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Task Group | High Precision Modelling

Gitternetz eines optischen Resonators. Abbildung: Claus Lämmerzahl

Die heute erreichbare Genauigkeit von Hochpräzisionsexperimenten erfordert bereits im Vorfeld eine sehr genaue Kenntnis der Apparatur und der auftretenden Effekte. Die einzelnen Bauteile der Experimente sind zum Teil Einflüssen ausgesetzt, die eine wesentliche Beeinträchtigung von Messergebnissen zur Folge haben können. So sind beispielsweise bei Laserexperimenten Linsen oder Spiegel sehr hohen Temperaturen ausgesetzt, was Materialverformungen zur Folge haben kann.

Die Optimierung des experimentellen Designs und die Identifikation der dominanten Effekte kann vor Beginn eines Experimentes nur durch eine entsprechende Modellierung erreicht werden. Ausgehend von erreichbaren Genauigkeiten aktueller Uhren und Resonatoren ergibt sich dabei eine notwendig anzustrebende Präzision der Modellierung von 10-20. Die Modellierung beinhaltet mechanische und thermische Spannungen und Deformationen, Wärmeleitung, Strahlungseinflüsse, den Einfluss äußerer Kräfte sowie die Berechnung von elektromagnetischen Feldern. Die Ergebnisse sind somit von Bedeutung für die Entwicklung optischer Uhren oder bei der Laser- und Atominterferometrie, die zum Beispiel auch bei Raumfahrtprojekten wie LISA (Laser Interferometer Space Antenna) oder bei satellitengestützter Erdvermessung Anwendung finden.

Ein weiteres Forschungsthema, welches dem Vorhaben Quantum Engineering sehr nahe kommt, ist die hochpräzise Quantenmodellierung. Dabei werden numerisch die Grundzustände und auch die Dynamik von Quantenfeldern, zum Beispiel von Bose-Einstein-Kondensaten, aufwendig mit hoher Präzision berechnet. Diese Berechnungen sind ebenfalls wichtig für die Konzeption neuer Experimente wie auch für die Abschätzung von nachzuweisenden Effekten. Dies eröffnet auch die Modellierung der Kopplung von quantenmechanischen Systemen mit klassischen Objekten.

Beteiligte Forschungsbereiche und Institute

  • Forschungsbereich Quantensensoren
  • Forschungsbereich Raum-Zeit-Forschung
  • Forschungsbereich Neuartige Technologien
  • Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation, Bremen
  • Institut für Angewandte Mathematik, Hannover
  • Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
  • Institut für Quantenoptik, Hannover
  • Albert-Einstein-Institut, Hannover
  • Institut für Erdmessung, Hannover