SFB 1227:  Designte Quantenzustände der Materie (DQ-mat) - Herstellung, Manipulation und Detektion für metrologische Anwendungen und Tests fundamentaler Physik

• Fachliche Zuordnung: Physik
• Förderung: Förderung seit 2016
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274200144

Unser Verständnis von Physik entwickelt sich Hand in Hand mit Fortschritten in unserer Fähigkeit die Eigenschaften von Licht und Materie zu messen und zu kontrollieren. Isolierte Atome und Moleküle dienen schon lange als eines der am besten kontrollierbaren Systeme um fundamentale Fragen in der Physik zu studieren und zu beantworten. Die jüngsten Entwicklungen in der Metrologie, wie optische Uhren mit einer Genauigkeit von 18 Stellen und Materiewellen-Interferometer die Wellenpakete um mehrere Dezimeter trennen, demonstrieren eindrucksvoll die Fähigkeit die Quantendynamik von Einteilchen-Systemen zu kontrollieren. Noch reichhaltigere Quanteneigenschaften und Anwendungen finden sich in Vielteilchen-Systeme, in denen Wechselwirkungen und Quantenkorrelationen zwischen Teilchen eine essentielle Rolle spielen. Im Rahmen dieses SFBs wollen wir die bereits erreichte Kontrolle über Einteilchen-Systeme auf große, wechselwirkende und verschränkte Quantensysteme ausdehnen und deren Anwendung in der Metrologie erschließen. Dazu arbeiten Experten aus der Vielteilchen-Physik, der Quanteninformation, der Quantengase und der Metrologie gemeinsam an der Entwicklung neuer Methoden zur Erzeugung, Manipulation und Detektion von Quantenzuständen. Die Untersuchung dieser Zustände erlaubt es uns ein tieferes Verständnis der Quanteneigenschaften von Vielteilchen-Systemen zu gewinnen, einer der größten Herausforderungen der modernen Physik. Die Beherrschung von Vielteilchen-Effekten zusammen mit der Entwicklung neuer Methoden und Protokolle für die Präparation und Abfrage von Quantensystemen und das Design von hybriden Quantensystemen erlauben es uns zudem die Genauigkeit und Auflösung von Quantensensoren signifikant zu verbessern. Hochgenaue Messungen mit solchen optischen Uhren und Materiewellen-Interferometer der nächsten Generation ermöglichen es uns neue Bereiche für Tests fundamentaler Physik zu erschließen. Dazu gehören z.B. Fragen nach einer möglichen Änderung von Naturkonstanten, die Suche nach Kandidaten für dunkle Materie, einer Verletzung fundamentaler Symmetrien in der Physik und der Kopplung von Quantensystemen an die Gravitation. Mit diesen Untersuchungen leisten wir einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Grundlagen der Physik.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

• A01 - Quantenmagnetismus in gefangenen Ionen (Teilprojektleiter Ospelkaus, Christian )
• A02 - Verschränkung im Impulsraum (Teilprojektleiter Ertmer, Wolfgang ;  Klempt, Carsten ;  Santos, Luis )
• A03 - Detektion und Analyse nichtklassischer Quantenvielteilchenzustände polarer Moleküle (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Ospelkaus, Silke ;  Zenesini, Ph.D., Alessandro )
• A04 - Kontrolle polarer Moleküle in optischen Gittern (Teilprojektleiter Santos, Luis ;  Weimer, Hendrik )
• A05 - Theorie der LMT-Atominterferometer in Gravitationsfeldern (Teilprojektleiter Gaaloul, Naceur ;  Giulini, Domenico ;  Hammerer, Klemens )
• A06 - Darstellung von Quantenkorrelationen in komplexen Systemen (Teilprojektleiter Hammerer, Klemens ;  Osborne, Tobias J. ;  Werner, Reinhard F. )
• A07 - Dynamik von Ionen-Coulomb-Kristallen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Mehlstäubler, Tanja E. ;  Santos, Luis ;  Weimer, Hendrik )
• B01 - Verschränkte atomare Ensembles mit Einzel-Teilchen-Auflösung für die Quantenmetrologie (Teilprojektleiter Ertmer, Wolfgang ;  Klempt, Carsten ;  Santos, Luis )
• B02 - Test fundamentaler Physik mit optischen Uhren (Teilprojektleiter Huntemann, Nils ;  Lisdat, Christian ;  Sterr, Uwe )
• B03 - Multi-Ionenspektroskopie für optische Uhren (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Mehlstäubler, Tanja E. ;  Schmidt, Piet Oliver )
• B04 - Kohärente Anregung eines Atomkerns (Teilprojektleiter Peik, Ekkehard )
• B05 - Quantenmanipulation von Molekülionen für die Präzisionsspektroskopie (Teilprojektleiter Schmidt, Piet Oliver )
• B06 - Quantenmetrologie mit gefangenen (Anti-)Protonen (Teilprojektleiter Ospelkaus, Christian )
• B07 - Makroskopisch delokalisierte Quantenzustände der Materie (Teilprojektleiter Ertmer, Wolfgang ;  Rasel, Ernst Maria ;  Schlippert, Dennis )
• B09 - Quantenuhrinterferometrie (Teilprojektleiter Schlippert, Dennis ;  Schubert, Christian )
• Z - Zentrale Verwaltung (Teilprojektleiter Schmidt, Piet Oliver )
• Ö - Das Schülerlabor foeXlab: Physikdidaktik – Wissenschaftskommunikation – Physik als Wissenschaft (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Rasel, Ernst Maria ;  Schmidt, Piet Oliver ;  Weßnigk, Susanne )

Abgeschlossene Projekte

• B08 - Quantendynamik unter Gravitation (Teilprojektleiter Giulini, Domenico ;  Lämmerzahl, Claus )

• Antragstellende Institution: Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
• Beteiligte Institution: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
• Sprecher: Professor Dr. Piet Oliver Schmidt