Dynamische Vielteilchenkorrelationen

Das Ziel mikroskopischer Vielteilchen-Theorie ist die quantitative Vorhersage von makroskopischen Eigenschaften stark wechselwirkender Vielteilchen-Systeme, ausgehend von keiner anderen Information als ein zugrunde liegender Hamilton-Operator, Teilchenzahl, Teilchenmasse, Statistik, und gegebenenfalls der Temperatur. Die vergangenen Jahre haben enorme Fortschritte gebracht: Die Grundzustands-Eigenschaften selbst der am stärksten korrelierten Quantenflüssigkeiten, nämlich 3He und 4He, können heute mit hoher Genauigkeit vorhergesagt werden. Die Situation ist weit unbefriedigender für dynamische Prozesse. Das Ziel unseres Projektes ist daher, dies zu ändern und zumindest für Bose Systeme, das theoretische Verständnis und die technische Beschreibung der Dynamik auf dasselbe Niveau zu bringen, welches für den Grundzustand vor Jahren erreicht wurde. Unsere Arbeit hat sowohl analytische als auch numerische Komponenten. Methodisch bauen wir auf die Theorie korrelierter Wellenfunktionen auf, welche zur Berechnung von Eigenschaften des Grundzustandes enorm erfolgreich war. Um dynamische Situationen zu beschrieben, werden wir die zeitabhängige Version derselben Theorie entwickeln und demonstrieren, dass die Lösung der grundlegenden Gleichungen nicht mehr Approximationen verlangt als die Lösung des Grundzustands-Problems. Wir wollen die Vorhersagen der dynamischen Theorie sowohl mit Experimenten, als auch mit solchen analytisch bekannten Summenregeln und Grenzwerten vergleichen, welche sich aus dem Grundzustand berechnen lassen. Die Exekution derselben Theorie für Fermione stellt sich als signifikant schwieriger, aber auch gerade wegen der Schwierigkeiten signifikant interessanter dar. Wir erachten die Arbeit aber als unbedingt notwendig: zum Beispiel widersprechen die Ergebnisse von Neutronen-Streu- Experimenten an atomaren Monolagen von 3 He Atomen qualitativen Modellen aus der Lehrbuch-Literatur. Unsere Formulierung der Dynamik in Form von Mehrteilchen- Fluktuationen hat das Potenzial, diese Experimente zu erklären.

Die unter dem Projekt-Titel Dynamische Vielteilchen-Korrelationen durchgeführten Arbeiten waren ausgesprochen erfolgreich. Wir waren in der Lage, Beiträge zu aktuellen Fragen der Vielteilchen-Physik zu leisten, bei denen quantitative Methoden, welche in der Lage sind, auch stark wechselwirkenden Systemen zu behandeln, unerlässlich sind. Ein Erfolg unserer Strategie ist die Publikation eines unserer wesentlichen Resultate in Nature. Wir betonen, dass wir mit den theoretischen Entwicklungen begonnen haben bevor Experimente durchgeführt wurden, einfach weil wir davon überzeugt waren, die relevante Physik richtig zu beschreiben. Gegen Ende der Projektarbeit waren wir in der Lage, uns auch mit anderen aktuellen Problemen wie z. B. dem Problem der supersolids und kalten Gasen zu beschäftigen.