KIP-Veröffentlichungen

Die kosmologische Teilchenproduktion ist eine der wichtigsten Erkenntnisse der Quantenfeldtheorie (QFT) in gekrümmten Raumzeiten. Bei diesem Prozess erzeugt die Expansion des Raums Paare von Teilchen, sogar aus einem anfänglichen Vakuum. Dies entspricht einem eindimensionalen quantenmechanischen Streuproblem, bei dem die Zeitabhängigkeit des Skalenfaktors in das Streupotential einfließt. Die Reflexion an diesem Potential führt zur Produktion von Teilchen. Hier wird dieser Prozess im analogen System eines zweidimensionalen Bose-Einstein-Kondensats aus Kalium-39 untersucht. Seine fundamentalen Anregungen werden als skalares Feld behandelt und die Schallgeschwindigkeit gibt die relevante Skala vor. Die Expansion wird durch eine dynamische Abnahme der Schallgeschwindigkeit über eine magnetische Feshbach-Resonanz simuliert. Wir beobachten kohärente Oszillationen der Dichtefluktuationsspektren, die durch Interferenz der erzeugten Teilchenpaare hervorgerufen werden. Um die Streuungsanalogie zu untersuchen, implementieren wir eine lineare Expansion des Raums, die einem Boxpotential entspricht, und finden keine Teilchenproduktion für Impulsmoden, die mit Resonanzen der Box in Verbindung gebracht werden können. Für periodische Raumzeiten finden wir eine große Teilchenproduktion für Impulse, die den Bandlücken des unendlich ausgedehnten periodischen Potentials entsprechen. In einem Fall finden wir Quetschungen unterhalb das Niveaus von Vakuumfluktuationen, was ein Zeuge für Verschränkung zwischen den besetzten Impulsmoden ist.

Cosmological particle production is one of the key findings of quantum field theory (QFT) in curved spacetimes. In this process, the expansion of space produces pairs of particles, even from an initial vacuum. This is equivalent to a one-dimensional quantum mechanical scattering problem, in which the time-dependence of the scale factor is incorporated in a scattering potential. Reflection on the potential gives rise to particle production. Here, this process is investigated in the analog system of a two-dimensional Bose-Einstein condensate of potassium-39. Its fundamental excitations are treated as a scalar field and the speed of sound sets the relevant scale. Expansion is simulated with a dynamical decrease of the speed of sound via a magnetic Feshbach resonance. We observe coherent oscillations of the density fluctuation power spectra which are a result of interference of the produced particle pairs. To probe the scattering analogy, we implement linear expansion of space, which is equivalent to a box potential, and find no particle production for modes that can be associated with resonances of the box. For periodic spacetimes, we find large particle production for momenta that correspond to the band gaps of the infinitely extended periodic potential. In one case, we find squeezing below the level of vacuum fluctuations, which is a witness for entanglement between the populated momentum modes.