Die Grenzen des dreidimensionalen Raums überwinden, PI Nr. 118/2025
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Die Grenzen des dreidimensionalen Raums überwinden
Wie können wir in unserer dreidimensionalen Welt Phänomene erforschen, welche die bekannten drei Dimensionen überschreiten? Der Konstanzer Physiker Oded Zilberberg wurde für seine Forschung zu „synthetischen Dimensionen“ mit einem ERC Consolidator Grant ausgezeichnet.
Wir Menschen leben in einer dreidimensionalen Welt. Wir nehmen unsere Umwelt dreidimensional wahr, wir bewegen uns dreidimensional in ihr und in gewisser Weise „denken wir dreidimensional“ in unserer Vorstellungskraft. Daher fällt es uns schwer, uns weitere Dimensionen jenseits der Dritten vorzustellen. Die Physik und Mathematik jedoch beschreiben Prozesse nicht selten in vier oder mehr Dimensionen, zum Beispiel bei der Erforschung kosmologischer Modelle.
Wie also können wir physikalische Vorgänge experimentell erforschen, die über die vertrauten drei Dimensionen hinausgehen? In seiner Forschung zu „synthetischen Dimensionen“ entwickelt der Konstanzer Physiker Oded Zilberberg Wege, um höherdimensionale Effekte in realen Laborsystemen zu ergründen. Für diese Arbeit wurde er nun vom Europäischen Forschungsrat (ERC) mit einem ERC Consolidator Grant ausgezeichnet.
Es ist schwierig, solche höherdimensionalen Vorgänge in Experimenten direkt zu erfassen, da jedes Laborsystem notgedrungen auf die physikalischen Dimensionen des Raums beschränkt ist. „Die Quantensimulation gibt uns nun aber Mittel an die Hand, um Systeme mit ‚synthetischen Dimensionen‘ aufzubauen, in denen zusätzliche Dimensionen durch kontrollierte Kopplungen zwischen internen Zuständen innerhalb des Experiments entstehen“, schildert Oded Zilberberg, Professor für Quantum Engineered Systems an der Universität Konstanz. Diese synthetischen Dimensionen ermöglichen es Wissenschaftler*innen, höherdimensionales Verhalten von Teilchen zu erforschen, obwohl der zugrundeliegende experimentelle Aufbau zwei- oder dreidimensional bleibt.
Zilberbergs ERC-Projekt IOSynDim (Interacting Open Synthetic Dimensions Systems) möchte dieses Forschungsfeld vorantreiben, indem es die Interaktionen von einer sehr großen Anzahl an Teilchen (many-body interactions) in Systemen mit synthetischen Dimensionen untersucht. Bestehende Experimente in diesem Bereich richten sich bislang überwiegend auf die Erforschung einzelner Teilchen. Das neue Projekt wird hingegen den theoretischen Rahmen entwickeln, wie sich eine große Anzahl von wechselwirkenden Teilchen in einer solchen hochdimensionalen Umgebung verhält und wie diese Wechselwirkungen neue Quantenphasen hervorbringen.
Synthetische Dimensionen dienen als experimentelle Emulatoren für höherdimensionale Modelle. Das Projekt möchte einzigartige Vielteilchen-Effekte identifizieren, die nur in diesen hochdimensionalen Systemen vorkommen, und deren Relevanz für zukünftige Quantentechnologien ermitteln. Zilberberg wird hierfür eng mit experimentellen Arbeitsgruppen zusammenarbeiten, die mit ultrakalten Atomen (Atome bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt) und Systemen der Photonik forschen. In dieser Forschung verbindet sich die Theorie der Kondensierten Materie mit Quantum Engineering. Die Forschungsergebnisse könnten dazu beitragen zu klären, wie sich höherdimensionale Physik in unserer dreidimensionalen Welt manifestiert.
Über den ERC Consolidator Grant
Der Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats unterstützt herausragende Wissenschaftstalente darin, die Forschung in ihrer unabhängigen Arbeitsgruppe zu verfestigen. Antragsberechtigt sind Wissenschaftler*innen im Zeitraum zwischen sieben und zwölf Jahren nach ihrer Promotion. Consolidator Grants sind mit bis zu zwei Millionen Euro dotiert, für einen Förderzeitraum von fünf Jahren.
Faktenübersicht:
- ERC Consolidator Grant für das Projekt „IOSynDim“ (Interacting Open Synthetic Dimensions Systems) von Oded Zilberberg
- ERC Consolidator Grants umfassen eine Förderung für fünf Jahre mit bis zu zwei Millionen Euro
- Prof. Oded Zilberberg ist seit 2021 Professor für Quantum engineered systems an der Universität Konstanz. Zuvor forschte er an der ETH Zürich.
Hinweis an die Redaktionen:
Ein Foto steht zum Download bereit: https://www.uni-konstanz.de/fileadmin/pi/fileserver/2025_ab_Oktober/die_grenzen_des_dreidimensionalen_raums.jpg
Bildunterschrift: Prof. Oded Zilberberg, Professor für Quantum engineered systems an der Universität Konstanz
Copyright: Gillian Kiliani
Kontakt: Universität Konstanz Kommunikation und Marketing E-Mail: kum@uni-konstanz.de
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