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Projekt
FOR 5522: Quantenthermalisierung, Lokalisierung und eingeschränkte Dynamik mit wechselwirkenden ultrakalten Atomen
Fachliche Zuordnung
Physik
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499180199
Eine langjährige und faszinierende Frage der statistischen Physik besteht darin zu verstehen, wie die thermodynamische Gleichgewichtsphysik —basierend auf wenigen makroskopischen Parametern— aus der mikroskopischen Dynamik klassischer oder quantenmechanischer Systeme hervorgeht. Für geschlossene Quantensysteme ist diese Frage besonders herausfordernd, da der Formalismus zur Beschreibung von Quantenchaos und Irreversibilität derzeit noch Gegenstand der aktuellen Forschung ist. Die Entwicklung von Quantensimulatoren, allen voran wechselwirkenden ultrakalte Atome, hat in diesem Zusammenhang zu einer Zunahme der Forschungsaktivität und bahnbrechenden Experimenten geführt. Auf der Theorieseite gibt es bereits konkrete Kriterien für die ergodische Dynamik in wechselwirkenden Vielteilchensystemen und mit der sogenannten Vielteilchenlokalisierung wurde ein potenzielles Gegenbeispiel der Thermalisierung entdeckt. Von besonderem Interesse sind derzeit Systeme mit eingeschränkter Dynamik, die gleichzeitig ergodisches wie auch lokalisiertes Verhalten zeigen. Das Ziel unserer Initiative ist es, diese drei Säulen von Nichtgleichgewichtssystemen miteinander zu verbinden—ergodische Quantensysteme, Vielteilchen-Lokalisierung und Systeme mit eingeschränkter Dynamik. Insbesondere werden wir ultrakalte Atomexperimente konzipieren und durchführen, die qualitativ und quantitativ dazu dienen, offene Schlüsselfragen zu den Thermalisierungszeitskalen, der Entstehung der Hydrodynamik, der Stabilität lokalisierter Vielteilchenphasen und der Charakterisierung der entsprechenden Phasenübergänge sowie der Realisierung und Untersuchung von eingeschränkter Dynamik. Bezüglich der eingeschränkten Dynamik werden wir Hilbert-Raum-Fragmentierung, fraktonische Systeme, kinetisch eingeschränkte Modelle und Nichtgleichgewichts- dynamik in Gittereichtheorien untersuchen. Wir werden Experimente und geeignete Observablen identifizieren, um diese Fälle langsamer Dynamik unter Verwendung ultrakalter atomarer Gase im Detail zu untersuchen. Unsere Experimente umfassen bosonische Quantengas-Mikroskope, ein fermionisches Yb-Experiment, das eine Gittereichtheorie realisieren wird, und Gase mit extremen Massenungleichgewicht. Unsere theoretischen Ansätze kombinieren modernste numerische Methoden, die Theorie von Systemen mit eingeschränkter Dynamik und Vielteilchenlokalisierung, Quantenoptik und statistische Physik. Wir erwarten, dass die sehr enge Kooperation zwischen Theorie und Experiment in dieser Forschungsgruppe zu neuen Ergebnissen führen wird, die das Verständnis der Nichtgleichgewichtsdynamik wesentlich voranbringen werden. Langfristig wird unsere Forschung auf Konzepte zur Kontrolle von Thermalisierung und Nichtergodizität auswirken, und somit zur Entwicklung künstliche Quantenmaterie mit neuen Eigenschaften und Funktionalitäten beitragen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Internationaler Bezug
Großbritannien, USA
Projekte
- Eigenzustands-Thermalisierung in wechselwirkenden Quantengasen in optischen Gittern (Antragsteller Heidrich-Meisner, Fabian )
- Ergodizität durch Sachdev-Ye-Kitaev Bäder und ergodische Einschlüsse (Antragsteller Heyl, Markus Philip Ludwig ; Kehrein, Stefan ; Pollmann, Frank )
- Koordinationsfonds (Antragsteller Heidrich-Meisner, Fabian )
- Mikroskopie großskaliger bosonischer Quantengase (Antragsteller Bloch, Immanuel ; Zeiher, Johannes )
- Nicht ergodische Dynamik in flexibel einstellbaren Bose-Hubbard Modellen (Antragstellerinnen / Antragsteller Aidelsburger, Monika ; Bloch, Immanuel )
- Nichtergodische Dynamik in Gittereichtheorien (Antragstellerinnen / Antragsteller Bañuls, Mari Carmen ; Heyl, Markus Philip Ludwig ; Moessner, Roderich )
- Quantengase mit durch Zwangsbedingungen eingeschränkter Dynamik (Antragstellerinnen / Antragsteller Bañuls, Mari Carmen ; Lesanovsky, Igor )
- Quantengasmischungen mit extrem unterschiedlichen Massen (Antragsteller Groß, Christian )
- Untersuchung von nicht ergodischem Verhalten in Gittereichtheorien mit fermionischen Yb Atomen (Antragstellerin Aidelsburger, Monika )
- Von der Lokalisierung in ungeordneten Systemen zu neuen Formen der Vielteilchenlokalisierung (Antragsteller Heidrich-Meisner, Fabian ; Moessner, Roderich ; Pollmann, Frank )
