Thermodynamik eines zweidimensionalen Photonengases

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Bose-Einstein-Kondensation, die makroskopische Grundzustandsbesetzung eines Systems bosonischer Teilchen unterhalb einer kritischen Temperatur, wurde für ein atomares Gas erstmals im Jahr 1995 beobachtet. Photonen, die quantisierten Teilchen des Lichts, zeigen üblicherweise hingegen keine Bose-Einstein-Kondensation, da für die Plancksche Schwarzkörperstrahlung die Teilchenzahl nicht erhalten ist und die Photonen bei kleinen Temperaturen in den Wänden des Systems verschwinden. In Vorarbeiten gelang es unserer Arbeitsgruppe kürzlich mit einem farbstoffgefüllten optischen Mikroresonator, erstmals ein Bose-Einstein-Kondensat eines Photonengases experimentell zu beobachten.Aufbauend auf diese Vorarbeiten wollen wir im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens weitergehende Untersuchung zur Thermodynamik des Photonengases im Mikroresonator durchführen. Der Phasenübergang zu dem im Experiment zweidimensionalen Bose-Einstein-Kondensat soll im Detail vermessen werden, und wir planen die Rolle einer möglichen, durch Photonen-Photonen Streuung im Farbstoffmedium vermittelten Wechselwirkung zu untersuchen. Auch wollen wir klären, ob das Photonengas ein Beispiel für ein großkanonisches Quantengas darstellt, was spannende Konsequenzen für die beobachtbare Photonenstatistik des Kondensats erwarten lässt. Wir erwarten im Rahmen des beantragten Vorhabens neuartige Zustände des Lichts erkunden zu können.