Nichtgleichgewichtsdynamik stark korrelierter hybrid-atom-optomechanischer Quantensysteme

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Thorwart
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274978739

In diesem Projekt sind wir an einem exotischen Quantenzustand der Materie interessiert, dessen Existenz wir vorhersehen in Form eines Supersolids in einem hybriden atom-optomechanischen System aus einem ultrakalten Atomgas, das über Licht an die quantenmechanische Bewegung eines nanomechanischen Oszillators koppelt. Der supersolide Zustand dieses hybriden quantenmechanischen Viel-Teilchen-Systems wird in der Form von Quantentröpfchen im atomaren Gas erwartet und zeigt sich durch spontane Dichtemodulationen im Gas. Die Tröpfchen sind quantenkohärente makroskopische Objekte. Ein Bildung von Quantentröpfchen erfordert entweder eine Mischung aus Bose-Gasen oder eine intrinische langreichweitige atomare Wechselwirkung. In einem hybriden atom-optomechanischen System in der Konfiguration der internen Zustandskopplung sind beide Voraussetzungen simultan realisiert. Die kohärente langreichweitige Wechselwirkung wird durch die Kopplung der Atome an den mechanischen Oszillator induziert. Das hybride Quantensystem kann eine effiziente Plattform bieten zur Realisierung eines supersoliden Zustands, auch unter dem besonders interessanten Aspekt, dass dieser exotische Quanten-Viel-Teilchen-Zustand durch einen makroskopischen nanomechanischen Oszillator ausgelöst wird, der sich selbst in einem trivialen klassischen festen Aggregatzustand befindet, wobei allerdings seine Dynamik in einer quantenkohärenten nanomechanischen Mode ablaufen muss. Aus einer fundamentalen Sicht sind ein Supersolid und die Herausbildung von Quantentröpfchen eine klare Manifestation des Quanten-Viel-Teilchen-Charakters des Systems, der weit über ein gewöhnliches Bild im Rahmen der Mean-Field-Theorie hinausgeht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen