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Projekt
Ultrakalte bosonische Gase in optischen Resonatoren
Antragstellerin
Professorin Dr. Corinna Kollath
Fachliche Zuordnung
Theoretische Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung von 2016 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207383564
Ultrakalte atomische Gase, die an eine photonische Mode eines Resonators gekoppelt werde, zeigen faszinierende Eigenschaften wie zum Beispiel den Dicke Phasenübergang. Dieses ist ein selbst- organisierter Phasenübergang, bei welchem durch die Rückkopplung zwischen den Atomen und der photonischen Mode, die Atome spontan in eine Dichtewelle ordnen und die photonische Mode besetzt wird. In diesem Projekt werden wir bosonische Atome untersuchen, welche an eine photonische Mode gekoppelt sind und zusätzlich in einem optischen Gitter gefangen sind. Wir werden uns vor allem auf einen neuen Kopplungsmechanismus konzentrieren, der kürzlich vom Projektleiter und Mi- tarbeitern vorgeschlagen wurde. Wir erwarten interessante Phasen wie zum Beispiel eine Selbstord- nung von Mott-isolierenden und superflüssigen Phasen oder Meissner und Vortex Phasen, wenn ein Phasenübergang vorhanden ist.Die volle Lösung der Dynamik des kombinierten Atom-Resonator Systems ist vor allem wegen dreier Punkte sehr schwierig: (i) die stark-korrelierte Natur von wechselwirkenden bosonischen Atomen in einem optischen Gitter, (ii) die Kopplung von der örtlich ausgedehnten Resonatormode, die eine effektive langreichweitige Wechselwirkung zwischen den Atomen induzieren kann, und (iii) der dis- sipativen Natur von der Resonatormode, die durch den Verlust von Photonen aus dem Resonator durch nicht perfekte Spiegel entsteht. Wir beschreiben das gesamte und dissipative System durch eine Markovsche Mastergleichung mit einem Lindblad Dissipator. Um die auftretende Dynamik zu bestimmen, werden wir verschiedene Methoden verwenden. Die erste beruht auf einer adiabatischen Eliminierung der Resonatormode und führt auf ein effektives wechselwirkendes bosonisches Modell -mit langreichweitigen Prozessen- und einer Selbstkonsistenzgleichung. Für die Lösung der Selbstkonsistenzgleichung werden wir eine selbstkonsistente Implementierung von dem Matrixproduktzustands (MPS) Algorithmus und der Quanten-Monte-Carlo Methode einführen. Die zweite Methode beruht auf der vollen Lösung des ein-dimensionalen Systems. Die Implementierung der zeitabhängigen und dissipativen MPS für das kombinierte System ist eine der großen Herausforderungen dieses Projektes.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
