Relativistische Analogien

Komplexes dreidimensionales Wellenleitersystem, in dem die Evolution eines “unphysikalischen” geladenen Majorana-Fermions emuliert wird.

Viele Effekte aus der relativistischen Quantenmechanik liegen außerhalb eines intuitiven Verständnisses der Natur. Ebenso gestalten sich Experimente zum Nachweis relativistischer Effekte besonders schwierig, da sie unter den extremsten Bedingungen stattfinden müssen. Somit scheint die Dirac-Gleichung als Grundgleichung der relativistischen Quantenmechanik der einzige Anhaltspunkt zur Existenz vieler relativistischer Effekte zu sein.

Wir zeigen in unserer Arbeit, dass Strukturen evaneszent koppelnder Wellenleiter [J. Phys. B 43, 163001 (2010)] eine äußerst vielseitige Plattform zum Nachweis relativistischer Effekte in photonischen Experimenten sind. Unter der Ausnutzung von Ähnlichkeiten der Dirac-Gleichung und der Lichtausbreitung in den Wellenleiterstrukturen zeigten wir in klassischen Experimenten die Zitterbewegung freier Elektronen [Phys. Rev. Lett. 105, 143902 (2010)], die Paarerzeugung und Rabi-Oszillationen  [Phys. Rev. Lett. 109, 110401 (2012)], masselose Dirac-Teilchen  [Phys. Rev. Lett. 109, 023602 (2012)], Dirac-Fermionen mit zufälliger Masse  [Nature Commun. 4, 1368 (2013)], und ultrastarke pseudo-magnetische Felder  [Nature Photon. 7, 153 (2013)].

Unser erweitertes Verständnis integrierter Wellenleiterstrukturen erlaubte uns die erste Nachahmung eines „nicht-physikalischen“ Phänomens: ein geladenes Majorana-Fermion [Optica 2, 454 (2015)].

Back