Ultrakalte Atome in periodisch modulierten Potenzialen: Ein quantenmechanisches Metamaterial zur Erforschung von Systemen fernab vom Gleichgewicht sowie zur Simulation relativistischer Effekte

• Antragsteller: Professor Sergey Denisov, Ph.D.; Professor Dr. Martin Weitz
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231556095

Hauptziel dieses gemeinsamen Experiment-Theorie Projekts ist das Studium getriebener ultrakalter atomarer Gase mit dem Anliegen, eine neue Testumgebung für Quantensysteme im Nichtgleichgewicht und zur Simulation relativistischer Effekte zu entwickeln. Um dieses Ziel zu erreichen werden wir sowohl theoretische Studien, basierend auf dem Floquet-Formalismus und Hochleistungsberechnungen, als auch Experimente mit ultrakalten Atomen in zeitlich getriebenen optischen Gitterpotentialen durchführen.Das Projekt unterteilt sich in zwei aufeinanderfolgende Schritte. Zu Beginn der Arbeiten werden wir uns auf den quantenmechanischen Nichtgleichgewichts-Bereich in zeitlich und räumlich modulierten optischen Potenzialen konzentrieren. Fragestellungen, denen wir uns besonders widmen werden, sind (i) Resonanzen des Transports über vermiedene Kreuzungen zwischen Floquet- Zuständen und (ii) der Einfluss quantenmechanischer Vielteilcheneffekte auf den atomaren Transport im Grenzfall starker interatomarer Wechselwirkung und starken Antriebs. Der nächste Schritt ist es, mit ultrakalten atomaren Gasen in getriebenen optischen Potentialen, steuerbare quantenmechanische "Metamaterialien" zu untersuchen. Die Grundidee ist es hierbei, einen Dirac-Kegel im Quasienergiespektrum eines periodisch modulierten Quantensystems zu erzeugen; dies wird erreicht werden durch kontrollierbare vermiedene Kreuzungen zwischen unterschiedlichen Floquetzuständen. Um die mit diesen Dirac-Kegeln im Quasienergiespektrum ermöglichte Physik experimentell zu überprüfen wollen wir mit ultrakalten Atomen in zeitlich getriebenen optischen Potenzialen eine Quantensimulation des relativistischen Klein-Tunnelns sowie des Veselago Linseneffekt durchführen. Mögliche Anwendungen unserer erwarteten Ergebnisse beinhalten neue, auf der Floquet-Theorie basierende Werkzeuge, deren Funktionsprinzipien auf Nichtgleichgewichtseffekten beruhen und Quantensimulationen der relativistischen Vielteilchen-Wellengleichung erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Peter Hänggi