Universität Bielefeld beteiligt an neuer Forschergruppe

Eine Tasse mit heißem Kaffee kühlt in wenigen Minuten auf Raumtemperatur ab. Dieses Phänomen der Thermalisierung lässt sich im Alltagsleben beobachten. Allerdings spielt die Frage, ob und auf welche Weise ein physikalisches System ins Gleichgewicht kommt, eine Schlüsselrolle auf vielen Gebieten der modernen experimentellen und theoretischen Physik. Eine nun von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte Forschergruppe wird sich mit dieser komplexen Fragestellung befassen. Sprecher der Forschergruppe ist Juniorprofessor Dr. Robin Steinigeweg von der Universität Osnabrück, stellvertretender Sprecher ist Professor Dr. Peter Reimann von der Universität Bielefeld. Neben den Universitäten Osnabrück und Bielefeld sind die Universität Oldenburg und das Forschungszentrum Jülich an der Forschergruppe beteiligt.

Der offizielle Name der Forschergruppe lautet „Fundamental Aspects of Statistical Mechanics and the Emergence of Thermodynamics in Non-Equilibrium Systems“ (Fundamentale Aspekte der statistischen Physik und die Emergenz der Thermodynamik in Nichtgleichgewichtssystemen). Die DFG stellt für die Gruppe Mittel in Höhe von circa 1,3 Millionen Euro für zunächst drei Jahre zur Verfügung.

„Thermalisierung kann man sich, natürlich sehr vereinfacht ausgedrückt, als das Abkühlen einer Tasse mit heißem Kaffee vorstellen“, sagt Robin Steinigeweg. Offene Fragen in diesem Bereich werden bereits seit langer Zeit immer wieder untersucht, aber gerade in den vergangenen Jahren hat das Interesse daran sehr stark zugenommen, insbesondere im Zusammenhang mit der Entdeckung neuartiger Materialien und Zustände wie beispielsweise kalte Atomgase, topologische Isolatoren oder Lokalisierungseffekte in Vielteilchensystemen. Insbesondere wurden auch im grundlegenden theoretischen Verständnis von Thermalisierung große Fortschritte erzielt. Viel weniger ist allerdings bisher über den Weg bekannt, der zum Gleichgewicht führt. In der Theorie bleibt es eine große Herausforderung, aus mikroskopischen Grundprinzipien herzuleiten, wie auf der Makroebene der Übergang ins Gleichgewicht (makroskopisches Relaxationsverhalten) erfolgt.

Das Ziel der Forschergruppe ist es, diese theoretischen Herausforderungen in 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“, so Prof. Dr. Peter Reimann, stellvertretender Sprecher der Forschergruppe von der Universität Bielefeld.

„Obwohl die Forschergruppe sich auf die Klärung dieser theoretischen Grundfragen fokussiert, sind die betrachteten Modelle auch eng verknüpft mit realen Materialien, wie zum Beispiel magnetische Moleküle, niederdimensionale Quantenmagnete oder topologische Systeme mit flachen Bändern“, so der Oldenburger Physiker und Vizepräsident für Forschung, Professor Dr. Martin Holthaus. „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.“

Dem Antrag für die Forschergruppe war ein intensiver Workshop am Zentrum für interdisziplinäre Forschung (ZiF) der Universität Bielefeld vorangegangen. Während des Workshops im März 2017 diskutierten Physikerinnen und Physiker aus Europa, Japan und den USA über grundlegende Annahmen und Fragen, die künftig auch in der neuen Forschergruppe bearbeitet werden sollen.

An der Forschergruppe beteiligt sind außer den Sprechern Professor Steinigeweg und Professor Reimann: Professor Dr. Thomas Dahm (Universität Bielefeld), Professor Dr. Andreas Engel und Professor Dr. Martin Holthaus (beide von der Universität Oldenburg), Professor Dr. Jochen Gemmer und Professor Dr. Philipp Maass (beide von der Universität Osnabrück), Professorin Dr. Kristel Michielsen (Forschungszentrum Jülich) sowie Professor Dr. Jürgen Schnack (Universität Bielefeld).

Weitere Informationen:

• „DFG fördert acht neue Forschergruppen, eine Klinische und zwei Kolleg-Forschergruppen“ (Pressemitteilung der Deutschen Forschungsgemeinschaft vom 14.12.2017): http://bit.ly/2AGIuvP
• ZiF-Arbeitsgemeinschaft „Fundamentale Aspekte der statistischen Physik und Thermodynamik“: http://bit.ly/2B7t0OG

Kontakt:
Prof. Dr. Peter Reimann, Universität Bielefeld
Fakultät für Physik
Telefon: 0521 106-6206
E-Mail: reimann@physik.uni-bielefeld.de