Prof. Dr. Henning Moritz – Projekt Mesoscopic Fermi Gases

Prof. Dr. Henning Moritz – Projekt Mesoscopic Fermi Gases

Prof. Moritz und sein Team untersuchen die Bewegung und das Verhalten ultrakalter Atome. Die Wissenschaftler arbeiten mit Atomen in der Gasphase, die sie mit Laserlicht abbremsen und so auf Temperaturen von nur wenigen Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt (minus 273° C) herunter kühlen – die wohl kältesten Temperaturen im All. Hier tritt ein Phänomen auf, das verwandt mit der Supraleitung ist: Die Atome bewegen sich völlig reibungsfrei durch Strukturen aus Licht, ganz ähnlich wie Elektronen reibungsfrei durch die supraleitenden Materialien fließen.

Im Mittelpunkt des Projektes steht die Untersuchung mesoskopischer - also kleiner - Systeme solcher ultrakalten Fermigasen, die aus einigen Tausend Lithium-Atomen bestehen. Diese können sich wie Figuren auf einem Schachbrett nur in zwei Dimensionen bewegen können, da Lichtfelder jede Bewegung in vertikale Richtung unterbinden. Aufgrund der niedrigen Temperaturen werden quantenmechanische Eigenschaften werden besonders augenfällig, so lässt sich z.B. wegen der Heisenbergschen Unschärferelation nicht mehr eindeutig zuordnen, welches Teilchen sich wo aufhält.

Für Prof. Moritz und sein Forschungsteam ist dieses Modellsystem aus ultrakalten Atomen so faszinierend, weil hier viele Eigenschaften viel einfacher verändert werden können als in supraleitenden Materialien. So kann zum Beispiel eingestellt werden, ob sich die einzelnen Atome anziehen oder abstoßen. Darüber hinaus kann die Bewegung der Atome direkt fotographiert werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein besseres Verständnis des kollektiven Verhaltens vieler Teilchen zu bekommen, die stark miteinander wechselwirken. Dies ist schon in bei klassischen Problemen schwierig, z.B. lässt sich das Verhalten von Verkehrsteilnehmern oder Akteuren an Finanzmärkten nur schwer vorhersagen. Für Systeme, bei denen die Quantenmechanik eine zentrale Rolle spielt, wird das Problem ungleich schwieriger, ist aber z.B. für das Verständnis der Supraleitung und die Entwicklung verbesserter Supraleiter, die auch bei Raumtemperatur funktionieren, von großer Bedeutung.

Henning Moritz ist seit 2010 Professor an der Universität Hamburg. Er studierte an den Universitäten Heidelberg und Cambridge und forschte als Doktorand und Postdoktorand an der ETH Zürich. Prof. Moritz ist auch an den Forschungsaktivitäten im Sonderforschungsbereich SFB 925 (Lichtinduzierte Dynamik und Kontrolle korrelierter Quantensysteme) und dem Bundesexzellenzcluster „Hamburg Centre for Ultrafast Imaging“ (CUI) beteiligt. Besonderen Spaß macht ihm die universitäre Lehre, für die er zweimal mit dem Hamburger Lehrpreis ausgezeichnet wurde.