Der Wissenschaftler wird für „die Entwicklung von Methoden zur Kontrolle optischer Quantengase und die Messung der Kompressibilität und Zustandsgleichung eines Photonengases im Quantenbereich“ ausgezeichnet. „Die Erforschung des Verhaltens von Quantengasen unter gut kontrollierbaren experimentellen Bedingungen ist ein Schlüssel zum Verständnis faszinierender Quantenphänomene wie etwa der Suprafluidität bei Raumtemperatur“, sagt Dr. Julian Schmitt.
Durch die Kombination einer neuartigen Methode zur Nanostrukturierung von Spiegeln mit materialgefüllten optischen Resonatoren hat der Physiker gezeigt, dass thermodynamische Konzepte atomarer Systeme auf Photonengase bei Raumtemperatur ausgedehnt werden können, wodurch sich grundlegende Vorhersagen der statistischen Physik für niedrigdimensionale Quantengase überprüfen lassen. Er und sein Team konnten somit zum ersten Mal sowohl die Kompressibilität als auch die Zustandsgleichung eines Photonengases auf Quantenebene messen.
Das optische Quantengas wurde in einem mit Molekülen gefüllten optischen Mikroresonator erzeugt, und in der kastenförmigen Spiegelbox für Licht so eingesperrt, dass es eine räumlich gleichmäßige Dichte aufwies. Indem das Team dann genau kontrollierte Kräfte auf das Photonengas ausübte, konnte es zum ersten Mal die Kompressibilität eines optischen Gases nachweisen und insbesondere ihren theoretisch erwarteten starken Anstieg im Quantenbereich bestätigen. „Diese Technologie zur Herstellung homogener `Lichtproben´ eröffnet völlig neue Möglichkeiten für die Untersuchung von Quantenmaterie sowohl im als auch außerhalb des thermischen Gleichgewichts und könnte in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Entwicklung quantenverstärkter Sensoren spielen“, sagt Schmitt.
Zur Person:
Julian Schmitt studierte Physik und promovierte in Quantenoptik am Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn. Anschließend arbeitete er als Postdoktorand am Cavendish Laboratory der Universität Cambridge in Großbritannien. Seit 2020 ist er als Projektleiter im Sonderforschungsbereich SFB TR 185 „Open System Control of Atomic and Photonic Matter“ (OSCAR) zurück in Bonn, und seit 2023 als unabhängiger Nachwuchsgruppenleiter. Für seine Forschung erhielt er 2022 einen der renommierten ERC Starting Grants und den Young Investigator Award des Exzellenzclusters „Matter and Light for Quantum Computing“ (ML4Q).
Der Preis:
Der Rudolf-Kaiser-Preis wird seit 1989 an Experimentalphysikerinnen und -physiker verliehen, die mehrere herausragende Arbeiten veröffentlicht haben, noch nicht auf einen Lehrstuhl berufen und unter 40 Jahre alt sind. Er ist mit 30.000 Euro dotiert. Die Stiftung wurde 1987 von Dr. Rudolf Kaiser gegründet und wird vom Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft verwaltet. Rudolf Kaiser wurde 1923 in Nürnberg geboren, arbeitete viele Jahre als Vorsitzender Richter am Bundespatentamt und habilitierte sich 1979 im Fach Experimentalphysik an der Technischen Universität München. Dort widmete er sich vor allem der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses.
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