Laserphysik und Quantenoptik
Wir untersuchen den Aufbau von Atomen und Molekülen mit höchster Präzision, um dabei eventuelle Grenzen bestehender physikalischer Gesetze zu finden.
Dabei arbeiten wir im Bereich der Quantenwissenschaft und –technologie u. a. auch an der Entwicklung von Quantensimulatoren und Quantencomputern und an absolut sicheren Übertragungsmöglichkeiten mithilfe der Quantenkommunikation.
Anhand von Experimenten in der Quantenoptik untersuchen wir die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie. Als ideale Lichtquelle dafür hat sich hierbei der Laser herausgestellt, da dieser äußerst monochromatisch und kohärent ist. Der Laser ermöglicht uns, hochauflösende Spektroskopie einzelner Atome und Ionen durchzuführen oder sogar von Antimaterie durchzuführen. Wir verfolgen die Wechselwirkung von ultrakalten Atomen in Lichtkristallen, bauen künstliche Festkörper, die wir bei Temperaturen nur wenige millionstel Kelvin oberhalb des absoluten Temperaturnullpunkts sehr genau kontrollieren können. Dadurch erforschen wir das Verhalten der Materie unter den extremsten Bedingungen in kontrollierten Laborbedingungen, um herauszufinden, wie Materialien ihre Eigenschaften wie elektrische Leitung, Magnetismus, etc. erhalten. Auf der Attosekunden-Zeitskala untersuchen wir die Bewegung einzelner Elektronen innerhalb von Atomen in Echtzeit. Wir verfolgen was mit den Elementarteilchen nach der Anregung passiert. Dies ermöglicht uns, die grundlegenden Prozesse des Lebens, sowie die ultimativen Grenzen der elektronenbasierten Signalverarbeitung einer lichtwellengesteuerten Elektronik zu erforschen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung von zukunftsweisenden Lasertechnologien für den Einsatz in der Medizin, der Biologie und den Materialwissenschaften. In unserer Arbeitsgruppe entwickelten wir zudem Infrarot-Spektroskopie-Lasertechnologien. Damit erkunden wir die molekulare Zusammensetzung von Blut, um künftig Krebs im Frühstadium erkennen zu können. Im Zuge neuerer technologischer Entwicklungen stehen Lichtquellen zur Verfügung, die die Dynamik des Quantenvakuums der QED testen können. Ein Schwerpunkt der Laserphysik und Quantenoptik ist daher die theoretische Untersuchung der nichtlinearen Eigenschaften des Quantenvakuum im ultra-intensiven Laserlicht. Zu den theoretischen Grundlagen gehören relativistische Quantenvielteilchensysteme und relativistischer Quantentransport. Numerische Methoden zur Lösung der entsprechenden Gleichungen müssen aufgrund der erforderlichen hohen Genauigkeit etablierte Ansätze im Bereich der relativistischen klassischen Plasmaphysik verlassen, wie zum Beispiel durch die Anwendung neuerer KI-Methoden. Die Erforschung ultra-intensiven Laserlichts im Vakuum steht am Anfang einer interessanten wissenschaftlichen und technologischen Entwicklung.
Professoren
Prof. Dr. Monika Aidelsburger
Ultrakalte Bosonen in optischen Übergittern / Ultrakalte Fermionen in optischen Gittern / Cäsium-Quantengas-Mikroskop / Ultrakalte Atome in einem wabenförmigen optischen Gitter
Prof. Dr. Immanuel Bloch
Bose-Einstein-Kondensation / Ultrakalte fermionische Quantengase / Ultrakalte polare Moleküle
Prof. Dr. Theodor W. Hänsch
Bose-Einstein-Kondensation / Fermionische Quantengase / Frequenzkamm
Prof. Dr. Stefan Karsch
Entwicklung von Höchstintensitätslasern / Relativistische Laser-Plasma-.Wechselwirkung / Lasergetriebene und hybride Laser/Plasma Teilchenbeschleuniger
Prof. Dr. Ulf Kleineberg
Multilayer-Röntgenoptiken für Attosekundenpulse / EUV-Lithographie / Zeitaufgelöste Photoemissions-Mikroskopie
Prof. Dr. Matthias Kling
Laserkontrolle ultraschneller korrelierter Elektronen- und Kerndynamik / Attosekundenspekroskopie an Molekülen und Nanostrukturen / Wechselwirkung starker, ultrakurzer Felder mit Clustern und Nanomaterialien
Prof. Dr. Ferenc Krausz
Synthese hochintensiver ultrakurzer Lichtwellen / Attosekunden-Röntgenpulse und -Spektroskopie / Teilchenbeschleunigung mit Licht
Prof. Dr. Eberhard Riedle
Erzeugung und Charakterisierung kürzester abstimmbarer Lichtpulse / Femtochemie: Aufklärung von Reaktionsmechanismen in Molekülen / Untersuchung des Zeitverhaltens optischer Schaltermoleküle
Prof. Dr. Hartmut Ruhl
Physik starker Felder und die Dynamik des nichtlinearen Quantenvakuums der QED / Relativistische Quantenvielteilchenquantensysteme und relativistische Quantentransporttheorie / Adaptive numerische Verfahren und moderne Methoden der KI in der Numerik
Prof. Dr. Jörg Schreiber
Laser-Plasma Physik bei höchsten Intensitäten / Laser-getriebene Ionen Beschleunigung, insb. am Center for Advanced Laser Applications (CALA) / Multi-modale Bestrahlung mit ultrakurzen Ionen-Bunchen
Prof. Dr. Harald Weinfurter
Experimente zu den Grundlagen der Quantenphysik / Quantenkommunikation und Quantenteleportation mit korrelierten Photonen / Quantenkryptographie