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SFB 1225:  Isolierte Quantensysteme und Universalität unter extremen Bedingungen (ISOQUANT)

Fachliche Zuordnung Physik
Förderung Förderung seit 2016
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273811115
 
Das Verständnis isolierter Quantensysteme unter extremen Bedingungen erfordert die Lösung herausragender offener Probleme, die für eine Vielzahl von aktuellen Anwendungen in der Teilchen- und Kernphysik bis hin zur Atom- und Festkörperphysik von großer Bedeutung sind. Viele dieser Systeme zeigen ähnliche Eigenschaften obwohl wesentliche Parameter, wie z.B. Temperatur, Dichte oder Feldstärke sehr verschieden sind. Die Existenz universeller Bereiche, wo sogar quantitative Übereinstimmungen zwischen scheinbar grundverschiedenen physikalischen Systemen beobachtet werden kann, führt zu einer bemerkenswerten Annäherung der Forschungsaktivitäten verschiedener Bereiche der Physik.Unser Ziel ist die Klassifizierung und das quantitative Verständnis universeller Eigenschaften isolierter Quantensysteme unter extremen Bedingungen, sowie Einblicke in die Frage zu gewinnen, wie spezielle Systeme von Universalität abweichen. Isolierte Systeme bieten besonders geeignete Rahmenbedingungen für grundlegende experimentelle und theoretische Fragestellungen. Extreme Bedingungen führen zu einem verstärkten Verlust der Informationen über die Details mikroskopischer Eigenschaften, worauf Universalität basiert. Konkret untersuchen wir extreme Bedingungen, für die das dimensionslose Verhältnis von Kopplungsstärke, Felderwartungswerten und charakteristischer Energieskala der Ordnung Eins ist. Neben starken Kopplungen berücksichtigt dies auch Bereiche schwacher Kopplung in Anwesenheit starker Felder oder großer Fluktuationen. In der ersten Förderperiode wurden neue Universalitätsklassen in diesen Bereichen entdeckt, die unerwartete, neue Verbindungen zwischen unterschiedlichsten physikalischen Systemen von heißen Plasmen bis hin zu ultrakalten Quantengasen aufzeigen. Eine wesentliche Stärke dieses Forschungsvorhabens ist die Untersuchung von transienten Phänomenen als auch Gleichgewichtseigenschaften mit einer gemeinsamen Herangehensweise. Dies erlaubt uns, einige der zurzeit drängendsten Fragen nach dem Thermalisierungsprozess, dem Wechselspiel zwischen starken Feldern und dem Vakuum bzw. der Materie, sowie der Phasenstruktur von Systemen unter extremen Bedingungen anzugehen. Experimentell werden diese Fragen mittels ultra-relativistischer Schwerionenkollisionen, Präzisions-Spektroskopie hochgeladener Ionen sowie ultrakalter Quantengase untersucht. Während erstere die Theorie der starken Wechselwirkung (QCD) und die Quantenelektrodynamik (QED) untersuchen, werden die ultrakalten Quantengase dazu benutzt, um Modellsysteme für die Quantensimulation komplexer Vielteilchenprobleme zu konstruieren. Die Ausrichtung dieses Forschungsprogramms erfordert eine konzertierte Anstrengung, die über die Grenzen traditioneller Spezialisierungen hinausgeht, wofür Heidelberg ideale Voraussetzungen liefert.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche
Internationaler Bezug Frankreich, Norwegen, Österreich

Laufende Projekte

Antragstellende Institution Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
 
 

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