Isolierte Quantensysteme unter Extrembedingungen

In den letzten Jahren sind Quantensysteme unter extremen Bedingungen zu einem verbindenden Forschungsthema geworden, das traditionelle Fachrichtungen von der Hochenergie- und Kernphysik bis zur Atom- und Festkörperphysik umfasst. Quantensysteme unter extremen Bedingungen können trotz dramatischer Unterschiede in Schlüsselparametern wie Temperatur, Dichte oder Feldstärke charakteristische gemeinsame Eigenschaften aufweisen. Die Existenz universeller Regime, in denen sogar quantitative Übereinstimmungen zwischen scheinbar unterschiedlichen physikalischen Systemen beobachtet werden können, führt zu einer bemerkenswerten Konvergenz der Forschungsaktivitäten. Dies ermöglicht es uns, eng verwandte Fragen und oft sogar dieselben für sehr unterschiedliche physikalische Plattformen zu stellen. Zusammen helfen uns die Synergien, umfassendere Antworten auf offene Fragen zu geben, als dies einzelne Systeme könnten. Auf diese Weise werden große Fortschritte erzielt, die neue Perspektiven auf seit langem bestehende Probleme eröffnen. Unser Schwerpunkt im Sonderforschungsbereich 1225 betrifft die Forschung zu extremen Bedingungen, die experimentell in ultrakalten Quantengasen als vielseitigen Modellsystemen für komplexe Wenig- bis Vielteilchenprobleme realisiert werden. Dies ermöglicht es uns, einige der dringendsten Fragen zum Thermalisierungsprozess anzugehen, d. h. wie ein geschlossenes Quantensystem ins Gleichgewicht kommen kann und wie aus ständig fluktuierenden Quantensystemen eine stabile klassische Welt entstehen kann, sowie wie man in den Bereich der Nichtgleichgewichtsphysik eintritt. Auf diese Weise werden ungelöste Probleme zugänglich, wie der Ursprung der Kollektivität in Wenigteilchensystemen oder neue Formen hydrodynamischer Beschreibungen fernab des Gleichgewichts. Die Fragen zur Entstehung effektiver Theorien scheinen eng mit informationstheoretischen Konzepten verknüpft zu sein, die weiter untersucht werden. Während die verschiedenen physikalischen Systeme zunächst hauptsächlich durch gemeinsame theoretische Konzepte und universelle Phänomene verbunden waren, werden in diesem Antrag für die dritte Förderperiode zunehmend auch direkte Kooperationen zwischen Experimentatoren der sehr unterschiedlichen beteiligten Plattformen umgesetzt von riesigen Collider-Einrichtungen bis hin zu kompakten Tischaufbauten! Eine neue Generation international erfolgreicher Wissenschaftler mit starken Verbindungen über die verschiedenen Spezialisierungsfelder hinweg etabliert sich, und ISOQUANT hat sich zu einer bedeutenden Plattform für die Förderung der Karrieren junger Fachleute entwickelt und eines der zentralen internationalen Forschungsthemen in der Quantenphysik geprägt.