Die Zähmung der nichtlinearen Wellen
Die meisten natürlichen Systeme sind nichtlinear und werden mit Hilfe von nichtlinearen Gleichungssystemen modelliert. Der wesentliche Unterschied zwischen linearen und nichtlinearen Systemen besteht darin, dass erstere einem einfachen Superpositionsprinzip genügen. Dieses Überlagerungsprinzip ermöglicht, dass die Lösung der linearen Systeme in Stücke zerlegt wird, die unabhängig voneinander gelöst werden können. Ungeachtet der Schwierigkeiten durch das fehlende Superpositionsprinzip hat nun das Projektteam von 'Nonlinearity management of atomic and optical systems' (NOMATOS) erhebliche Fortschritte bei der Lösung von nichtlinearen Systemen vorzuweisen. Ihre Forschungsarbeit startete mit nichtlinearen Effekten in Wellenleitern. Wie es die Bezeichnung schon ahnen lässt, leiten Wellenleiter Informationen in Form von elektromagnetischen Wellen zwischen zwei Punkten in Telekommunikationsnetzen. Die NOMATOS Forscher wandten sich im Folgenden Materiewellen in Wolken aus Bose-Einstein-Kondensaten zu. Ein Bose-Einstein-Kondensat stellt die 'klassischste' Form der Materiewellen dar, ebenso wie ein optischer Laser die klassischste Form elektromagnetischer Wellen emittiert. Es gibt keine gewöhnlichen Worte, um sie zu beschreiben, da sie aus der Quantenwelt stammen. Sie werden von Objekten gebildet, die sich sowohl wie Teilchen als auch wie Wellen verhalten. Diese seltsame Dualität wird durch Schrödinger-Gleichungen beschrieben. Die NOMATOS-Forscher führten ein System aus nichtlinearen Schrödinger-Gleichungen ein, wobei dieses Modell in einem Bose-Einstein-Kondensat realisiert werden kann. Sie ermittelten Regionen der Stabilität für diskrete symmetrische Solitonen. Die Existenz mehrerer Typen von sich solitär fortbewegenden Wellen, die Lösungen der nichtlinearen Schrödinger-Gleichungen darstellen, konnte demonstriert werden. Diese traten als einheitliche bis hin zu sehr fragmentierten Ketten aus Solitonen auf. Zudem stellten die NOMATOS-Forscher fest, dass eine lokale Dissipation der Wellenenergie ein wirksames Instrument zum Handhaben von Solitonenwellen sein kann. Diese Erkenntnisse wurden in internationalen wissenschaftlichen Fachjournalen veröffentlicht und eröffnen neue Forschungslinien der nichtlinearen Physik. Die gemeinsamen Publikationen sind überdies ein Beweis der erfolgreichen Vernetzung, die mit Mitgliedern der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft etabliert wurde.