wie die Quantenmetrologie und die Quantensensorik von unmittelbarer Bedeutung. Parallel dazu werden die Teams, die sich mit den theoriebezogenen Fragen beschäftigen, die kombinierten Effekte von Gravitation und Feldquantisierung in dielektrischen Wellenleitern untersuchen. Durch diese Bündelung von Kräften ist GRAVITES in der Lage, eine neue Physik voranzutreiben, die die gravitativen Eigenschaften der Quantensuperposition und Quantenverschränkung erforscht. Ziel ist es, eine einzigartige experimentelle Plattform aufzubauen, mit der die Wechselwirkung der Gravitation mit der Quantenwelt untersucht werden kann.

Mehr zur Forschung von Gia Dvali: Theoretical Particle Physics.