Ordnung und Korrelationen in asymmetrischer suprafluider Materie

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Braun
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397679592

Materie kann sich bisweilen "exotisch" und scheinbar paradox verhalten. Ein Beispiel hierfür stellt der suprafluide Zustand von Materie dar, ein Zustand mit unendlicher Wärmeleitfähigkeit. Ähnlich verhält es sich mit dem supraleitenden Zustand, welcher einen verschwindenden elektrischen Widerstand aufweist. Beide Zustände haben inzwischen ihren Weg in Anwendungen gefunden: Kühlsysteme basierend auf Suprafluidität und Erzeugung starker Magnetfelder mittels Supraleitung. Eine der spannendsten Fragen ist aktuell, ob suprafluide Zustände "kristallisieren" können und ob derartige Zustände unter extremen Bedingungen, wie sie in kompakten Sternen vorliegen, realisiert sein können.Quantenteilchen sind entweder Bosonen oder Fermionen. Experimente mit ultrakalten bosonischen Atomen weisen darauf hin, dass sogenannte bosonische Suprakristalle tatsächlich existieren. Die Realisierung eines Suprakristalls mittels fermionischer Atome wurde ebenso in den letzten Jahren intensiv diskutiert. Obleich ein solcher Zustand schwer realisierbar erscheint, ist seine mögliche Existenz für die Hochenergiephysik und die Astrophysik von großem Interesse: So könnten zum Beispiel sogenannte kristalline farb-supraleitende Zustände in dichter Quarkmaterie in kompakten Sternen vorliegen.Aktuell scheint der vielversprechendste Weg hin zur Beobachtung und Analyse derartig "exotischer" Formen von Materie über ultrakalte fermionische Atome zu führen. Entsprechende Experimente ermöglichen es uns, in kontrollierter Weise unser Verständnis der Bildung von Kondensaten und Struktur in Klassen von stark wechselwirkenden Systemen zu testen, in welchen sich Suprakristalle potentiell ausbilden können. Interessanterweise haben ultrakalte Fermiongase einige wichtige Eigenschaften mit Kernmaterie und dichter Quarkmaterie gemeinsam, trotz über viele Größenordnungen hinweg reichenden Unterschieden in der Dichte und Temperatur. Unter Ausnutzung von Techniken, welche in den letzten Jahren insbesondere für die Untersuchung der Theorie der starken Wechselwirkung entwickelt wurden, soll in diesem Projekt aus ersten Prinzipien heraus detailliert die Existenz von suprakristallinen Zuständen in polarisierter asymmetrischer Materie unter extremen Bedingungen -- wie sie durch ultrakalte Fermiongase modelliert werden können -- untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen