Record #339790 - GSI Repository

DFG project G:(GEPRIS)499180199

FOR 5522: Quantenthermalisierung, Lokalisierung und eingeschränkte Dynamik mit wechselwirkenden ultrakalten Atomen

Coordinator	Professor Dr. Fabian Heidrich-Meisner
Grant period	2023 -
Funding body	Deutsche Forschungsgemeinschaft
	DFG
Identifier	G:(GEPRIS)499180199

Note: 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.

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Record created 2023-06-05, last modified 2024-09-28

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