Theoretische Quantenoptik

Exploiting quantum optics for sensing and fundamental questions.

Die Arbeitsgruppe Theoretische Quantenoptik am Institut für Angewandte Physik der TU Darmstadt untersucht theoretisch die Quanteneigenschaften von Licht, Materie und deren Wechselwirkung. Unsere Forschung konzentriert sich auf quantenmechanische Tests fundamentaler Physik sowie auf die Entwicklung von Quantentechnologien für Sensorik und Metrologie. Hochpräzise Messungen der Schwerkraft führen uns an die Schnittstelle zweier Felder, nämlich der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie, und manchmal sogar in den Weltraum. Unsere Interessen reichen von Quantengasen bis zur Atomoptik, von nichtlinearen quantenoptischen Effekten bis zur Atominterferometrie und von der Quantenmetrologie bis zur Inertialsensorik. Obwohl wir an theoretischer und fundamentaler Physik arbeiten, bemühen wir uns, Verbindungen zur experimentellen Realität nicht zu verlieren.

Aktuelle Entwicklungen bei großskaligen Quantendetektoren

Atominterferometrie ist ein sich rasch entwickelnder Forschungsfeld an der Schnittstelle zwischen Anwendungen und Grundlagenphysik. Schon heute übersteigen einige Aufbauten die Dimensionen von typischen Laborexperimenten. Noch größere Quantensensoren auf der 100- oder 1000-Meter-Skala sind geplant, um bestehende Gravitationswellendetektoren oder die laufende Suche nach dunkler Materie zu ergänzen. Die Arbeitsgruppe Theoretische Quantenoptik an der TU Darmstadt leistet zusammen mit ihren Partnern einen aktiven Beitrag zu diesen Bemühungen und hat mehrere Beiträge in einer Sonderausgabe veröffentlicht, die diesem Thema gewidmet ist, um institutionelle Unterstützung für internationale Projekte und Kooperationen zu erhalten. In diesem Zusammenhang haben wir die atomoptische Manipulation der Atome in solchen Sensoren untersucht, verschiedene Designs von Detektoren für dunkle Materie verglichen und Ideen entwickelt, wie man die Dimensionen der geplanten Detektoren optimal ausnutzen kann. Unsere Ideen wurden in einem kurzen populärwissenschaftlichen Artikel in Scilight 2024, 041108 (2024) vorgestellt und als Editor's Pick von AVS Quantum Science hervorgehoben.

Nobelpreis für Physik 2023

Wir beglückwünschen Pierre Agostini, Ferenc Krausz und Anne L’Huillier zum Erhalt des Nobelpreises für Physik 2023 „für experimentelle Methoden, die Attosekunden-Lichtimpulse zur Untersuchung der Dynamik von Elektronen in Materie erzeugen”.

Solche Pulse werden oft zur Realisierung von Attosekunden-Uhren verwendet, die es ermöglichen, den Einfluss der Zeit bei Tunnelprozessen zu untersuchen. Diese Konzepte stehen in direktem Zusammenhang zu unseren Bestrebungen im Bereich des Tunneleffekts, die im Rahmen von QUANTUS+ untersucht werden.

Gruppenleitung

Prof. Dr. Enno Giese leitet die Arbeitsgruppe „Theoretische Quantenoptik“ am Institut für Angewandte Physik seit 2021.

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