Auf Entdeckungsreise im Vakuum

Den leeren Raum nach Quanten zu durchsuchen, das haben sich Quantenphysiker Prof. Dr. Holger Gies und seine Forschungsgruppe „Probing the Quantum Vacuum at the High-intensity Frontier“ der Universität Jena zum Ziel gemacht. Im Jahr 2019 sind sie von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) dafür mit rund zwei Millionen Euro gefördert worden. Nun erhält das Projekt nach Ablauf der ersten Förderperiode erneut finanzielle Unterstützung. Die DFG fördert es ab April 2022 mit knapp drei Millionen Euro für die nächsten drei Jahre. An dem Projekt sind neben der Friedrich-Schiller-Universität das Helmholtz-Institut Jena und die Universitäten in Düsseldorf und München (LMU) beteiligt. Die Fördermittel gehen etwa zur Hälfte nach Jena, die weiteren Mittel erhalten die Teammitglieder in Düsseldorf und München.

Forschung an der Grenze des Machbaren

„Die Förderung einer solchen Initiative hat über die finanzielle Förderung hinaus eine Signalwirkung“, sagt Forschungsgruppenleiter Holger Gies. „Sie bringt zum Ausdruck, dass die von uns teilweise über Jahre hinweg entwickelten Ideen von internationalen Gutachtern das Potenzial zugestanden bekommen, dass wir an der Grenze des Machbaren neue Bereiche der Physik erkunden können.“

Die Forschungsgruppe arbeitet daran, Quantenprozesse im Vakuum sichtbar zu machen, zum Beispiel Streuphänomene des Lichts, sogenannte Quantenreflexionen. Dafür kombiniert das Team grundlegende Theorie mit Experimenten. Um Letztere umzusetzen, arbeiten die Forschenden an leistungsstarken Lasern und mit neuartigen und präzisen Messverfahren. Während in der ersten Förderperiode die Entwicklung von konkreten Szenarien für die Entdeckungsexperimente der Quanten im Vakuum und die notwendige Detektor- und Laserentwicklung im Mittelpunkt standen, geht es in der kommenden Förderperiode darum, die Entdeckungsexperimente aufzubauen und erstmalig durchzuführen. Für die Entwicklung und den Bau hochempfindlicher Detektoren, die die erwarteten Quantenspuren im Vakuum entdecken können, werden deshalb einige Mittel aus der DFG-Förderung aufgewendet. Zusätzlich zu Experimenten, die in den eigenen Laserlaboren durchgeführt werden, sind Experimente am europäischen X-Ray Free-Electron Laser (XFEL) im Helmholtz-Konsortium (Helmholtz International Beamline for Extreme Fields) in Hamburg geplant. Dieser Laser arbeitet mit weltweit einzigartigen ultrakurzen und extrem lichtstarken Röntgenblitzen. Im Helmholtz-Konsortium gilt die Experimentidee der Jenaer Forschungsgruppe zudem als eines der bedeutendsten Experimente.

Junge Forschende unterstützen

Einen Großteil der DFG-Förderung wird die Forschungsgruppe in Personalmittel investieren. „Wir möchten insbesondere Forschenden in einer frühen Karrierephase die Chance geben, an diesem Projekt zu fundamentalen physikalischen Fragestellungen ganz vorne mitzuarbeiten“, so Prof. Gies. Denn mit der Förderung sollen v. a. Promovierende und Postdocs weiterbeschäftigt und neu eingestellt werden. Zudem haben zwei internationale Wissenschaftlerinnen jeweils ein Mercator-Fellowship der DFG erhalten und werden im Projekt mitarbeiten. „Die Mitarbeit internationaler Forschender hilft unserem Projekt, weltweit sichtbar zu werden und ermöglicht dem wissenschaftlichen Nachwuchs zusätzliche internationale Vernetzung“, so Gies.