Charakterisierung von kollidierenden Atomwolken
Bose-Einstein-Kondensate (BEC) sind eine einzigartige Form von Materie, ein fünftes Element nach festem, flüssigen, gasförmigen und hoch energetischen Plasma. Diese künstlichen, ultrakalten Atomwolken sind das Kälteste, was im Universum existiert. Sie werden gebildet, wenn sich separate Atome, die auf den nahezu absoluten Nullpunkt gekühlt werden, zu einer quantenmechanischen Entität verbinden. Sie verhalten sich dann wie einzelne kohärente Materienwelle mit bemerkenswerten Eigenschaften. Einstein hat die Existenz derartiger Formen von Materie 1924 basierend auf den Formulierungen des indischen Wissenschaftlers Bose vorhergesagt. Das erste BEC wurde jedoch erst 1995 realisiert, was für die verantwortlichen Wissenschaftler 2001 zu einem Nobelpreis in Physik geführt hat. Während der letzten 20 Jahre hat sich die Forschung des Verhaltens von BEC enorm erweitert, was zu potenziellen Anwendungen für die Bildgebung, Quantenspeicher und hochempfindliche Messinstrumentierung geführt hat. Wenige Studien haben jedoch eine Vielzahl an Parametern in einer Vielzahl an Situationen systematisch variiert, um ausführliche Kenntnisse des dynamischen Verhaltens von BEC zu generieren. Das EU-finanzierte Projekt "Characterisation of the basic elements of BEC dynamics beyond mean-field" (QUANTUMDYNAMICS) hat mit umfassenden und ausführlichen Beschreibungen und Methoden die Tür für neue Forschungsrichtungen geöffnet. Die Wissenschaftler haben sich auf die Atome konzentriert, die aus dem Kondensat ausgestoßen wurden, um eine Quelle von korrelierten Quantum- und verschränkten massiven Partikeln zu erhalten. Sie haben Situationen wie die Kollisionen von BEC und Interaktionen mit Hindernissen und Vortizes evaluiert. Die Forscher haben erfolgreich quantitative Karten des Verhaltens als eine Funktion von grundlegenden, interessierenden Parametern mit wichtigen Konsequenzen für das Design neuer Experimente erhalten. Außerdem haben die Wissenschaftler neuartige numerische Simulationsmethoden entwickelt. Einige dieser Methoden wurden im laufenden Experiment zum metastabilen Helium eingesetzt und zeigten stark, nicht-klassische Korrelationen in Atompaaren, die aus BEC-Kollisionen ausgestoßen werden. Die Ergebnisse erweitern die umwälzenden Quantumoptik-Experimente von vor mehreren Jahrzehnten zu nicht-klassischen Lichtfeldern und Photonen zu massiven Atomen. BEC-Experimente und -Anwendungen florieren. Die im Rahmen des Projekts "QUANTUMDYNAMICS" entwickelten Methoden und Ergebnisse sind für das Feld wegweisend und erhöhen die Erkenntnisstärke in der Community der Physik für kondensierte Materie.
