Die fundamentalen Gesetze der Physik basieren auf Symmetrien, die unter anderem die Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen bestimmen. Forscher der Universität Heidelberg haben mithilfe ultrakalter Atome die Symmetrien der Quantenelektrodynamik experimentell konstruiert. Sie erhoffen sich neue Erkenntnisse für die Realisierung zukünftiger Quantentechnologien, mit denen komplexe physikalische Phänomene simuliert werden können. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht.

In der Theorie der Quantenelektrodynamik geht es um die elektromagnetische Wechselwirkung von Elektronen mit Lichtteilchen. Sie basiert auf der sogenannten U(1)-Symmetrie, die etwa die Bewegung der Teilchen vorgibt. Mit ihren Experimenten wollen die Heidelberger Physiker unter der Leitung von Juniorprofessor Dr. Fred Jendrzejewski zu einer effizienten Untersuchung dieser komplexen physikalischen Theorie beitragen. Ihnen ist es jetzt gelungen, dafür experimentell einen elementaren Baustein zu realisieren. „Wir sehen unsere Forschungsergebnisse als zentralen Schritt hin zu einer Plattform bestehend aus einer Kette korrekt zusammengesetzter Bausteine, die einer groß angelegten Implementierung der Quantenelektrodynamik in ultrakalten Atomen dienen soll“, erläutert Prof. Jendrzejewski, der am Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg eine Emmy Noether-Gruppe leitet.