Nichtgleichgewichtsdynamik von ultrakalten atomaren Gasen

Der bemerkenswerte experimentelle Fortschritt in der Manipulation von ultrakalten Gasen während des letzten Jahrzehnts hat diese Systeme als vielseitige Quanten-Simulatoren zur Untersuchung grundlegender Probleme in der Physik kondensierter Materie etabliert, wo grundlegende Parameter wie z.B. die Wechselwirkungsstärke zwischen den Teilchen von Hand eingestellt werden können. Einige grundlegende Vielteilchenprobleme sind nun zum ersten Mal experimentell zugänglich. Ein Grund für diesen Erfolg ist die Tatsache, dass kalte Gase sehr reine, gut von ihrer Umgebung entkoppelte Systeme sind. Diese Eigenschaft ist jedoch nicht immer von Vorteil, denn kalte Gase haben die Tendenz nach einer Parameteränderung nicht zu equilibrieren, da die Kopplung an dissipative Freiheitsgrade fehlt. Die zunehmende Komplexität der Probleme, die zur Zeit mit kalten Atomen untersucht werden, macht daher ein gründliches theoretisches Verständnis der kohärenten Nichtgleichgewichtsdynamik von solchen Systemen unumgänglich. Im ersten Teil des Forschungsprojekts werden quantenmechanische Vielteilchensysteme fern vom Gleichgewicht mit Hilfe von analytischen, feldtheoretischen Methoden untersucht. Dabei liegt der Schwerpunkt auf so genannten "Quench"-Problemen, wo die kohärente Zeitentwicklung eines Vielteilchensystems nach einer instantanen, globalen Parameteränderung studiert wird. Diese theoretischen Arbeiten werden einen starken Bezug zu aktuellen Experimenten mit ultrakalten Gasen haben. Abgesehen von instantanen Parameteränderungen möchte ich auch Verbindungen zur adiabatischen Dynamik von Vielteilchensystemen studieren. Insbesondere werde ich den Einfluss von quantenkritischen Punkten auf die Dynamik von Ordnungsparametern untersuchen. Der zweite Teil des Projekts befasst sich mit unkonventioneller Suprafluidität und den Folgen von Skaleninvarianz für die Transporteigenschaften von ultrakalten Gasen in der Nähe einer Feshbach Resonanz. Die Gleichgewichtseigenschaften solcher Systeme wurden während der letzten Jahre im Rahmen umfangreicher experimenteller und theoretischer Arbeiten studiert. Von besonderem Interesse ist dabei der sogenannte Unitaritätspunkt, wo die Wechselwirkungsstärke zwischen den Atomen divergiert und das System skaleninvariant ist. An diesem Punkt werden sowohl Gleichgewichts- als auch Transport-Grössen durch universelle, dimensionslose Zahlen bestimmt. Das Ziel dieses Teils des Projektes ist es, theoretische Vorhersagen für diese universellen Transport-Koeffizienten in stark wechselwirkenden Fermi-Gasen zu liefern. Darüber hinaus werde ich unkonventionelle suprafluide Phasen im Gleichgewicht untersuchen, wie z.B. p-Wellen-Instabilitäten in polarisierten Fermi-Gasen.