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Research Area B - Quantenmetrologie zum Test physikalischer Grundlagen

Das Hauptziel von RA B ist die Gestaltung von quantenkorrelierten Einzel- und Mehrteilchenzuständen, um die Leistungsfähigkeit moderner Messinstrumente wie Uhren und Materiewellen-Interferometern zu verbessern und deren verbesserte Auflösung und Empfindlichkeit auszunutzen, um die Physik über das Standardmodell hinaus zu erforschen. Wir zeigen den Betrieb von Atominterferometern bis zu 16 dB unterhalb der Standardquantengrenze und Materie-Wellen-Interferometer mit Wellenpaket-Trennungen von Metern, die für Sekunden untersucht werden, und zeigen ihre Nützlichkeit für die Inertial-Erfassung und in Atomuhren. Wir bauen Multi-Ensemble Optische Uhren mit Ungenauigkeiten von besser als 10-18 und Instabilitäten, die sich nach 1s Integrationszeit 10-17 nähern, mit Korrelationen zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses und zur Unterdrückung von systematischen Auswirkungen. Durch die Erweiterung der Quanten-Atom-Optik-Toolbox auf exotischere Systeme wie (Anti-)Protonen, Kerne und Moleküle können wir hochgenaue Frequenzvergleiche zwischen neuartigen Systemen durchführen. Eine genaue Spektroskopie solcher Systeme ermöglicht es uns, die gegenwärtigen Grenzen bei Verletzungen der CPT-Symmetrie zu erweitern, bei Verletzungen der lokalen Lorentz-Invarianz und bei einer möglichen Variation der Feinstrukturkonstanten α oder des Elektron-zu-Proton-Massenverhältnisses μ = me/mp um mindestens zwei Größenordnungen zu verbessern, und eventuell astrophysische Beobachtungen besser zu erklären. Darüber hinaus entwickeln wir eine Quantenversion des Äquivalenzprinzips und erforschen mögliche nicht-triviale Effekte der Schwerkraft auf ausgedehnte Quantenobjekte.

Projekte in Research Area B

B01 Verschränkte neutrale Atome für Interferometrie jenseits des Standard-Quanten-Limits

 

Leitung:

Carsten Klempt, Luis Santos, Wolfgang Ertmer

Bearbeitung:

Polina Feldmann, Jiao Geng, Andreas Hüper, Jan Peise, Cebrail Pür

Kurzbeschreibung:

In diesem Projekt wird metrologisch nutzbare Verschränkung mit Hilfe von Spin-abhängigen Wechselwirkungen in einem Bose-Einstein-Kondensat erzeugt.

 

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B02 Quanten-optimierte optische Gitteruhren

 

Leitung:

Uwe Sterr, Christian Lisdat

Bearbeitung:

Ali Al-Masoudi, Sören Dörscher, Matthias Misera, Andre Uhde

Kurzbeschreibung:

Das Projekt hat zum Ziel, optische Gitteruhren zu verbessern.

 

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B03 Multi-Ionenspektroskopie für optische Uhren

 

Leitung:

Tanja Mehlstäubler, Piet Schmidt

Bearbeitung:

Alexandre Didier, Stephan Hannig, Dimitri Kalincev, Steven King, Johannes Kramer, Andre Kulosa, Tabea Nordmann, Lennart Pelzer, Nils Scharnhorst, Mariia Stepanova

Kurzbeschreibung:

In Projekt B03 wird die Nutzbarmachung von Multi-Ionen/Multi-Spezies-Systemen für die Präzisionsspektroskopie, optische Uhren und der Suche nach neuer Physik jenseits des Standardmodells untersucht.

 

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B04 Kohärente Anregung eines Atomkerns

 

Leitung:

Ekkehard Peik

Bearbeitung:

Walter Dickmann, Nils Huntemann, David-Marcel Meier, Maksim Okhapkin, Christian Tamm, Johannes Thielking

Kurzbeschreibung:

Mit gespeicherten Thorium-Ionen soll die Laseranregung und die Fluoreszenz des Kerns in Kopplung an die Elektronenhülle in sogenannten elektronischen Brückenprozessen untersucht werden.

 

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B05 Quantenmanipulation von Molekülionen für die Präzisionsspektroskopie

 

Leitung:

Piet O. Schmidt

Bearbeitung:

Jan Christoph Hein, Chunyan Shi, Fabian Wolf

Kurzbeschreibung:

Im Rahmen dieses Projekts sollen neue Verfahren zur Zustandspräparation und Detektion basierend auf Quantenlogik-Techniken entwickelt werden.

 

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B06 Quantenmetrologie mit gefangenen (Anti-)Protonen

 

Leitung:

Christian Ospelkaus

Bearbeitung:

Juan Manuel Cornejo-Garcia, Teresa Meiners, Johannes Mielke, Malte Niemann, Anna-Greta Paschke

Kurzbeschreibung:

Wir entwickeln neuartige laserbasierte und von Methoden der Quantenlogik inspirierte Kühl- und Detektionstechniken für Präzisionsexperimente mit einzelnen (Anti-)Protonen.

 

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B07 Makroskopisch delokalisierte Quantenzustände der Materie

 

Leitung:

Ernst M. Rasel

Bearbeitung:

Sven Hermann, Sina Leon Loriani Fard, Christian Meiners, Dennis Schlippert, Dorothee Tell, Etienne Wodey

Kurzbeschreibung:

Dieses Projekt wird Konzepte für Quantenuhren und Materiewelleninterferometer mit makroskopisch delokalisierten Wellenpaketen untersuchen, die für die notwendigen Sensitivitäten in künftigen Gravitationswellendetektoren grundlegend sind.

 

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B08 Quantendynamik unter Gravitation

 

Leitung:

Domenico Giulini, Claus Lämmerzahl

Bearbeitung:

Philip Schwartz

Kurzbeschreibung:

Wir untersuchen aus theoretischer Sicht das Problem, wie sich ein allgemeines (Einstein'sches) Gravitationsfeld auf die Dynamik von Quantensystemen auswirkt.

 

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B09 Yb+ Einzelionenuhr

 

Leitung:

Ekkehard Peik

Bearbeitung:

Christian Tamm, Nils Huntemann

 

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