AKTUELLES
23.05.2023The IOP–Humboldt Postdoctoral Fellowship in PhysicsNominations are open for postdoctoral fellowships between two cities, Berlin and Beijing, as part of a joint physics program between the Integrative Research Institute for the Sciences (IRIS Adlershof) of Humboldt-Universität zu Berlin (HU Berlin) and the Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, (IOP) Beijing. FELLOWSHIP PROGRAMEstablished in 2020, the prestigious two-year research fellowships are intended for exceptional early-career scientists, in preparation for an independent career in research at the frontier of condensed matter physics, quantum materials or device physics. Successful candidates will spend one year in Berlin and one in Beijing at the research groups of their choice, supported by up to 4,500 EUR/month. The selected fellows are expected to be appointed in 2023 and 2024. A first networking event is scheduled in Berlin. Fellows will work at the Campus Adlershof of HU Berlin and the IOP Zhongguancun Beijing Campus. The fellows have the possibility to visit and interact with associated Partners at the Max Born Institute, the Helmholtz-Zentrum Berlin and its Electron Storage Ring BESSY II, the Leibniz-Institut für Kristallzüchtung or the Fritz-Haber Institute of the Max Planck Society.The prestigious two-year research fellowships are intended for exceptional early-career scientists, in preparation for an independent career in research at the frontier of condensed matter physics, quantum materials or device physics. Successful candidates will spend one year in Berlin and one in Beijing at the research groups of their choice, supported by up to 4,500 EUR/month. The selected fellows will be appointed from August 2022 onwards. A first networking event is programmed in Berlin. Fellows will work at the Campus Adlershof of HU Berlin and the IOP Zhongcuancun Beijing Campus. The fellows have the possibility to visit and interact with associated Partners at the Max Born Institute, the Helmholtz-Zentrum Berlin and its Electron Storage Ring BESSY II, the Freie Universität Berlin, at the Leibniz-Institut für Kristallzüchtung or the Fritz-Haber Institute of the Max Planck Society. A full list of participating groups can be found at HU Physics and the IOP website. Exemplary fields and participating groups includeCondensed Matter Theory Prof. Claudia Draxl, Prof. Sheng Meng, Prof. Hongming Weng, Prof. Chen Fang, Prof. Xinguo Ren, Prof. Jiangping Hu, Prof. Zhong Fang, Prof. Tao Xiang, Prof. Matthias Scheffler Ultrafast Laser Spectroscopy Photoemission Spectroscopy and Surface Science Optoelectronic Devices and Quantum Transport Scanning Probe Microscopy Quantum Information Electron Microscopy
Commitment to a one-year research stay at IOP followed by a further year at HU Berlin. Special travel preferences will be considered. A PhD degree in physics, chemistry, mathematics, or materials, obtained no more than five years prior to the application deadline. Previous international experience, such as conference talks and research abroad.
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Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. Joachim Sauer, der als Senior Researcher am Institut für Chemie der Humboldt-Universität zu Berlin forscht, wurde aufgrund seiner Forschungstätigkeit am Institut für Chemie, in zwei Sonderforschungsbereichen an der Humboldt-Universität sowie im Exzellenzcluster UNICAT, zum Mitglied der American Academy of Arts and Sciences ernannt. Die Aufnahme in die Academy erfolgt in einer formellen Zeremonie am 30. September 2023 in Cambridge, Massachusetts. |
| Illustration: Defektzentren in Diamantnanostrukturen können als Quantenbits genutzt werden. Über Quantenoperationen kann die Quanteninformation in einzelnen Photonen gespeichert und in Glasfasern im zukünftigen Quanteninternet übertragen werden. |
Forschern der von Prof. Tim Schröder, Mitglied von IRIS Adlershof, geleiteten Arbeitsgruppe „Integrierte Quantenphotonik“ der Humboldt-Universität zu Berlin, ist es weltweit zum ersten Mal gelungen, Photonen mit stabilen Photonenfrequenzen, die von Quantenlichtquellen, oder, genauer gesagt, von Stickstoff-Fehlstellen-Defektzentren in Diamantnanostrukturen emittiert wurden, zu erzeugen und nachzuweisen. Dies wurde durch eine sorgfältige Wahl des Diamantmaterials, hochentwickelte Nanofabrikationsmethoden durchgeführt im Joint Lab Diamant Nanophotonik des Ferdinand-Braun-Instituts, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik und spezielle experimentelle Kontrollprotokolle ermöglicht. Durch die Kombination der Methoden kann das Rauschen der Elektronen, das bisher die Datenübertragung gestört hat, signifikant reduziert werden und die Photonen werden auf einer stabilen (Kommunikations-) Frequenz ausgesendet.
Zudem zeigen die Berliner Forscher, dass man perspektivisch mit Hilfe der entwickelten Methoden die gegenwärtigen Kommunikationsraten zwischen räumlich getrennten Quantensystemen mehr als 1000-fach erhöhen kann, so dass sie einem zukünftigen Quanteninternet einen wichtigen Schritt näher gekommen sind.
Einzelne Qubits wurden in optimierte Diamantnanostrukturen integriert. Diese Strukturen sind 1000-mal dünner als ein menschliches Haar und ermöglichen es, einzelne ausgesendete Lichtteilchen in Glasfasern gerichtet zu überführen. Bei der Herstellung der Nanostrukturen wird allerdings die Materialoberfläche auf atomarer Ebene beschädigt und freie Elektronen erzeugen unkontrollierbare Störungen für die erzeugten Lichtteilchen. Ein Rauschen, das vergleichbar ist mit einer unstabilen Radiofrequenz, führt zu Schwankungen in der Photonenfrequenz und verhindert somit erfolgreiche Quantenoperationen, wie beispielsweise Verschränkung.
Eine Besonderheit in dem genutzten Diamantmaterial ist, dass relativ viele Fremdatome (Stickstoff) in dem Kristallgitter vorhanden sind. Diese schirmen möglicherweise die Quantenlichtquelle von Störelektronen an der Oberfläche der Nanostruktur ab. „Die genauen physikalischen Prozesse müssen allerdings in Zukunft noch näher untersucht werden“, erklärt Laura Orphal-Kobin, Sprecherin des wissenschaftlichen Nachwuchses von IRIS Adlershof, die gemeinsam mit Tim Schröder an den Quantensystemen forscht.
Optically Coherent Nitrogen-Vacancy Defect Centers in Diamond Nanostructures
L. Orphal-Kobin, K. Unterguggenberger, T. Pregnolato, N. Kemf, M. Matalla, R.-S. Unger, I. Ostermay, G. Pieplow, und T. Schröder
Physical Review X (2023)
Kontakt:
Laura Orphal-Kobin, Telefon: +49 30 2093 82146, Email: orphalphysik.hu-berlin.de
Prof. Dr. Tim Schröder, Telefon: +49 30 2093 82140, Email: tim.schroederphysik-hu-berlin.de
Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Physik und IRIS Adlershof, Integrated Quantum Photonics Group & Joint Lab Diamond Nanophotonics, Ferdinand-Braun-Institut
30.03.2023Prof. Jan Plefka erhält ERC Advanced Grant
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| Prof. Jan Plefka |
Jan Plefka erhält einen renommierten Advanced Grant des European Research Council (ERC). Ihm und seinem Team am Institut für Physik und am IRIS Adlershof der HU Berlin, stehen in den kommenden 5 Jahren 2,2 Millionen Euro für das GraWFTy Projekt (High-Precision Gravitational Wave Physics from a Worldline Quantum Field Theory) zur Verfügung, um Gravitationswellen mithilfe der Quantenfeldtheorie zu beschreiben. Die so möglichen Vorhersagen werden für die Wellendetektoren der nächsten Generationen benötigt.
Der ERC Advanced Grant
ERC Advanced Grants sind ist mit bis zu 2,5 Millionen Euro dotiert und unterstützen exzellente und selbst initiierte Forschungsprojekte führender Spitzenforscher_innen. Es handelt sich um die höchstdotierte europäische Forschungsförderung. Die Preisträger_innen sind exzeptionell führende Persönlichkeiten, die sich durch Originalität und Signifikanz ihrer Ansätze auszeichnen.
Zur Person
Professor Jan Plefka ist ein renommierter theoretischer Physiker und Professor an der Humboldt-Universität zu Berlin. Nach Physikstudium und Promotion 1996 an der Universität Hannover war er Postdoc in New York, Amsterdam und am MPI Potsdam. Er war Gastprofessor an der ETH Zürich und am CERN. Seine Forschungen beschäftigen sich mit der Quantenfeldtheorie und ihrer Beziehung zur Gravitation. Hierbei konnte er wichtige Beiträge zu Fragen der Quantengravitation und der Stringtheorie, insbesondere im Bereich der AdS/CFT-Korrespondenz und zu versteckten Symmetrien in supersymmetrischen Quantenfeldtheorien liefern. In jüngster Zeit hat er innovative quantenfeldtheoretische Methoden für Fragen der klassischen Gravitationswellenphysik entwickelt, für dessen Ausbau er nun den ERC Advanced Grant erhielt.
Er ist Sprecher des DFG Graduiertenkollegs 2575, “Rethinking Quantum Field Theory”.
Jan Plefka wurde mehrfach ausgezeichnet, darunter mit einem Feodor Lynen Stipendium der Humboldt-Stiftung und der Lichtenberg-Professur der Volkswagen Stiftung.
Das GraWFTy Projekt: High-Precision Gravitational Wave Physics from a Worldline Quantum Field Theory
Gravitationswellen sind winzige Wellen des Raumzeitgewebes, die sich mit Lichtgeschwindigkeit durch unser Universum bewegen. Sie entstehen, sobald Massen beschleunigt werden.
Sie sind eine direkte Vorhersage der Einstein’schen Relativitätstheorie, die er in seinen Berliner Jahren bereits 1916 vorhergesagt hat. Sie wurden erstmals 100 Jahre später im Jahr 2015 im LIGO Detektor direkt nachgewiesen. Sie sind durch die Verschmelzung von zwei schwarzen Löchern entstanden und haben sich nach einem Milliarden-Lichtjahre langen Weg bei uns durch winzigste Auslenkungen bemerkbar gemacht.
Derzeit sind 3 Gravitationswellen-Observatorien in Betrieb: LIGO, Virgo und Kagra. Sie detektieren routinemäßig Gravitationswellen, die von Verschmelzungen von schwarzen Löchern und Neutronensternen ausgehen. Bis heute konnten etwa 90 solcher Ereignisse detektiert werden.
In den 2030er Jahren wird eine neue Generation von boden- und weltraumgestützten Gravitationswellendetektoren in Betrieb gehen, die die Empfindlichkeiten dieser Messungen deutlich erhöhen werden. Um diesen Empfindlichkeiten gerecht zu werden, muss die theoretische Physik hochgenaue Wellenformen aus Einsteins Theorie vorhersagen, die weit über den aktuellen Stand der Technik hinausgehen.
Das GraWFTy Projekt wird diese Vorhersagen für die hochpräzise Form von Gravitationswellen liefern. Mit deren Hilfe können fundamentale Fragen der Physik studiert werden:
- Ist Einsteins Theorie im Bereich starker Gravitationsfelder korrekt?
- Wie entstehen schwarze Löcher, was ist ihre Population im Universum?
- Können wir Signale für Physik jenseits der bekannten Naturkräfte und Teilchen sehen?
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| Visualisierung der gravitativen Bremsstrahlung aus der Streuung zweier schwarzer Löcher (BSc-Arbeit O. Babayemi) |
Jan Plefka erklärt seinen Ansatz: "Gemeinsam mit meiner Arbeitsgruppe konnten wir seit 2020 eine innovative Methode entwickeln, die dieses Problem der klassischen Physik mit Methoden der Quantenfeldtheorie angeht. Die Quantenfeldtheorie ist die mathematische Beschreibung der Elementarteilchenphysik, also gerade der kleinsten Bausteine unseres Universums und deren Wechselwirkungen. Es ist überaus faszinierend, dass diese Sprache auch auf die klassische Gravitationsphysik mit hoher Effizienz angewandt werden kann. Verkürzt gesagt ersetzen wir die Streuung von Protonen, so wie sie in Beschleunigern wie des LHC am CERN stattfindet, in unserem Formalismus durch die Streuung von schwarzen Löchern oder Neutronensternen. Dabei gibt es natürlich zunächst die Vereinfachung, dass wir nun die Quanteneffekte in den umfangreichen Rechnungen vernachlässigen können – die im Fall der Gravitation auch noch ungenügend verstanden sind. Dies wird jedoch durch die Komplexität der Einstein’schen Theorie im Vergleich zu dem Standardmodell der Teilchenphysik wieder kompensiert.
Der große Vorteil unseres sogenannten "Weltlinien" Zugangs ist, dass wir direkt auf die observablen Größen im Detektor abzielen können und dabei die moderne mathematische Technologie der Quantenfeldtheorie, namentlich der Feynmanintegrale, nutzen können. Ein weiterer besonderer Aspekt ist, dass der Spin der schwarzen Löcher in unserer Beschreibung durch eine Supersymmetrie beschrieben wird. Über deren Existenz hat man bislang in der Elementarteilchenphysik spekuliert. Wir konnten zeigen, dass sie in der effektiven Beschreibung von rotierenden schwarzen Löchern auftritt. Die Idee zu diesem Ansatz entspringt der Stringtheorie.
Für mich stellt dieses Projekt einen besonderen Schritt in meiner Karriere dar. Bisher habe ich meine Forschungen primär auf die Frage der Quantengravitation und ihrer Beziehung zu Eichfeldtheorien fokussiert. Das war primär mathematische Physik und fernab von real messbaren Dingen. Mit GraWFTy wende ich nun diese in einem abstrakten Kontext entwickelten Ideen auf drängende, aktuelle Fragen der Gravitationswellenphysik an. Wir konnten die Effizienz dieses Zugangs bereits beweisen. Der ERC Advanced Grant wird mir erlauben, diese Forschungen voll zu entfalten."
Kontakt
Prof. Dr. Jan Christoph Plefka
jan.plefkaphysik.hu-berlin.de
Institut für Physik und IRIS Adlershof
Zum Großen Windkanal 2, 12489 Berlin