Konstruierte QED-Symmetrien
Versuche mit ultrakalten Atomen könnten Basis für zukünftige Quantentechnologien legen.
Die fundamentalen Gesetze der Physik basieren auf Symmetrien, die unter anderem die Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen bestimmen. Forscher der Universität Heidelberg haben mithilfe ultrakalter Atome die Symmetrien der Quantenelektrodynamik (QED) experimentell konstruiert. Sie erhoffen sich neue Erkenntnisse für die Realisierung zukünftiger Quantentechnologien, mit denen komplexe physikalische Phänomene simuliert werden können.
In der Theorie der Quantenelektrodynamik geht es um die elektromagnetische Wechselwirkung von Elektronen mit Lichtteilchen. Sie basiert auf der U(1)-Symmetrie, die etwa die Bewegung der Teilchen vorgibt. Mit ihren Experimenten wollen die Heidelberger Physiker unter der Leitung von Fred Jendrzejewski zu einer effizienten Untersuchung dieser komplexen physikalischen Theorie beitragen. Ihnen ist es jetzt gelungen, dafür experimentell einen elementaren Baustein zu realisieren. „Wir sehen unsere Forschungsergebnisse als zentralen Schritt hin zu einer Plattform bestehend aus einer Kette korrekt zusammengesetzter Bausteine, die einer groß angelegten Implementierung der Quantenelektrodynamik in ultrakalten Atomen dienen soll“, sagt Jendrzejewski, der am Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg eine Emmy Noether-Gruppe leitet.
Eine mögliche Anwendung sehen die Wissenschaftler in der Entwicklung von Quantengroßgeräten zur Simulation komplexer physikalischer Phänomene, die nicht mit Teilchenbeschleunigern beobachtet werden können. Auch für die Untersuchung von Problemen in der Materialforschung, zum Beispiel bei stark wechselwirkenden Systemen, die schwer zu berechnen sind, könnte der von den Heidelberger Wissenschaftlern entwickelte Baustein von Nutzen sein. Die Arbeiten der Wissenschaftler wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „Isolierte Quantensysteme und Universalität unter extremen Bedingungen“ (ISOQUANT) von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.
U. Heidelberg / JOL
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
A. Mil et al.: A scalable realization of local U(1) gauge invariance in cold atomic mixtures, Science 367, 1128 (2020); DOI: 10.1126/science.aaz5312 - Kirchhoff-Institut für Physik (F. Jendrzejewski), Universität Heidelberg
- Sonderforschungsbereich „Isolierte Quantensysteme und Universalität unter extremen Bedingungen“ ISOQUANT, Universität Heidelberg
