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DQ-mat Forschung

Unser Verständnis von Physik entwickelt sich Hand in Hand mit Fortschritten in unserer Fähigkeit die Eigenschaften von Licht und Materie zu messen und zu kontrollieren. Isolierte Atome und Moleküle dienen schon lange als eines der am besten kontrollierbaren Systeme um fundamentale Fragen in der Physik zu studieren und zu beantworten. Die jüngsten Entwicklungen in der Metrologie, wie optische Uhren mit einer Genauigkeit von 18 Stellen und Materiewellen-Interferometer die Wellenpakete um mehrere Dezimeter trennen, demonstrieren eindrucksvoll unsere Fähigkeit die Quantendynamik von Einteilchen-Systemen zu  kontrollieren. Noch reichhaltigere Quanteneigenschaften und Anwendungen finden sich in Vielteilchen-Systeme, in denen Wechselwirkungen und Quantenkorrelationen zwischen Teilchen eine essentielle Rolle spielen.

Im Rahmen dieses SFBs wollen wir die bereits erreichte Kontrolle über Einteilchen-Systeme auf große, wechselwirkende und verschränkte Quantensysteme ausdehnen und deren Anwendung in der Metrologie erschließen. Dazu arbeiten Experten aus der Vielteilchen-Physik, der Quanteninformation, der Quantengase und der Metrologie gemeinsam an der Entwicklung neuer Methoden zur Erzeugung, Manipulation und Detektion von Quantenzuständen. Die Untersuchung dieser Zustände erlaubt es uns ein tieferes Verständnis der Quanten­eigenschaften von Vielteilchen-Systemen zu gewinnen, einer der größten Herausforderungen der modernen Physik. Die Beherrschung von Vielteilchen-Effekten zusammen mit der Entwicklung neuer Methoden und Protokolle für die Präparation und Abfrage von Quantensystemen erlauben es uns zudem die Genauigkeit und Auflösung von Quantensensoren signifikant zu verbessern. Hochgenaue Messungen mit solche optischen Uhren und Materiewellen-Interferometer der nächsten Generation ermöglichen es uns neue Bereiche für Tests fundamentaler Physik zu erschließen. Dazu gehören z.B. Fragen nach einer möglichen Änderung von Naturkonstanten, einer Verletzung fundamentaler Symmetrien in der Physik und der Kopplung von Quantensystemen an die Gravitation. Mit diesen Untersuchungen leisten wir einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Grundlagen der Physik.