T1 Nichtgleichgewichtsphasenübergänge und kollektive Dynamik getrieben-dissipativer atomarer Flüssigkeiten

• Antragsteller: Dr. Iacopo Carusotto
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521530974

In diesem Projekt planen wir die Entwicklung einer Theorie des stationären Nichtgleichgewichtszustands und der Vielkörperdynamik stark wechselwirkender atomarer Gase unter der kombinierten Wirkung von maßgeschneiderten Atominjektions- und -verlustprozessen. Langfristig verfolgt unsere Theorie zwei Ziele: Einerseits wird sie als theoretische Unterstützung und Orientierung für die experimentellen Bemühungen unserer Partnergruppen um die getrieben-dissipative Stabilisierung stark korrelierter und topologischer Materiezustände, insbesondere fraktionaler Quanten-Hall-Zustände (FQH), dienen. Andererseits wird sie die neuartigen Merkmale der Vielteilchen- und kollektiven Eigenschaften des Atomgases beleuchten, die sich aus ihrer getrieben-dissipativen Natur ergeben. Auf der Grundlage unserer jahrzehntelangen Erfahrung in der theoretischen Untersuchung getrieben-dissipativer Quantenflüssigkeiten des Lichts werden wir untersuchen, wie eine energie- oder winkelselektive Injektion von Atomen aus einem atomaren Reservoir, das sich entweder in einem thermischen oder in einem Bose-Einstein-kondensierten Zustand befindet, mittels maßgeschneiderter HF-, Mikrowellen- oder optischer Übergänge mit geeignet gestalteten Zwei- oder Dreikörper-Atomverlustprozessen kombiniert werden kann, um mesoskopische FQH-Zustände in einer rotierenden Atomwolke zu stabilisieren. Wir werden den Nichtgleichgewichtszustand charakterisieren, der sich aus dem dynamischen Gleichgewicht von Injektion und Verlusten ergibt, und wir werden beobachtbare Größen charakterisieren, die helfen können, Informationen über seine mikroskopische Natur und insbesondere über seine Vielteilchentopologie zu erhalten. Solche Beobachtungsgrößen können von der Reaktion der Atomwolke auf zusätzliche externe Störungen und Fallenverformungen bis hin zur Messung der Korrelationseigenschaften von Quantenfluktuationen und thermischem Rauschen reichen. Besonderes Augenmerk wird auf die Identifizierung von Signaturen der getrieben-dissipativen Umgebung in der Dispersionsrelation von kollektiven Anregungen, insbesondere der Randmoden der fraktionalen Quanten-Hall-Wolke, gelegt. Unsere Berechnungen werden die Vielkörpertechniken für Nicht-Gleichgewichtssysteme nutzen, die das BEC-Zentrum im Laufe der Jahre im Zusammenhang mit Quantenflüssigkeiten des Lichts entwickelt hat. Diese Techniken werden mit den hochentwickelten Master-Gleichungsansätzen kombiniert, die von unseren Partner-Theoretikergruppen entwickelt werden. Unsere Charakterisierung der kollektiven Reaktion von fraktionierten Quanten-Hall-Zuständen wird von der Expertise unserer Partner in elektronischen FQH-Systemen und in verrauschten Luttinger-Flüssigkeiten profitieren. Im Gegenzug werden wir ihnen kontinuierliche Unterstützung bei der Untersuchung der kollektiven Dynamik anderer Nichtgleichgewichtszustände der Materie bieten, die von unseren experimentellen Partnern realisiert werden, insbesondere Nichtgleichgewichtskondensate und kristallisierte Zustände.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5688: Getrieben-dissipative Vielteilchensysteme ultrakalter Atome
• Internationaler Bezug: Italien