Arbeitsgruppe Prof. Widera

Ultrakalte fermionische Quantengase

Ultrakalte Fermionische Gase sind ein hervorragendes Modellsystem, um komplexe Phänomene der Quantenphysik – wie z.B. Supraleitung in Festkörpern – in einer sehr kontrollierten Umgebung experimentell zu untersuchen. Das Ziel unseres Projektes ist es besser zu verstehen, wie sich verschiedene supraflüssige Zustände von Fermionen in extern und dynamisch kontrollierten Umgebungen verhalten. Insbesondere sind wir daran interessiert zu verstehen, wie Verunreinigungen es erlauben, die Eigenschaften einer Quantenflüssigkeit zu manipulieren.

Kühlen und Fangen von Atomen

Mit Hilfe von Laserstrahlung lassen sich Atome fangen, manipulieren und auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abkühlen. Für die präzise Kontrolle der Strahleigenschaften werden aufwändige optische Aufbauten benötigt. Alle Experimente finden innerhalb einer Ultrahochvakuumkammer statt, welche die kalten Gase von der Umgebung isoliert.

Suprafluide im Labor

Bei ultrakalten Temperaturen kleiner als ein Millionstel Grad Celsius über dem absoluten Temperaturnullpunkt beherrschen Quanteneffekte das Verhalten der kalten Atome. Wir sind insbesondere an sogenannten Suprafluiden interessiert. Das sind Flüssigkeiten, die ohne Reibung fließen können. Ein solches Verhalten sieht man beispielsweise in Supraleitern, die elektrischen Strom verlustfrei leiten können. 

Kontrollierte Wechselwirkung

Durch starke Magnetfelder können wir die Wechselwirkung zwischen den ultrakalten Atomen manipulieren und zwischen Anziehung und Abstoßung umschalten. Das ermöglicht unter anderem die Beobachtung des Übergangs von einem Suprafluid wie in einem Supraleiter zu einem molekularen Bose-Einstein Kondensat.

Verhalten in ungeordneten Potentialen

Die meisten physikalischen Systeme sind nicht so perfekt, wie oft in Modellen angenommen wird, sondern ungeordnet. Das kann dramatische Auswirkungen haben, wie das Phänomen der Anderson-Lokalisierung zeigt: Übersteigt der Grad der Unordnung eine Schwelle, können Teilchen sich nicht mehr bewegen, sondern werden an einem Ort lokalisiert. Diesen Effekt wollen wir untersuchen, indem wir das fermionische Quantengas einer ungeordneten Potentiallandschaft aussetzen und beispielsweise Transporteigenschaften untersuchen.

Experimentell untersuchen wir dazu die Wechselwirkung des Fermigases mit verschiedenen Potentiallandschaften, die durch externe Lichtfelder und/oder eine weitere atomare Spezies erzeugt werden können.

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