Key experiments in quantum science (PSem)

Motivation

Entscheidende Experimente legten die Grundlagen der Quantenphysik und geben weiterhin Impulse für ihre Weiterentwicklung. Intensive Forschung auf dem Gebiet der Quantenstruktur und -dynamik ermöglicht es immer noch, die Grenzen der bekannten Physik durch überschaubare Experimente zu erweitern.

Die in der modernen Atomphysik realisierbare Präparation exquisit isolierter Quantensysteme sowie die unübertroffene Genauigkeit ihrer Messmethoden erlauben auch die Suche nach Physik jenseits der Standardmodelle; daraus entstandene Quantensensoren sind zu unverzichtbaren Werkzeugen der Physik und der allgemeinen Wissenschaft geworden.

Das Seminar soll einen Überblick über Präzisionsexperimente mit atomaren Systemen und ihre aktuellen Anwendungen auf fundamentale Fragen der Physik geben.

Themenvorschläge an die Betreuer sind willkommen. Beispiele für mögliche Themen sind:

• Wasserstoffatom: Bohrmodel, Lamb-Verschiebung, Protonenradius
• Atomstrahlen, Atomfallen, Laserkühlung
• Atomuhren, Frequenzmetrologie und Suche nach neuer Physik
• Elektronen, Protonen und Antimaterie in Ionen- und Atomfallen
• Tests der Quantenelektrodynamik mit Penningfalle
• Kernmassenbestimmungen für die Bestimmung der Neutrinomasse
• Beschleuniger und Speicherringe in der Atom- und Molekülphysik
• Studien der Paritätsverletzung in Kernzerfällen und in atomaren Systemen
• Ionenfallen: Quantisierung der Bewegung, Verschränkung, quantum computing
• Quantentests zu Naturkonstanten, Lorentzinvarianz, Dunkler Materie und neuen Teilchen Bose-Einstein-Kondensation und Quantenstatistik
• Materiewellen: vom ersten Nachweis zur modernen Atominterferometrie
• Rydberg-Atome als Testsystem für fundamentale Physik
• Ultrakurzpulslaser und Quantendynamik: von der Nano- zur Femtosekunden-Zeitskala
• Erzeugung von hohen Harmonischen und Attosekundenpulsen
• Zeitaufgelöste Messung der Elektronendynamik in Atomen und Molekülen
• Physik von Freie-Elektronen-Lasern
• Röntgenspektroskopie von astrophysikalischen Plasmen mit hochgeladenen Ionen
• Kernmagnetische Resonanz und Magnetometrie mit Atomen
• Der Hanbury-Brown-Twiss-Effekt
• Der Aharonov-Bohm Effekt: Experimente ohne Störung des Quantenzustands

Erster Seminartermin: 18.04.2024

Zeit: wöchentlich,

Do. 16:15 bis 18:00; Ort: INF 227 / SR 02.402

Co-Dozenten: Klaus Blaum, José R. Crespo López-Urrutia, Skyler Degenkolb

Anmerkungen

- Die Seminarvorträge (Deutsch oder Englisch) werden in der Regel 35 Minuten plus Diskussion dauern.

- Eine regelmäßige Teilnahme (>80%) und die Abhaltung eines Vortrags sind Voraussetzung für das erfolgreiche Bestehen des Kurses (PSEM, 2LP).

- Ein zusätzlicher LP (UKS2) wird für die Vorbereitung einer schriftlichen Ausarbeitung des Vortrags mit Folien und inhaltlichen Angaben vergeben werden. 

- Die Benotung der Lehrveranstaltung wird sowohl die Vortragsvorbereitung und -durchführung als auch die aktive Teilnahme an den Diskussionen berücksichtigen. 

- Vier Wochen vor dem jeweiligen Termin wird von den Betreuern (crespojr@mpi-hd.mpg.de, klaus.blaum@mpi-hd.mpg.de) die für die Vorbereitung des Vortrags notwendige Literatur geschickt. Eine erste gemeinsame Durchsicht des Vortrags mit dem Betreuer soll während der Vorbereitungsphase etwa zwei Wochen vor dem Vortrag stattfinden.

- Nach Bedarf werden ein bis zwei Vorträge pro Seminartermin angesetzt werden.