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Leibniz Universität

Neuer Sonderforschungsbereich

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert ein innovatives Kooperationsprojekt von Leibniz Universität und Partnern zur Erforschung der besonderen Eigenschaften von quantenmechanischen Systemen für bessere Quantensensoren wie zum Beispiel optische Uhren und Beschleunigungsmesser.

Technische Apperatur © C. Lisdat, PTB

An der Leibniz Universität Hannover werden Apparaturen entwickelt und verwendet, um Atome zu fangen und deren Eigenschaften zu untersuchen und auszunutzen, zum Beispiel in einer Atomuhr.

Großer Erfolg für die Quantenmetrologie: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) richtet zum 1. Juli den neuen Sonderforschungsbereich 1227 "Designte Quantenzustände der Materie (DQ-mat) – Erzeugung, Manipulation und Detektion für metrologische Anwendungen und Tests fundamentaler Physik" an der Leibniz Universität Hannover ein.

Optimierung für optische Uhren oder Beschleunigungsmesser

Die beteiligten Wissenschaftler werden daran arbeiten, die besonderen Eigenschaften von quantenmechanischen Systemen für bessere Quantensensoren wie zum Beispiel optische Uhren und Beschleunigungsmesser zu erschließen. Beteiligt sind außer der Leibniz Universität Hannover (Institut für Quantenoptik, Institut für Theoretische Physik und Institut für Didaktik der Mathematik und Physik) die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig und das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen. Der SFB ist auf eine Laufzeit von zwölf Jahren ausgelegt. Für die ersten vier Jahre wird die Fördersumme knapp zehn Millionen Euro betragen.

Praktischer und theoretischer Nutzen

Die Vision des neuen Sonderforschungsbereichs ist es, die Kontrolle über isolierte Atome und Moleküle (Ein-Teilchen-Systeme), die schon länger möglich ist, auf große Quantensysteme (Viel-Teilchen-Systeme) auszudehnen und deren Anwendung in der Metrologie zu erschließen. Isolierte Atome und Moleküle dienen schon lange als eines der am besten kontrollierbaren Systeme, um fundamentale Fragen der Physik zu studieren und zu beantworten. Die jüngsten Entwicklungen in der Metrologie, etwa optische Uhren mit einer Genauigkeit von 18 Stellen und Materiewellen-Interferometer, die Wellenpakete um mehrere Dezimeter trennen, demonstrieren eindrucksvoll die Kontrolle über Ein-Teilchen-Systeme. Die Ausdehnung auf große, wechselwirkende und verschränkte Quantensysteme soll es nun ermöglichen, die Genauigkeit und Auflösung von Quantensensoren signifikant zu verbessern. Neben praktischen Anwendungen kann durch hochgenaue Messungen mit optischen Uhren und Materiewellen-Interferometern der nächsten Generation voraussichtlich auch unser Verständnis der Naturgesetze überprüft werden. Dazu gehören zum Beispiel Fragen nach einer möglichen Änderung von Naturkonstanten, einer Verletzung fundamentaler Symmetrien in der Physik und der Kopplung von Quantensystemen an die Gravitation.

Quantenzustände als eine der größten Herausforderungen der modernen Physik

Experten der drei beteiligten Institutionen aus den Forschungsschwerpunkten Viel-Teilchen-Physik, Quanteninformation, Gravitation, Quantengase und Metrologie arbeiten gemeinsam an der Entwicklung neuer Methoden zur Erzeugung, Manipulation und Detektion von Quantenzuständen. Die Untersuchung dieser Zustände erlaubt ein tieferes Verständnis der Quanteneigenschaften von Viel-Teilchen-Systemen. Damit widmet sich der neue SFB einer der größten Herausforderungen der modernen Physik.

(Veröffentlicht: 1. Juni 2016)