Dokument: An Experiment to Test Gravity at Submillimeter Distances

Titel:	An Experiment to Test Gravity at Submillimeter Distances
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3601
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20101130-105115-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Haiberger, Luca [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,23 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Schiller, Stephan [Gutachter] Prof. Dr. Schierbaum, Klaus [Gutachter]
Stichwörter:	Gravitationsgesetz, String, DPO, Brownsches, Rauschen, Dimension, GüteGravity, string, DPO, Brownian, noise, dimension, quality, factor
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Der ausserordentlich große Unterschied zwischen der Planckschen- und der elektroschwachen Energieskala bleibt auch heutzutage noch ein Rätsel, wofür das Standardmodell keine Lösung bietet. In vielen der über das Standardmodell hinausgehenden Theorien, die in den letzten Jahren formuliert wurden, wird die Existenz von Abweichungen von dem Newtonschen Gravitationsgesetz im Submillimeter Bereich vorausgesagt. Eine genaue Überprüfung dieser Modelle stellte für uns die Motivation dar, ein Experiment zum Test der Schwerkraft unterhalb von Millimeterabständen aufzubauen. Der verwendete Sensor, ein harmonischer Oszillator (modellhaft ein Plättchen an einer Feder), wurde durch gravitative Interaktion an eine Testmasse zum Schwingen bei seiner Resonanzfrequenz angeregt. Der Sensor in diesem Experiment war ein Torsionsoszillator aus Reinstsilizium (Dicke 300 µm), ein sog. double-paddle oscillator (DPO), der eine Resonanzfrequenz von ca. 6 kHz und eine Güte von 1.8x10^5 bei Raumtemperatur und im Vakuum hatte. Aufgrund der Messungen konnte die Existenz einer Abweichung vom Newtonschen Gravitationsgesetz bei einer Reichweite von 1 mm und einer Stärke von 20 mal der Gravitationskraft ausgeschlossen werden. Die Empfindlichkeit dieser Messungen wurde durch einen systematischen Effekt begrenzt, welcher durch ein Drehmoment von 2x10^(-17) Nm auf den DPO (ca. 5 mal stärker als die Gravitationskraft) verursachte wurde. The existence of a wide energy gap between the electroweak and the Planck scale represents a major problem in modern theoretical physics, for which no solution in the frame of the Standard Model has yet been found. Some of the possible alternative theoretical scenarios, proposed over the past few decades, predict the existence of new gravity-like forces at distances below 1 mm. Inspired by these theories, we set up an experiment to test gravity at short distances and to detect possible deviations from Newton's theory of gravity. The sensor used for this purpose was a harmonic oscillator, e.g. a thin plate attached to a spring, which was excited by a high density plate parallel to the sensor, that was driven at the oscillator resonance frequency. The typical sensor, a 300 m thick single-crystal silicon double-paddle oscillator (DPO), had a resonance frequency of about 6 kHz and a Q-factor of 1.8x10^5 at room temperature and in vacuum operation. Based on the results of our measurement we can exclude the existence of a Yukawa-like interaction of 20 times gravitational strength with an interaction range of 1mm. The sensitivity of our experiment was limited by a systematic effect, which corresponded to a torque of about 2x10^(-17) Nm, exceeding the expected gravitational signal by about a factor 5.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik
Dokument erstellt am:	10.01.2007
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	03.02.2006
Datum der Promotion:	03.02.2006