Quantenkristalle aus Materie und Licht

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Eschner; Professorin Dr. Giovanna Morigi
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254087235

Das Zusammenspiel von Fluktuationen und nichtlinearer Dynamik spielt eine essentielle Rolle in hinreichend komplexen physikalischen Systemen. Dies führt oft auch zu so paradoxen Effekten wie durch stärkere Fluktuationen generierte kollektive spontane Selbstordnung. Das Verständnis solcher Phänomene ist eine wichtige Fragestellung der Grundlagenforschung, und ist von zentraler technologischer Relevanz zur robusten Kontrolle von mesoskopischen Systemen, die das Rückgrat zukünftiger quantentechnologischer Anwendungen bilden. Die kürzlich experimentell eindrucksvoll bestätigte Vorhersage einer spontanen, durch kohärente Lichtstreuung erzeugten, kristallinen Ordnung von ultrakalten Atomen in einem optischen Resonator hoher Güte, ermöglicht nun eine wohldefinierte und sehr gut kontrollierbare Untersuchung dieser Phänomene. Die räumlich geordneten Strukturen entstehen hier aus der nichtlinearen selektiven Verstärkung von kleinen Dichte- und Energiefluktuationen des gekoppelten Teilchen-Licht Systems. Dabei spielen Dissipation und damit unweigerlich verbundene Quantenfluktuationen eine zentrale Rolle. Dieses Projekt zielt auf ein tieferes und breiteres Verständnis der diesem Selbstordnungsvorgang zugrundeliegenden physikalischen Phänomene. Ins besonders der Übergang von klassisch thermischem Rauschen zu Quantenfluktuationen als Auslöser des Ordnungsprozesses nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt, der sich hier auch experimentell untersuchen lässt, steht im Zentrum unserer geplanten Untersuchungen. Ein entsprechend gutes Verständnis dieser Phänomene bildet die Basis für zukünftige komplexere und herausfordernde Anwendungen der Quantentechnologie wie zum Beispiel Quantensimulatoren, Quantensensoren und Präzisionsmessgeräte am Quantenlimit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich, Schweiz
• Beteiligte Personen: Dr. Ulrik Tobias Donner; Professor Dr. Helmut Ritsch