Orts- und Einzelatom-Aufgelöste Untersuchung von nicht-linearer Anregungsdynamik und Dissipation in nicht-resonant getriebenen Rydberg Gasen

• Antragsteller: Professor Dr. Immanuel Bloch
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316185520

Die Kombination von ultrakalten Atomen in optischen Gittern und kontrollierter Laser Anregung dieser zu Rydberg Zuständen bietet ein einzigartiges System zur Untersuchung stark wechselwirkender Vielteilchensysteme. Bisher beruhte die Wechselwirkung in den meisten experimentellen Studien mit solchen Systemen auf den van-der-Waals oder Dipole-Dipol Wechselwirkungen zwischen Rydberg Atomen, die im Grenzfall großer Abstände gilt. Die Experimente wurden so konzipiert, dass Effekte der kurzreichweitigen molekularen Potentiale zwischen zwei Rydberg Atomen möglichst minimiert wurden. Gerade diese kurzreichweitige Physik bietet jedoch großes Potential als Ressource für die kontrollierte Realisierung dissipativer Vielteilchensysteme.In diesem Projekt sollten Laser getriebene dissipative Rydberg-Vielteilchensysteme mittels eines Quantengas-Mikroskopes untersucht werden. Ziel ist die Realisierung von Systemen, die Charakteristika von Glasen aufweisen und deren Eigenschaften auf dem Zusammenspiel von nicht-linearer Anregung und Dissipation beruhen. Durch diese kontrollierbaren experimentellen Parameter sollen verschiedene dynamische Phasen dieser Nicht-Gleichgewichtssysteme untersucht werden. Desweiteren soll das System sowohl im klassischen, als auch im Quantenregime untersucht werden. Eine Kontrolle hierüber wird durch die experimentell einstellbare Kohärenz der Laserkopplung ermöglicht.Innerhalb dieses Vorhabens wird die Dissipation in nicht-resonant Laser getriebenen Rydberg Systemen detailliert charakterisiert und auf die Rydberg-Rydberg Wechselwirkungspotentiale zurückgeführt. Ein Verständnis der relevanten Prozesse ist entscheidend für die Realisierung von sogenannten dedressten Rydberg Gasen im Kontinuum. Gerade diese Systeme gelten als vielversprechender Kandidat um exotische Superfluidität, insbesondere Supersolidität zu beobachten.Zur Durchführung obiger Experimente wird ein einzigartiger experimenteller Aufbau verwendet, der es ermöglicht einzelne Rubidium Atome im optischen Gitter ortsaufgelöst zu detektieren. Dies ermöglicht die mikroskopische Beobachtung von ein- oder zweidimensionalen Systemen mit bis zu 200 Atomen. Gerade für die Beobachtung nichtlinearer Dynamik ist dieser Aufbau ideal geeignet, da die sich ergebenden lokalen Korrelationen direkt beobachtet werden können.Das Projekt gliedert sich in den Bereich Vielteilchenphysik des Schwerpunktsprogramms GiRyd ein und die Kombination der im unseren Experiment zur Verfügung stehenden Technologie ist einzigartig im Hinblick auf Präparations- und Detektionsmöglichkeiten der atomaren Systeme.

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