Zeigerzustände des Quantenkreisels

• Applicant: Professor Dr. Klaus Hornberger
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2011 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 206475979

• Final Report Year: 2014

Final Report Abstract

Das Projekt untersuchte die Rotationsdynamik eines ausgedehnten Quantenteilchens in Wechselwirkung mit seiner Umgebung, und speziell den Übergang vom quantenmechanischen Verhalten zur klassischen Mechanik. Zunächst wurde die Wigner-Weyl-Darstellung der Quantenmechanik auf gekrümmte Konfigurationsräume erweitert, was insbesondere die quantenmechanische Beschreibung der Kreiseldynamik im Phasenraum erlaubte. Danach wurde die Mastergleichung hergeleitet, die den generischen Dekohärenzprozess des quantenmechanischen Orientierungszustandes beschreibt. Anschließend wurde die Entstehung und Dynamik sogenannter Zeigerzustände bezüglich der Orientierungsdekohärenz untersucht, die aufgrund der Wechselwirkung mit der Umgebung ausgezeichnet werden. Es handelt sich um solitonartige, im Phasenraum exponentiell lokalisierte Wellenpakete, die im Grenzfall starker Dekohärenz den klassischen Phasenraumtrajektorien folgen. Da auch gezeigt wurde, dass Superpositionen solcher Zeigerzustände entsprechend der Bornschen Regel in ein statistisches Gemisch zerfallen, konnte so der graduelle Übergang der Quantenrotationsdynamik zur klassischen Kreiselbewegung quantitativ nachvollzogen werden.

Publications

• Quantum phase space representation for curved configuration spaces Phys. Rev. A 88, 062117 (2013)
  C. Gneiting, Timo Fischer, K. Hornberger
  
• Wigner function for the orientation state New J. Phys. 15, 06004 (2013)
  T. Fischer, S. Nimmrichter, K. Hornberger
  
• Decoherence of the Orientation State, Dissertation der Fakultät für Physik der Universität Duisburg-Essen, 2014. Verlag Dr. Hut, 2015. VI, 161 S. - 9783843919425
  Timo Fischer