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DFG-Forschergruppe FOR 2692

Fundamental Aspects of Statistical Mechanics and the Emergence of Thermodynamics in Non-Equilibrium Systems

FOR2692

Pressemitteilungen

Die Forschergruppe wurde am 14.12.2017 eingerichtet.

  • Eine Pressemeldung der DFG (14.12.2017) finden Sie hier.
  • Eine Pressemeldung der Universität Osnabrück (15.12.2017) finden Sie hier.

Sprecher und Kontakt

Projektleiter

Beteiligt sind außer den Sprechern Robin Steinigeweg und Peter Reimann:

Thomas DahmAndreas EngelJochen GemmerMartin HolthausPhilipp Maass
Kristel MichielsenPeter ReimannJürgen SchnackRobin Steinigeweg

Assoziierte Wissenschaftler

Hans De RaedtHeinz-Jürgen Schmidt

Kurzbeschreibung

Die Frage, ob und auf welche Weise ein System gegen ein stationäres Langzeitverhalten relaxiert, spielt eine Schlüsselrolle auf vielen Gebieten der modernen Vielteilchenphysik. Einerseits wurden solche Probleme schon seit langer Zeit immer wieder untersucht, andererseits hat gerade in den letzten Jahren das Interesse daran wieder stark zugenommen, insbesondere im Zusammenhang mit der Entdeckung neuartiger Materialien und Zustände wie z.B. kalter Atomgase, topologischer Isolatoren oder Lokalisierungseffekte in Vielteilchensystemen. Insbesondere wurden auch im grundlegenden theoretischen Verständnis von Relaxation und Thermalisierung große Fortschritte erzielt, unter anderem Dank maßgeschneiderter neuer Konzepte wie etwa die Eigenzustandsthermalisierung und die Typikalität reiner Quantenzustände, aber auch Dank der Entwicklung leistungsfähiger numerischer Methoden. Viel weniger ist allerdings bisher bekannt über den Weg ins Gleichgewicht an sich, und die strenge Herleitung des makroskopischen Relaxationsverhaltens aus mikroskopischen Grundprinzipien stellt daher nach wie vor eine der großen Herausforderungen in der Theorie dar.

Das Ziel der Forschergruppe ist es, diese theoretischen Herausforderungen im Bezug auf die mikroskopischen Grundlagen der Relaxation anzugehen. Im Zentrum unserer Untersuchungen steht das Verhalten komplexer Systeme unter generischen Nichtgleichgewichtsbedingungen, die durch Anfangszustände fern vom Gleichgewicht oder durch starke äußere Antriebskräfte induziert werden. Insbesondere soll die Rolle spezieller Anfangszustände in isolierten und offenen Systemen mit expliziter Badankopplung geklärt werden. Unsere Schlüsselfragen umfassen die Begründung konventioneller exponentieller Relaxation, phänomenologischer Transportgesetzte und des Gibbsschen Gleichgewichts sowie die Formulierung von Fluktuationstheoremen über verrichtete Arbeit. Obwohl unsere Forschergruppe sich auf die Klärung dieser theoretischen Grundfragen fokussiert, sind die betrachteten Modelle auch eng verknüpft mit realen Materialien, wie z.B. magnetische Moleküle, niederdimensionale Quantenmagnete oder topologische Systeme mit flachen Bändern. Angesichts der Komplexität solcher Modelle kann das Zusammenwirken der an den verschiedenen beteiligten Standorten entwickelten analytischen und numerischen Kompetenzen als eine besondere Stärke unseres Verbundprojekts betrachtet werden.

Einzelprojekte

Die Forschergruppe besteht aus den Theorie-Projekten:

  • P1: Equilibration in Topological Flat-Band Systems 
    (Dahm)
  • P2: Work in Classical and Quantum Non-Equilibrium Systems
    (Engel, Holthaus, Gemmer)
  • P3: Asymptotic Validity of the Jarzynski Relation for Non-Gibbsian Initial States in Isolated Quantum Systems
    (Gemmer, Steinigeweg, Michielsen)
  • P4: Quasi-Equilibrium Distributions for Periodically Driven Quantum Systems
    (Holthaus, Engel)
  • P5: Fluctuation and Response Behaviour at Phase Transitions in Driven Lattice Gases and Brownian Motors
    (Maass)
  • P6: Typical and Non-Typical Temporal Relaxation Processes in Macroscopic Quantum Systems
    (Reimann)
  • P7: Decoherence and Relaxation in Quantum Spin Clusters
    (Schnack, Steinigeweg)
  • P8: Real-Time and Real-Space Dynamics of Far-From-Equilibrium States in Isolated Quantum Systems
    (Steinigeweg, Gemmer, Michielsen)