Unsere Gruppe führt Experimente zu folgenden Themen durch: Thermodynamik des Lichts, wie Bose-Einstein-Kondensation von Photonen in Mikrokavitäten, und die Statistik und Dynamik von Photonen in maßgeschneiderten Potentialen. Außerdem untersuchen wir die Topologie und die Quantensimulation mit ultrakalten atomaren Gasen.
Wir sind immer auf der Suche nach Bachelor-, Master- und PhD-Studenten sowie Postdocs. Für weitere Informationen, siehe hier.
Das die physikalische Dimension einen großen Einfluss auf physikalische Gesetze hat ist seit langem bekannt. In einer Dimension sagt das Hohenberg-Mermin-Wagner Theorem voraus, dass unter bestimmten Umständen keine langreichweitige Ordnung entstehen kann, da die thermischen Fluktuationen das System immer wieder in die Unordnung treiben. Doch was passiert beim Übergang von zwei Dimensionen zu einer? Diesen Crossover haben wir zusammen mit Kollegen der RPTU Kaiserslautern-Landau in einem Gas aus Photonen untersucht.
Photonen in einem Potenzial aus ringförmig angeordneten Minima können die hybridisierten Zustände dieses Rings besetzen. Der Grundzustand eines solchen Rings ist dabei die symmetrische Superposition der Eigenmoden der einzelnen "Töpfchen", also ein ausgeschmierter ringförmiger Zustand. Uns ist es nun erstmals gelungen, durch Kühlung mit Hilfe eines Farbstoffbades Photonen direkt in den Grundzustand des Systems zu kondensieren und die Phasenkohärenz des Zustands zu verifizieren. Die Ergebnisse sind in Physical Review Letters erschienen.
Die Initiative „Pioniervorhaben – Explorationen des unbekannten Unbekannten“ der VolkswagenStiftung fördert risikobehaftete Projekte, die im Erfolgsfall große Durchbrüche in der Grundlagenforschung liefern – aber auch ihre Ziele verfehlen können. Unter den auserwählten Pioniervorhaben ist eine Kooperation von uns mit Alexander Pawlis vom Forschungszentrum Jülich. Gemeinsam wollen wir photonische Kondensate als Plattform für Quantensimulationen weiterentwickeln.
Das Quanten-Rabimodell beschreibt die Kopplung eines Zweiniveausystems an eine bosonische Mode, ein Beispiel ist die Kopplung eines Atoms an eine Mode des Lichtfeldes. Wird die Kopplung stärker als die Eigenfrequenzen des Systems erwartet man neue Effekte, zum Beispiel einen Kollaps gefolgt von einem Revival des Anfangszustands. In optischen Systemen lässt sich dieses Regime nicht erreichen, mit kalten Atomen lässt sich dieser Bereich aber simulieren. Dieses in Zusammenarbeit mit unseren Theoriekollegen aus Bilbao vorgeschlagene System haben wir erfolgreich im Labor realisiert.
Forschung
Erbium-Experiment: Topologie mit ultrakalten Atomen
Rubidium-Experiment:
Quantensimulation
Ultradichte Gase: Laserkühlung & Spektroskopie
Spektroskopie von Gasen unter hohem Druck: Neuartige Lichtquellen im VUV
Bose-Einstein-Kondensation von Photonen: Statistische Physik
