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. 

Dr. Julian Schmitt vom Institut für Angewandte Physik erhielt den Wissenschaftspreis 2024 des Industrie-Clubs Düsseldorf für seine herausragenden Untersuchungen an Quantengasen von Photonen, die einerseits grundlagenwissenschaftlich das Verständnis von Quantenzuständen erweitern, andererseits technologisch neue Komponenten für die Sensorik oder Kontrolle von Laserstrahlen hervorbringen können.

Dr. Julian Schmitt vom Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn erhielt den Rudolf-Kaiser-Preis 2023 - einen der renommiertesten deutschen Preise für Nachwuchswissenschaftler auf dem Gebiet der Physik. 

Ein weiterer wichtiger Schritt auf dem Weg zum Kondensat aus VUV-Photonen wurde erfolgreich gezeigt.

Unser Paper "Quantum Rabi dynamics of trapped atoms far in the deep strong coupling regime" ist in der Zeitschrift Nature Communications erschienen. Wir berichten dabei über eine Studie zur ultrastarken Kopplung zwischen zwei mechanischen Moden von gefangenen kalten Atomen im Quanten-Rabi-Bereich. Mit Hilfe eines neuartigen experimentellen Schemas erreichen wir eine Rabi-Kopplung in Höhe der 6,5-fachen Feldmodenfrequenz, so dass der Kopplungsterm zum ersten Mal deutlich über alle anderen Energieskalen dominiert.

Die großkanonische Kopplung von Photonen an ein Bad aus Farbstoffmolekülen führt zu einer Fluktuation der Teilchenzahl. Nach dem Fluktuations-Dissipations-Theorem ist diese Fluktuation mit der "Viskosität" des Photonengases verknüpft. In unserem Experiment ist es uns zum ersten Mal gelungen, das Theorem für ein Bose-Einstein kondensiertes GAs nachzuweisen.

Unsere Gruppenmitglieder Steffi Moll und Niels Wolf stellten in Regensburg Experimente zu den Grundlagen der Quantenphysik vor.