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.

Neue Veröffentlichung

Unser Team hat an der Implementierung eines atominterferometrischen Quantensensors für Vibrationen, Expansionsraten von Atomwolken und Photonenrückstößen an Bord der Internationalen Raumstation ISS mitgewirkt, die vom Cold Atom Laboratory CAL der NASA durchgeführt wurde.

Weitere Informationen finden Sie in der Veröffentlichung Nature Communications 15, 6414 (2024).

Neue Veröffentlichung

Since elapsed time is intertwined with the trajectory of a particle, concepts like proper time cannot be easily transferred to the quantum world: Researchers at TU Darmstadt unveil the time measured by a clock during quantum tunneling.

P. Schach & E. Giese
A unified theory of tunneling times promoted by Ramsey clocks
Science Advances 10, eadl6078 (2024)

Die Wissenschaftlerin Sabine Hossenfelder berichtet über unseren Artikel auf Youtube. Außerdem wird unser Artikel in einem Beitrag Was ist „Zeit“ für Quantenteilchen? von Christian J. Meier sowie im Spektrum der Wissenschaft Tempokontrolle für scheinbar überlichtschnelle Teilchen vorgestellt.

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. Ein vorbereitender Workshop, der institutionelle Unterstützung für internationale Projekte und Kooperationen zu diesem Thema vorbereitet hat, führte zu einem Überblicksartikel sowie einer Sonderausgabe, zu der wir mehrere Beiträge lieferten. 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. Unsere Forschung zu Dunkler Materie wird auch in einem Beitrag Mit Atomwolken die rätselhafte Dunkle Materie detektieren von Christian J. Meier vorgestellt.

Gruppenleitung

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

Mehr erfahren