Quanten-Vielteilchensysteme stehen im Mittelpunkt des aktuellen Interesses sowohl der experimentellen als auch der theoretischen Physik, da ein besseres Verständnis dieser Systeme ein großes Potenzial für Technologie und Anwendungen birgt. In naher Zukunft könnten Tischquellen für kohärentes Röntgenlicht aus stark angetriebenen Gasen von Atomen verfügbar werden. Hochpräzise Gravimeter, die die Kohärenz von Materiewellen nutzen, werden derzeit gebaut. Die Petahertz-Elektronik, die auf dem Antrieb von Strömen in Dielektrika durch Femtosekunden-Laserpulse beruht, ist in Reichweite. All diesen Anwendungen ist gemeinsam, dass die zugrundeliegenden Effekte auf Nichtgleichgewichts-Quantenmaterie zurückgehen oder diese ausnutzen. Es werden viele neue experimentelle Instrumente entwickelt, die eine noch nie dagewesene Ansteuerung ermöglichen, z. B. durch starke und ultrakurze Laserpulse, durch bichromatische Felder oder durch strukturiertes Licht, und die zur Erforschung neuer Effekte und Anwendungen eingesetzt werden.

Exakte Beschreibung nicht möglich

Gleichzeitig bleiben die theoretischen Werkzeuge zur Beschreibung dieser Systeme hinter denen zurück, die für ruhende Systeme verfügbar sind. In unserer Forschung gehen wir genau diese Diskrepanz an. Wir verwenden und entwickeln neue theoretische Ansätze zur Beschreibung von Quantensystemen außerhalb des Gleichgewichts. Ausgangspunkt unserer Untersuchungen zur Quantenmaterie außerhalb des Gleichgewichts ist die zeitabhängige Schrödinger-Gleichung für viele Körper. Die Komplexität dieser Gleichung steigt exponentiell mit der Anzahl der Teilchen im System. Sie kann daher nur für die einfachsten Systeme, die aus wenigen Teilchen bestehen, numerisch exakt gelöst werden. Eine einfache Schätzung zeigt, dass die Speicherung der Wellenfunktion z. B. des Lithiumatoms mit angemessener Auflösung die Speicherkapazität heutiger Supercomputer übersteigen würde, ganz zu schweigen von der Durchführung von Berechnungen mit ihr. Eine Möglichkeit zur Umgehung besteht darin, die Wellenfunktion zu vermeiden und ein reduziertes Objekt wie die Teilchendichte zu verwenden. Die zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie z. B. folgt dieser Linie, indem sie die Teilchendichte als grundlegendes Objekt verwendet. Sie leidet jedoch unter unbekannten Energiefunktionen, da Quantenkorrelationen nicht einfach berücksichtigt werden können. Wir haben einen zeitabhängigen Quanten-Vielteilchenansatz entwickelt, der stattdessen die reduzierte Zweiteilchen-Dichtematrix verwendet. Auf diese Weise werden alle Zwei-Teilchen-Korrelationen einbezogen. Da alle fundamentalen Wechselwirkungen als paarweise Wechselwirkungen betrachtet werden können, sind die Zweikörper-Korrelationen die wichtigsten. Mit der neuen Methode konnten wir eine Vielzahl von Problemen lösen, die von der Mehrelektronendynamik von Atomen, die von starken und ultrakurzen Impulsen angetrieben werden, bis hin zur Dynamik von ultrakalten Atomen in optischen Gittern reichen.

Publikationen

I. Hunger-Brezinova, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster