Verdichtung gegen Null Kelvin
Bose-Einstein-Kondensate (BEC), die sich bei Temperaturen nahe des absoluten Nullpunkts im Universums (absolute Kelvin) bilden, sind Manifestationen eines Quanteneffekts auf einer Makroebene, die eine Testumgebung der Quantenwelt liefern. Wenn sie sich nicht in diesem Gleichgewichtsgrundzustand sondern sich bei endlicher Temperatur in seiner Nähe befinden, besteht das System aus kondensierter und nicht kondensierter Materie. Diese Systeme weisen komplexe Dynamiken auf, die von Schwankungen des Quantenzustands um den kondensierten Grundzustand abhängig sind. Die Wissenschaftler versuchten ein tieferes Verständnis für dieses Phänomen mithilfe einer EU-Finanzierung des Projekts "Number conserving approaches to Bose-Einstein condensates" (NUM2BEC) zu erreichen. Ein größeres Wissen wird den Weg für die Entwicklung von genauen nichtlinearen Interferometern (die die Welleninterferenz für Abstandsmessungen nutzen) mit einer verbesserten Empfindlichkeit weisen. Zwar gibt es gut etablierte mathematische Beschreibungen von BEC bei Null-Temperatur, doch die Beschreibung von BEC mit finiter Temperatur bleibt ein schwieriges theoretisches Problem. Dies gilt insbesondere bei niedrigen Temperaturen, wo Partikel aus dem Kondensat (Quantenverlust des Kondensats) aufgrund eines externen Antriebs herausgeschoben werden. Das Team entwickelte Bewegungsgleichungen zur Beschreibung der gekoppelten Dynamik des Kondensats und nicht-Kondensat Fraktionen, die sich ideal für solche Systeme eignen. Ferner zeigten sie, dass die qualitativen Eigenschaften der Systemdynamik bei finiter Temperatur im Vergleich zur Nulltemperatur gleich bleiben. Diese Ergebnisse wurden veröffentlicht. Die Wissenschaftler entwickelten auch Modelle von Mehrkomponenten-Kondensaten (n-Komponenten), die aus verschiedenen Zuständen, Isotopen oder Atomspezies bestehen. Durch Partitionierung der Feldoperatoren in jene für Kondensat und nicht-Kondensat für jede Komponente konnten die Forscher in sich konsistente dynamische Gleichungen liefern, die das Verhalten der einzelnen Komponenten bestimmen. Die Arbeit war eine besondere Herausforderung und führte zu drei Publikationen in referierten Fachzeitschriften. NUM2BEC Algorithmen, die komplexe Verhaltensweisen von BEC im Ungleichgewicht bei finiten Temperaturen beschreiben, haben wichtige Erkenntnisse erbracht, die eine bessere Kontrolle derartiger Systeme unterstützen sollen. Kontrolle ist der Schlüssel zu besseren Experimenten und interpretierbaren Ergebnisse. Aufbauend auf den oben genannten Ergebnissen entwickelt die Forschung jetzt Konzepte für nicht-lineare Interferometer und die Ziele befinden sich in Reichweite.