Thermische Maschinen in der Quantenwelt
Neue Forschungsgruppe unter Leitung der Freien Universität versucht das Problem zu lösen, thermische Maschinen auf Quantenniveau zu verwirklichen
Nr. 315/2019 vom 24.10.2019
Eine neue von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Forschungsgruppe mit dem Titel „Thermische Maschinen in der Quantenwelt“ unter Federführung der Freien Universität Berlin hat ihre Arbeit aufgenommen. Die Gruppe erforscht die Frage, wie thermische Maschinen in der Quantenwelt konstruiert und realisiert werden können. Beteiligt sind Spezialisten aus Deutschland, Österreich und Israel.
Das industrielle Zeitalter wurde durch thermische Maschinen eingeläutet, etwa die Dampfmaschine für schwere physische Aufgaben. In der Folge entwickelte sich die physikalische Theorie der Thermodynamik, die besagt, wie thermodynamische Prozesse ablaufen. „Wenn man die Physik in extremeren Situationen betrachtet, stellen sich neue Herausforderungen“, sagt Prof. Dr. Jens Eisert, Sprecher der neuen Forschungsgruppe. „Inzwischen lassen sich kleinste Maschinen auf der Nanoskala in ihrem Zustand manipulieren, und Experimente mit einzelnen Atomen und Ionen sind möglich.“ Diese Situation habe Fragen eröffnet, wie die Theorie der Thermodynamik anzupassen sei, um auf in der Quantenphysik gültige Zustände – auf der Ebene von Atomen, Molekülen und Ionen – anwendbar zu sein. Auf dem Feld der Quantenthermodynamik seien in den vergangenen Jahren eine Reihe wichtiger Einsichten gewonnen worden. „Was noch fehlt, ist ein experimenteller Nachweis, dass tief im quantenmechanischen Regime die Regeln der Thermodynamik tatsächlich geändert werden müssen“, erläutert Jens Eisert. „Auch ist noch keine thermische Maschine in der Quantenwelt konstruiert worden. Dabei waren es gerade experimentelle Entwicklungen, die das Entstehen des Forschungsfeldes nach sich zogen.“
Die neue Forschungsgruppe unter der Federführung der Freien Universität Berlin stellt sich der Kernfrage, wie solche thermischen Maschinen realisiert werden können. Beteiligt sind führende Spezialisten: Joachim Ankerhold (Ulm), Fred Jendrzejewski (Heidelberg), Eric Lutz (Stuttgart), Kilian Singer (Kassel), Ferdinand Schmidt-Kaler (Mainz), Jörg Schmiedmayer (Wien), Jörg Wrachtrup (Stuttgart) und Gershon Kurizki (Rechovat, Israel).
Kontakt
Prof. Dr. Jens Eisert, Fachbereich Physik der Freien Universität Berlin, Telefon: 030 / 838-54781, E-Mail: jenseisert@physik.fu-berlin.de