Detailseite
Projekt
Untersuchung von nicht ergodischem Verhalten in Gittereichtheorien mit fermionischen Yb Atomen
Antragstellerin
Professorin Dr. Monika Aidelsburger
Fachliche Zuordnung
Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499180199
Eichtheorien spielen eine fundamentale Rolle für das Verständnis unserer Natur und bieten somit einen hervorragenden Ausgangspunkt für interdisziplinäre Forschung. Leider bleibt uns der Zugang zu vielen fundamentalen Eigenschaften, insbesondere was Nichtgleichgewichtsphänomene betrifft, bisher verwehrt, da konventionelle numerische Methoden nicht angewendet werden können. In diesem Projekt werden wir Quantensimulationen von vereinfachten Gittereichtheorien mit einer neuen hybriden Gitter-Tweezer Plattform mit Yb Atomen in zustandsabhängigen optischen Gittern durchführen. Dieses Experiment wird als Quantengasmikroskop aufgebaut und vereint somit hochauflösende Abbildungs- und Adressiertechniken. Das Hauptziel ist die experimentelle Untersuchung von nicht ergodischen Phänomenen und Nichtgleichgewichtsdynamik in U(1) Gittereichtheorien. Die Implementierung basiert auf der theoretischen Formulierung von Gittereichtheorien als sogenannte Quanten-Link-Modelle (QLM), die den Vorteil bieten, dass der Hilbertraum der Eichfeldfreiheitsgrade beschränkt und somit endlich ist. Die einfachste Formulierung kann dadurch mit Spin-1/2 Systemen realisiert werden, was in unserem Fall die beiden Uhrenzustände in Yb sind. Diese beiden Zustände sind außerdem besonders gut dafür geeignet zustandsabhängige optische Potentiale mithilfe von stark verstimmten Laserstrahlen zu erzeugen. Zusätzliche lokale zustandsabhängige Kontrolle, die durch stark fokussierte Laserstrahlen ermöglicht wird, erlaubt die Implementierung eines optischen Gitters, in dem die Bewegung der Teilchen stark eingeschränkt ist, um das Gaußsche Gesetz für das QLM zu erfüllen. Der Hauptprozess ist in diesem Fall ein korreliertes Tunneln von jeweils zwei Atomen, was als U(1) QLM beschrieben werden kann. Das Schema beruht hier nicht auf Laser-induziertem Tunneln oder Raman-Übergängen, was somit lange Kohärenzzeiten ermöglichen sollte. Diese sind besonders für die Untersuchung von Nichtgleichgewichtsphänomenen unabdingbar. Die lokalen Adressier- und Beobachtungsmethoden in Kombination mit hochauflösender Spektroskopie auf dem Uhrenübergang ermöglichen die Erzeugung von wohl definierten Anfangszuständen, die mit dem Gaußsche Gesetz kompatibel sind. Damit wird es möglich den kürzlich vorhergesagten „confinement-deconfinement“ Übergang und Lokalisierung ohne Unordnung zu beobachten, die durch die lokale Einschränkung der Dynamik im Zusammenhang mit dem Gaußschen Gesetz begünstigt wird. Darüber hinaus, wird das experimentelle Schema von Anfang an für zwei Dimensionen geplant, um Nichtgleichgewichtsdynamik auch in höheren Dimensionen untersuchen zu können. Wir werden bereits gegen Ende der ersten Förderperiode diese Richtung in enger Kollaboration mit den Theoriegruppen innerhalb dieser Forschungsgruppe verfolgen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
