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Macroscopic properties of interacting bosons: a unified approach to the Thermodynamic Challenge

Projektbeschreibung

Wie sich wechselwirkende Bosonen auf großen Skalen verhalten

Bei extrem niedrigen Temperaturen zeigen wechselwirkende Bosonen – fundamentale subatomare Teilchen – faszinierende Verhaltensweisen. Sie bilden beispielsweise kollektive Quantenzustände, die auf einer großen Skala sichtbar sind. Es wurden zwar erhebliche Fortschritte beim Verständnis dieser Systeme erzielt, ihr Verhalten in großräumigen (thermodynamischen) Grenzbereichen wurde allerdings nur unzureichend erforscht. Das ERC-finanzierte Projekt MaTCh wird untersuchen, wie korrelierte Phasen wie das Bose-Einstein-Kondensat entstehen und wie Instabilitäten aufgrund von thermischen Fluktuationen oder Teilchenwechselwirkungen entstehen. Dazu werden Forschende neue mathematische Instrumente entwickeln, die sich an den Techniken der Renormierungsgruppen orientieren, um Veränderungen physikalischer Systeme auf verschiedenen Ebenen zu untersuchen. Die vorgeschlagene Forschung könnte für das Verständnis verschiedener Phänomene in Quantensystemen fundamental sein – von der Supraleitung bis zum Quantenmagnetismus.

Ziel

Interacting bosons are unique quantum systems, whose low temperature phases exhibit fascinating quantum mechanics effects at a macroscopic scale. In the past two decades, the mathematical understanding of these systems improved tremendously. However, their behavior in the thermodynamic limit is still poorly understood, although this is the appropriate large scale limit to prove the emergence of scaling laws and universality, as well as to investigate the occurrence of phase transitions.

MaTCh aims at investigating the low energy properties of interacting bosons in the thermodynamic limit, and at gaining a mathematical understanding of the emergence of correlated phases, in the form of Bose-Einstein condensation and quasi-long range order, as well as of their instabilities, due to thermal fluctuations or three-body recombination effects of Efimov type.

Our plan is to exploit scaling limits as a framework to identify and overcome, one at a time, the mathematical obstructions that currently prevent us to control the system at finite density in the thermodynamic limit. In order to make progress on this program, MaTCh will introduce novel mathematical methods, inspired by renormalization group approaches and grounded in the second quantization techniques developed by the P.I. and collaborators, valid on an increasing sequence of scales.

Ultimately, the research led by MaTCh will lay the foundation for the rigorous description of several phenomena which are at the frontiers of present theoretical and experimental research, where collective excitations of quantum systems are described in terms of emergent Bose gases, such as in the BCS theory for superconductivity, the molecular description of strongly interacting Fermi gases, and the spin-wave theory for quantum magnetism.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2023-STG

Alle im Rahmen dieser Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen finanzierten Projekte anzeigen

Gastgebende Einrichtung

GRAN SASSO SCIENCE INSTITUTE
Netto-EU-Beitrag
€ 1 499 004,00
Adresse
VIA FRANCESCO CRISPI 7
67100 L'Aquila
Italien
Region
Sud Abruzzo L’Aquila
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 1 499 004,00

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