{"id":16014,"date":"2025-06-30T17:44:41","date_gmt":"2025-06-30T15:44:41","guid":{"rendered":"https:\/\/cms.zdv.uni-mainz.de\/fb08-physics\/home\/physikalische-forschung\/forschungsfelder\/atom-quantenphysik\/"},"modified":"2026-04-10T14:53:48","modified_gmt":"2026-04-10T12:53:48","slug":"atom-quantenphysik","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/physics.uni-mainz.de\/de\/home\/physikalische-forschung\/forschungsfelder\/atom-quantenphysik\/","title":{"rendered":"Atom- & Quantenphysik"},"content":{"rendered":"\n<\/jgu-base-pageheader>\n\n\n

Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz<\/a> > Fachbereich 08<\/a> > Physik<\/a> > Physikforschung<\/a> > Forschungsfelder<\/a> > Atom- & Quantenphysik<\/p>\n\n\n\n

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Die Forschung auf dem Gebiet der Quantenphysik und Quanteninformation an der JGU Mainz besch\u00e4ftigt sich mit kontrollierten Quantensystemen, wie z.B. gefangenen Ionen, ultrakalten Atomen und ma\u00dfgeschneiderten quantenoptischen Systemen. Ziel ist es, Quantenzust\u00e4nde pr\u00e4zise zu manipulieren und zu erforschen, um neue Ans\u00e4tze f\u00fcr Quantencomputer, Quantenkommunikation und Quantensimulation zu entwickeln sowie grundlegende Ph\u00e4nomene der Quantenmechanik besser zu verstehen. <\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Dieses Experiment konzentriert sich auf die Entwicklung einer skalierbaren Quanteninformationsverarbeitung, wobei Ionen-Qubits, Verschr\u00e4nkung und segmentierte Ionenfallen, in denen Quantenregister betrieben werden, zum Einsatz kommen. Siehe auch das EU-Flaggschiff-Projekt<\/a> <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n<\/jgu-base-heading>\n\n\n\n

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W\u00e4rmekraftmaschinen sind Ger\u00e4te, die thermische Energie in mechanische Arbeit umwandeln und typischerweise eine gro\u00dfe Anzahl von Teilchen verwenden. Wir arbeiten an der Entwicklung solcher Maschinen, die nur ein einziges Atom als Arbeitsmittel verwenden. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n<\/jgu-base-heading>\n\n\n\n

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Wir entwickeln Methoden f\u00fcr die Anwendung von gefangenen Rydberg-Ionen in Experimenten zur Quanteninformationsverarbeitung (siehe diese \u00dcbersichtsarbeit<\/a>). Gefangene Rydberg-Ionen weisen mehrere wichtige Eigenschaften auf, die in ihrer Kombination einzigartig sind: Ionen in einer Paul-Falle sind fest in einem harmonischen Potential gebunden, in dem ihre internen und externen Freiheitsgrade pr\u00e4zise kontrolliert werden k\u00f6nnen (siehe hier<\/a>). Es wurde gezeigt, dass sich sowohl die internen als auch die Bewegungszust\u00e4nde der Ionen mit hoher Genauigkeit pr\u00e4parieren lassen, und die internen Zust\u00e4nde wurden zur Speicherung und Manipulation von Qubit-Informationen verwendet – siehe unser Quantencomputer-Projekt.<\/a> <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n<\/jgu-base-heading>\n\n\n\n

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TACTICa verwendet Methoden der Atomphysik zur Untersuchung von Thoriumisotopen, einschlie\u00dflich des metastabilen niederenergetischen Kernzustands von 229m<\/sup>Th. Der optische Grundzustands\u00fcbergang von isomerem 229<\/sup>Th ist der einzige Kern\u00fcbergang, der potenziell mit Lasern untersucht werden kann. Die Kontrolle dieses \u00dcbergangs er\u00f6ffnet ein interessantes Fenster f\u00fcr hochpr\u00e4zise Tests des Standardmodells und f\u00fcr m\u00f6gliche Ver\u00e4nderungen der Fundamentalkonstanten. Daher zielt TACTICa darauf ab, Ioneneinfangtechniken wie die Quantenlogikspektroskopie einzusetzen, um Zugang zur Kernstruktur von Thorium zu erhalten. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n<\/jgu-base-heading>\n\n\n\n

Wir verwenden Dysprosiumatome, das Element mit dem st\u00e4rksten magnetischen Moment im Periodensystem, um zu untersuchen, wie sich die Lichtausbreitung in dichten, ultrakalten Medien ver\u00e4ndert. Wenn die Abst\u00e4nde zwischen den Atomen kleiner sind als die Wellenl\u00e4nge des Lichts, bestimmen haupts\u00e4chlich lichtinduzierte und magnetische Dipol-Dipol-Wechselwirkungen die Dynamik. Dies f\u00fchrt zu kollektiven Effekten wie Superradianz und Subradianz. Mit fortschrittlichen Techniken wie dem kontrollierten Atomtransport in hochpr\u00e4zisen optischen Dipolfallen und objektivbasierter Mikrofokussierung untersuchen wir speziell den \u00dcbergang von individuellem zu kooperativem Verhalten. Unser Ziel ist es, ein tieferes Verst\u00e4ndnis der Licht-Materie-Wechselwirkungen in stark dipolaren Systemen zu erlangen. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button>\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n<\/jgu-base-tabs>\n\n<\/jgu-base-accordionitem>\n\n<\/jgu-base-accordion>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div><\/div>\n<\/jgu-base-section>\n\n\n

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Die Pr\u00e4zisionsspektroskopie enth\u00fcllt die subtilen Aspekte unseres Universums mit hervorragender Aufl\u00f6sung. Mithilfe von Pr\u00e4zisionslaser- oder Mikrowellenspektroskopie bestimmen wir die Eigenschaften des Protons und der Atomkerne, wie z.B. Thoriumionen und untersuchen damit die Symmetrien des Standardmodells. <\/p>\n\n\n\n

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Das GravNet-Projekt („A Global Network for the Search for High Frequency Gravitational Waves“) schl\u00e4gt eine Br\u00fccke zwischen der Teilchenphysik und der Gravitationswellenphysik. Es zielt darauf ab, ein globales Netzwerk von Detektoren zu errichten, das auf die Suche nach hochfrequenten Gravitationswellen ausgerichtet ist. Dieses Detektornetzwerk k\u00f6nnte dazu beitragen, eine der gr\u00f6\u00dften ungel\u00f6sten Fragen der modernen Physik zu beantworten: die Natur der dunklen Materie. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n\n

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In myonischen Atomen werden alle Elektronen durch ein einziges negatives Myon ersetzt. Aufgrund seiner gro\u00dfen Masse umkreist das Myon den Atomkern mit einem 200-mal kleineren Bohr-Radius, was zu einer 10 Millionen Mal gr\u00f6\u00dferen Empfindlichkeit der Energieniveaus myonischer Atome gegen\u00fcber der Kernstruktur, wie der Kernladung oder den Magnetisierungsradien, f\u00fchrt. Derzeit streben wir im Rahmen des CREMA\/HyperMu-Projekts eine Pr\u00e4zisionsmessung der magnetischen Struktur von Protonen und bis zu zehnmal genauere Ladungsradien der leichtesten Kerne von Lithium bis Neon und dar\u00fcber hinaus an (QUARTET Collaboration). <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n<\/jgu-base-heading>\n\n\n\n

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TACTICa verwendet Methoden der Atomphysik zur Untersuchung von Thoriumisotopen, einschlie\u00dflich des metastabilen niederenergetischen Kernzustands von 229m<\/sup>Th. Der optische Grundzustands\u00fcbergang von isomerem 229<\/sup>Th ist der einzige Kern\u00fcbergang, der potenziell mit Lasern untersucht werden kann. Die Kontrolle dieses \u00dcbergangs er\u00f6ffnet ein interessantes Fenster f\u00fcr hochpr\u00e4zise Tests des Standardmodells und f\u00fcr m\u00f6gliche Ver\u00e4nderungen der Fundamentalkonstanten. Daher zielt TACTICa darauf ab, Ioneneinfangtechniken wie die Quantenlogikspektroskopie einzusetzen, um Zugang zur Kernstruktur von Thorium zu erhalten. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n<\/jgu-base-tabs>\n\n<\/jgu-base-accordionitem>\n\n<\/jgu-base-accordion>\n<\/div>\n\n\n\n

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Die Forschung an der JGU Mainz im Bereich Quanten-Sensorik entwickelt und nutzt hochsensitive Messverfahren, die auf quantenmechanischen Effekten basieren. Mit Techniken wie optisch gepumpten Magnetometern, Spinspektroskopie und pr\u00e4zisen Messungen an Atomen, Molek\u00fclen und Festk\u00f6rpern werden winzigste Magnetfelder, Rotationen und andere physikalische Gr\u00f6\u00dfen detektiert. Diese Sensoren erm\u00f6glichen nicht nur Anwendungen in Navigation, Materialwissenschaften und Medizin, sondern dienen auch als Pr\u00e4zisionstools zur Untersuchung fundamentaler Naturkonstanten, Symmetrien und m\u00f6glicher neuer Physik.<\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Wir entwickeln und f\u00fchren Experimente mit ultrakalten Atomen in der Mikrogravitation durch, um die Leistungsf\u00e4higkeit von Anwendungen der Quantentechnologie unter diesen einzigartigen Bedingungen zu untersuchen. Atominterferometer und Quantensensoren werden im Fallturm in Bremen, auf H\u00f6henforschungsraketen und an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) eingesetzt. Diese Experimente erm\u00f6glichen hochpr\u00e4zise Messungen von fundamentalen Konstanten, Gravitationseffekten und Tr\u00e4gheitskr\u00e4ften. Diese Arbeit er\u00f6ffnet neue Perspektiven f\u00fcr die Grundlagenforschung und zuk\u00fcnftige satellitengest\u00fctzte Quantentechnologien. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n\n\n\n

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