Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Physik in unserer Zeit

Ultrakalte Atome in zwei Dimensionen

Selim Jochim, Tilman Enss

Published May 1, 2016• 0 citations
Publisher

Abstract

Abstract Ultrakalte Quantengase ermöglichen es, prototypische Eigenschaften komplexer Systeme zu simulieren. Physikern an der Universität Heidelberg ist es auf diese Weise gelungen, die Zustandsgleichung ultrakalter Atome in zwei Dimensionen zu bestimmen. Mit diesem System lassen sich kontrolliert besondere Phasenübergänge untersuchen, die beispielsweise in geschichteten Materialien auftreten.

DOI
10.1002/piuz.201690044

Related papers

Phasenübergang in Quantengas aus sechs Atomen

Luca Bayha, Marvin Holten

Unserer Forschungsgruppe „Ultrakalte Quantengase“ an der Universität Heidelberg ist es gelungen, die Entstehung kollektiven Verhaltens und Anzeichen eines Phasenüberganges in einem System aus nur sechs Atomen zu beobachten.

Physik in unserer Zeit•Mar 1, 2021•0 citations

Ultrakalte Quantengase und Atomlaser

Schneider, Jens

Thema der vorliegenden Arbeit ist die Bose-Einstein-Kondensation stark verdünnter atomarer Gase. Nach einer Einführung in die Theorie solcher schwach wechselwirkender Quantengase und einer Zusammenfassung wesentlicher experimenteller Ergebnisse aus dem Gebiet der Bose-Einstein-Kondensation wird zunächst die Physik ultrakalter, in Atomfallen gefangener Fermigase diskutiert. Dieses Gebiet hat sich in den letzten Jahren parallel zu dem der kondensierten Bosegase stark entwickelt und bietet vielversprechende Möglichkeiten, Modelle wie die BCS-Theorie erstmals in fast idealen Fermigasen zu untersuchen. Es werden Ergebnisse zu den thermodynamischen Eigenschaften solcher Gase vorgestellt, die vor allem für mesoskopische Teilchenzahlen (unter 1000) relevant sind. Dabei wird insbesondere auf Schaleneffekte bei der Dichteverteilung in einer Atomfalle und bei der Wärmekapazität eingegangen. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Physik von Atomlasern diskutiert. Als "Atomlaser" bezeichnet man Systeme, die in der Lage sind, kohärente Materiewellen aus Atomen zu erzeugen. Die einem Bose-Einstein-Kondensat inhärente Kohärenz wird in Experimenten genutzt, um mittels eines kohärent arbeitenden Auskoppelmechanismus solche Atomstrahlen herzustellen. Die zugehörige Physik wird durch die so genannte Gross-Pitaevskii-Gleichung beschrieben, einer Art nichtlinearen Schrödingergleichung für die Wellenfunktionen der beteiligten Hyperfeinzustände des Bose-Einstein-Kondensats aus 87Rb-Atomen. In der vorliegenden Arbeit wurden unter anderem die Auskoppelstärke mittels analytischer und vor allem numerischer Methoden untersucht. Darüber hinaus konnten Aussagen über das zeitliche Verhalten von Atomlasern gewonnen, die mit zwei Radiofrequenzen betrieben werden. In diesem Fall wird der Atomstrahl aus zwei interferierenden Materiewellen verschiedener Energie gebildet, sodass kohärente, atomare Pulse mit makroskopischen Dimensionen auftreten. Im letzten Abschnitt wird mit der Spurafluidität ein weiterer, sehr interessanter Aspekt von kondensierten Bosegasen behandelt. Nach einer Einführung in die Bestimmung quantenstatistischer Eigenschaften von Vielteilchensystemem mithilfe von Pfadintegral-Monte-Carlo-Verfahren wird der suprafluide Anteil eines kondensierten Bosegases mit verschiedenen Approximationen berechnet. Dazu wird neben den Pfadintegralen eine auf so genannten Permutationszykeln beruhende Methode eingesetzt, mit der man die Zustandssumme von Bosonen im kanonischen Ensemble und damit auch viele andere Größen ausrechnen kann. Auf diese Weise konnte der suprafluide Anteil eines idealen Bosegases im kanonischen Ensemble erstmals vollständig quantenmechanisch exakt ermittelt werden.

•Jan 1, 2001•0 citations

Quantenteilchen unter dem Mikroskop

Stefan Kuhr

Abstract Ultrakalte Atome in einem Lichtgitter können sich wie ein Supraleiter oder ein Isolator verhalten. Physikern ist es nun gelungen, diese Vorgänge mit Hilfe eines Mikroskops Atom für Atom, Gitterplatz für Gitterplatz sichtbar zu machen. Dies ist auch für zukünftige Quantencomputer von großer Bedeutung.

Physik in unserer Zeit•Dec 30, 2010•2 citations

Ultrakalte Moleküle in Reih und Glied

Markus Deiß, Johannes Hecker Denschlag

Abstract Chemische Reaktionen können stattfinden, wenn Atome oder Moleküle miteinander stoßen. Die Reaktionsdynamik ist dabei abhängig von verschiedenen Parametern, insbesondere auch der relativen Orientierung der Kollisionspartner zueinander. Vor kurzem ist es an der Universität Ulm gelungen, ultrakalte Moleküle innerhalb eines optischen Gitters durch Rotationsanregung auszurichten und diese Ausrichtung mit einer neuartigen Methode zu vermessen. Dies ermöglicht zukünftig die Untersuchung von stereochemischen Reaktionsprozessen bei Temperaturen von unter 1 μK in einem Modellsystem, das sich durch ein Höchstmaß an Kontrolle auszeichnet.

Physik in unserer Zeit•Mar 1, 2015•0 citations

Quasiteilchen in Zeitlupe

Richard Schmidt, Michael Knap

Abstract Quasiteilchen sind fundamentale Bausteine komplexer Vielteilchensysteme. Doch welche Prozesse laufen ab, um ein Quasiteilchen zu bilden? In einer aktuellen Studie [1] ist es unserer internationalen Kooperation gelungen, die Entstehung eines Quasiteilchens in Echtzeit zu beobachten. Dazu wurden Methoden der Atomuhren auf ultrakalte Quantengase angewendet.

Physik in unserer Zeit•Jan 1, 2017•0 citations

Schreiben und Rechnen mit Atomen

Hannes Bernien, Ahmed Omran

Zusammenfassung Wir befinden uns derzeit auf dem spannenden Weg vom einzelnen Quantensystem zu gut kontrollierten, großen Quanten‐Vielteilchensystemen. Die Suche nach Systemen und Methoden, die eine solche Skalierung ermöglichen, ist eine enorme Herausforderung. Ein vielversprechender Weg sind mit optischen Pinzetten manipulierbare Atomketten. Mit einem akustooptischen Deflektor, der über einen Mix aus Radiofrequenzsignalen angesteuert wird, kann man viele optische Pinzetten in einer Reihe zugleich erzeugen. In einer Hochvakuumzelle lassen sich somit ultrakalte Atome fangen und zu einer Kette anordnen. Durch Anregung in stark polarisierbare Rydberg‐Zustände kann man die gefangenen Atome miteinander wechselwirken lassen. Die Atomketten dienen als Quantensimulatoren und erlauben es, grundlegende Effekte wie Quantenphasenübergänge zu untersuchen. Ein Ziel ist es, Quantentechnologien weiter zu entwickeln und Quantencomputer zu realisieren. Systeme mit rund 50 Quantenbits sind bereits demonstriert worden.

Physik in unserer Zeit•Sep 1, 2018•0 citations
Abstract Ultrakalte Quantengase ermöglichen es, prototypische Eigenschaften komplexer Systeme zu simulieren. Physikern an der Universität Heidelberg ist es auf diese Weise gelungen, die Zustandsgleichung ultrakalter Atome in zwei Dimensionen zu bestimmen. Mit diesem System lassen sich kontrolliert besondere Phasenübergänge untersuchen, die beispielsweise in geschichteten Materialien auftreten.
Thema der vorliegenden Arbeit ist die Bose-Einstein-Kondensation stark verdünnter atomarer Gase. Nach einer Einführung in die Theorie solcher schwach wechselwirkender Quantengase und einer Zusammenfassung wesentlicher experimenteller Ergebnisse aus dem Gebiet der Bose-Einstein-Kondensation wird zunächst die Physik ultrakalter, in Atomfallen gefangener Fermigase diskutiert. Dieses Gebiet hat sich in den letzten Jahren parallel zu dem der kondensierten Bosegase stark entwickelt und bietet vielversprechende Möglichkeiten, Modelle wie die BCS-Theorie erstmals in fast idealen Fermigasen zu untersuchen. Es werden Ergebnisse zu den thermodynamischen Eigenschaften solcher Gase vorgestellt, die vor allem für mesoskopische Teilchenzahlen (unter 1000) relevant sind. Dabei wird insbesondere auf Schaleneffekte bei der Dichteverteilung in einer Atomfalle und bei der Wärmekapazität eingegangen. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Physik von Atomlasern diskutiert. Als "Atomlaser" bezeichnet man Systeme, die in der Lage sind, kohärente Materiewellen aus Atomen zu erzeugen. Die einem Bose-Einstein-Kondensat inhärente Kohärenz wird in Experimenten genutzt, um mittels eines kohärent arbeitenden Auskoppelmechanismus solche Atomstrahlen herzustellen. Die zugehörige Physik wird durch die so genannte Gross-Pitaevskii-Gleichung beschrieben, einer Art nichtlinearen Schrödingergleichung für die Wellenfunktionen der beteiligten Hyperfeinzustände des Bose-Einstein-Kondensats aus 87Rb-Atomen. In der vorliegenden Arbeit wurden unter anderem die Auskoppelstärke mittels analytischer und vor allem numerischer Methoden untersucht. Darüber hinaus konnten Aussagen über das zeitliche Verhalten von Atomlasern gewonnen, die mit zwei Radiofrequenzen betrieben werden. In diesem Fall wird der Atomstrahl aus zwei interferierenden Materiewellen verschiedener Energie gebildet, sodass kohärente, atomare Pulse mit makroskopischen Dimensionen auftreten. Im letzten Abschnitt wird mit der Spurafluidität ein weiterer, sehr interessanter Aspekt von kondensierten Bosegasen behandelt. Nach einer Einführung in die Bestimmung quantenstatistischer Eigenschaften von Vielteilchensystemem mithilfe von Pfadintegral-Monte-Carlo-Verfahren wird der suprafluide Anteil eines kondensierten Bosegases mit verschiedenen Approximationen berechnet. Dazu wird neben den Pfadintegralen eine auf so genannten Permutationszykeln beruhende Methode eingesetzt, mit der man die Zustandssumme von Bosonen im kanonischen Ensemble und damit auch viele andere Größen ausrechnen kann. Auf diese Weise konnte der suprafluide Anteil eines idealen Bosegases im kanonischen Ensemble erstmals vollständig quantenmechanisch exakt ermittelt werden.
Abstract Chemische Reaktionen können stattfinden, wenn Atome oder Moleküle miteinander stoßen. Die Reaktionsdynamik ist dabei abhängig von verschiedenen Parametern, insbesondere auch der relativen Orientierung der Kollisionspartner zueinander. Vor kurzem ist es an der Universität Ulm gelungen, ultrakalte Moleküle innerhalb eines optischen Gitters durch Rotationsanregung auszurichten und diese Ausrichtung mit einer neuartigen Methode zu vermessen. Dies ermöglicht zukünftig die Untersuchung von stereochemischen Reaktionsprozessen bei Temperaturen von unter 1 μK in einem Modellsystem, das sich durch ein Höchstmaß an Kontrolle auszeichnet.
Zusammenfassung Wir befinden uns derzeit auf dem spannenden Weg vom einzelnen Quantensystem zu gut kontrollierten, großen Quanten‐Vielteilchensystemen. Die Suche nach Systemen und Methoden, die eine solche Skalierung ermöglichen, ist eine enorme Herausforderung. Ein vielversprechender Weg sind mit optischen Pinzetten manipulierbare Atomketten. Mit einem akustooptischen Deflektor, der über einen Mix aus Radiofrequenzsignalen angesteuert wird, kann man viele optische Pinzetten in einer Reihe zugleich erzeugen. In einer Hochvakuumzelle lassen sich somit ultrakalte Atome fangen und zu einer Kette anordnen. Durch Anregung in stark polarisierbare Rydberg‐Zustände kann man die gefangenen Atome miteinander wechselwirken lassen. Die Atomketten dienen als Quantensimulatoren und erlauben es, grundlegende Effekte wie Quantenphasenübergänge zu untersuchen. Ein Ziel ist es, Quantentechnologien weiter zu entwickeln und Quantencomputer zu realisieren. Systeme mit rund 50 Quantenbits sind bereits demonstriert worden.