FOR 2783:  Probing the Quantum Vacuum at the High-Intensity Frontier

• Fachliche Zuordnung: Physik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392856280

Das Quantenvakuum bildet den Grundzustand der Natur, wie sie von der Quantenfeldtheorie als grundlegendes Theoriekonzept aller bekannten Materie und ihrer teilchenphysikalischen Wechselwirkungen beschrieben wird.Die Wechselwirkung von Licht mit dem Quantenvakuum ist ursächlich für einige der fundamentalsten und gleichzeitig exotischen Prozesse der modernen Physik, die sich im Labor einer gründlichen Überprüfung bislang entzogen haben. Ein experimenteller Test dieser paradigmatischen Voraussagen der Quantenelektrodynamik (QED), der Feldtheorie von Licht und Materie, rückt Dank aktueller Forschung und Entwicklung erstmalig in Reichweite. Diese sich neu bietende Gelegenheit zu ergreifen ist das Ziel dieser Forschungsgruppe FOR 2783. Die derzeitige Entwicklung ultra-intensiver Laser mit bis zu 10 Petawatt (PW) Spitzenleistung versetzt uns in die besondere Lage, die bisherigen Grenzen der Erkenntnis im Bereich höchster Intensitäten zu überschreiten.Im Zusammenspiel mit der gegenwärtigen Entwicklung neuartiger theoretischer Methoden, fluktuations-induzierte Quantenprozesse zu beschreiben, wird das nichtlineare Regime des QED-Vakuums aktuell sowohl theoretisch wie experimentell erstmalig zugänglich. Das ambitionierte Forschungsprogramm dieser Forschungsgruppe in der zweiten Förderperiode baut auf den erzielten stichhaltigen theoretischen Vorhersagen für Quantenvakuumprozesse auf, um diese experimentell durch Kombination fortschrittlichster Hochintensitätslasertechnologie mit neuartigen Präzisionsmessverfahren zu untersuchen.FOR 2783 bereitet somit den Weg für die erste experimentelle Entdeckung solch nichtlinearer Phänomene des Quantenvakuums wie Vakuumdoppelbrechung, allgemeine Streuphänomene des Lichts wie Quantenreflexion und Quantenvakuum-Beugung, sowie Erzeugung von Leptonpaaren aus dem Vakuum.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Polen, Russische Föderation

Projekte

• Elektron-Positron-Paarerzeugung (Antragsteller Müller, Carsten ;  Ruhl, Hartmut )
• Hochpräzise Röntgenpolarimeter aus Diamant für den Nachweis der Vakuumdoppelbrechung (Antragsteller Paulus, Gerhard G. ;  Schulze, Kai Sven )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Gies, Holger )
• Nichtperturbative Paarerzeugung: Ultra-relativistische Strahlen, Lasercharakterisierung und Paarnachweis (Antragsteller Karsch, Stefan ;  Zepf, Matt )
• Optische Nichtlinearitäten des Quantenvakuums (Antragsteller Gies, Holger ;  Ruhl, Hartmut )
• Raum- und Zeitaufgelöste Einzelphotonen-detektion für Vakuumwechselwirkungen (Antragsteller Schreiber, Jörg ;  Zepf, Matt )
• Vakuumdoppelbrechung (Antragsteller Karbstein, Felix ;  Ruhl, Hartmut )

• Sprecher: Professor Dr. Holger Gies