Rydberg Dressed Quantum Many-Body Systems (RyD-QMB)

Leiter: Dr. Christian Groß

Das vom Europäischen Forschungsrat mit einem Starting Grant ausgezeichnete Projekt „Rydberg Dressed Quantum Many-Body Systems (RyD-QMB)“ hat zum Ziel, zwei Forschungsfelder der Atomphysik – Rydberg-Atome und Ultrakalte Quantengase – zu vereinen, um neue Aspekte der Quanten-Vielteilchenphysik experimentell zu untersuchen. Die Besonderheit dieser Systeme liegt hierbei in der langreichweitigen Wechselwirkung zwischen den Teilchen, deren Stärke und räumliche Form experimentell kontrolliert werden können. Dies wird durch die Nutzung etablierter Methoden der Quantenoptik, insbesondere der rauscharmen Laserkopplung, ermöglicht, welche die zwischen den Rydberg-Atomen herrschenden Wechselwirkungen auf Grundzustandsatome überträgt. Diesen Vorgang bezeichnen wir auch als „Rydberg dressing“. Kombiniert mit optischen Gittern ermöglicht diese neuartige Kontrolle über dipolare Wechselwirkungen die Untersuchung exotischer Quantenmagneten, die zum Beispiel interessante topologische Eigenschaften haben oder Frustration aufweisen. Außerdem wurde die Methode des „Rydberg dressing“ vorgeschlagen, um dipolare Systeme zu verwirklichen, die auch auf den langen Zeitskalen der atomaren Bewegung Quanteneigenschaften aufweisen. Die experimentelle Realisierung dieses Regimes wird es ermöglichen, eine Fülle von aufregenden neuen Quanteneffekten in Vielteilchensystemen zu untersuchen. Beispiele hierfür sind das um langreichweitige Wechselwirkungen erweiterte Hubbard Modell in optischen Gittern oder die suprasolide Phase in homogenen Systemen.

 

Um diese Physik zu untersuchen werden wir eine neuartige experimentelle Plattform entwickeln, die sowohl Laserkopplung zu Rydberg-Zuständen mit nie dagewesener Stärke als auch den hochauflösenden Nachweis einzelner Atome im optischen Gitter ermöglicht. Damit wird ein einzigartiger und flexibler experimenteller Aufbau zur Manipulation und Detektion von Rydberg-gekoppelten Gasen geschaffen. Unser Ziel ist dabei die Quantensimulation von Systemen mit langreichweitiger Wechselwirkung.