Many-body quantum interference of composite particles on a 1D lattice

Medientyp: E-Book

Titel: Many-body quantum interference of composite particles on a 1D lattice

Beteiligte: Njoya Mforifoum, Mama Kabir [Verfasser:in]; Buchleitner, Andreas [Akademische:r Betreuer:in]; Dufour, Gabriel [Akademische:r Betreuer:in]; Buchleitner, Andreas [Sonstige Person, Familie und Körperschaft]; Filk, Thomas [Sonstige Person, Familie und Körperschaft]; Stock, Gerhard [Sonstige Person, Familie und Körperschaft]

Körperschaft: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Physikalisches Institut ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät für Mathematik und Physik

Erschienen: Freiburg: Universität, 2022

Umfang: Online-Ressource

Sprache: Englisch

DOI: 10.6094/UNIFR/229297

Identifikator:

Schlagwörter: Physik ; Quantenphysik ; Vielteilchensystem ; Bosonensystem ; Hong-Ou-Mandel-Effekt ; (local)doctoralThesis

Entstehung:

Hochschulschrift: Dissertation, Universität Freiburg, 2022

Anmerkungen:

Beschreibung: Abstract: Many-body interference strongly affects the dynamics of systems of identical particles, and has a prominent signature in the well-known Hong-Ou-Mandel (HOM) experiment. However, the interfering particles (bosons or fermions) can be composite objects, raising the question of the conditions under which bound states of several particles behave as ideal elementary bosons or fermions. In this thesis, we investigate the Hong-Ou-Mandel interference of two composites, each a bound state of two elementary fermions or bosons, on a one-dimensional lattice. We include a potential barrier or tunneling impurity that will serve as a beam splitter. To introduce the necessary concepts, we first proceed to the study of the HOM scenario for two elementary particles. We exploit exchange symmetries between the particles and the mirror symmetry of the lattice to provide an intuitive way to evaluate the bunching and coincidence probabilities in terms of the transmission and reflection coefficients of the beam splitter in both interacting and non-interacting cases. Subsequently, we compare numerically exact simulations of the dynamics of the composite particles to an effective model for tightly bound pairs derived using degenerate perturbation theory. We then compare the dynamics of the composites to that of two elementary bosons. This enables us to identify parameter regimes in which the composite objects exhibit significant bosonic interference. We find that the bunching probabilities decrease overall in the HOM scenario obtained with composite particles, with different constituents’ statistics, compared to the elementary case. This is a manifestation of the compounds’ residual interaction when they occupy neighbouring sites

Abstract: Vielteilchen-Interferenz hat wesentlichen Einfluss auf die Dynamik von Systemen identischer Teilchen, mit einer ausgeprägten Signatur in dem wohlbekannten Hong-Ou-Mandel (HOM)-Experiment. Allerdings können die interferierenden Teilchen (Bosonen oder Fermionen) zusammengesetzte Objekte sein, was die Frage aufwirft, unter welchen Bedingungen sich gebundene Zustände mehrerer Teilchen wie ideale, elementare Bosonen oder Fermionen verhalten. In der vorliegenden Arbeit untersuchen wir die Hong-Ou-Mandel-Interferenz zweier zusammengesetzter Objekte, jeweils ein gebundener Zustand von zwei elementaren Fermionen oder Bosonen, auf einem eindimensionalen Gitter. Eine Potential barriere oder eine Tunnel-Störstelle dienen als Strahlteiler. Um die grundlegenden Konzepte einzuführen, untersuchen wir zunächst das HOM-Szenario mit zwei elementaren Teilchen. Wir machen uns die Austauschsymmetrie der Teilchen und die Spiegelsymmetrie des Gitters zunutze, um ein intuitives Verständnis für die durch Transmissions-und Reflexionskoeffizienten des Strahlteilers bestimmten Wahrscheinlichkeiten für die Detektion beider, womöglich wechselwirkunder Teilchen auf derselben oder auf gegenüberliegenden Seiten der Tunnelbarriere zu gewinnen. Anschließend vergleichen wir numerisch exakte Simulationen der Dynamik der zusammengesetzten Teilchen mit einem effektiven Modell für stark gebundene Paare, das mit Hilfe entarteter Störungstheorie abgeleitet wurde. Außerdem vergleichen wir die Dynamik der Verbundteilchen mit der zweier elementarer Bosonen. Dies erlaubt uns die Identifikation von Parame- terbereichen, in denen die zusammengesetzten Objekte eine signifikante bosonische Interferenz aufweisen. Wir stellen fest, dass die Bunching-Wahrscheinlichkeiten im HOM-Szenario für zusammengesetzte Teilchen mit unterschiedlicher Statistik ihrer Konstituenten insgesamt geringer sind als in den elementaren Fällen. Dies ist ein Manifestation der residuellen Wechselwirkung zwischen den Verbundteilchen, wenn diese sich aufbenachbarten Gitterplätzen befinden

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