Übergang von zwei zu vielen stark wechselwirkenden Rydberg-Polaritonen

• Antragsteller: Professor Sebastian Hofferberth, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316024757

Dieses Projekt beabsichtigt die experimentelle Realisierung und systematische Untersuchung von stark-wechselwirkenden Rydberg Polaritonen in einem hochgradig nichtlinearen Medium. Das Projekt fällt in die Kategorie "Rydberg Quantum Optics" des Schwerpunktprogramms und zielt auf die experimentelle Demonstration neuer Vielteilchen-Zustände.Wir werden die Herausforderung, neue Vielteilchen-Polariton-Systeme zu erzeugen, von zwei Seiten angehen: Einerseits werden wir Systeme mit zwei bis zehn wechselwirkenden Polaritonen in einer Wolke ultrakalter Atome erzeugen. In diesem System werden wir den Übergang von Zweiteilchen- zu Vielteilchen-Wechselwirkung zwischen Quasiteilchen studieren. Hier können alle Wechselwirkungsparameter extrem gut kontrolliert und beeinflusst werden und die Messung der vollen Quantenstatistik und Korrelationen ist möglich. Wir werden spezielle Aspekte der Zweiteilchen-Wechselwirkung im Experiment untersuchen, wie zum Beispiel Polariton-Streuresonanzen und neuartige gebundene Zustände bestehend aus mehreren Photonen. Komplementär zu diesem effektiv ein-dimensionalen System werden wir größere, drei-dimensionale Polariton-Systeme mit schwächerer Wechselwirkung erzeugen. Insbesondere werden wir in diesen Systemen erstmals die Auswirkung der Rydberg-Wechselwirkung auf die transversale Mode des Lichtfeldes untersuchen, indem wir das transmittierte Licht direkt räumlich aufgelöst mit einer hoch-empfindlichen Kamera abbilden. In diesem größeren System werden wir die Bildung räumlicher Solitonen durch die Rydberg-Wechselwirkung untersuchen. Ausserdem werden wir die Frage untersuchen, bis zu welcher Wechselwirkungsstärke dieses System durch einen mean-field-Ansatz beschrieben werden kann.Zuletzt sollen beide Ansätze zusammengeführt werden und es sollen größere Systeme mit stark korrelierten Polaritonen erzeugt werden, in denen es allerdings immer noch möglich ist, die volle Quantenstatistik der Photonen auszumessen. Dies gibt Zugang zu den mikroskopischen Details in einem stark-korrelierten System.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1929: Giant Interactions in Rydberg Systems (GiRyd)
• Internationaler Bezug: Dänemark