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DFG-Forschungsgruppe FOR 2692

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

Pressemitteilungen

• Universität Bielefeld (12.04.2021)
• Universität Osnabrück (07.04.2021)
• DFG (29.03.2021)
• Universität Osnabrück (15.12.2017)

Sprecher und Kontakt

• Sprecher: Prof. Dr. Robin Steinigeweg (Universität Osnabrück) und
• Ko-Sprecher: Prof. Dr. Martin Holthaus (Universität Oldenburg)

Projektleiter

Beteiligt sind außer den Sprechern Robin Steinigeweg und Martin Holthaus:

• Prof. Dr. Thomas Dahm, Prof. Dr. Peter Reimann und Prof. Dr. Jürgen Schnack (jeweils von der Universität Bielefeld),
• Prof. Dr. Andreas Engel (Universität Oldenburg),
• Prof. Dr. Jochen Gemmer und Prof. Dr. Philipp Maass (beide von der Universität Osnabrück), sowie
• Prof. Dr. Kristel Michielsen (Forschungszentrum Jülich).

Assoziierte Wissenschaftler

• Prof. Dr. Hans De Raedt (emeritiert, Universität Groningen)
• apl. Prof. Dr. Heinz-Jürgen Schmidt (emeritiert, Universität Osnabrück)

Gesamtes Team

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 Forschungsgruppe 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 Forschungsgruppe 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

• 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)

2. Förderperiode

• P1/2: Approach to Equilibrium in Interacting Flat-Band Systems
  (Dahm)
• P2/2: Work Statistics in Classical and Quantum Driven Billiards
  (Engel, Holthaus, Gemmer)
• P3/2: Combinations of Damped Harmonic Oscillations as Stable Building Blocks of Autocorrelation Functions in Quantum Many-Body Systems
  (Gemmer, Steinigeweg, Michielsen)
• P4/2: Emergence of Nonequilibrium Steady States in Periodically Driven Closed Composite Quantum Systems
  (Holthaus, Engel)
• P5/2: Nonequilibrium Transport and Thermodynamics in Driven Lattice Gases
  (Maass)
• P6/2: Typical and Non-Typical Temporal Relaxation Processes in Macroscopic Quantum Systems
  (Reimann)
• P7/2: Decoherence and Relaxation in Quantum Spin Clusters
  (Schnack, Michielsen, Steinigeweg)
• P8/2: Nonequilibrium Dynamics in 2D Clusters from the Perspective of Quantum Typicality and Eigenstate Thermalization
  (Steinigeweg, Gemmer, Michielsen)