Key Experiments in Quantum Science (PSem)

Schlüsselexperimente der Quantenphysik: Motivation

Entscheidende Experimente legten die Grundlagen der Quantenphysik und treiben ihre Weiterentwicklung an. Die aktuelle Forschung auf dem Gebiet der Quantenstruktur und -dynamik erweitert ständig die Grenzen der bekannten Physik durch überschaubare Experimente. Daraus entstandene Quantensensoren sind zu unverzichtbaren Werkzeugen der Physik und der allgemeinen Wissenschaft geworden. 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.

Das Seminar soll einen Überblick über Präzisionsexperimente mit atomaren Systemen und ihre aktuellen Anwendungen auf fundamentale Fragen der Physik geben. Die Reihenfolge der Vorträge wird thematisch organisiert. Mögliche Themen sind:

• Wasserstoffatom: Bohr-Modell, Lamb-Verschiebung, Protonenradius

• Laserkühlung und Atomfallen

• Bose-Einstein-Kondensation und Quantenstatistik

• Studien der Paritätsverletzung in atomaren Systemen

• Ultrakurzpulslaser und Frequenzkämme

• Atomuhren, Frequenzmetrologie und Suche nach neuer Physik

• Ionenfallen: Quantisierung der Bewegung, Quantenrechner

• Erzeugung von hochgeladenen Ionen und Röntgenspektroskopie astrophysikalischer Plasmen

• Suchen nach neuer Physik mit ultrakalten, hochgeladenen Ionen

• Elektronen, Protonen und Antimaterie in Ionen- und Atomfallen

• Tests der Quantenelektrodynamik mit Penningfallen

• Beschleuniger und Speicherringe in der Atom- und Molekülphysik

• Quantentests zu Naturkonstanten, Lorentzinvarianz, Dunkler Materie und neuen Teilchen

• Materiewellen: vom ersten Nachweis zur modernen Atominterferometrie

• Rydberg-Atome als Testsysteme 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

• Kernmagnetische Resonanz und Magnetometrie mit Atomen

Vorbesprechung: 13.10.2026

Zeit: wöchentlich Di., 16:15–17:45 Uhr

Ort: INF 227 / SR 03.402

Wir benötigen dringend mutige Freiwillige für die ersten beiden Vorträge, die am 20. und 27. Oktober stattfinden werden. Bitte meldet Euch so bald wie möglich bei mir: crespojr@mpi-hd.mpg.de!

Wichitge Anmerkungen:

– Vier Wochen vor dem jeweiligen Termin schickt der Betreuer (crespojr@mpi-hd.mpg.de) die für die Vorbereitung des Vortrags notwendige Literatur. - Eine erste gemeinsame Durchsicht des Vortrags mit dem Betreuer soll während der Vorbereitungsphase spätestens etwa zwei Wochen vor dem Vortrag stattfinden.

- Die Seminarvorträge (Deutsch oder Englisch) dauern in der Regel 40 Minuten plus Diskussion.

- Eine regelmäßige Teilnahme (> 80 %) und die Abhaltung eines Vortrags sind Voraussetzung für das erfolgreiche Bestehen des Kurses (PSEM, 2 LP, mit einem zusätzlichen 1 LP als UKS2).

- Es ist erforderlich, eine schriftliche Ausarbeitung des Vortrags mit Folien und inhaltlichen Angaben vorzubereiten.

- Die Benotung der Lehrveranstaltung berücksichtigt sowohl die Vorbesprechung mit dem Betreuer als auch die Vortragsvorbereitung und -durchführung und die aktive Teilnahme an den Diskussionen.

Nach Bedarf werden zwei Vorträge pro Seminartermin angesetzt.

José