Nichtlineare ultrastarke Kopplungseffekte in cQED

Das sogenannte Regime der ultrastarken Licht-Materie-Wechselwirkungen bezieht sich auf Systeme, in denen die Kopplungsstärke zwischen Materie und einzelnen Photonen mit der Energie der Photonen vergleichbar wird. Für diese extremen Bedingungen wurden in den vergangenen Jahren interessante Phänomene vorhergesagt, die eine reges Interesse an nicht-perturbativen Effekte in der Hohlraum-Quantenelektrodynamik (QED) weckten. Genau diese starke Kopplung macht aber auch eine theoretische Beschreibung komplizierter, und es gibt zum Beispiel noch keinen direkten Vergleich zwischen einer mikroskopischen Theorie und Experimenten. Eine solche Vergleichbarkeit ist aber unerlässlich, um die beobachteten Phänomene wirklich zu verstehen und über lineare kollektive Effekte hinauszugehen und die genaue Natur von Vakuumverschiebungen, optischen Nichtlinearitäten und anderen ultrastarken Kopplungsprozessen auf Quantenebene zu modellieren. Das allgemeine Ziel von mesoQED ist es, ein tieferes Verständnis der Physik mesoskopischer Quantensysteme zu erlangen, die mit einer strukturierten elektromagnetischen Umgebung im Bereich der ultrastarken Kopplung wechselwirken. Mit dem Ziel, vollständig mikroskopische Vorhersagen für lineare und nichtlineare ultrastarke Kopplungseffekte zu liefern, werden wir neue physikalische Rahmenbedingungen erforschen, in denen diese Phänomene mit elementaren Dipolen zugänglich sind. Zunächst werden wir das minimale effektive Modell bestimmen, das diese Versuchsanordnung beschreibt, um einige grundlegend e Fragen zur Relevanz von Vakuumbeiträgen höherer elektromagnetischer Moden und zur Modifikation der intermolekularen Kräfte zu beantworten. Dann werden wir die Dynamik dieser mesoskopischen Hohlraum -QED-Systeme unter ultrastarken Kopplungsbedingungen und jenseits der Grenze der schwachen Anregung untersuchen. Schließlich werden wir die potenziell zugänglichen nichtlinearen Effekte identifizieren und ihre Ausnutzung in praktischen Anwendungen untersuchen. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse dieser Aktion das Verständnis der Physik der ultrastarken Kopplung über den derzeitigen Stand der Technik hinaus vorantreiben und zum ersten Mal eine umfassende Untersuchung nichtlinearer Effekte in einem mesoskopischen Hohlraum-QED-System ermöglichen.