Einzelne Rydberg-Atome und Ionen in ultrakalter Quantenmaterie

• Antragsteller: Professor Dr. Tilman Pfau
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316184878

Dieses Projekt ist der Einbettung einzelner Rydberg-Atome in bosonischen und fermionischen Quantengasen mit bisher unerreichter räumlicher und zeitlicher Kontrolle gewidmet, mit demZiel Quantenstreuung und Transportphänomene in hybriden Atom-Ion Systemen zu untersuchen sowie neue Methoden zur Vermessung von Quantenkorrelationen in wechselwirkenden Vielteilchensystemen zu entwickeln. Dies wird mit einem während der ersten GiRyd- Förderperiode entwickelten Ionen-Mikroskops realisiert, welches uns räumlich und zeitlich aufgelöste Messungen von Rydberg-Atomenund Ionen in Rb und Li Quantengasen erlaubt. Kontrollierte Erzeugung einzelner Atome, welche als Startpunkt für die folgenden Experimente dienen, wird mittels starker Rydberg-Blockade erreicht. Im ersten Teil des Projekts untersuchen wir Stöße zwischen Atomen und Ionen mit dem zentralen Ziel, Streuung im bisher unerreichten Quantenregime ultrakalter Temperaturen zu beobachten. Li ist wegen seiner geringen Masse ein besonders geeignetes Element um dasreine s-Wellen Streuregime zu erreichen für welches nur noch eine Partialwelle beiträgt. Unser Ionen-Mikroskop soll die räumlich und zeitlich aufgelöste Untersuchung einzelner Streuprozesse in diesem Regime ermöglichen. Die Startbedingung für den Streuprozess bildetein einzelnes ultra-langreichweitiges Rydberg-Molekül. Nach der Untersuchung von Zwei-Körper-Streuung widmen wir uns Drei-Körper-Prozessen, deren Verständnis entscheidend sein wird fürweitere Studien einzelner Ionen eingebettet in einem Vielteilchen-Quantensystem. In diesem Zusammenhang werden wir uns vor allem mit Transporteigenschaften ionischer Fehlstellen in ultrakalter Quantenmaterie beschäftigen. Ziel des zweiten Projektteils ist es,ultra-langreichweitige Rydberg-Moleküle als neuartige mikroskopische Sensoren für räumliche Quantenkorrelationen einzusetzen. Dazu werden wir unsere bisherigen Experimente mit Rydberg-Atomen in einem Bose-Einstein Kondensat auf entartete Fermi-Gase erweitern.Aufgrund der vergleichbaren Längenskalen von Fermi-Korrelationen und der molekularen Bindungslänge erwarten wir Signaturen der Quantenkorrelationen in den zugänglichen Rydberg-Molekül Spektren. Im stark wechselwirkenden Regime sind die vergleichbaren Längenskalen der Rydberg-Moleküle und des universellen Feshbach Dimers ein weiterer interessanter Aspekt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1929: Giant Interactions in Rydberg Systems (GiRyd)
• Großgeräte: frequency doubling stage
• Gerätegruppe: 5770 Lichtmodulatoren, Elektrooptik, Magnetooptik
• Mitverantwortlich: Florian Meinert, Ph.D.