Dipolare Quantengase stark magnetischer Atome

• Antragstellerin: Professorin Dr. Francesca Ferlaino, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258183570

Dieses Projekt zielt darauf ab, dipolare Effekte in der Wenig- und Vielteilchenphysik mit Quantengasen aus magnetischen Atomen zu untersuchen. Insbesondere, verwendet unser Experiment erbium Atome, welche zur Familie der Lanthanoide gehört und eines der magnetischsten Elemente des Periodensystems darstellt. Die Wahl von Erbium erlaubt eine Erweiterung des bisherigen Wissens der Quantengas-Gemeinschaft und erlaubt Experimente mit magnetischen Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und weiteren besonderen Eigenschaften der Lanthanoide. In den nächsten Jahren werden wir die Kontrolle solcher Systeme und das aus Ihnen gewonnene Wissen ausbauen und vertiefen, um neue Aspekte dipolarer Quantenphänomene zu enthüllen. Wir wollen zwei sehr unterschiedliche Arten von Systemen untersuchen:Auf der einen Seite, werden wir dipolare Bose-Einstein-Kondensate (BECs) in anisotropen Geometrien untersuchen. Hier wird unser Fokus auf das Spektrum elementarer Anregungen dieser Systeme gerichtet sein und unser Ziel ist ein besseres Verständnis der Physik im Zusammenhang mit einer speziellen Anregung, die ein Energieminimum bei einem großen Impuls, der sogenannten Roton-Anregung, bildet. Anhand des gesamten Spektrums wollen wir untersuchen, wie die Roton-Anregung durch Abstimmung der Wechselwirkungen weicher wird, wie dies von der Systemgeometrie abhängt und wie dies zu Effekten jenseits der Meanfield-Näherung führt. Wir werden auch untersuchen, wie sich das Anregungsspektrum des BEC mit der Erscheinung der kürzlich entdeckten Tröpfchenzustände bei Erreichen eines dipolar dominierten Regimes verbindet. Unser übergeordnetes Ziel in diesem ersten Teil ist es zu verstehen, ob das BEC in irgendeiner Weise mit speziellen Grundzuständen, insbesondere mit dem diskutierten Supersoliden-Zustand, in Verbindung steht, der gleichzeitig supraflüssige und kristalline Eigenschaften zeigt.Auf der anderen Seite, werden wir uns auf ein Quantensystem konzentrieren, das aus einer Mischung von zwei fermionischen Spinzuständen von Erbium besteht. Wir haben kürzlich unsere experimentellen Möglichkeiten demonstriert, solche Mischungen herzustellen und ihre Wechselwirkungen abzustimmen. Unser Ziel wird es nun sein, suprafluide Paarungen in diesem neuen System zu realisieren und zu untersuchen. Durch Abstimmung der Wechselwirkung könnte man von delokalisierten Paaren, die durch den Bardeen Cooper Schrieffer Mechanismus bilden, zu einem BEC von gebundenen Fermionen übergehen. Während ein solcher Crossover seit Jahren in Alkaligasen untersucht wird, bringt Erbium ein außergewöhnliches Streuszenario mit Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, anisotropen Kurzbereichswechselwirkungen und Mehrkanalresonanzstreuung mit sich. Unser Ziel ist es aufzuzeigen, wie diese Wenigteilchen-Eigenschaften das Verhalten der Fermionen-Anordnungen auf einer Vielteilchen-Ebene modifizieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2247: From few to many-body physics with dipolar quantum gases
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Lauriane Chomaz, Ph.D.