Wie kann Quantendynamik die Thermodynamik schlagen?

Die Dynamik von wechselwirkenden Vielteilchensystemen ist eines der aktuell spannendsten und anspruchsvollsten Gebiete in der modernen Quantenphysik. Wie entstehen zum Beispiel thermische Zustände in einem abgeschlossenen Quantensystem aus einer reinen Wellenfunktion und ist dieser Prozess universell oder kann er unterbunden werden? Und was passiert mit einem System, wenn es nicht thermalisiert; ist dies hilfreich für die Verarbeitung von Quanteninformation? Und wie beeinflussen diese Prozesse die Entstehung von magnetischer oder superfluider Ordnung? Typischerweise sind die zugrunde liegenden Nichtgleichgewichtseffekte nur in kurzen Transienten direkt messbar, da die meisten Systeme schnell in die üblichen thermischen Zustände relaxieren.

Synthetische Vielteilchensysteme ermöglichen jedoch einen neuen Zugang zur Physik fern vom thermischen Gleichgewicht, da in ihnen die Quantendynamik die Thermodynamik in dem Sinne schlagen kann, dass die Dynamik nicht ergodisch ist, so dass das System niemals thermalisert. In diesem Vortrag diskutiere ich einige aktuelle Beispiele zur Dynamik von ultrakalten Atomen in optischen Gittern und präsentiere insbesondere Experimente zur Vielteilchenlokalisierung (many-body localisation, MBL), in der ungeordnete Potentiale die Thermalisierung eigentlich typischer Systeme unterbinden können und damit Raum für komplett neue Physik schaffen.