Long-range interacting quantum gases in spatially separated traps

• Applicant: Professor Dr. Shannon Whitlock
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2012 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 219454484

Dieses Projekt wird stark korrelierte Quantensysteme im Grenzbereich zwischen Wenig- und Vielteilchenphysik experimentell mittels langreichweitig wechselwirkenden atomaren Gasen in eindimensionalen (1D) Fallen untersuchen. Erstmalig wird ein dipolares Fermi-Gas erzeugt und die auftretenden Quantenkorrelationen in stark korrelierten Phasen direkt optisch abgebildet werden. In einem neuen experimentellen Aufbau, der eindimensionale Gase mit optischer Kopplung an Rydberg-Zustände („Rydberg dressing“) vereint, kann die Wechselwirkung zwischen den Atomen in einer völlig neuen Art und Weise eingestellt und kontrolliert werden. Die hier mögliche Form der Kontrolle geht weit über die bisherigen Möglichkeiten in atomaren und Festkörpersystemen hinaus. Im Fokus der geplanten Experimente liegen neue Materiezustände, die in einem System aus räumlich getrennten aber durch langreichweitige Wechselwirkung miteinander gekoppelten atomaren Wolken erwartet werden (gekoppelte „Zwei-Draht-Systeme“). Darüber hinaus können durch ein zusätzliches optisches Gitter entlang der 1D-Wolken gekoppelte Spin-Ketten mit spin-abhängiger Wechselwirkung erzeugt und untersucht werden. Durch die vollständige Kontrolle über die mikroskopischen Freiheitsgrade, werden die Ergebnisse ganz neue Einblicke in komplexe Vielteilchenphänomene geben, grundlegende Fragen bezüglich der Bedeutung der Quantenstatistik und Korrelationen in 1D-Quantengasen beantworten und die Rollen von Dynamik und Verschränkung nahe Quantenphasenübergängen sowie das Auftreten von makroskopischen Effekten wieSuprafluidität und Magnetismus in Quantensystemen beleuchten.

• DFG Programme: Independent Junior Research Groups
• Major Instrumentation: Electron multiplying CCD camera ; Rydberg excitation laser for 575 nm und 460 nm ; Single mode laser for optical traps and lattices
• Instrumentation Group: 5430 Hochgeschwindigkeits-Kameras (ab 100 Bilder/Sek) ; 5700 Festkörper-Laser