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Projekt
E2 Selbstkonsistente Dynamik von offenen Vielkörpersystemen
Antragsteller
Dr. Ulrik Tobias Donner
Fachliche Zuordnung
Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521530974
Die Vielteilchenphysik untersucht das Verhalten von Systemen mit einer großen Anzahl wechselwirkender Quantenteilchen und findet Anwendung in der Erforschung kondensierter Materie, der Quanteninformationsverarbeitung und der Quantensensorik. Ein Verständnis für das Verhalten von Vielteilchensystemen ist entscheidend für jede Anwendung von Quantentechnologien, da diese von Natur aus eine Kopplung mit externen Umgebungen erfordern. Ultrakalte Atome bieten hier eine herausragende experimentelle Plattform, da sie eine präzise Kontrolle über mikroskopische Wechselwirkungen mit der Möglichkeit zur Beobachtung makroskopischer Phänomene vereinen. Diese hochgradig kontrollierten Systeme können gezielt an externe Umgebungen gekoppelt werden, was zum Auftreten von stationären Zuständen außerhalb des Gleichgewichts und neuartigen Phänomenen wie nichtstationären Zuständen führen kann. Durch eine enge Zusammenarbeit mit experimentellen und theoretischen Partnern ist es das Ziel unseres Konsortiums, atomare Quantengase als Quantensimulatoren für solche offenen Vielteilchensysteme zu untersuchen und zu verbessern. Im Rahmen unseres Teilprojekts werden wir uns auf den speziellen Ansatz der Vielkörper-Hohlraum-Quantenelektrodynamik konzentrieren, bei dem ein Quantengas an einen optischen Hohlraum gekoppelt wird, was starke, durch Photonen vermittelte Wechselwirkungen und eine kontrollierte Dissipation ermöglicht. Wir werden Nicht-Gleichgewichts-Quantenphasen und Phasenübergänge in getrieben-dissipativen Systemen untersuchen, einschliesslich stationärer Zustände, langlebiger metastabiler Strukturen, und nicht-stationärer Phasen, die durch konkurrierende Wechselwirkungen hervorgerufen werden. Das Projekt ist auf die folgenden drei Hauptziele ausgerichtet. Erstens werden wir selbstkonsistente Nichtgleichgewichtsphasenübergänge untersuchen, einschliesslich eines Nichtgleichgewichts-Vielkörper-Dunkelzustands. Dabei werden wir auch einen Phasenübergang mit einem von Quantenrauschen dominierten Feld untersuchen, und eine selbstgetriebene Dynamik erforschen, bei der Kristallisation mit optomechanischen Effekten konkurriert. Zweitens werden wir einen dissipationsgetriebenen spinabhängigen Transport untersuchen, in enger Analogie zum Spin-Hall-Effekt. Drittens werden wir den Echtzeit-Zugang nutzen, den das Feld bietet welches aus dem Hohlraum leckt, um Feedback-Steuerungsschemata zu entwickeln und anzuwenden, damit konkrete Zielzustände wie Nichtgleichgewichtskondensate erreicht werden können. Die Vielzahl der experimentellen Methoden innerhalb des Konsortiums, gepaart mit dem entscheidenden Fachwissen unserer theoretischen Partner, wird es uns ermöglichen, ein umfassendes Verständnis offener und getrieben-dissipativer Vielteilchensysteme zu entwickeln.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Internationaler Bezug
Schweiz
Partnerorganisation
Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
