Optische Übergänge und Quanten-Engineering

In der Welt der Quantenmechanik gelten andere Gesetze als in der klassischen Physik, viele davon warten noch auf den experimentellen Nachweis. Beispielsweise können auf der mikroskopischen Raum- und Zeitskala, auf der die quantenmechanische Beschreibung unabdingbar ist, zwei Zustände nebeneinander existieren, die nach unserem Verständnis aus der makroskopischen Welt nicht kompatibel sind.

Zumindest theoretisch lassen sich diese merkwürdigen Quantenzustände durch die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie erzeugen. Ideal wäre es, die Theorie durch Untersuchung der Wechselwirkung zwischen einem Atom und einem Photon in einem geschlossenen System zu testen. Das jedoch ist nicht möglich, weil dieses Tandem nicht isoliert bestehen kann − jedenfalls nicht ohne mehrere tiefe Griffe in die Trickkiste der Physiker. Die Physiker versuchen deshalb, die Theorie an kleinen Systemgruppen wie Molekülen experimentell zu überprüfen.

Die starken gepulsten Laser, wie sie die Wissenschaftler im MAP-Cluster entwickeln, können hier bahnbrechende Erkenntnisse liefern. Durch die elektrischen und magnetischen Felder des Lichts lassen sich Atome und Moleküle steuern. Diese Kontrolle ermöglicht – so hoffen die Physiker − Antworten auf zahlreiche Fragen der Quantenphysik:

• Können die Quantenzustände von Atomen, kleinen Molekülen und Photonen erzeugt, gemessen und kontrolliert werden? Welche Eigenschaften haben diese neuen Zustände?
• Ist die Verarbeitung von Quanteninformation überhaupt möglich?
  Beschreiben die Gesetze der Quantenmechanik auch größere Moleküle, Systeme oder Systeme aus mehreren beteiligten Photonen und Elektronen?
• Wie kann Licht chemische Reaktionen auf der Ebene von Elektronen und Atomen anstoßen?
• Gibt es Messmethoden für die Bestimmung von Atomeigenschaften und Naturkonstanten?

B.2.1 | Laserfrequenzkämme und neue Grenzen der Präzisionsspektroskopie

B.2.2 | Quantenoptische Kontrolle kalter polarer Moleküle

B.2.3 | Quanten-Engineering mit ultrakalten Fermionen

B.2.4 | Dekohärenz und Phasendiffusion im Mikromaserfeld

B.2.5 | Vielteilige Verschränkung in quantenoptischen Systemen

In der Welt der Quantenmechanik gelten andere Gesetze als in der klassischen Physik, viele davon warten noch auf den experimentellen Nachweis. Beispielsweise können auf der mikroskopischen Raum- und Zeitskala, auf der die quantenmechanische Beschreibung unabdingbar ist, zwei Zustände nebeneinander existieren, die nach unserem Verständnis aus der makroskopischen Welt nicht kompatibel sind.

Zumindest theoretisch lassen sich diese merkwürdigen Quantenzustände durch die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie erzeugen. Ideal wäre es, die Theorie durch Untersuchung der Wechselwirkung zwischen einem Atom und einem Photon in einem geschlossenen System zu testen. Das jedoch ist nicht möglich, weil dieses Tandem nicht isoliert bestehen kann − jedenfalls nicht ohne mehrere tiefe Griffe in die Trickkiste der Physiker. Die Physiker versuchen deshalb, die Theorie an kleinen Systemgruppen wie Molekülen experimentell zu überprüfen.

Die starken gepulsten Laser, wie sie die Wissenschaftler im MAP-Cluster entwickeln, können hier bahnbrechende Erkenntnisse liefern. Durch die elektrischen und magnetischen Felder des Lichts lassen sich Atome und Moleküle steuern. Diese Kontrolle ermöglicht – so hoffen die Physiker − Antworten auf zahlreiche Fragen der Quantenphysik:

• Können die Quantenzustände von Atomen, kleinen Molekülen und Photonen erzeugt, gemessen und kontrolliert werden? Welche Eigenschaften haben diese neuen Zustände?
• Ist die Verarbeitung von Quanteninformation überhaupt möglich?
  Beschreiben die Gesetze der Quantenmechanik auch größere Moleküle, Systeme oder Systeme aus mehreren beteiligten Photonen und Elektronen?
• Wie kann Licht chemische Reaktionen auf der Ebene von Elektronen und Atomen anstoßen?
• Gibt es Messmethoden für die Bestimmung von Atomeigenschaften und Naturkonstanten?