Eine Quelle ultrakalter Neutronen in Garching

Das Universum besteht aus deutlich mehr Materie, als es aktuelle Theorien erklären können. Durch den Einsatz ultrakalter Neutronen lassen sich fundamentale physikalische Fragen wie diese erforschen.

IMG 0849 Die Teilnehmenden des Workshops besuchten die Testanlage der Garchinger UCN-Quelle (abgebildet) sowie die Neutronenleiter-Halle Ost, in der die Experimente mit ultrakalten Neutronen aufgebaut werden sollen. © Laura Richter, TUM / FRM II

Die Teilnehmenden des Workshops besuchten die Testanlage der Garchinger UCN-Quelle (abgebildet) sowie die Neutronenleiter-Halle Ost, in der die Experimente mit ultrakalten Neutronen aufgebaut werden sollen. © Laura Richter, TUM / FRM II

Anfang Oktober kamen internationale Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei einem Workshop am FRM II zusammen, um sich über aktuelle Entwicklungen und Perspektiven von ultrakalten Neutronenquellen (UCN) auszutauschen. Auch der Fortschritt der geplanten UCN-Quelle am MLZ wurde vorgestellt.

Internationale Beteiligung

Workshopleiter Prof. Dr. Bastian Märkisch (TUM) betonte, dass sich das Verständnis von UCN-Quellen seit den ursprünglichen Konzeptionen erheblich weiterentwickelt habe. Die internationalen Teilnehmenden berichteten in Gastvorträgen vom aktuellen Stand und den Herausforderungen der UCN-Quellen ihrer Einrichtungen, beispielsweise am Paul Scherrer Institut (Schweiz), TRIUMF (Kanada), ILL (Frankreich) und PULSTAR (USA). Dr. Andreas Frei, Verantwortlicher für die UCN am FRM II, präsentierte Ergebnisse vom Forschungsreaktor in Mainz, wo ein UCN-Prototyp betrieben und für Tests zur Entwicklung der Garchinger UCN-Quelle genutzt wird.

So langsam wie ein Fahrrad

Die UCN-Quelle befindet sich derzeit noch in der Errichtungsphase und soll im Strahlrohr SR-6 des FRM II eingebaut werden. Die Abkühlung der Neutronen soll dabei so funktionieren: Neutronen mit höherer Energie regen in einem Kryofestkörper, also einem Feststoff mit einer sehr niedrigen Temperatur von -268° Celsius Gitterschwingungen an. Dadurch verlieren sie in einem einzigen Stoß fast ihre gesamte Energie und werden in ultrakalte Neutronen umgewandelt – Teilchen, die sich so langsam wie ein Fahrradfahrer bewegen. Dadurch können sie im Gegensatz zu anderen Neutronen für längere Zeit mithilfe von Magnetfeldern oder Behältern aus geeigneten Materialien gespeichert und beobachtet werden. Diese langen Speicherzeiten ermöglichen es, das Neutron selbst und seine fundamentalen Eigenschaften mit höchster Genauigkeit zu untersuchen.