Quanten-Vielteilchenphysik

Quantenmagnete bilden ein konzeptionell einfaches Modellsystem, an dem sich sehr viele fundamentale Vielteilcheneffekte studieren lassen. Wir emulieren solche Quantenmagnete mit neutralen Atomen in optischen Mikrofallen, die durch Laseranregung in einen Rydberg-Zustand angeregt werden. Jedes einzelne Atom stellt einen fundamentalen Elementarmagneten dar, der klassisch zwei mögliche Ausrichtungen hat, quantenmechanisch aber auch in einer Überlagerung dieser sein kann. Durch die Anregung in den Rydberg Zustand wechselwirken die atomaren Elementarmagnete sehr stark, so dass es zur Verschränkung im System kommt und eine Vielteilchen-Beschreibung nötig wird.

Insbesondere bietet diese Herangehensweise an hohes Maß an mikroskopischer Kontrolle über das System. So können nicht nur einzelne Atome angesprochen werden, sondern die Parameter der Wechselwirkung können durch Wahl der Laserparameter kontrolliert werden. Damit lassen sich verschiedenste Quanten-Vielteilchensysteme nachstellen und zum Beispiel fundamentale Fragen der Quantendynamik weit jenseits des Gleichgewichts direkt im Labor studieren.

Ein aktueller Artikel im Physik Journal, gibt einen Überblick über einige Aspekte moderner Rydberg-Physik und auf YouTube erklärt Quantum Kate Rydberg Atome.

Unsere Experimente werden gefördert von

• dem Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Initiative Quantentechnologien,
• der Deutschen Forschungsgemeinschaft, unter anderem im Rahmen des Schwerpunktsprogramms "GiRyd",
• der Baden-Württemberg Stiftung.