Diese Arbeit präsentiert ein modernes Michelson-Morley Experiment, welches genauere Grenzwerte für Testparameter liefert, die eine Verletzung der Lorentzinvarianz modellieren. Die Messung setzt einen oberen Grenzwert für eine Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit im Bereich von dc/c ~10^-16. Das Experiment vergleicht die Frequenzen zweier optischer Hoch-Finesse Resonatoren, wobei einer dieser Resonatoren kontinuierlich auf einem Drehtisch rotiert. Um die Eigenfrequenzen der Resonatoren abzufragen, werden die Frequenzen zweier Nd:YAG-Laser auf die Resonatoren stabilisiert. Die relative Frequenzstabilität auf der Zeitskala einer Tischdrehung (~45s) liegt bei ~1x10^-14, limitiert durch das thermische Rauschen der Resonatorspiegel. Die Messung erstreckt sich über einen Zeitraum von einem Jahr, wobei mehr als 10^5 Tischumdrehungen eingehen. Ausführlich werden die systematischen Effekte und ihre Unterdrückung auf Signalamplituden unter 1 Hz dargestellt. Im Vergleich zu vorhergehenden Messungen konnten diese systematischen Effekte um einen Faktor 10 bis 100 reduziert werden. Zwei verschiedene Testtheorien wurden herangezogen, um ein Signal für eine Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit als Folge einer Verletzung der Lorentzinvarianz zu modellieren: eine die Lorentzinvarianz verletzende Erweiterung des Standardmodells und die Testtheorie von Robertson, Mansouri und Sexl. Es wird eine Analyse der Daten im Rahmen beider Testtheorien präsentiert, und Grenzwerte auf die relevanten Parameter werden bestimmt. Diese Grenzwerte schränken eine Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit im Bereich von 10^-16 ein, d.h. etwa 10 mal genauer als die Ergebnisse vorangegangener Messungen. Schließlich wird ein Ausblick auf einen verbesserten Aufbau gegeben, welcher neue Resonatoren zum Einsatz bringt, und es werden erste verbesserte Resultate präsentiert. Damit steht der Weg offen für eine Langzeit-Messung, welche die Grenze für eine Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit bis in den Bereich von dc/c~10^-17 drücken wird. / This thesis presents a modern Michelson-Morley experiment, which provides improved limits on test parameters that model a violation of Lorentz invariance in electrodynamics. The measurement sets an upper limit on an anisotropy of the speed of light at a level of dc/c~10^-16. The experiment compares the resonance frequencies of two optical high-finesse cavities, one of them continuously rotating on a turntable. To read out their resonance frequencies, two Nd:YAG lasers are frequency-stabilized to these cavities. On the timescale of a turntable rotation (~45s), a relative frequency stability of ~1x10^-14 is achieved, limited by thermal noise of the cavity mirrors. The measurement extends over one year and includes ~10^5 rotations. The systematic effects compromising the measurement are described in detail, together with the measures that have been taken to suppress systematic effects below 1 Hz. This is a reduction by a factor of up to 100 as compared to preceding experiments. Two different test theories are applied to derive a signal for an anisotropy of the speed of light as a consequence of a violation of Lorentz invariance: a Lorentz violating extension of the standard model and the test theory by Robertson, Mansouri and Sexl. An analysis of the data within these two test models is presented, and limits on the relevant test parameters are deduced. These limits restrict an anisotropy of the speed of light at a level of 10^-16, which is a factor of ten more stringent as compared to results of previous such measurements. Finally, an outlook on an improved setup with new cavities and and first results from this setup are presented. This setup should allow for another order of magnitude improvement of the experiment''s sensitivity within a following long-term measurement aiming for the dc/c ~10^-17 level of accuracy.

Ein Fortschritt im Verständnis der Naturgesetzte wäre eine quantenphysikalische Beschreibung der Gravitation. Eine gültige Theorie der Quantengravitation (QG) existiert derzeit wegen des fehlenden experimentellen Zugangs des Planck-Skalen-Bereichs nicht. Dennoch können Experimente Hinweise für die Suche nach einer QG liefern. Die Standardmodellerweiterung (SME) bspw. beschreibt mögliche QG-induzierte beobachtbare niederenergetische Planck-Skalen-Effekte. Diesem Ansatz folgend wurde ein modernes Michelson-Morley-Experiment der nächsten Generation entwickelt, das es erstmalig erlaubt, simultan Obergrenzen für niederenergetische Planck-Skalen-Effekte in den Bewegungsgleichungen von Photonen und Fermionen zu bestimmen. Das zugrundeliegende theoretische Modell innerhalb der SME wurde neu betrachtet und Unstimmigkeiten korrigiert. Der Aufbau besteht aus ultra-stabilen kryogenen optischen Resonatoren (COREs) und Mikrowellenresonatoren, die gemeinsam im Raum rotieren. Die durch thermisches Rauschen limitierte vorhergesagte relative Frequenzinstabilität der entwickelten COREs liegt bei Temperaturen von flüssigem Helium im Bereich von 10^-17. Die Mikrowellenresonatoren können eine relative Frequenzinstabilität von 10^-16 erreichen. Um Störeinflüsse zu reduzieren, wurde zudem ein rauscharmer Niedrigtemperatur- sowie Drehtischaufbau konzipiert. Parallel wurde mit den Mikrowellenresonatoren ein einjähriges modernes Michelson-Morley-Experiment mit einer Sensitivität im Bereich von 10^-18 durchgeführt und erstmalig vollständig entkoppelte Obergrenzen für niederenergetische Planck-Skalen-Effekte im Bereich von 10^-17 bestimmt. Für den Aufbau der nächsten Generation lässt sich basierend auf der Frequenzinstabilität der COREs und der Mikrowellenresonatoren eine Sensitivität für niederenergetische Planck-Skalen-Effekte im Bereich von 10^-20 abschätzen. Zum ersten Mal kann somit der hypothetische Planck-unterdrückte-Bereich mit elektromagnetischen Resonatoren erkundet werden. / The next big leap in understanding the working principles of nature can be expected from a quantum physical description of gravity. None of the quantum gravity (QG) candidate theories can be verified, since observations at the Planck regime have currently been impossible. Still, experiments can help to give insights. For example, standard model extension (SME) describes potential observable low-energy remnant Planck scale effects. With this in mind, a design for a next-generation modern Michelson-Morley experiment has been developed that allows extracting upper bounds on potentially observable remnant Planck scale effects in the equations of motion of photons and fermions simultaneously. The corresponding theoretical model within the framework of the SME has been revisited and discrepancies have been corrected. The experimental setup consists of co-rotating ultra-stable cryogenic optical resonators (COREs) and ultra-stable sapphire loaded cryogenic microwave whispering-gallery resonators. The developed COREs have a theoretical thermal noise limited fractional frequency instability on the order of 10^-17 at liquid helium temperatures. The cryogenic microwave resonators allow in principle a performance on the order of 10^-16. For noise reduction, a suitable low noise cryogenic as well as turntable system has been designed. In parallel, a one-year modern Michelson-Morley measurement campaign with a sensitivity on the order of 10^-18 was carried out using the cryogenic microwave resonators. The experiment has allowed to set new stringent disentangled upper bounds on remnant Planck scale effects on the order of 10^-17. With the frequency performance of the COREs and cryogenic microwave resonators of the next-generation experimental setup, a sensitivity for remnant Planck scale effects on the order of 10^-20 can be estimated. Thus, the designed setup has the potential to explore the hypothetical Planck suppressed regime using electromagnetic resonators for the first time.