Physik von Verunreinigungsatomen in einem Bosegas

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Werner Hammer, seit 10/2019
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413495248

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Dieses Projekt befasste sich mit den statischen und dynamischen Eigenschaften von Verunreinigungsteilchen in kalten Bose-Gasen. Ein nützliches Konzept, um solche Systeme zu beschreiben, ist das Polaron. Ein Polaron ist ein Quasiteilchen, das aus der Verunreinigung und niederenergetischen Anregungen (Phononen) der Umgebung besteht. Das Polaron-Problem ist zentral für das Verständnis bestimmter Halbleiter, Hochtemperatur-Supraleiter und vieler anderer Materialien. Die exakte Lösung des Polaron-Problems ist aktuell immer noch unerreicht. Kürzlich wurden diese Quasiteilchen in analogen Quantensimulationen mit kalten bosonischen Gasen erzeugt. Diese experimentelle Errungenschaft bietet eine Plattform zum Testen verschiedener theoretischer Modelle und konzeptioneller Ideen; sie vertieft unser Verständnis von paradigmatischen Systemen aus kondensierter Materie mit Verunreinigungen und macht das Bose-Polaron zu einem Schlüsselproblem in der Physik von Quantengasen. Das Hauptziel dieses Antrags war es, das Verständnis der Physik von Verunreinigungen in Experimenten mit kalten Atomen zu erweitern. Insbesondere wurden untersucht: die Zeitdynamik von Verunreinigungen in eindimensionalen harmonisch gefangenen Bose-Gasen, von der Umgebung induzierte Wechselwirkungen zwischen Verunreinigungen und die Möglichkeit, Eigenschaften der Umgebung unter Verwendung der Verunreinigung als Sonde zu messen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Effective approach to impurity dynamics in one-dimensional trapped Bose gases. Physical Review A, 100(1).
  Mistakidis, S. I.; Volosniev, A. G.; Zinner, N. T. & Schmelcher, P.
  
• Engineering momentum profiles of cold-atom beams. Physical Review A, 100(3).
  Smith, D. Hudson & Volosniev, Artem G.
  
• In-medium bound states of two bosonic impurities in a one-dimensional Fermi gas. Physical Review Research, 1(3).
  Huber, D.; Hammer, H.-W. & Volosniev, A. G.
  
• Induced correlations between impurities in a one-dimensional quenched Bose gas. Physical Review Research, 2(2).
  Mistakidis, S. I.; Volosniev, A. G. & Schmelcher, P.
  
• Impurities in a one-dimensional Bose gas: the flow equation approach. SciPost Physics, 11(1).
  Brauneis, Fabian; Hammer, Hans-Werner; Lemeshko, Mikhail & Volosniev, Artem
  
• Morphology of three-body quantum states from machine learning. New Journal of Physics, 23(6), 065009.
  Huber, David; Marchukov, Oleksandr V.; Hammer, Hans-Werner & Volosniev, Artem G.
  
• Shape of a sound wave in a weakly-perturbed Bose gas. SciPost Physics, 10(2).
  Marchukov, Oleksandr & Volosniev, Artem
  
• Artificial atoms from cold bosons in one dimension. New Journal of Physics, 24(6), 063036.
  Brauneis, Fabian; Backert, Timothy G.; Mistakidis, Simeon I.; Lemeshko, Mikhail; Hammer, Hans-Werner & Volosniev, Artem G.
  
• Emergence of a Bose polaron in a small ring threaded by the Aharonov-Bohm flux. Communications Physics, 6(1).
  Brauneis, Fabian; Ghazaryan, Areg; Hammer, Hans-Werner & Volosniev, Artem G.