Realisierung eines Zeitkristalls in einem Atom-Resonator-System

• Antragsteller: Dr. Hans Keßler
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426796523

Das zentrale Forschungsziel dieses Projekts ist die experimentelle Realisierung eines gleichmäßig gepumpten Zeitkristalls in einem Atom-Resonator-System. Dazu wird ein Bose-Einstein-Kondensat (BEK) mit einem schmalbandigen Hochfinesse-Resonator stark gekoppelt und der bisher experimentell noch nicht erforschte Parameterbereich positiver Verstimmung des Pumplichts gegenüber der Resonanz des Resonators realisiert. Theoretischen Vorarbeiten ergeben, dass in diesem Fall beste Voraussetzungen bestehen, tatsächlich einen Zeitkristall zu generieren. Die in der Projektbeschreibung vorgestellten Molekularfeld- und TWA-Simulatio­nen zeigen ein Phasendiagramm mit vier verschiedenen Viel-Teilchen-Zuständen: eine homogene kohärente Phase, eine Dichte-Welle-Phase, eine Zeitkristall-Phase und eine chaotische Phase. Wird das BEK oberhalb einer kritischen Stärke gepumpt, kommt es zur Selbstorganisation der Atome, es entsteht ein Bragg-Gitter und das System realisiert die Dichte-Welle-Phase. Diese Phase wird oberhalb einer zweiten kritischen Pumpstärke instabil. Der nun entstehende dynamische Zustand bricht spontan die Zeit-Translationssymmetrie und realisiert das Konzept eines Zeitkristalls. Alle bisher realisierten Zeitkristalle brechen lediglich eine diskrete Zeit-Translations­symmetrie und werden deshalb Floquet-Zeitkristalle genannt. Im vorliegenden Projekt wird erstmals ein Zeitkristall erzeugt, der eine kontinuierliche Zeit-Translations­symmetrie bricht, sodass eine deutlich stärker ausgeprägte Analogie zum Konzept räumlicher Kristalle besteht als für Floquet-Zeitkristalle.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Brasilien
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Jayson G. Cosme; Professor Dr. Andreas Hemmerich; Professor Dr. Ludwig Mathey
• Kooperationspartner: Professor Dr. Vanderlei Salvador Bagnato