Institut für Quantenoptik

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1 Institut für Quantenoptik Studium der Wechselwirkung von Licht mit Materie (Atomen) Werkzeug: modernste Lasersysteme Wozu? Kältesten Objekte im Universum <1µK Genauste Messung von Zeit, Länge, Rotation Kürzesten Laserpulse s

2 Lehre im Umfeld dieser Forschungsthemen Bachelorstudiengang Atom- und Molekülphysik Kohärente Optik

3 Lehre im Umfeld dieser Forschungsthemen Masterstudiengang (Physik) Quantenoptik Masterstudiengang (Technische Physik) Quantenoptik

4 Lehre im Umfeld dieser Forschungsthemen Bachelor: Physikalisches Wahlmodul: Moderne Aspekte der Physik Master Physik: Schwerpunktsphase: Ausgewählte Themen moderner Physik Master Technische Physik: Schwerpunktsphase: Ausgewählte Themen der Photonik

5 Lehrveranstaltung SWS LP Semester Nichtlineare Optik SS Photonik WS Atomoptik WS Quanteninformation 2 2 unregelmässig Festkörperlaser 2 2 SS Optische Schichten WS +Seminare siehe Modulkatalog und Ankündigungen

6 Bachelorprojekte Masterprojekte (Module der Forschungsphase/ Masterarbeit)

7 Ultrakalte Atome Prof W. Ertmer/ Dr. C. Klempt Prof. M. Rasel Ultrakalte Ionen Prof. P.O. Schmidt Prof. C. Ospelkaus Ultrakalte Moleküle Prof. S. Ospelkaus Laserentwicklung/kurze Pulse Prof. U. Morgner Prof. M. Kovacev Prof. B. Chichkov

8 Ultrakalte atomare Gase E. M. Rasel W. Ertmer/ C. Klempt Atomlaser

9 Atominterferometrie Atominterferometrie: QUANTUS-1: Studien zur Atominterferometrie mit 87 Rb Bose-Einstein- Kondensaten QUANTUS-2: Atominterferometrie mit Bose-Einstein-Kondensaten aus 87 Rb und 41 K im freien Fall am Fallturm Bremen MAIUS-Missionen: Atominterferometrie mit 87 Rb BECs auf Höhenforschungsraketen ATLAS: 87 Rb und 39 K Gravimeter für Tests des Äquivalenzprinzips QG-1: Transportables absolut 87 Rb BEC Gravimeter für den Feldeinsatz in der Geodäsie VLBAI: Hochpräzise Atominterferometrie mit Yb und Rb mit einer Basislinie von 10m. Optische Atomuhr: Lasergekühlte Magnesium-Atome werden in einem optischen Gitter gefangen und von äußeren Störeinflüssen abgeschirmt. Die Untersuchung des Uhrenübergangs im Magnesium-Atom verspricht relative Ungenauigkeiten im Bereich von wenigen

10 Verschränkte Paare Deterministisches Bild nach Einstein, Podolsky und Rosen oder Bild der Quantenmechanik

11 Verschränkte Atome Mögliche Projekte: Entwicklung von Detektions-Lasersystemen Entwicklung von hochpräzisen Mikrowellen-Quellen

12 Atomchips Mögliche Projekte: Schnelle Regelung von hohen Strömen für Atomchips Simulation von magnetischen Fallen mit Carbon-Nanotubes

13 Arbeitsgruppe: Molekulare Quantengase Neuartige Materiezustände mit ultrakalten Molekülen Prof. S. Ospelkaus Bose-Einstein Kondensate Entartete Fermi-Gase

14 Arbeitsgruppe: Molekulare Quantengase Moleküle haben ein elektrisches Dipolmoment Sie wechselwirken deshalb ganz ähnlich wie kleine Magnete nur viel viel stärker! R

15 Arbeitsgruppe: Molekulare Quantengase Neuartige Superfluide, Superleiter Neuartige Kristalle Kontrolle chemischer Prozesse auf Quantenebene?? Werkzeuge: Laser, Optik, Elektronik, Vakuum

16 Arbeitsgruppe: Molekulare Quantengase Bachelor- / Masterprojekte (Beispiele) Hochauflösende Detektion (bis hin zu einzelnen Molekülen Lasersysteme für kohärente chemische Prozesse Molekularstrahlquelle Optischer Transport von Atomen/Molekülen.. Bei Interesse: einfach mal vorbei kommen.. S. Ospelkaus D124, [email protected]

17 Fangen einzelner kalter Atome (Ionen) P.O. Schmidt C. Ospelkaus

18 Arbeitsgruppe C. Ospelkaus Quantenlogik und Präzisionsmessungen C. Ospelkaus

19 C. Ospelkaus: Quantenlogik Kühl- und Detektionstechniken für (Anti-)Protonen Motivation: Sind die Elementarmagnete von p und p gleich? Unsere Gruppe: Kühlung und Detektion von (Anti-) Protonen mit Hilfe von einzelnen Ionen p + =? - p (im Standardmodell der Teilchenphysik ja, aber nicht unbedingt in neuer Physik) Werkzeuge: Laser, Optik, Elektronik, Mikrofabrikation, Kryophysik

20 C. Ospelkaus: Mikrowellen-Quantenlogik Motivation: Quantencomputer als Codeknacker und Quantenphysik Simulatoren Unsere Gruppe: einzelne Atome (Ionen) als Quanten-Bits und Chip-Fallen Unser Zugang: Im Chip eingebaute Antennen zur Kontrolle der Quanten-Bits (rechts: kryogene Ionenfalle) Chip -Falle Einzelnes 9 Be + Quanten-Bit Werkzeuge: Laser, Optik, Elektronik, Mikrofabrikation, Kryophysik

21 Fangen einzelner kalter Atome (Ionen) P.O. Schmidt C. Ospelkaus

22 Arbeitsgruppe Piet O. Schmidt Quantenlogikspektroskopie und Multi-Ionen-Uhren Messung des Gravitationspotentials der Erde mit Hilfe von Uhren Navigation, Definition der Sekunde Tests fundamentaler Physik: Sind Naturkonstanten konstant? Quanteninformation in der Spektroskopie: Verschränkung e 1 1 ( ) g 1 e 2 2 ( ) g 2

23 Projekte: Al + Quantenlogik Uhr Quantenlogikspektroskopie von Molekülionen Hochgeladene Ionen als neue Klasse von Uhren Multi-Ionen-Uhren Techniken & Praxis: Laser: Frequenzvervielfachung, Frequenzkämme, ultra-schmaldbandig I(f) f Vakuumtechnologie, Kryo, Elektronik

24 Laserentwicklung und kurzer Pulse U. Morgner M. Kovacev B. Chichkov

25 Forschungsfelder AG Morgner / Kovacev Nichtlineare Optik ~ W cm -2 Laser Design (Oszillatoren, Verstärker, Faserlaser) Erzeugung kohärenter Röntgenstrahlung (Attosekundenpulse) Bildgebung mit kohärenter Röntgenstrahlung

26 Themenfelder einer Bachelorarbeit Parametrische Prozesse Nichtlineare Optik Frequenzmischung (neue Frequenzen) Erzeugung hoher Bandbreiten für ultrakurze Pulse Kurzpuls Oszillatoren Neuartige Festkörperlaser Konzepte Laser Design (Scheibenlaser) Faserlaser U. Morgner

27 Optische fs-filamente Harmonischen Erzeugung Nanostrukturen Wassertropfen Bildgebung Time resolved dynamics Coherent diffraction imaging (CDI) Orbital tomography Prof. M. Kovacev

28 Interesse an einer Laborführung im Institut für Quantenoptik? Wann? Jetzt, gleich im Anschluss!