QUEST Zwischenbericht 2010 (PDF, 5.8 MB)

Cluster of Excellence | Exzellenzcluster Centre for Quantum Engineering and Space-Time Research
Zwischenbericht 2010
Interim Report

Cluster of Excellence | Exzellenzcluster Centre for Quantum Engineering and Space-Time Research
Zwischenbericht 2010
Interim Report

6
Interim Report
Table of Content
8 Prefaces | Vorworte
8 Prof. Dr. Wolfgang Ertmer, Coordinator | Koordinator · QUEST
10 Prof. Dr.-Ing. Erich Barke, President | Präsident · Leibniz Universität
Hannover
12 Stephan Weil, Lord Mayor | Oberbürgermeister · Hannover
14 About the Cluster of Excellence | Über den Exzellenzcluster
14 What is QUEST? | Was ist QUEST?
16 QUEST Partner | QUEST-Partner
16 Institutes of the Leibniz Universität | Institute der Leibniz Universität
20 Laser Zentrum Hannover e.V.
21 Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein
Institute) | Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Albert-Einstein-
Institut Hannover
22 Gravitational Wave Detector GEO 600 | Gravitationswellendetektor
GEO 600
23 Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
24 Center of Applied Space Technology and Microgravity | Zentrum für
Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM)
26 Research Areas | Forschungsbereiche
26 Research in QUEST | Forschung in QUEST
28 Research Area | Forschungsbereich Quantum Engineering
30 Theoretical Quantum Optics
32 Macroscopic Quantum Objects
34 Condensed Matter Physics with Cold Gases
36 Quantum Engineering of Optical Pulses
38 Non-Classical States of Matter
40 Research Area | Forschungsbereich Quantum Sensors
42 Experimental Quantum Metrology
44 Third Generation Gravitational Wave Observatories
46 Atomic Quantum Sensors
48 Fundamental Noise Sources
50 Quantum Sensors with Cold Ions
52 10 m Prototype Interferometer
54 Research Area | Forschungsbereich Space-Time
56 Quantum-Gravity Phenomenology, General and Special Relativity
58 Precision Geodesy on Earth and in Space
60 String Cosmology and Phenomenology
62 Next Generation Geodesy Missions
64 Global Geodetic Observing System (GGOS)
66 Gravitational Wave Astronomy
68 Research Area | Forschungsbereich Enabling Technologies
70 Ultrahigh Quality Optical Layers and Characterisation
72 3rd Generation Gravitational Wave Detector Laser Source
74 Fiber Optics
76 Sub-Hz Lasers and High-Performance Cavities
78 Photonic Devices for Space Applications
80 Mode-locked Lasers / Mode Combs
82 Nanophotonics

Zwischenbericht
Inhaltsverzeichnis
84 Future Research Groups | Zukünftige Forschungsgruppen
84 Theoretical Physics—Macroscopic Quantum Objects
86 Quantum Information
90 Task Groups | Projektgruppen
92 Physics of Spinor Systems
94 Quantum Test of the Equivalence Principle
96 Transportable Ultra-stable Clocks
98 Variations of Fundamental Constants
100 Next Generation Gravity Field Missions
102 Advanced Light Sources and Optical Materials
104 High Precision Modelling
106 Administration | Verwaltung
106 The QUEST Office | Das QUEST-Büro
108 Finance and Human Ressources | Finanzen und Personal
110 The New Professorships —Backbone of the Cluster | Die neuen
Professuren – Rückgrat des Clusters
112 Supporting Young Scientists | Förderung des wissenschaftlichen
Nachwuchses
114 Sustainable Creation of Structures—QUEST Leibniz Research School |
Nachhaltige Strukturbildung – Die QUEST-Leibniz-Forschungsschule
116 Transfer to the Public | Transfer in die Öffentlichkeit
120 Scientific Networks | Vernetzung der Wissenschaft
122 Appendix | Anhang
122 List of Publications | Ausgewählte Publikationen · Research Groups
133 List of Publications | Ausgewählte Publikationen · Task Groups
136 Imprint | Impressum
7

8
Coordinator | Koordinator · QUEST
Ude Cieluch Preface
The establishment of clusters of excellence
has led to the greatest paradigm shift in research
promotion in Germany since the Federal Republic
was founded. With the Excellence Initiative, the
federal and state governments are jointly promoting
beacons of science and redefining the German
research landscape. The Centre for Quantum
Engineering and Space-Time Research, QUEST for
short, at Leibniz Universität Hannover is one such
beacon in Lower Saxony.
With this interim report, QUEST wishes to present
itself to the general public and to provide an
insight into fascinating research at the frontiers of
quantum physics.
Research at the quantum limit, in other words
at the frontiers of what can be achieved though
the specific use of quantum effects and our current
knowledge, is our particular interest. We want
to exploit quantum effects to more precisely investigate
and understand the fundamental laws
of physics. We ask ourselves such questions as:
„Are the fundamental constants really constant?“,
or „How did the Big Bang work?“
It therefore goes without saying that in
QUEST fundamental research is directly linked
to the development of new technologies. To be
able to answer our questions we need novel methods
and technologies that can measure even
the smallest effects with unprecedented accuracy.
In quantum physics „small“ does not mean „insignificant“,
for even the smallest effects may exclude
whole theories or open up completely new
horizons, as we can learn from Relativity Theory.
Good examples are high-precision atomic clocks,
with which potential temporal variations of fundamental
constants can be tested. Such technologies
also open up completely new measuring
techniques, for example measurements of the
Earth‘s surface to the nearest millimetre, known
as precision geodesy. The specific combination of
quantum physics and space-time research, transferable
into the development of technology and
geodesy is unique to the research activities carried
out by QUEST.
In this interim report you will discover how
QUEST has greatly strengthened interdisciplinary
research and teaching both within Leibniz Universität
and also with our QUEST partners. The main
focus is on the reports submitted by our QUEST
working groups and our so-called task groups.
As transverse structures to the working groups,
the latter adopt an interdisciplinary approach to
specific topic areas.
QUEST cannot however be narrowed down
to its scientific successes alone, for it has numerous
other facets. We place particular value on
actively supporting young scientists, for example
in the form of dedicated teaching concepts or
in postgraduate programmes. In addition, we
are committed to promoting equal opportunities
and to setting up a family-friendly research
environment.
I hope that with this report we have been
able to provide extensive information on the
cluster‘s wide variety of activities. I would particularly
welcome your impressions, suggestions
and questions, as QUEST is a system open to all
interested parties!
Best wishes,

Vorwort
Prof. Dr. Wolfgang Ertmer
Die Einrichtung von Exzellenzclustern hat in
Deutschland seit der Gründung der Bundesrepublik
den wohl größten Paradigmenwechsel in
der Forschungsförderung eingeleitet. Der Bund
und die Länder fördern mit der Exzellenzinitiative
gemeinsam Leuchttürme der Wissenschaft und
profilieren die deutsche Forschungslandschaft
neu. Das an der Leibniz Universität Hannover
eingerichtete Centre for Quantum Engineering
and Space-Time Research, kurz QUEST, ist einer
dieser Leuchttürme in Niedersachsen.
QUEST möchte sich mit diesem Zwischenbericht
einer breiten Öffentlichkeit vorstellen
und Ihnen einen Einblick in die faszinierende Forschung
an den Grenzen der Quantenphysik geben.
Forschung am Quantenlimit, also an der
Grenze dessen, was durch die gezielte Nutzung
von Quanteneffekten erreichbar ist und was
wir heute darüber wissen, das ist unser Thema.
Wir wollen Quanteneffekte nutzen, um so die
fundamentalen Gesetze der Physik genauer zu
untersuchen und zu verstehen. Wir stellen uns
zum Beispiel die Fragen: „Sind die Fundamentalkonstanten
wirklich konstant?“ oder „Wie funktionierte
der Urknall?“
Es ist also natürlich, dass in QUEST die Grundlagenforschung
mit der Entwicklung neuer Technologien
direkt verknüpft ist. Denn um unsere Fragen
beantworten zu können, bedarf es neuartiger
Methoden und Technologien, die mit bisher unerreichter
Genauigkeit auch kleinste Effekte messen
können. In der Quantenphysik bedeutet „klein“
allerdings nicht „unbedeutend“, sondern selbst
kleinste Effekte schließen möglicherweise ganze
Theorien aus oder eröffnen ganz neue Horizonte,
wie sich am Beispiel der Relativitätstheorie lernen
lässt. Gute Beispiele sind die hochpräzisen Atomuhren,
mit denen mögliche zeitliche Variationen
von Fundamentalkonstanten überprüft werden
können. Solche Technologien erlauben aber auch
gänzlich neue Messmethoden, beispielsweise zur
millimetergenauen Vermessung der Erdoberfläche,
der sogenannten Präzisionsgeodäsie. Die gezielte
Kombination von Quantenphysik und Raum-Zeit-
Forschung mit dem Transfer in die Technologieentwicklung
und in die Geodäsie ist ein Alleinstellungsmerkmal
der Forschungsaktivitäten in QUEST.
Sie werden in diesem Zwischenbericht erfahren,
wie QUEST die interdisziplinäre Forschung
und Lehre, sowohl an der Leibniz Universität als
auch bei den QUEST-Partnern, nachhaltig gestärkt
hat. Im Zentrum stehen die Berichte der QUEST-
Arbeitsgruppen und unserer sogenannten Task
Groups. Letztere sind Querstrukturen zu den Arbeitsgruppen
und widmen sich fächerübergreifend
speziellen Themenkomplexen.
QUEST lässt sich allerdings nicht ausschließlich
auf seine wissenschaftlichen Erfolge reduzieren,
sondern hat zahlreiche weitere Facetten.
Wie legen besonderen Wert auf eine aktive Nachwuchsförderung,
beispielsweise in der Form von
speziellen Lehrkonzepten oder in der Graduiertenförderung.
Weiterhin engagieren wir uns in
der Förderung von Gleichstellungsmaßnahmen
sowie der Einrichtung eines familienfreundlichen
Wissenschaftsbetriebes.
Ich hoffe, dass wir Sie mit diesem Bericht
umfassend über die zahlreichen Aktivitäten des
Clusters informieren können. Ich würde mich
insbesondere freuen, wenn Sie mir Ihre Eindrücke,
Anregungen und Fragen zukommen lassen
könnten, denn QUEST ist ein für alle Interessierten
offenes System!
Herzliche Grüße,
Thomas Damm / QUEST
9

10
Pressestelle Leibniz Universität Hannover
Preface
President | Präsident · Leibniz Universität Hannover
Shaping the future with knowledge—that
is the guiding principle of Leibniz Universität
Hannover. The highly dynamic factor, knowledge,
is, however, in a state of flux as its boundaries are
constantly being pushed back. A fruitful combination
of top-level research and excellent teaching
is the best basis for this. At Leibniz Universität
Hannover we wish to shape the future particularly
by promoting interdisciplinary approaches and
projects, for it is here that we see great potential
for the future.
The Cluster of Excellence QUEST combines all
these elements and is fundamentally modifying
the profile of Leibniz Universität Hannover. Both
the visionary research projects at the interfaces
between mathematics, physics and geodesy and
the successful teaching concepts within QUEST
play a major role in raising national and international
awareness of Leibniz Universität Hannover.
As our university becomes more and more attractive
to outstanding young researchers, we give
QUEST our wholehearted support!
It is my firm conviction that setting up and
running a cluster of excellence can be successfully
mastered only through the close cooperation
of the researchers on the one hand, and the university
management, together with the ministry
responsible, on the other. Excellent research also
requires excellent and in particular flexible administration!
It is thus thanks to many new modalities
and a major joint effort that we have been able to
appoint by far the larger part of the new excellent
scientists within the first half of the QUEST funding
period. More than ten professorships connected
to QUEST have already been established and the
positions filled with highly motivated scientists.
In this way QUEST has become a driving force for
efficient administrative procedures at Leibniz
Universität, without compromising quality!
The cluster has radically changed the research
landscape of Leibniz Universität Hannover and
that of our partners, and created new, powerful
structures. We are thus acting fully within the
spirit of the Excellence Initiative, for its support
serves is expressly intended to raise the profiles of
German universities, thereby strengthening their
international competitiveness. This involves not
only new staff but also new infrastructure. Yet
Leibniz Universität Hannover is taking a further
step: in setting up the QUEST-Leibniz Research
School it has for the first time created a structure
which extends across the existing faculties,
which deliberately institutionalises interdisciplinary
learning and research at our university. The
Leibniz Research School is treated in law in the
same way as a faculty and focuses particularly on
transdisciplinary projects from the fields of physics,
mathematics and geodesy. We build on our
strengths!
This interim report provides extensive information
both on individual research projects and
on structural measures within the cluster. Much
has already been achieved, but the cluster is planning
much more. Leibniz Universität Hannover will
continue to encourage and support QUEST in this!
Enjoy your reading!..

Vorwort
Prof. Dr.-Ing. Erich Barke
Mit Wissen Zukunft gestalten – das ist der Leitsatz
der Leibniz Universität Hannover. Wissen ist aber
eine hochdynamische Größe, die sich stets verändert
und deren Grenzen immer wieder verschoben
werden. Eine fruchtbare Kombination von Spitzenforschung
mit exzellenter Lehre ist hierfür die beste
Basis. Gestalten wollen wir an der Leibniz Universität
Hannover die Zukunft insbesondere dadurch, dass
wir interdisziplinäre Ansätze und Projekte fördern,
denn hier sehen wir ein großes Zukunftspotenzial.
Der Exzellenzcluster QUEST verbindet alle diese
Elemente und modifiziert das Profil der Leibniz Universität
Hannover nachhaltig. Sowohl die visionären
Forschungsprojekte an den Schnittstellen zwischen
Mathematik, Physik und Geodäsie als auch die erfolgreichen
Lehrkonzepte innerhalb von QUEST
steigern in besonderem Maße die nationale und
internationale Sichtbarkeit der Leibniz Universität.
Sie wird vor allem immer attraktiver für hervorragende
Nachwuchskräfte und unterstützt daher QUEST
mit vollem Einsatz!
Die Einrichtung und der Betrieb eines Exzellenzclusters
sind nach meiner festen Überzeugung nur
durch eine enge Zusammenarbeit zwischen den
Forscherinnen und Forschern auf der einen Seite
und der Leitung einer Universität sowie dem zuständigen
Ministerium auf der anderen Seite erfolgreich
zu meistern. Exzellente Forschung erfordert auch
eine exzellente und insbesondere flexible Administration!
Es ist daher vielen neuen Modalitäten
und einer großen gemeinsamen Anstrengung zu
verdanken, dass wir bereits in der ersten Halbzeit
der QUEST-Förderung den weitaus größten Teil der
neuen exzellenten Wissenschaftler berufen konnten.
Bereits jetzt wurden im Umfeld von QUEST mehr als
zehn Professuren neu eingerichtet und mit hoch
motivierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern
besetzt. QUEST ist so auch ein Motor für
zügige Verwaltungsabläufe an der Leibniz Universität
geworden, ohne Abstriche an Qualität!
Der Cluster hat die Forschungslandschaft an der
Leibniz Universität Hannover und bei unseren Partnern
maßgeblich verändert und neue, leistungsfähige
Strukturen geschaffen. Damit handeln wir ganz
im Sinne der Exzellenzinitiative, denn die Förderung
dient genau dazu, die Profilbildung deutscher Univer-
sitäten und damit die internationale Wettbewerbsfähigkeit
zu stärken. Dazu zählt neben neuem Personal
auch neue Infrastruktur. Die Leibniz Universität
Hannover geht aber noch einen Schritt weiter: Durch
die Einrichtung der QUEST-Leibniz-Forschungsschule
wurde erstmalig eine Querstruktur zu den bestehenden
Fakultäten geschaffen, die bewusst die interdisziplinäre
Lehre und Forschung an unserer Universität
institutionalisiert. Die Leibniz-Forschungsschule wird
rechtlich gleich behandelt wie eine Fakultät und widmet
sich dabei insbesondere transdisziplinären Projekten
aus den Bereichen der Physik, Mathematik und
Geodäsie. Wir bauen auf unsere Stärken!
In diesem Zwischenbericht können Sie sich
umfassend über die einzelnen Forschungsprojekte
sowie die strukturellen Maßnahmen des Clusters
informieren. Vieles wurde bereits erreicht, aber
der Cluster hat sich noch viel mehr vorgenommen.
Die Leibniz Universität Hannover wird QUEST dabei
auch weiterhin tatkräftig zur Seite stehen!
Viel Spaß beim Lesen wünscht
Pressestelle Leibniz Universität Hannover
11

12
Ude Cieluch
Preface
Lord Mayor | Oberbürgermeister · Hannover
“Research at the Quantum Limit!” I certainly
do not want to give the impression that I could
begin to give even a rudimentary explanation of
the work and scope of applications of the QUEST
Cluster of Excellence. But I do know that QUEST
does research which is on a par with that of other
top-flight international institutions into the most
exciting topics in modern physics, mathematics
and geodesy. My being asked to write some
words of greeting for QUEST’s interim report has
rather less to do with to my scientific background
than it has to do with the fact that QUEST also
represents two and a half years of cooperation
with the state capital Hannover. I should like to
contribute a few thoughts on this both excellent
and innovative work.
Today we know that in a science-based
economy, investors appreciate not only welldeveloped
business parks but also increasingly
the locally available scientific resources. This also
has an enormous influence on regional economic
policy. Science, research and universities have
long been recognized as engines and catalysts for
urban development. Students and scientists look
for an innovative and discourse-friendly environment
and a good relationship between business
and science. At the same time those responsible
for universities and other scientific institutions
benefit from the advantages of close cooperation
with the city. For – as has become clear at least
since the Excellence Initiative (German science
promotion initiative) – universities also compete
with one another.
With this in mind, Hannover created the
“Science Initiative in Hannover”. For nearly four
years, the seven universities and colleges, the
Volkswagen Foundation, Student Services, further
non-university scientific institutions and the state
capital Hannover have played an active part in
this. Our common goal is to strengthen the attractiveness
of Hannover as a science location and to
improve conditions for students and academics.
The conditions for this are excellent.
Hanover’s universities, and with them several
scientific institutions, have been designated as
excellent, and rightly so. At the same time, the
Excellence Initiative has shown us that it is on intelligent
networks and associations that top-level
research depends.
In attracting scientific talent, Hannover’s universities
and the state capital Hannover all pull
together. There is a clear distribution of duties.
You, the research institutions, have the chance,
thanks to the funding for QUEST, to attract further
excellent scientists to the research location
Hannover. As the state capital, we are committed
to providing attractive soft location factors such
as childcare facilities, housing, leisure and culture
to encourage top talent to decide on Hanover.
And it is clear that when it comes down to it, supporting
science is an important challenge for the
city, one which we are happy to accept.
My promise is that you can view us as a reliable
partner, so that QUEST can become not only
a success for Leibniz Universität, but a beacon for
Hannover. Having said this: Let the Quest go on!

Vorwort
Stephan Weil
„Forschung am Quantenlimit!“ Ich will gar
nicht erst den Anschein erwecken, ich könnte ansatzweise
erklären, in und mit welchen Dimensionen
sich der Exzellenzcluster „QUEST – Centre for
Quantum Engineering and Space-Time Research“
bewegt. Aber ich weiß: QUEST forscht auf Augenhöhe
mit internationalen Spitzeninstitutionen an
den spannendsten Themen der modernen Physik,
Mathematik und Erdvermessung. Dass ich also für
die Zwischenbilanz von QUEST zu einem Grußwort
gebeten werde, ist weniger meiner wissenschaftlichen
Vorbildung geschuldet als vielmehr
der Tatsache, dass QUEST auch für zweieinhalb
Jahre Zusammenarbeit mit der Landeshauptstadt
Hannover steht. Zu dieser ebenfalls exzellenten
und innovativen Arbeit möchte ich gerne ein paar
Gedanken beitragen.
Heute wissen wir, dass in einer wissensbasierten
Ökonomie Investoren nicht nur gut ausgebaute
Gewerbegebiete, sondern immer stärker
auch die vor Ort vorhandenen wissenschaftlichen
Ressourcen schätzen. Dies hat auch enormen Einfluss
auf die Standortpolitik. Wissenschaft, Forschung
und Hochschulen sind längst als Motor
und Katalysator für die Stadtentwicklung erkannt
worden. Studierende, Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler suchen ein innovatives und
diskursfreundliches Umfeld und eine gute Verbindung
zwischen Wirtschaft und Wissenschaft.
Gleichzeitig profitieren die Verantwortlichen in
Hochschulen und anderen wissenschaftlichen
Einrichtungen von den Vorteilen einer engen
Kooperation mit der Kommune. Denn spätestens
seit der Exzellenzinitiative ist deutlich geworden:
Auch Hochschulen befinden sich im Wettbewerb.
Vor diesem Hintergrund hat sich in Hannover
die „Initiative Wissenschaft Hannover“ gegründet.
Seit fast vier Jahren engagieren sich hier die sieben
Hochschulen, die Volkswagen-Stiftung, das
Studentenwerk sowie weitere außeruniversitäre
wissenschaftliche Einrichtungen und die Landeshauptstadt
Hannover. Unser gemeinsames
Ziel ist es, die Attraktivität Hannovers als Wissenschaftsstandort
zu stärken und die Rahmenbedingungen
der Studierenden und Lehrenden zu
verbessern.
Die Voraussetzungen dafür sind hervorragend.
Die hannoverschen Universitäten und mit
ihnen mehrere wissenschaftliche Einrichtungen
sind zu Recht als exzellent ausgezeichnet worden.
Gleichzeitig hat die Exzellenzinitiative gezeigt,
dass intelligente Netzwerke und Verbünde die
Voraussetzung für Spitzenforschung sind.
Bei der Werbung um wissenschaftliche Talente
ziehen die hannoverschen Hochschulen
und die Landeshauptstadt an einem Strang. Die
Aufgaben sind dabei klar verteilt. Sie haben die
Chance, dank der Förderung von QUEST, weitere
exzellente Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
für den Standort Hannover zu gewinnen.
Wir als Landeshauptstadt sehen uns in der Pflicht,
die weichen Standortfaktoren, wie Kinderbetreuung,
Wohnen, Kultur und Freizeitmöglichkeiten,
attraktiv zu gestalten, damit sie die Standortwahl
der Talente für Hannover unterstützen. Und dies
zeigt deutlich: Wissenschaftsförderung ist letztendlich
eine wichtige kommunale Herausforderung,
der wir uns gerne stellen.
Ich sichere Ihnen zu: Wir sind ein verlässlicher
Partner, damit QUEST nicht nur zu einem Erfolg
der Leibniz Universität, sondern zu einem Leuchtturm
für Hannover wird. In diesem Sinne: Let the
Quest go on!
Landeshauptstadt Hannover
13

Ude Cieluch
14
About the Cluster of Excellence
What is QUEST?
The Cluster of Excellence QUEST (Centre for
Quantum Engineering and Space-Time Research)
has been supported by the Excellence Initiative of
the German federal and state governments since
November 2007. The main research areas of the
cluster are quantum engineering and spacetime
research. Six institutes of Leibniz Universität
Hannover and the five following external partners
are involved: the Max Planck Institute for
Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)
with the gravitational wave detector GEO 600,
the Laser Zentrum Hannover e.V., the Physikalisch-
Technische Bundesanstalt Braunschweig and
the Centre of Applied Space Technology and
Microgravity in Bremen.
Exploring quantum effects in order to create
sophisticated measurement technologies is
one of the cluster’s core research areas. Within
QUEST, scientists are working on new concepts
to specifically exploit quantum effects, which
should improve current measurement accuracies
by many orders of magnitude. New re-
sults from fundamental research in quantum
optics and solid state physics are leading to
innovative, optimum-precision measurement
technologies.
The researchers are for example working
on particularly stable and precise laser systems,
on tailor-made optical technologies, on special
forms of light (squeezed light) and on atomic interferometers.
Among other applications, these
technologies are used in the gravitational wave
detector GEO 600 to increase sensitivity. In addition,
the technology is also suitable for use in geodesy
projects such as future gravitational field
satellite missions.
Furthermore, QUEST is a world leader in the
production of stable and high-precision (optical)
clocks. Particular emphasis is placed on the
development of transportable clocks for use in
space. Typical applications in precision geodesy
are the GNSS (Global Navigation Satellite System)
and high-precision measurements of the Earth’s
gravitational field.
Using these technologies to answer some of
the fundamental questions of modern time and
space physics is a particular strength of the cluster.
QUEST consciously encourages the dovetailing of
theoretical and experimental research, in order to
find answers to such questions as: “Are the fundamental
constants really constant?”, “What does
quantum mechanics have to do with gravitation?”
or “How did the Big Bang work?”
The theoretical results from the areas of
gravitational physics, string theory, quantum
optics, and quantum information have a direct
influence on the development of measurement
technologies. At the same time, the application of
these technologies leads to new insights in fundamental
research, so that within QUEST theory,
experiment and applied research complement
each other and benefit from the synergies that
arise. This optimum combination of theoretical
and experimental expertise, together with the interdisciplinary
nature of the cluster, is unique in
the national and international research landscape.
Thomas Damm / QUEST

Thomas Damm / QUEST
Über den Exzellenzcluster
Was ist QUEST?
Der Exzellenzcluster QUEST (Centre for Quantum
Engineering and Space-Time Research) wird
seit November 2007 im Rahmen der Exzellenzinitiative
von Bund und Ländern gefördert. Die
Hauptforschungsbereiche des Clusters sind das
Quanten-Engineering und die Raum-Zeit-Forschung.
Beteiligt sind sechs Institute der Leibniz
Universität Hannover sowie die fünf folgenden
externen Partner: das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
(Albert-Einstein-Institut) mit dem
Gravitationswellendetektor GEO 600, das Laser
Zentrum Hannover e.V., die Physikalisch-Technische
Bundesanstalt Braunschweig und das Zentrum
für Angewandte Raumfahrttechnologie und
Mikrogravitation in Bremen.
Die Erforschung von Quanteneffekten zur
Herstellung anspruchsvoller Messtechnologien
ist ein Kernforschungsgebiet des Clusters. Im Rahmen
von QUEST wird daher an neuen Konzepten
gearbeitet, die durch die gezielte Ausnutzung
von Quanteneffekten bisherige Messgenauigkeiten
um viele Größenordnungen verbessern sollen.
Neue Ergebnisse aus der Grundlagenforschung in
der Quantenoptik und Festkörperphysik führen
zu innovativen Messtechnologien mit höchster
Präzision.
Beispielsweise arbeiten die Forscherinnen
und Forscher an besonders stabilen und präzisen
Lasersystemen, an maßgeschneiderten optischen
Technologien, an speziellen Formen des Lichts
(gequetschtes Licht) und an Atom-Interferometern.
Diese Technologien werden unter anderem
direkt im Gravitationswellendetektor GEO 600 zur
Steigerung der Empfindlichkeit eingesetzt. Darüber
hinaus eignet sich die Technologie auch zur
Verwendung in Geodäsie-Projekten, wie zum Beispiel
für künftige Schwerefeld-Satellitenmissionen.
QUEST ist außerdem weltweit führend an der
Herstellung stabiler und hochgenauer (optischer)
Uhren beteiligt. Ein besonderes Augenmerk liegt
dabei auf der Entwicklung transportabler Uhren
für den Einsatz im Weltraum. Beispiele für Anwendungen
im Bereich der Präzisionsgeodäsie sind
das GNSS (Global Navigation Satellite System) und
hochgenaue Messungen des Erdschwerefeldes.
Die Nutzung dieser Technologien zur Beantwortung
fundamentaler Fragen der modernen
Physik von Zeit und Raum ist ein spezielles Cha-
rakteristikum des Clusters. QUEST stellt bewusst
eine enge Verzahnung zwischen theoretischer
und experimenteller Forschung her, um Fragen
wie „Sind die Fundamentalkonstanten wirklich
konstant?“, „Wie hängt die Quantenmechanik
mit der Gravitation zusammen?“ oder „Wie funktionierte
der Urknall?“ beantworten zu können.
Die theoretischen Ergebnisse aus den Bereichen
Gravitationsphysik, String-Theorie, Quantenoptik
und Quanteninformation haben direkten
Einfluss auf die Entwicklung der Messtechnologien.
Gleichzeitig führt der Einsatz dieser Technologien
zu neuen Erkenntnissen in der Grundlagenforschung,
so dass sich in QUEST Theorie,
Experiment und angewandte Forschung synergetisch
ergänzen. Die optimale Kombination aus
theoretischer und experimenteller Expertise, gemeinsam
mit der interdisziplinären Ausrichtung
des Clusters, stellt ein Alleinstellungsmerkmal in
der nationalen und internationalen Forschungslandschaft
dar.
Thomas Damm / QUEST
15

Pressestelle Leibniz Universität Hannover
16
QUEST Partner
Leibniz Universität Hannover
Eine der Stärken von QUEST ist die Einbindung sowohl universitärer
als auch außeruniversitärer Einrichtungen. Neben sechs Instituten
der Leibniz Universität Hannover sind fünf weitere Einrichtungen
in Hannover, Braunschweig und Bremen beteiligt.
One of the strengths of QUEST is the participation of institutions from
inside and outside the university. Aside from the six institutes at Leibniz
Universität Hannover, five further institutions in Hanover, Brunswick
and Bremen are involved.
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
Welfengarten 1 · 30167 Hannover · www.uni-hannover.de
Shaping the future with
knowledge—with a student
population of 20,000, Leibniz
Universität Hannover is one of
the largest higher education
institutions in Lower Saxony.
Founded in 1831 as the “Higher
Trade School of Hanover”, today it
offers around 75 degree courses
in fields ranging from the natural
and engineering sciences, law,
business studies and economics,
the arts, humanities, to the social
sciences and education. About
2,000 scientists, including more
than 300 professors work in more
than 160 institutions. Supported
by the German Research Council,
experts participate in numerous
collaborative research projects.
Of primary importance are
global collaborations and close
relationships with industrial partners
through technology transfer,
spin-offs and scientific training.
Mit Wissen Zukunft gestalten
– an der Leibniz Universität Hannover,
gegründet 1831 als höhere Gewerbeschule,
lernen heute rund
20.000 Studierende in den Natur-
und Ingenieurwissenschaften, den
Geistes- und Sozialwissenschaften
sowie den Rechts- und Wirtschaftswissenschaften.
In mehr als 160 Instituten
arbeiten etwa 2.000 Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler,
davon mehr als 300 Professorinnen
und Professoren. Hannoversche Expertinnen
und Experten betreiben
in zahlreichen von der Deutschen
Forschungsgemeinschaft geförderten
Sonderforschungsbereichen
Spitzenforschung. Großgeschrieben
werden dabei weltweite Kooperationen
und die enge Zusammenarbeit
mit der Industrie durch Technologietransfer,
Ausgründungen und
wissenschaftliche Weiterbildung.

QUEST-Partner
Leibniz Universität Hannover
Institute of Quantum Optics | Institut für Quantenoptik
Welfengarten 1 · 30167 Hannover · www.iqo.uni-hannover.de
The Institute of Quantum
Optics (IQ) is an internationally
recognised research facility in
the fields of matter wave interferometry,
Bose-Einstein condensation,
atomic and molecular
physics, quantum optics and
ultrashort laser physics. Many of
the scientists at IQ are involved
in QUEST projects, mainly in the
research areas of quantum engineering,
quantum sensors and
new technologies.
One of IQ’s contributions to
the cluster is the necessary expertise
in atomic and molecular
systems in periodic potentials,
which is of crucial significance
in the development of high accuracy
quantum sensors – one
of the core tasks of QUEST. The
ultrashort laser group at IQ plays
a decisive role in all projects concerning
the quantum engineering
of ultrashort pulses and, in
addition, it develops novel light
sources and optical technologies
in close cooperation with Laser
Zentrum Hannover e.V. and the
Albert Einstein Institute.
Das Institut für Quantenoptik
(IQ) ist eine international anerkannte
Einrichtung mit den ForschungsbereichenMateriewelleninterferometrie,
Bose-Einstein-Kondensation,
Atom- und Molekülphysik, Quantenoptik
und Ultrakurzzeit-Laserphysik.
Ein Großteil der Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler am IQ
ist an QUEST-Projekten beteiligt,
überwiegend in den Forschungsbereichen
Quanten-Engineering,
Quanten-Sensoren und Neuartige
Technologien.
Das IQ bringt zum Beispiel in
den Cluster die notwendige Expertise
zu atomaren und molekularen
Systemen in periodischen Potenzialen
ein, die eine entscheidende
Bedeutung für die Entwicklung
hochpräziser Quantensensoren hat
– eine der Kernaufgaben von QUEST.
Die Ultrakurzzeit-Lasergruppe am
IQ spielt eine entscheidende Rolle
in allen Projekten zum Quanten-
Engineering von ultrakurzen Pulsen
und entwickelt darüber hinaus
in enger Zusammenarbeit mit dem
Laser Zentrum Hannover e.V. und
dem Albert-Einstein-Institut neuartige
Lichtquellen und optische
Technologien.
Institute for Gravitational Physics | Institut für Gravitationsphysik
Callinstraße 38 · 30167 Hannover · www.aei.uni-hannover.de
The Institute for Gravitational
Physics (IGP) works closely with
the Max Planck Institute for
Gravitational Physics (Albert
Einstein Institute) in Hanover.
The core scientific aim of the institute
is to realize and establish
gravitational wave astronomy
as a method of observation in
both ground-based and spaceborne
systems. IGP is playing
a leading role in the LISA (Laser
Interferometer Space Antenna)
space mission and the predecessor
mission LISA Pathfinder.
In addition, IGP runs the German-
British gravitational wave detector
GEO 600 (see page 22).
Research areas at IGP include
questions about quantum physics
(non-classical interferometry,
squeezed light, negative
dispersion without absorption,
Heisenberg limit and quantum
noise), the development of control
systems (highly stable laser
systems, active vibration damping
and adaptive optics) as well
as topics in gravitational physics
(improvement of the gravitational
wave detector, analysis of the
sensitivity of the detector and
data analysis).
Das Institut für Gravitationsphysik
(IGP) arbeitet eng mit dem Max-
Planck-Institut für Gravitationsphysik
(Albert-Einstein-Institut) in Hannover
zusammen. Das zentrale wissenschaftliche
Ziel des Instituts besteht
darin, die Gravitationswellenastronomie
in erdgebundenen Systemen
sowie im Weltall als Beobachtungsmethode
zu realisieren und zu etablieren.
Das IGP ist führend an der
Raumfahrtmission LISA (Laser Interferometer
Space Antenna) sowie an
deren Vorgängermission LISA-Pathfinder
beteiligt. Darüber hinaus
betreibt das IGP den deutsch-britischen
Gravitationswellendetektor
GEO 600 (siehe Seite 22).
Die Forschungsgebiete des
IGP umfassen Fragestellungen der
Quantenphysik (nicht-klassische Interferometrie,
gequetschtes Licht,
negative Dispersion ohne Absorption,
Heisenberglimit und Quantenrauschen),
die Entwicklung von
Kontrollsystemen (hochstabile Lasersysteme,
aktive Schwingungsdämpfung
und adaptive Optiken)
sowie Themen der Gravitationsphysik
(Weiterentwicklung des Gravitationswellendetektors,
Analyse
der Detektorempfindlichkeit und
Datenanalyse).
17

18
QUEST Partner
Leibniz Universität Hannover
Institute of Theoretical Physics | Institut für Theoretische Physik
Appelstraße 2 · 30167 Hannover · www.itp.uni-hannover.de
The Institute of Theoretical
Physics (ITP) can look back over
many years of experience in
the physics of condensed matter,
quantum optics and mathematical
physics, particularly
in the areas of relativity theory
and quantum field theory.
One of the working groups at ITP
has specialised in string theory
and the quantization of gauge
theory and gravitation. The expertise
of this group in the theory
of general relativity is called
upon in numerous projects.
Investigations are being carried
out at the centre into the variation
of fundamental constants,
phenomological signatures
and string cosmology. A further
group at ITP is working on ultracold
atomic gases, atom optics,
cold atoms in optic lattices and
the interaction of strong laser
fields with matter.
Das Institut für Theoretische
Physik (ITP) kann eine langjährige Erfahrung
in der Physik kondensierter
Materie, der Quantenoptik und der
mathematischen Physik, besonders
in den Bereichen Relativitätstheorie
und Quantenfeldtheorie, vorweisen.
Eine der Arbeitsgruppen am
ITP hat sich auf die String-Theorie
und die Quantisierung von Eich-
und Gravitationstheorien spezialisiert.
Diese Gruppe bringt ihre
Kompetenz in der Theorie der Allgemeinen
Relativität in zahlreiche
Projekte ein. Im Fokus stehen dabei
Untersuchungen zur Variation der
Fundamentalkonstanten, phänomenologischer
Signaturen und der
String-Kosmologie. Eine weitere
Gruppe des ITP bearbeitet die Themengebiete
der ultrakalten, atomaren
Gase, der Atomoptik, der kalten
Atome in optischen Gittern sowie
der Wechselwirkung von starken Laserfeldern
mit Materie. Damit trägt
diese Gruppe maßgeblich zum Erfolg
nahezu aller Vorhaben aus den
Bereichen Quanten-Engineering
und Quanten-Sensoren bei.
Institute of Applied Mathematics | Institut für Angewandte Mathematik
Welfengarten 1 · 30167 Hannover · www.ifam.uni-hannover.de
The research projects at the
Institute of Applied Mathematics
(IfAM) focus on problems in applied
natural science and engineering.
The groups at IfAM
specialise in mathematical modelling,
numerical analysis, and
the simulation and optimisation
of natural and technical processes.
In most cases these processes
are described by non-linear differential
and boundary integral
equations. Applications e.g. to
problems of elastic and plastic
deformations, flows in porous
media, wave propagation, computation
of electromagnetic
fields and process optimisation
in water and gas networks play
a major role in the research activities
of ITP. The “Numerical
Analysis” working group works
closely with ITP and the data
analysis group within QUEST to
find efficient solutions to systems
of partial differential equations
and integral equations, in
particular in the area of gravity
field determination.
Die Forschungsprojekte am Institut
für Angewandte Mathematik
(IfAM) konzentrieren sich auf Fragestellungen
der angewandten
Natur- und Ingenieurwissenschaft.
Die Gruppen am IfAM beschäftigen
sich im Speziellen mit der mathematischen
Modellierung, der numerischen
Analyse sowie der Simulation
und Optimierung natürlicher und
technischer Prozesse. In den meisten
Fällen werden diese Prozesse
durch nichtlineare Differential- und
Randintegralgleichungen beschrieben.
Der Anwendungsbezug z.B. auf
Probleme elastischer und plastischer
Verformungen, Strömungen in porösen
Medien, Wellenausbreitungsvorgänge,
elektromagnetische
Feldberechnungen und Betriebsoptimierung
in Wasser- und Gasnetzen
spielt bei der Forschungsarbeit
des IfAM eine herausragende Rolle.
Die Arbeitsgruppe „Numerische
Analysis“ arbeitet eng mit dem ITP
und der Datenanalysegruppe in
QUEST zusammen, um effiziente
Lösungen von Systemen partieller
Differentialgleichungen sowie
Integralgleichungen zu finden,
insbesondere auf dem Gebiet der
Schwerefeldbestimmung.

QUEST-Partner
Leibniz Universität Hannover
Institute of Geodesy | Institut für Erdmessung
Schneiderberg 50 · 30167 Hannover · www.ife.uni-hannover.de
The Institute of Geodesy
(IfE) is internationally renowned
for geodetic research on precise
modelling and quality assessment
of GNSS observations, on
gravimetry and on geoid determination
combining satellite and
terrestrial gravity measurements.
A current focus is on data analysis
of the GRACE and GOCE satellite
missions as well as on the investigation
of dynamic processes
in the Earth system. Moreover,
IfE is one of only four centers
worldwide analysing Lunar Laser
Ranging (LLR) data to investigate
Earth-Moon dynamics.
Within QUEST, 40 years time
series of LLR data are analysed to
test modifications of Einstein’s
theory, such as a violation of
the strong equivalence principle.
Applying QUEST technology,
like precise clocks, new methods
have been developed and tested
that significantly improve kinematic
and static GNSS positioning.
Applications using novel QUEST
technology for future precision
measurements on Earth and in
space are being developed, such
as laser interferometry for next
generation gravity field satellite
missions.
Das Institut für Erdmessung (IfE)
ist international angesehen für geodätische
Forschung zur Modellierung
und Qualitätsbeurteilung von
GNSS-Beobachtungen, in der Gravimetrie
und Geoidbestimmung, insbesondere
in der Kombination von
Satelliten- und terrestrischen Schweredaten.
Ein aktueller Schwerpunkt
umfasst die Analyse der Daten der
Satellitenmissionen GRACE und
GOCE sowie die Untersuchung
dynamischer Prozesse im Erdsystem.
Das IfE ist eines von lediglich
vier Analysezentren für Lunar Laser
Ranging (LLR) weltweit zur Untersuchung
der Erde-Mond-Dynamik.
In QUEST werden LLR-Messungen
der vergangenen 40 Jahre analysiert,
um mögliche Modifikationen
der Einsteinschen Theorie zu testen,
wie eine Verletzung des starken
Äquivalenzprinzips. Die Nutzung
von QUEST-Technologie, wie Präzisionsuhren,
erlaubt erfolgreiche
Methodenentwicklung für eine signifikant
genauere GNSS-Positionierung.
Die Anwendung neuartiger
QUEST-Technologie wird auch für
den künftigen Einsatz bei Präzisionsmessungen,
z.B. Laserinterferometrie
für Schwerefeldmissionen
der nächsten Generation, erforscht.
Institute of Solid State Physics | Institut für Festkörperphysik
Appelstraße 2 · 30167 Hannover · www.ifkp.uni-hannover.de
The “nanostructures” department
at the Institute of Solid
State Physics (IFKP) has been
successful for many years in the
field of low dimensional semiconductor
systems, concentrating
on physical effects in quantum
wells and quantum dots. At
IFKP both transport problems
and optical characteristics are
studied. Altogether, stimulation,
manipulation and detection of
defined quantum states are the
main activities of the section
nanostructures.
Based on this, IFKP is expanding
its activities within QUEST
towards composite quantum
systems, with emphasis on the
coupling of solid state physics
and cold atomic gases.
Die Abteilung Nanostrukturen
am Institut für Festkörperphysik
(IFKP) ist langjährig und erfolgreich
tätig im Bereich niedrigdimensionaler
Halbleitersysteme und beschäftigt
sich dabei hauptsächlich mit
physikalischen Effekten in Quantentrögen
und Quantenpunkten. Am
IFKP werden sowohl Transportphänomene
als auch optische Eigenschaften
studiert. Insgesamt bilden
Anregung, Manipulation und Detektion
von definierten Quantenzuständen
dabei die Hauptaktivitäten der
Abteilung Nanostrukturen.
Auf dieser Basis erweitert das
IFKP seine Tätigkeit im Rahmen von
QUEST in Richtung zusammengesetzter
Quantensysteme, wobei vor
allem die Kopplung von Festkörperphysik
und kalten Atomgasen
im Vordergrund steht.
19

20
QUEST Partner
Laser Zentrum Hannover e.V.
Laser Zentrum Hannover e.V.
Hollerithallee 8 · 30419 Hannover
www.lzh.de
Laser Zentrum
Hannover e.V. (LZH) is a
non-profit institute conducting
research, development
and consultancy in
the field of laser technology.
LZH has more than
twenty years of experience
in modern laser systems,
materials processing
and the geodetic applications
of laser systems.
With a staff of 270, LZH is
the largest laser research
institute in Germany. As
well as working closely
with Leibniz Universität
Hannover, LZH is involved
in international cooperation
projects in laser technology.
It participates
in a variety of national
and European R&D programmes,
in particular
projects supported by
the German Federation
of Industrial Research
Associations, the Federal
Ministry of Education and
Research, and the German
Research Foundation.
In this context, LZH
also conducts industryoriented
projects for small,
medium-sized and large
enterprises. The specific
development of user-specific
solutions and technology
transfer represent one
of the main pillars of LZH,
so that research results can
be transferred directly into
industrial applications.
Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
ist ein gemeinnütziges Institut, das Forschung,
Entwicklung und Beratung im
Bereich der Lasertechnik durchführt. Das
LZH verfügt über mehr als zwanzig Jahre
Erfahrung im Bereich moderner Lasersysteme,
der Materialbearbeitung sowie geodätischer
Anwendungen von Lasersystemen.
Das LZH hat 270 Mitarbeiter und ist
damit das größte Laserforschungsinstitut
in Deutschland. Neben der engen Zusammenarbeit
mit der Leibniz Universität Hannover
ist das LZH auch an internationalen
Kooperationen im Bereich der Lasertechnik
sowie an verschiedenen nationalen und
europäischen F&E-Programmen beteiligt,
insbesondere an Projekten der Arbeitsgemeinschaft
industrieller Forschungsvereinigungen
(AiF), des Bundesministeriums für
Bildung und Forschung und der Deutschen
Forschungsgemeinschaft.
In diesem Zusammenhang führt das
LZH auch industrieorientierte Projekte für
kleine, mittelständische und große Unternehmen
durch. Die gezielte Entwicklung
von anwenderspezifischen Lösungen und
der Technologietransfer bilden ein wichtiges
Standbein des LZH, so dass Forschungsergebnisse
zielgerichtet in industrielle Produkte
überführt werden können.
Laser Zentrum Hannover e.V.

QUEST-Partner
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Hannover
Max Planck Institute for Gravitational Physics
(Albert Einstein Institute) | Max-Planck-Institut
für Gravitationsphysik, Albert-Einstein-Institut Hannover
Callinstraße 38 · 30167 Hannover
www.aei.mpg.de/hannover-de
The Max Planck Institute
for Gravitational Physics
(Albert Einstein Institute,
AEI) is the largest institution
worldwide for research in
the general theory of relativity.
At the two locations in
Potsdam/Golm and Hanover,
research is concerned with
astrophysics, theoretical
physics, mathematics and
experimental physics.
At AEI Hannover, the Max
Planck Society and Leibniz
Universität Hannover conduct
joint experiments to detect
gravitational waves and to
establish gravitational wave
astronomy. AEI Hannover runs
the German-British gravitational
wave detector GEO 600
in Ruthe near Hanover. This
is a partner in the international
LIGO-Virgo Scientific
Collaboration where it plays a
leading role in the analysis of
data collected with the gravitational
wave observatories
within this collaboration.
Both, fundamental research
and applied research
in the fields of laser physics,
vacuum technology, vibration
isolation, and classical
and quantum optics benefit
from the close cooperation
between these excellent institutions.
AEI scientists are
playing a leading role in LISA
(Laser Interferometer Space
Antenna), a planned gravitational
wave observatory in
space. From 2020, this joint
NASA and ESA satellite mission
will measure low frequency
gravitational waves in space
and thus probe deeper into
space than ever before.
Das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
(Albert-Einstein-Institut, AEI) ist die weltweit
größte Institution zur Erforschung der Allgemeinen
Relativitätstheorie. An den beiden
Standorten in Potsdam/Golm und Hannover
wird auf den Gebieten der Astrophysik, der
theoretischen Physik, der Mathematik und der
Experimentalphysik geforscht.
Am AEI Hannover führen die Max-Planck-
Gesellschaft und die Leibniz Universität Hannover
gemeinsam Experimente zum Nachweis
von Gravitationswellen und zur Gravitationswellenastronomie
durch. So betreibt das AEI
Hannover den deutsch-britischen Gravitationswellendetektor
GEO 600 in Ruthe bei Hannnover,
ist mit diesem Partner der internationalen
LIGO-Virgo Scientific Collaboration und spielt
innerhalb dieses internationalen Netzwerks
eine führende Rolle bei der Analyse der mit
den Gravitationswellenobservatorien innerhalb
dieser Kollaboration aufgenommenen Daten.
Sowohl die Grundlagenforschung als auch
die angewandte Forschung auf den Gebieten
der Laserphysik, der Vakuumtechnologie, der
Vibrationsisolation sowie der klassischen und
der Quantenoptik profitieren von der engen
Zusammenarbeit dieser herausragenden Institutionen.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
des AEI sind federführend an LISA
(Laser Interferometer Space Antenna), einem
geplanten Gravitationswellenobservatorium
im Weltraum, beteiligt. Diese gemeinsame Satellitenmission
von NASA und ESA wird ab 2020
im Weltraum Gravitationswellen bei niedrigen
Frequenzen messen und damit weiter als je
zuvor in die Tiefen des Alls hineinhorchen.
Albert-Einstein-Institut
21

22
QUEST Partner
Gravitationswellendetektor GEO 600
Gravitational Wave Detector GEO 600
Gravitationswellendetektor GEO 600
www.geo600.org
The general theory
of relativity predicts the
existence of gravitational
waves. Gravitational
waves are ripples in the
curvature of space-time
propagating at the speed
of light and generated
by the accelerated motion
of large amounts of
mass-energy. Only astrophysical
processes or objects
are strong sources
of gravitational waves.
GEO 600 is a laser interferometric
gravitational
wave detector with an
arm length of 600 metres.
It is operated by the Albert
Einstein Institute together
with partner institutes in
Great Britain. The detector
technology developed
specially for GEO 600 is
now being installed on
a worldwide scale in the
gravitational wave detectors
LIGO and Virgo. The
GEO 600 team is a member
of the LIGO-Virgo Science
Collaboration. Within this
collaboration, the running
times and maintenance
phases of the four most
important detectors, LIGO
(Hanford and Livingstone,
USA), Virgo (Cascina, Italy),
and GEO 600 (Ruthe near
Hanover) are coordinated,
so that as far as possible
at least two detectors are
simultaneously and constantly
recording data. The
data collected from all the
gravitational wave detectors
are analysed jointly.
Die Allgemeine Relativitätstheorie sagt
die Existenz von Gravitationswellen voraus.
Gravitationswellen sind durch beschleunigte
Massen erzeugte Veränderungen in der
Krümmung der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit
ausbreiten. Nur astrophysikalische
Prozesse oder Objekte sind starke
Quellen von Gravitationswellen.
GEO 600 ist ein laserinterferometrischer
Gravitationswellendetektor mit einer Armlänge
von 600 Metern. Er wird vom Albert-
Einstein-Institut zusammen mit Partnerinstituten
in Großbritannien betrieben. Die
speziell für GEO 600 entwickelte Detektor-
technologie wird nun auch international in
den Gravitationswellendetektoren LIGO und
Virgo eingebaut. Das GEO 600-Team ist Mitglied
der LIGO-Virgo Science Collaboration.
Innerhalb dieser Kollaboration werden die
Detektorlaufzeiten und Wartungsphasen der
vier wichtigsten Detektoren, LIGO (Hanford
und Livingston, USA), Virgo (Cascina, Italien)
und GEO 600 (Ruthe bei Hannover), untereinander
abgestimmt, so dass nach Möglichkeit
immer mindestens zwei Detektoren
in Koinzidenz permanent Daten aufzeichnen.
Die Daten aller Gravitationswellendetektoren
werden gemeinsam ausgewertet.
Albert-Einstein-Institut

QUEST-Partner
Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
Bundesallee 100 · 38116 Braunschweig
www.ptb.de
In the world of metrology,
the Physikalisch-
Technische Bundesanstalt
(PTB), the German national
metrology institute, is one
of the leading institutions.
At PTB, virtually every physical
quantity is measured
with the highest accuracy,
and the relevant measuring
techniques are constantly
being improved.
Apart from legally regulated
tasks and numerous
calibration services, which
others are not able to carry
out with the required accuracy,
the central focus
of work at PTB is on metrological
research and
development.
PTB’s contribution
to the QUEST Cluster of
Excellence is in the field of
highly accurate, precision
measurements. In particular,
the divisions “Quantum
Optics and Unit of Length”
and “Time and Frequency”
are involved in several
QUEST projects. In addition,
a new QUEST institute has
been set up at PTB, including
a joint professorship
with Leibniz Universität
Hannover. The QUEST working
groups have opened up
and intensified new fields
of research which neither
PTB nor Leibniz Universität
had previously been able
to pursue in the necessary
depth. Examples of these
are using quantum logic for
precision spectroscopy and
optical atomic clocks, multi
ion traps and the development
of super stable lasers.
In der Welt der Metrologie gehört die
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
(PTB), das nationale Metrologieinstitut in
Deutschland, zu den ersten Adressen. Nahezu
jede physikalische Größe wird in der
PTB mit höchster Genauigkeit gemessen,
die zugehörige Messtechnik beständig weiterentwickelt.
Neben gesetzlich geregelten
Aufgaben und zahlreichen Kalibrierdienstleistungen,
die andere nicht in der erforderlichen
Präzision ausführen können, steht vor
allem die metrologische Forschung und Entwicklung
im Zentrum der Arbeit an der PTB.
Ihre Fähigkeiten auf dem Gebiet der
Präzisionsmessungen hat die PTB in das Exzellenzcluster
QUEST eingebracht. Vor allem
die Fachbereiche „Quantenoptik und Längeneinheit“
sowie „Zeit und Frequenz“ sind
an mehreren Projekten in QUEST beteiligt.
Zudem wurde ein neues QUEST-Institut in
der PTB, mit einer gemeinsamen Professur
mit der Leibniz Universität Hannover, gegründet.
Die QUEST-Arbeitsgruppen haben
neue Forschungsrichtungen aufgenommen
und verstärkt, die zuvor weder in der PTB
noch an der Leibniz Universität in erforderlicher
Tiefe verfolgt werden konnten. Dazu
zählen etwa die Nutzung der Quantenlogik
für Präzisionsspektroskopie und optische
Atomuhren, Multi-Ionen-Fallen sowie die
Entwicklung superstabiler Laser.
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
23

24
QUEST Partner
Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation
Center of Applied Space Technology and Microgravity |
Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie
und Mikrogravitation (ZARM)
Universität Bremen · Am Fallturm · 28359 Bremen
www.zarm.uni-bremen.de
The Center of Applied
Space Technology and
Microgravity (ZARM)
is a scientific institute
at the Department of
Production Engineering at
the University of Bremen.
Its main laboratory is
the 146 metre high drop
tower, where groundbased
experiments can
be conducted in top quality
weightlessness lasting
about five seconds. A
major field of interest and
focus of activity is fundamental
physics: the scientists
plan and conduct
experiments in space, for
example in relativistic
gravitation.
Research activities at
ZARM play an important
role in an international cooperative
network. These
activities range from the
construction of small satellites,
high-precision attitude
control of scientific
satellites, and the development
of navigation
systems, through to fundamental
physical experiments
such as testing of
the equivalence principle.
ZARM is a partner in the
ESA/NASA space missions
LISA (Laser Interferometer
Space Antenna) and LISA
Pathfinder.
Das Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie
und Mikrogravitation ist
ein wissenschaftliches Institut im Fachbereich
Produktionstechnik der Universität
Bremen. Sein zentrales Großlabor ist der
146 Meter hohe Fallturm, in dem für erdgebundene
Experimente eine etwa fünf
Sekunden andauernde Schwerelosigkeit
höchster Qualität erreicht werden kann. Ein
zentrales Interessengebiet und Tätigkeitsfeld
des ZARM ist die Grundlagenphysik: Die
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
führen hochpräzise Gravitationsexperimente
durch, entwickeln Technologien für die
Weltraumforschung und engagieren sich
in der Planung sowie Durchführung von
Experimenten im Weltraum, beispielsweise
zur relativistischen Gravitation.
Die Forschungsaktivitäten des ZARM
sind sehr stark in einem internationalen Kooperationsnetzwerk
eingebunden. Diese
Aktivitäten umfassen die Konstruktion von
Kleinsatelliten, hochgenaue Lageregelung
von wissenschaftlichen Satelliten, die Entwicklung
von Navigationssystemen bis hin
zu fundamentalphysikalischen Experimenten
wie dem Test des Äquivalenzprinzips.
Das ZARM ist einer der Partner der Weltraummissionen
LISA (Laser Interferometer
Space Antenna) und LISA Pathfinder der
ESA/NASA.
ZARM – Universität Bremen

AEI Hannover
European Space Agency ESA
Thomas Damm/QUEST
26
Research Areas
Research in QUEST
The research activities of the Cluster of Excellence are organized
into four key research areas with overlapping topics:
• Quantum Engineering
• Quantum Sensors
• Space-Time Research
• Enabling Technologies
In addition, QUEST has founded the so-called Task
Groups. Task Groups are cross structures whose purpose is
to ensure the optimum flexible response to the challenges
identified in the context of the research areas. The mission
of the Task Groups is therefore to specify research projects
important to QUEST by an interdisciplinary collaboration of
scientists from different research groups.
On the following pages, the four research areas are presented
in detail as well as the work of the related research
groups. Each group gives a short overview of current research
topics, support of young scientists, collaborations
and much more. Similarly, the Task Groups within QUEST
are presented in detail.

Forschungsbereiche
Forschung in QUEST
Die Forschungsaktivitäten des Exzellenzclusters gliedern
sich in vier zentrale Forschungsbereiche, die sich inhaltlich
bewusst in Teilen überlappen:
• Quanten-Engineering
• Quantensensoren
• Raum-Zeit-Forschung
• Neuartige Technologien
Neben diesen Forschungsbereichen hat QUEST die sogenannten
Task Groups eingerichtet. Die Task Groups sind
bewusst als Querstrukturen zu den Forschungsbereichen angelegt
und reagieren flexibel auf die Herausforderungen, die
im Rahmen der Forschung in diesen Bereichen identifiziert
werden. Die Aufgabe der Task Groups besteht also darin, die
spezifischen Forschungsvorhaben mit zentraler Bedeutung
für QUEST durch eine interdisziplinäre Zusammenarbeit der
Gruppen aus den verschiedenen Forschungsbereichen zu
koordinieren und durchzuführen.
Auf den nun folgenden Seiten werden die vier Forschungsbereiche
im Detail sowie die Arbeit der dazugehörigen
Forschungsgruppen vorgestellt. Jede Gruppe gibt
dabei einen informativen Überblick über ihre aktuellen Forschungsthemen,
die Nachwuchsförderung, Kooperationen
und vieles mehr. Ebenso werden die neun Task Groups im
Einzelnen vorgestellt.
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Tom Zagwodzki, Goddard Space Flight Center
27

Thomas Damm / QUEST
28
Institut für Quantenoptik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762 2231
E-Mail: ertmer@iqo.uni-hannover.de
Quantum Engineering
of Optical Pulses
Theoretical Quantum Optics
Kovačev
Area Manager | Leiter des Forschungsbereichs
Prof. Dr. Wolfgang Ertmer
Lein
Vekua
Condensed Matter Physics with Cold Gases
Schnabel
The special properties of laser light form
the basis of a broad range of modern experimental
methods. For example the application
of laser allows us to directly manipulate
internal degrees of freedom of atomic and
molecular structures and makes measurements
at the quantum level possible. Laser
interferometers are increasingly being used
in high-precision measurement technology,
for example in determining extremely small
length variations in the search for gravitational
waves, or in precision geodesy.
In Research Area “Quantum Engineering”,
QUEST combines the experimental and theoretical
methods of different disciplines in
order to create and investigate new control
mechanisms for quantum systems. Research
activities focus on the combination of quan-
Macroscopic Quantum Objects
Ertmer
Non-Classical States
of Matter
tum systems of strongly correlated atoms
and solids as well as on the interaction of
non-classical light fields with atomic ensembles.
An additional major challenge is
the study of entangled quantum states of
light with a solid test mass.
The results in Research Area “Quantum
Engineering” lay the groundwork for activities
in Research Area “Quantum Sensors”,
where whole new perspectives are opened
up for such systems of quantum metrology.
Together with the progress made in spacetime
research, this offers the chance to answer
questions in fundamental physics and
to pave the way for such future research
projects as gravitational wave astronomy or
novel quantum technologies.

Oliver Topic
Research Area | Forschungsbereich
Quantum Engineering
Optischer Aufbau zur Präparation des Laserlichts für eine doppelte magneto-optische Falle für die Elemente
Rubidium und Kalium.
Optical setup for laser light preparation for the purpose of a dual magneto-optical trap with potassium and rubidium.
Die speziellen Eigenschaften des Laserlichts bilden die
Basis einer Vielzahl moderner experimenteller Methoden.
Beispielsweise erlaubt der Einsatz von Lasern die gezielte
Manipulation innerer Freiheitsgrade atomarer und molekularer
Systeme und ermöglicht Messungen auf der Quantenebene.
Laserinterferometer werden verstärkt in der Hochpräzisions-Messtechnologie
verwendet, unter anderem auch
zur Bestimmung extrem kleiner Längenänderungen, wie
beispielsweise bei der Suche nach Gravitationswellen oder
in der Präzisionsgeodäsie.
Research Groups | Forschungsgruppen
Theoretical Quantum Optics, Prof. Dr. Manfred Lein (Page | Seite 30)
Macroscopic Quantum Objects, Prof. Dr. Roman Schnabel (Page | Seite 32)
Condensed Matter Physics with Cold Gases, Jun.-Prof. Dr. Teimuraz Vekua (Page | Seite 34)
Quantum Engineering of Optical Pulses, Jun.-Prof. Dr. Milutin Kovačev (Page | Seite 36)
Non-Classical States of Matter, Prof. Dr. Wolfgang Ertmer (Page | Seite 38)
Plasma-Erzeugung durch einen intensiven Laserpuls.
Plasma light generation using an intense laser pulse
QUEST verbindet im Forschungsbereich „Quantum Engineering“
die experimentellen und theoretischen Methoden
verschiedener Disziplinen, um damit neue Kontrollmechanismen
für Quantensysteme zu schaffen und zu erforschen.
Im Fokus der Forschungsaktivitäten stehen dabei die Kombination
von Quantensystemen aus stark korrelierten Atomen
und Festkörpern sowie die Wechselwirkung von nichtklassischen
Lichtfeldern mit atomaren Ensembles. Als besondere
Herausforderung werden ergänzend verschränkte Quantenzustände
aus Licht und massiven Testmassen studiert.
Die Ergebnisse im Bereich „Quantum Engineering“ sind
direkte Zuarbeiten für den Forschungsbereich „Quantum
Sensors“, in dem solche Systeme der Quantenmetrologie
völlig neue Perspektiven eröffnen werden. Gemeinsam mit
den Fortschritten der Raum-Zeit-Forschung ergibt sich so
die Chance, fundamentale physikalische Fragen zu beantworten
und den Weg für zukünftige Forschungsvorhaben
wie die Gravitationswellenastronomie oder neuartige Quantentechnologien
zu ebnen.
Michael Born
29

Thomas Damm / QUEST
30
Institut für Theoretische Physik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762 32 91
E-Mail: lein@itp.uni-hannover.de
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Manfred Lein
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Erzeugung hoher Harmonischer mit Wasser-Molekülen
» Erzeugung von Harmonischen in Gasgemischen
» Zeitaufgelöste Fano-Resonanz in Attosekunden-Photoelektronenspektren
» Tomographie von Molekülorbitalen
» Zeitabhängige Multikonfigurationsmethode für gekoppelte Elektron-Kern-Dynamik
» Zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie für Prozesse in starken Feldern
» Institut für Physikalische Chemie, Universität Würzburg
» Department of Physics, Imperial College London
» Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover
» High-harmonic generation from water molecules
» High-harmonic generation in gas mixtures
» Time-resolved Fano resonance in attosecond photoelectron spectra
» Molecular orbital tomography
» Multiconfiguration time-dependent Hartree method for electron-nuclear correlation
» Time-dependent density functional theory for strong-field processes
Kooperationen Collaborations
» Institut für Physikalische Chemie, Universität Würzburg
» Department of Physics, Imperial College London
» Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Vorlesung Quantendynamik, 2009
» Vorlesung Klassische Teilchen und Felder, 2009/10
» Seminar Optik auf Femto- und Attosekunden-Zeitskalen, 2009/10
» Vorlesung Computational Physics, 2010
» Proseminar Theoretische Physik, 2010
» Lecture Quantum Dynamics, 2009
» Lecture Classical Particles and Fields, 2009/10
» Seminar Optics on Femto- and Attosecond Time Scales, 2009/10
» Lecture Computational Physics, 2010
» Proseminar Theoretical Physics, 2010
Auszeichnungen Awards
» M. Lein – Wissenschaftlicher Preis der Heidelberger Akademie der Wissenschaften
2006 für Arbeiten zur Attosekundenphysik in Molekülen
The interaction between laser light
and matter is a central theme of modern
research in quantum optics and precision
metrology. Two major frontiers can be identified:
observation of ultrafast processes with
time scales below 1 femtosecond and highprecision
spectroscopy. Ultrafast science is
intimately related to the investigation of
strong laser pulses interacting with atoms
and molecules. On the one hand, short pulses
are the ideal tool to induce and probe
ultrafast electronic processes and molecular
reactions, and on the other hand, laserdriven
atoms and molecules are sources of
extreme ultraviolet coherent pulses (attosecond
bursts of high-harmonic emission)
which can be used to study processes on
the attosecond time scale. This research
group works on the theory of strong laser
» M. Lein—Scientific award of the Heidelberg Academy of Sciences and Humanities
2006 for work on attosecond physics in molecules
fields and the quantum dynamics of atoms
and molecules, collaborating with experimental
groups in QUEST. Furthermore, this
research group has calculated the temporal
structure of the attosecond bursts with
unprecedented resolution. Internal motion
such as molecular vibration and the motion
of ionization-induced holes in laser-matter
interaction and in particular the effect on
harmonic emission is investigated in detail.
The researchers also analyse the harmonic
phase with a view to the application to imaging
of atomic and molecular structures
and dynamics. Precision spectroscopy requires
sources with sharp frequencies and
high repetition rate. Within one QUEST collaboration
project, the investigation of highrepetition
harmonics from laser-driven nanoarrays
is planned.

C. Chirilă, I. Dreißigacker
Research Group | Forschungsgruppe
Theoretical Quantum Optics
Harmonische Ordnung gegen Emissionszeit, berechnet für die
Erzeugung hoher Harmonischer in einem lasergetriebenen
Atom in voller Dimensionalität. Kurven: (semi)klassische Modelle.
Harmonic order versus emission time calculated for high-harmonic
generation from a laser-driven atom in full dimensionality. Curves: (semi)
classical models.
Die Wechselwirkung von Laserlicht mit Materie ist ein
zentrales Feld der modernen Forschung in der Quantenoptik.
Zwei der wesentlichen Herausforderungen sind die
Beobachtung ultraschneller Prozesse auf Zeitskalen unter
einer Femtosekunde sowie die Hochpräzisionsspektroskopie.
Ultraschnelle Forschung hängt eng mit der Untersuchung
starker Laserpulse in ihrer Wechselwirkung mit Atomen
und Molekülen zusammen. Ultrakurze Pulse sind dabei das
ideale Werkzeug, um ultraschnelle elektronische Prozesse
und molekulare Reaktionen auszulösen und zu beobachten.
Weiterhin dienen lasergetriebene Atome und Moleküle als
Quellen von Pulsen im extremen Ultraviolett (Attosekunden-
Bursts hoher Harmonischer), die ihrerseits für Studien auf
der Attosekundenzeitskala eingesetzt werden können. Die
Forschungsgruppe „Theoretical Quantum Optics“ erforscht
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
die Theorie starker Laserfelder und die Quantendynamik in
Atomen und Molekülen in Zusammenarbeit mit weiteren
experimentellen Gruppen in QUEST. So werden beispielsweise
der Zeitverlauf der Attosekunden-Bursts mit extrem
hoher Zeitauflösung berechnet sowie interne Dynamik, wie
Molekülvibration und die Elektron-Loch-Dynamik bei Laser-
Materie-Wechselwirkung, im Detail untersucht. Weiterhin
analysieren die Wissenschaftler die harmonische Phase im
Hinblick auf die Anwendung in der Bildgebung atomarer
und molekularer Struktur und Dynamik. Präzisionsspektroskopie
erfordert Quellen mit scharfen Frequenzen und
hoher Repetitionsrate. In einer QUEST-Kollaboration sollen
Harmonische hoher Repetitionsrate aus lasergetriebenen
Nano-Arrays untersucht werden.
» S. Baker, J.S. Robinson, M. Lein, C.C. Chirilă, R. Torres, H.C. Bandulet, D. Comtois, J.C. Kieffer, D.M. Villeneuve, J.W.G. Tisch, and J.P. Marangos,
Dynamic Two-Center Interference in High-Order Harmonic Generation from Molecules with Attosecond Nuclear Motion, Phys. Rev. Lett. 101,
053901 (2008)
Zeitentwicklung des Kernabstands in einem lasergetriebenen
Wasserstoffmolekül-Ion, berechnet mit der zeitabhängigen
Multikonfigurations-Hartree-Methode.
Time evolution of the internuclear distance in a laser-driven hydrogen
molecular ion obtained from a multiconfiguration time-dependent
Hartree calculation.
» M. Lein, Molecular imaging using recolliding electrons, J. Phys. B 40, R135 (2007)
» S. Baker, J. Robinson, C.A. Haworth, H. Teng, R.A. Smith, C.C. Chirilă, M. Lein, J.W.G. Tisch, and J.P. Marangos, Probing proton dynamics in
molecules on an attosecond timescale, Science 312, 424 (2006)
Korrelierte Kern- und Elektronendichte nach 25 fs Lasereinstrahlung
in einem Wasserstoffmolekül-Ion, berechnet mit der
zeitabhängigen Multikonfigurations-Hartree-Methode.
Correlated nuclear and electronic density after 25 fs of laser irradiation in
a hydrogen molecular ion, calculated with the multiconfiguration time-
dependent Hartree method.
C. Jhală (2)
31

Thomas Damm / QUEST
32
Albert-Einstein-Institut Hannover
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
und Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762 19169
E-Mail: roman.schnabel@aei.mpg.de
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Elektro-mechanische Oszillatoren von mehreren Kilogramm Masse nahe ihres quantenmechanischen
Grundzustandes (Kooperation LIGO Team)
» Neuartige rauscharme Spiegelkonzepte für makroskopische Quantenmessung
» Design und Aufbau des 10 m-Interferometers am IGP/AEI Hannover
» Massachusetts Institute of Technology MIT, USA
» Australian National University, Australien
» California Institute of Technology, USA
» Moscow State University, Russland
» Universität Jena
» Glasgow University, Großbritannien
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Roman Schnabel
» Electro-mechanical kilogram-scale oscillators near its quantum ground state
(Collaboration LIGO team).
» New low noise mirror concepts for macroscopic quantum measurements.
» Design and setup of the 10 m-interferometer at the IGP/AEI Hannover.
Kooperationen Collaborations
» Massachusetts Institute of Technology MIT, USA
» Australian National University, Australia
» California Institute of Technology, USA
» Moscow State University, Russia
» Universität Jena
» Glasgow University, Great Britain
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Vorlesung „Nonclassical Light“, 2009/10 (Roman Schnabel)
» Vorlesung „Nonclassical Interferometry“, 2010 (Roman Schnabel)
» Seminar „Quantum Interferometry“ (Roman Schnabel)
» Vorlesung „Gravitational Physics“, 2009/10 (Karsten Danzmann)
» Ringvorlesung, International Max Planck Research School on Gravitational Wave
Astronomy
Ultra-stable laser light enables precise
distance measurements. Laser interferometers
can detect a relative position change
of two mirrors that is smaller than a hydrogen
nucleus. The sensitivity of laser interferometers
is even high enough to detect
the quantum mechanical positional uncertainty
of a macroscopic object, for instance
of a thin membrane with a millimeter diameter.
A couple of years ago it was theoretically
shown that the motion of such a
mechanical device can be entangled with
reflected laser light. In 2008, this research
group showed that ultimately even two
» Lecture “Nonclassical Light”, 2009/10 (Roman Schnabel)
» Lecture “Nonclassical Interferometry”, 2010 (Roman Schnabel)
» Seminar “Quantum Interferometry” (Roman Schnabel)
» Lecture “Gravitational Physics”, 2009/10 (Karsten Danzmann)
» Lecture series, International Max Planck Research School on Gravitational Wave
Astronomy
such objects in a laser interferometer can
become entangled with each other (figure).
Within QUEST, this research group proposed
a new interferometer which is particularly
suitable for the observation of the quantum
mechanical properties of macroscopic objects:
a Michelson-Sagnac interferometer,
which is a combination of two well-known
interferometer types. It also permits the investigation
of partially transmissive objects
and enables the application of enhancement
resonators, such as power-recycling
and signal-recycling resonators. The scientists
have already been able to run such an
interferometer with a laser power sufficient
to observe the positional uncertainty of the
membrane inside. The next step will be cooling
of the membrane in order to reduce the
currently too high Brownian motion of the
membrane.

Research Group | Forschungsgruppe
Macroscopic Quantum Objects
Hochstabiles Laserlicht ist hervorragend geeignet, um
Entfernungen zu messen. Laserinterferometer sind in der
Lage, relative Positionsänderungen zweier Spiegel zu detektieren,
die kleiner als ein Wasserstoffatomkern sind. Die
Empfindlichkeit von Laserinterferometern reicht damit aus,
die quantenmechanische Ortsunschärfe eines makroskopischen,
für das bloße Auge gut sichtbaren mechanischen
Oszillators zu messen, zum Beispiel einer dünnen Membran
von einem Millimeter Durchmesser. Vor einigen Jahren
wurde theoretisch gezeigt, dass ein solcher Oszillator mit
reflektiertem Laserlicht verschränkt werden kann. In 2008
hat die Forschungsgruppe gezeigt, dass letztendlich sogar
zwei mechanische Objekte in einem Interferometer miteinander
verschränkt werden können (Abbildung). Im Rahmen
Prinzip der Verschränkungserzeugung zwischen zwei Spiegeln. Zunächst
erzeugt Strahlungsdruck in beiden Interferometerarmen Verschränkung
zwischen der Spiegelbewegung und dem reflektierten Licht. Im
Anschluss wird durch die Interferenz am Strahlteiler und die photoelektrische
Detektion an beiden Ausgangsports die Verschränkung auf die
Schwerpunktsbewegung der beiden Spiegel übertragen. Kopplung an
die Umgebung führt zu Dekohärenz, doch sollte über kurze Zeitspannen
die Verschränkung bestehen bleiben.
Illustration of the principle of entanglement generation between two mirrors. First,
entanglement between the motion of one mirror and the reflected laser light is created
by radiation pressure. Second, interference at the beam splitter and the photo-electric
detection at both output ports can subsequently transfer the entanglement onto the
mirrors’ centre of mass motions. Coupling to the environment leads to decoherence,
however, entanglement should be preserved for short times.
von QUEST ist ein neuartiges Interferometer vorgeschlagen
worden, das besonders geeignet ist, quantenmechanische
Eigenschaften makroskopischer Objekte zu beobachten: ein
Michelson-Sagnac-Interferometer, eine Kombination zweier
bekannter Interferometertypen. Es erlaubt, auch transmittierende
Oszillatoren zu untersuchen, und es ermöglicht
den Einsatz von Überhöhungsresonatoren für Laserleistung
und Messsignal. Das Interferometer kann bereits mit einer
Laserleistung betrieben werden, die ausreicht, die Ortsunschärfe
einer eingebauten Membran zu beobachten. Im
nächsten Schritt soll die Membran auf eine Temperatur
von circa einem Kelvin abgekühlt werden, um die zurzeit
noch zu große Brownsche Bewegung der Membran zu
unterdrücken.
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
» H. Müller-Ebhardt, H. Rehbein, R. Schnabel, K. Danzmann, and Y. Chen, Entanglement of macroscopic test masses and the standard quantum
limit in laser interferometry, Phys. Rev. Lett. 100, 013601 (2008)
» R. Schnabel, H. Müller-Ebhardt, and H. Rehbein, Verschränkte Spiegel, Physik in Unserer Zeit 39, 234 (2008)
» K. Yamamoto, D. Friedrich, T. Westphal, S. Goßler, K. Danzmann, Kentaro Somiya, Stefan L. Danilishin, and R. Schnabel, Quantum noise of a
Michelson-Sagnac interferometer with translucent mechanical oscillator, Phys. Rev. A 81, 033849 (2010)
» B. Abbott et al., Observation of a kilogram-scale oscillator near its quantum ground state, New J. Phys. 11, 073032 (2009)
33

Thomas Damm / QUEST
34
Institut für Theoretische Physik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762 17343
E-Mail: temo.vekua@itp.uni-hannover.de
Group Leader | Gruppenleiter
Jun.-Prof. Dr. Teimuraz Vekua
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Effekte des magnetischen Feldes auf Mott Isolator-Phasen der Spin 3/2 Fermionen und
Spin 1 Bosonen sowohl in 1D als auch 2D
» Effekte quadratischer Zeeman-Koppelung auf spinor superflüssige Phasen für die
attraktiv wirkenden Spin 3/2 Fermionen und Spin 1 Bosonen
» Effects of external magentic field on Mott insulator phases of spin 3/2 fermions and
Spin 1 bosons both in 1D and 2D.
» Spinor superfluid phases for attractively interacting 1D spin 3/2 fermions and spin 1
bosons in the presence of quadratic Zeeman coupling.
Kooperationen Collaborations
» Institute of Magnetism, Academy of Sciences of Ukrain, Kiev, Ukraine
» Andronikashvili Institute of Physics, Tbilisi, Georgien
» Physics Department, University of Fribourg, Fribourg, Schweiz
» Institute of Magnetism, Academy of Sciences of Ukrain, Kiev, Ukraine
» Andronikashvili Institute of Physics, Tbilisi, Georgia
» Physics Department, University of Fribourg, Fribourg, Switzerland
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Vorlesungskurse: Effective theories for one dimensional many body systems: Linear
hydrodynamics , 2009
» Vorlesungskurse: Quantum Phase transitions in low dimensional systems, 2009-2010.
» Vorlesungskurse: Superfluidity in many body systems, 2010
» Vorlesung: Effective theories for one dimensional many body systems: Linear hydrodynamics
and beyond, 2009
» Vorlesung: Quantum Phase transitions in low dimensional systems, 2009-2010.
» Vorlesung: Superfluidity in many body systems, 2010
The junior research group “Condensed
Matter Physics with Cold Gases” investigates
the low temperature properties of strongly
correlated condensed matter systems in reduced
dimensions. Quantum and thermal
fluctuations are particularly strong in systems
with reduced dimensionality and often
mean-field like approaches fail. Mainly linear
hydrodynamic approaches are used and effective
methods beyond the linear hydrodynamics
developed that will allow access
to off-equilibrium dynamical properties of
strongly correlated systems with internal
degree of freedom- spin. Ultra-cold atomic
gases provide an ideal laboratory for the
» Lecture courses: Effective theories for one dimensional many body systems: Linear
hydrodynamics and beyond, 2009
» Lecture courses: Quantum Phase transitions in low dimensional systems, 2009-2010.
» Lecture courses: Superfluidity in many body systems, 2010
» Lecture: Effective theories for one dimensional many body systems: Linear hydrodynamics
and beyond, 2009.
» Lecture: Quantum Phase transitions in low dimensional systems, 2009/2010.
» Lecture: Superfluidity in many body systems, 2010
study of fundamental problems originally
connected with strongly correlated condensed
matter systems. The remarkable
controllability of these systems allows the
interference-free study of complex physics
in a highly controllable way. The aim is
to make predictions that could be tested
in cold gas experiments and unveil poorly
understood, strongly correlated phases of
condensed matter systems ranging from
one-dimensional spinor condensates to
two-dimensional frustrated magnets. The
effects of an external magnetic field on the
Mott insulator phase of spin 1/2 fermions
have been studied. Furthermore, the universality
class of quantum phase transition
induced by magnetic field in attractive spin
1/2 fermions has been described.

Research Group | Forschungsgruppe
Condensed Matter Physics with Cold Gases
Teimuraz Vekua
Die Juniorforschungsgruppe „Condensed Matter Physics
with Cold Gases“ untersucht die Eigenschaften stark korrelierter
Systeme kondensierter Materie bei niedriger Temperatur
in reduzierten Dimensionen. Quanten und thermische
Fluktuationen sind in Systemen mit reduzierter Dimensionalität
besonders stark, und häufig sind Standardmethoden
wie Mean-field nicht anwendbar.
Hauptsächlich werden die hydrodynamische Näherung
verwendet und wirksame Methoden über die Hydrodynamik
hinaus entwickelt, die erlauben werden, auf dynamische
Eigenschaften außerhalb des Gleichgewichts starker
korrelierter Systeme mit dem inneren Freiheitsgrad Spin
zuzugreifen.
Ultrakalte Atomgase stellen eine ideale Bedingung zur
Verfügung, um grundsätzliche Probleme zu studieren, die
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
mit stark korrelierten kondensierten Systemen ursprünglich
verbunden sind. Das erlaubt eine saubere Untersuchung
komplizierter Physik auf hochkontrollierbare Weise. Das Ziel
ist es, Vorhersagen für schlecht verstandene, stark korrelierte
Phasen von kondensierten Systemen zu machen, die in kalten
Gasexperimenten geprüft werden können. Eindimensionale
spinor Kondensate oder zweidimensionale frustrierte
Magnete sind zwei Beispiele aus den Forschungsarbeiten
dieser Arbeitsgruppe. Die Wirkungen des Magnetfeldes auf
die Mott-Isolator-Phasen der Spin-1/2-Fermionen sind bereits
studiert. Weiterhin wurden die Universalitätsklasse des
Quanten-Phasenübergangs induziert und durch das Magnetfeld
bei den attraktiven Spin-1/2-Fermionen beschrieben.
» T. Vekua, Low temperature specific heat of one-dimensional multicomponent systems at the commensurate- incommensurate phase transi-
tion point, Phys. Rev. B 80, 201402(R) (2009)
» T. Vekua, Susceptibility at the edge points of magnetization plateau of one-dimensional electron and spin systems, Phys. Rev. B 80, 104411
(2009)
–k F
» T. Vekua, S. I. Matveenko, and G. V. Shlyapnikov, Curvature effects on magnetic susceptibility of 1D attractive two component fermions, JETP
Lett. 90, 315 (2009)
c(T)=Tln²T
k F
Die thermische Erzeugung unkompensierter spin-up Fermionen
fordert die Vernichtung eines gebundenen Paares von
anziehenden Spin-1/2-Fermionen. Dies führt zu einer logarithmischen
Singularität des spezifischen Wärmekoeffizienten
beim Einsetzen der Magnetisierung.
Thermal creation of un-compensated up-spin fermions requires destruction
of a bound pair of attractively interacting Spin 1/2 fermions. This
results in logarithmic singularity of specific heat coefficient at the onset
of magnetization.
35

Thomas Damm / QUEST
36
Institut für Quantenoptik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-5286
E-Mail: kovacev@iqo.uni-hannover.de
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Erzeugung intensiver few-cycle Pulse im sichtbaren Spektralbereich durch Filamentierung
und die Erforschung der Eigenschaften eines Filaments
» Studium optimaler Phasenanpassungsbedingungen zur effizienten Harmonischen
Erzeugung durch Fundamentalstrahlung im infraroten und ultravioletten Spektralbereich
» Anwendung von few-cycle Pulsen zur Erzeugung von hohen Harmonischen
» Erzeugung hoher Harmonischer Strahlung in Wasser-Einzeltröpfchen
» Molekulare Bildgebung
» Studium von Gasgemischen zur Harmonischen Erzeugung
» Kohärente diffraktive Bildgebung (Zusammenarbeit mit CEA, Saclay, Frankreich)
» Louisana State University, USA
» École Polytechnique, Frankreich
» Laser Laboratorium Göttingen
» Laser Zentrum Hannover e.V.
» Commissariat a l‘Energie Atomique, Frankreich
» Institut für Theoretische Physik, Leibniz Universität Hannover
» Fraunhofer IWS, Dresden
Group Leader | Gruppenleiter
Jun.-Prof. Dr. Milutin Kovačev
» Generation of intense few-cycle infrared pulses by filamentation and research on the
visible light properties of filaments
» Study of optimal phase matching conditions for efficient harmonic generation using IR
as well as UV drivers
» Application of few-cycle pulses to high-order harmonic generation
» Generation of high-order harmonic radiation in water-microdroplets
» Molecular imaging
» Study of gas mixtures for harmonic generation
» Coherent diffraction imaging (Collab. with CEA, Saclay, France)
Kooperationen Collaborations
» Louisana State University, USA
» École Polytechnique, France
» Laser Laboratorium Göttingen
» Laser Zentrum Hannover e.V.
» Commissariat a l’Energie Atomique, France
» Institut für Theoretische Physik, Leibniz Universität Hannover
» Fraunhofer IWS, Dresden
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Vorlesungen XUV Laserphysik, Nichtlineare Optik, Ultrakurze Laserpulse
» Optik auf Femto- und Attosekunden Zeitskalen , Aktuelle Probleme der Laserphysik
(Seminare)
» Lectures XUV laser physics, non-linear optics, ultra-short laser pulses
» Optic on femto- and atto-second time scales, Recent problems in laser physics
(seminars)
Nachwuchsförderung Promotion of young researchers
» Konzeption und Aufbau eines Versuchs zur Tribolumineszenz an Zuckerkristallen im
Rahmen eines Schülerpraktikums
» Im Rahmen von UniKik und der GaußAG plus wurde ein Versuch zur Röntgenemission
bzw. Elektronenemission bei Klebefilmen konzipiert und aufgebaut
The research group works experimentally
on quantum engineering of ultrashort
optical pulses for applications in strong field
light-matter interactions. Coherent radiation
from the infrared to the extreme ultraviolet
part of the electromagnetic spectrum is
studied and adapted to specific needs. One
example is the filamentation of intense ultrashort
pulses in the visible spectral region.
The main focus is to provide broad optical
bandwidths allowing for ultrashort pulses
» Design and construction of an experiment to triboluminescence of sugar crystals
(student internship)
» As part of Unik and GaußAG plus an experiment to X-ray emission and electron
emission designed for adhesive films was established
particularly with regard to the shortest pulses
in the attosecond domain. Such pulses
are measured by specialized instrumentation
like charged particle time of flight or
velocity map imaging devices. Attosecond
metrology in combination with charged
particle spectroscopy is used for the study
of ultrafast electron dynamics in atoms, molecules
and solid materials. Another focus is
the investigation of new concepts for efficient
EUV frequency conversion. Phasematching
techniques are investigated as
well as novel target geometries such as single
water droplets. Such novel approaches
can be used for applications like molecular
imaging or high-resolution Fourier spectroscopy
in the soft-X-ray range.
Plasma-Erzeugung in einem Wassertröpfchen
Plasma light generation in a water microdroplet
Heiko Kurz

Daniel Steingrube
Research Group | Forschungsgruppe
Quantum Engineering of Optical Pulses
Erzeugung hoher Harmonischer Strahlung durch ein Weißlicht-Filament.
Generation of high-order harmonic radiation from a white-light filament.
Die Forschungsgruppe arbeitet experimentell im Bereich
der Quantenoptik an der Erforschung ultrakurzer Laserpulse
zur Untersuchung der Wechselwirkung von intensiven
Feldern mit Materie. Im Detail wird kohärente Strahlung,
vom infraroten bis in den extremen ultravioletten Bereich
des elektromagnetischen Spektrums studiert und für spezifische
Zwecke angepasst. Ein Beispiel hierfür ist die Filamentierung
intensiver ultrakurzer Laserpulse. Der Fokus liegt
dabei in der Bereitstellung großer optischer Bandbreiten zur
Erzeugung ultrakurzer Pulse mit einem besonderen Augenmerk
auf die Erzeugung kürzester Pulse im Attosekundenbereich.
Solche Pulse können mit speziellen Instrumenten wie
beispielsweise Flugzeitspektrometern oder der geschwin-
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
Die Forschungsgruppe „Quantum Engineering of Optical
Pulses“.
The Research Group “Quantum Engineering of Optical Pulses”
(im Uhrzeigersinn / clockwise: Emilia Schulz, Tobias Vockerodt, Torsten
Hartmann, Milutin Kovačev, Martin Kretschmar, Hendrik Thering, Heiko
Kurz, Daniel Steingrube)
digkeitsaufgelösten Bildgebung gemessen werden. Attosekunden-Metrologie
in Verbindung mit der Spektroskopie
geladener Teilchen erlaubt die Erforschung der Elektronendynamik
in Atomen, Molekülen und Festkörpern. Ein weiterer
Fokus ist die Erforschung neuer Konzepte zur effizienten
EUV-Frequenzkonversion. Neben verschiedene Techniken
zur Phasenanpassung werden auch völlig neuartige Wechselwirkungsmedien,
wie zum Beispiel einzelne Wassertröpfchen,
erforscht. Diese Konzepte können beispielsweise für
Anwendungen wie die Bildgebung molekularer Strukturen
oder der hochauflösenden Fourier-Spektroskopie im Bereich
der weichen Röntgenstrahlung genutzt werden.
» E. Schulz, T. Binhammer, D. S. Steingrube, S. Rausch, M. Kovačev, and U. Morgner, Intense few-cycle laser pulses from self-compression in a
self-guiding filament, Appl. Phys. B 95, 269–272 (2009)
» D. S. Steingrube, E. Schulz, T. Binhammer, T. Vockerodt, U. Morgner, and M. Kovačev, Generation of high-order harmonics with ultra-short
pulses from filamentation, Opt. Exp. 17, 16177-16182 (2009)
» D. S. Steingrube, T. Vockerodt, E. Schulz, U. Morgner, and M. Kovačev, Phase matching of high-order harmonics in a semi-infinite gas cell, PRA
80, 043819 (2009)
Ude Cieluch
37

Thomas Damm / QUEST
38
Institut für Quantenoptik
Leibniz Universität Hannover
Prof. Dr. Wolfgang Ertmer
Telefon: (+49) (511) 762-2231
E-Mail: ertmer@iqo.uni-hannover.de
Dr. Carsten Klempt
Telefon: (+49) (511) 762-2238
E-Mail: klempt@iqo.uni-hannover.de
Since the time of Heisenberg’s uncertainty
principle published in 1927, it has been
known that physical observables cannot be
measured with arbitrary precision. However,
quantum mechanical states can nonetheless
be engineered to possess observables
with exceptionally small fluctuations—the
so-called squeezed states. Squeezed, nonclassical
states of laser light have recently
made the transition from a research topic
to a tool for precision measurements.
Similarly precision measurements using
atoms instead of photons have improved
dramatically over the past decades. Hence
there is great interest in investigating possible
routes towards the creation of such
squeezed, states of atomic matter waves.
The members of this research group
have investigated a new mechanism to
create such non-classical states using the
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Heteronukleare Feshbach Resonanzen
» Quantenentartete Bose-Fermi-Mischungen
» Ultrakalte Moleküle
» Kontinuierliche Produktion von Bose Kondensaten
» Institut für Theoretische Physik, Leibniz Universität Hannover
» Aarhus University, Dänemark
» Institute of Photonic Sciences, Barcelona, Spanien
» Australian National University, Canberra, Australien
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Wolfgang Ertmer, Dr. Carsten Klempt
» Heteronuclear Feshbach resonances
» Quantum degenerate Bose-Fermi mixtures
» Ultracold Molecules
» Continuous production of Bose condensates
Kooperationen Collaborations
» Institute for Theoretical Physics, Leibniz Universität Hannover
» Aarhus University, Denmark
» Institute of Photonic Sciences, Barcelona, Spain
» Australian National University, Canberra, Australia
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Vorlesung: Kohärente Optik, 2009/2010
» Vorlesung: Quantenoptik, 2007/2008, 2008/2009, 2009/2010
» Vorlesung: Atomoptik, 2008
» Initiation Club – Graduiertenseminar zu den Grundlagen der ultrakalten Materie
und Quantenoptik
» Gruppenseminar – Seminar zu aktuellen Forschungsergebnissen
» Lecture: Coherent Optics, 2009/2010
» Lecture: Quantum Optics, 2007/2008, 2008/2009, 2009/2010
» Lecture: Atom Optics, 2008
» Initiation Club—Graduate seminar on the basics of ultracold matter
and quantum optics
» Group Seminar—Seminar on recent scientific achievements
matter wave counterpart of the laser, the
Bose-Einstein condensate (BEC). Atomic
BECs consist of ultracold atoms in the gaseous
phase, which all share exactly the same
quantum state. The scientists created a BEC
of Rubidium atoms, which can be oriented
in a magnetic field analogously to small
magnets. Starting with all atoms oriented
horizontally, it has been shown that atomic
pairs are created spontaneously with an up/
down orientation. This process is due to the
amplification of the inherent vibrations of
the vacuum, the so-called vacuum fluctuations.
At the moment, measurements are
in progress to show that the produced up/
down atom pairs have squeezed observables.
Finally, the new non-classical states of
matter will be used to build a prototype interferometer
that is able to benefit from the
suppression of fluctuations.

Stefan Jöllenbeck
Research Group | Forschungsgruppe
Non-Classical States of Matter
Vakuumkammer mit hochreflektierender differentieller Pumpstufe
(Bildmitte) zur Erzeugung einer 2D-magneto-optischen
Falle mit hohem Atomfluss im Chip-Experiment.
Vacuum chamber with highly reflecting differential pumping stage
(center) for the production of a 2D-magento-optical trap with high
atomic flux in the Chip-experiment.
Seit der Heisenberg‘schen Unschärferelation
von 1927 ist bekannt, dass physikalische Observable
nicht mit beliebiger Präzision gemessen
werden können. Nichtsdestotrotz können quantenmechanische
Zustände mit außergewöhnlich
kleinen Fluktuationen erzeugt werden – sogenannte
gequetschte Zustände. Laserlicht in
gequetschten, nicht-klassischen Zuständen hat
gerade den Sprung vom Forschungsobjekt zum
Präzisions-Messwerkzeug bewältigt. Ergänzend
dazu haben sich die Präzisionsmessungen mit
Atomen anstatt Photonen in den letzten Jahrzehnten
dramatisch verbessert. Es ist daher von
besonderem Interesse, mögliche Wege zur Er-
zeugung solcher gequetschter Materiewellen zu
erforschen.
In dieser Arbeitsgruppe wird ein neuer Prozess
zur Erzeugung gequetschter Materiewellen
untersucht, basierend auf dem Pendant des optischen
Lasers, dem Bose-Einstein-Kondensat (BEC).
Atomare BECs bestehen aus ultrakalten, gasförmigen
Atomen, die sich alle im gleichen Quantenzustand
befinden. Die Forscher haben ein BEC
aus Rubidium-Atomen erzeugt, die sich im Magnetfeld
wie kleine Magnete ausrichten lassen. Zunächst
wurden alle Atome horizontal ausgerichtet.
In diesem Fall haben sich spontan atomare
Paare gebildet, die zueinander entgegensetzt auf-
Selected Publications | Ausgewählte Publikationen:
und abwärts gerichtet sind. Dieser Prozess lässt
sich theoretisch durch die Verstärkung von inhärenten
Schwingungen des Vakuums beschreiben,
den sogenannten Vakuumfluktuationen. Zurzeit
werden Messungen durchgeführt, um zu zeigen,
dass die produzierten auf- und abwärtsgerichteten
Atompaare tatsächlich über gequetschte
Observable verfügen. Schließlich soll mit diesen
neuen, nicht-klassischen Zuständen ein Prototyp
eines Interferometers realisiert werden, dessen
Präzision von den unterdrückten Fluktuationen
profitiert.
» C. Klempt, O. Topic, G. Gebreyesus, M. Scherer, T. Henninger, P. Hyllus, W. Ertmer, L. Santos, and J. Arlt, Parametric amplification of vacuum fluctuations in a spinor condensate, Phys.
Rev. Lett. 104, 195303 (2010)
» C. Klempt, O. Topic, G. Gebreyesus, M. Scherer, T. Henninger, P. Hyllus, W. Ertmer, L. Santos, and J. Arlt, Multi-resonant spinor dynamics in a Bose-Einstein condensate, Phys. Rev. Lett.
103, 195302 (2009)
» C. Klempt, T. Henninger, O. Topic, M. Scherer, L. Kattner, E. Tiemann, W. Ertmer, and J. Arlt, Radio frequency association of heteronuclear Feshbach molecules, Phys. Rev. A 78,
061602(R) (2008)
Oliver Topic
Zwei Milliarden Rubidium-Atome (rot, in der Mitte der Glaszelle),
in einer durch mit UV-Licht induzierten Desorption
unterstützten, magneto-optischen Falle gefangen.
Two billion rubidium atoms (red, in the middle of the glas cell) captured
in a magneto-optical trap with UV-light induced desorption.
Grafische Darstellung der experimentellen Mess-Sequenz
zum Nachweis von Vakuumfluktuationen in Spinor-Bose-
Einstein-Kondensaten.
Sketch ot the experimental measurement sequence to demonstrate the
existence of vacuum fluctuations in Spinor Bose Einstein condensates.
Fotos? us: Las. Phys., 20; 1; 2010
39

Thomas Damm / QUEST
40
Albert-Einstein-Institut Hannover
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
und Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-2229
E-Mail: karsten.danzmann@aei.mpg.de
Third Generation
Gravitational Wave Observatories
Area Manager | Leiter des Forschungsbereichs
Prof. Dr. Karsten Danzmann
Fundamental Noise Sources 10 m Prototype Interferometer
Lück
Danzmann
Schnabel
Schmidt
Goßler
Willke
The ‘Quantum Sensors’ field of research
merges two highly active directions of research,
quantum engineering and spacetime
research. In the group ‘Experimental
Quantum Metrology’, the research activities
revolve around fundamental questions
such as: Are the constants of nature actually
constant? How accurate are the predictions
of physical theories? The researchers in the
group ‘Third Generation Gravitational Wave
Detector’ are currently performing a conceptual
design study funded as part of the
European Union’s 7 th Framework Programme.
QUEST is participating by researching various
innovative optical readout schemes
and detector topologies, and investigating
high power lasers, the properties of alternative
optical materials, the usability of alternatives
to dielectric optical coatings, the potential
and optimization in the utilization
of squeezed light, and the requirements in
computational resources for data analysis.
Atomic Quantum Sensors are a fascinating
symbiosis of light and
matter waves. Research
Rasel
Mehlstäubler
Experimental Quantum Metrology Atomic Quantum Sensors
Quantum Sensors
with Cold Ions
extends from the fundamental aspects of
matter wave optics to applications of matter
waves in interferometers. In the framework
of the QUEST project ‘Fundamental
Noise Sources’, the first squeezed-light laser
suitable for operation in gravitational wave
detectors has been designed and assembled
and is being installed in the GEO 600
observatory. The research group ‘Quantum
Sensors with Cold Ions’ investigates the potential
of ultra-stable optical clocks for applications
in navigation and the measurement
of gravitational potentials. Innovative iontrap
chips with integrated electronic circuits
are being developed to scale up the number
of ions in micro-structured and segmented
traps. The 10 m Prototype Interferometer is a
test bed to develop techniques for upgrading
the gravitational-wave detector GEO 600.
These include, for example, new high-power
lasers, advanced seismic isolation, and the
reduction of quantum noise. These experiments
aim at obtaining a better understanding
of how quantum mechanical effects can
govern the macroscopic world.

Research Area | Forschungsbereich
Quantum Sensors
Das Zentralgebäude des Gravitationswellendetektors GEO 600.
The main building of the Gravitational Wave Detector GEO 600
Der Forschungsbereich „Quantum Sensors“ vereinigt
zwei hochaktuelle Forschungsrichtungen, das Quantenengineering
und die Forschung an Raum und Zeit. In der
experimentellen Quantenmetrologie-Gruppe drehen sich
die Forschungsaktivitäten um fundamentale Fragen: Sind
die Naturkonstanten tatsächlich konstant? Wie verlässlich
sind die Voraussagen von physikalischen Theorien? Die Forscher
im Bereich Gravitationswellendetektoren der dritten
Generation führen gegenwärtig im siebten Forschungs-
Rahmenprogramm der Europäischen Union eine Konzept-
Studie durch. QUEST beteiligt sich mit Untersuchungen an
verschiedenen innovativen optischen Auslesetechniken
und Detektortopologien für Interferometer, Hochleistungslaser-Studien,
Untersuchungen von alternativen optischen
Materialien und Alternativen zu dielektrischen optischen
Research Groups | Forschungsgruppen
Blick in einen der 600 Meter langen Arme von GEO 600.
View inside one of the 600 metre long arms of GEO 600.
Experimental Quantum Metrology, Prof. Dr. Piet O. Schmidt (Page | Seite 42)
Third Generation Gravitational Wave Observatories, Dr. Harald Lück (Page | Seite 44)
Atomic Quantum Sensors, Prof. Dr. Ernst Rasel (Page | Seite 46)
Fundamental Noise Sources, Prof. Dr. Karsten Danzmann, Prof. Dr. Roman Schnabel (Page | Seite 48)
Quantum Sensors with Cold Ions, Dr. Tanja Mehlstäubler (Page | Seite 50)
10 m Prototype Interferometer, Dr. Stefan Goßler, Dr. Benno Willke (Page | Seite 52)
Einer der Spiegel im Detektor GEO 600.
One of the mirrors of GEO 600.
Beschichtungen, der Entwicklung und Optimierung von
gequetschtem Licht und der Studie von Anforderungen an
die Computerinfrastruktur für die Datenanalyse.
Atomare Quantensensoren stellen eine faszinierende
Symbiose von Licht und Materiewellen dar. Die Forschung
umfasst hier sowohl die fundamentalen Aspekte der Materiewellenoptik
als auch die Anwendung von Materiewellen
in Interferometern. Im Rahmen des QUEST Projektes „Fundamental
Noise Sources“ wurde der erste Quetschlichtlaser
entwickelt, der für den Einsatz in Gravitationswellendetektoren
geeignet ist. Das gequetschte Licht wird gegenwärtig
in unserem GEO 600 Detektor installiert. Die Forschungsgruppe
„Quantum Sensors with Cold Ions“ untersucht das
Potenzial von ultrastabilen Uhren für Anwendungen in der
Navigation und bei der Vermessung von Gravitationspotenzialen.
Neue Ionenfallen-Chips mit integrierten Schaltungen
werden entwickelt um die Anzahl von Ionen in mikrostrukturierten
Fallen zu erhöhen. Das 10 m Prototyp-Interferometer
ist ein Testbett zur Entwicklung und Erprobung neuer Technologien
für den GEO 600 Gravitationswellendetektor. Dazu
gehören neue Hochleistungslaser, verbesserte seismische
Isolation und die Verringerung des Quantenrauschens. Mit
diesen Experimenten wollen wir besser verstehen, wie sich
quantenmechanische Effekte in der makroskopischen Welt
bemerkbar machen.
Albert-Einstein-Institut (3)
41

Thomas Damm / QUEST
42
Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
Telefon: (+49) (511) 592 4700
E-Mail: piet.schmidt@ptb.de
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig:
» Fachbereich 4.3 „Quantenoptik und Längeneinheit“,
» Fachbereich 4.4 „Zeit und Frequenz“
» Fachbereich 5.5 „Wissenschaftlicher Gerätebau“
» Universität Innsbruck, Institut für Experimentalphysik
» Institut für Quantenoptik, Hannover
» JILA/NIST, USA
» Quantum Sensors with Cold Ions, Tanja Mehlstäubler
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Piet O. Schmidt
Kooperationen Collaborations
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig:
» Department 4.3 “Quantum Optics and Unit of Length”
» Department 4.4 “Time and Frequency”
» Department 5.5 “Scientific Instrumentation”
» Universität Innsbruck, Institut für Experimentalphysik
» Institute for Quantum Optics, Hannover
» JILA/NIST, USA
» Quantum Sensors with Cold Ions, Tanja Mehlstäubler
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Master Modul „Atomoptik“ (mit E. Peik), 2009 und 2010
» QUEST Ringvorlesung „Quantum Measurement Technologies I-III“, 2009
» Dozent bei der SCALA Sommerschule „Scalable Quantum Computing with Light and
Atoms“, Cargèse, Korsika (Frankreich), 17.-29. August 2009
» Master Modul „Photonik“, 2009/10
» Pflichtvorlesung „Kohärente Optik“ (mit E. M. Rasel), 2010
» Master Modul “Atom Optics” (with E. Peik), 2009 and 2010
» QUEST Ring Lecture “Quantum Measurement Technologies I-III”, 2009
» Lecturer at the SCALA Summer School “Scalable Quantum Computing with Light and
Atoms”, Cargèse, Corsica (France), 17.-29. August 2009
» Master Modul “Photonik”, 2009/10
» Compulsory Lecture “Coherent Optics” (with E. M. Rasel), 2010
Auszeichnungen Awards
» Prof. Dr. Piet O. Schmidt, EFTF Young Scientist Award 2010, European Frequency and
Time Forum, Netherlands
The research activities at the QUEST
Institute for Experimental Quantum
Metrology revolve around fundamental
questions such as: Are the constants of nature
actually constant? How accurate are the
predictions of physical theories? The variation
of fundamental constants predicted
by several theories would manifest itself in
a shift of atomic and molecular energy levels.
Therefore, these questions can be answered
by precision measurements of the internal
structure of trapped and laser-cooled ions.
Quantum engineering techniques developed
for quantum information processing
allow the examination of previously
inaccessible atoms and molecules with
» Prof. Dr. Piet O. Schmidt, EFTF Young Scientist Award 2010, European Frequency and
Time Forum, Netherlands
unprecedented accuracy. Using this “quantum
logic spectroscopy”, a highly accurate
optical clock based on a single aluminium
ion is being developed. A comparison with
other accurate clocks allows the detection of
a variation in fundamental constants or deviations
from Einstein’s theory of relativity. In
addition to these laboratory investigations,
astrophysical approaches are also supported.
Absorption spectra of interstellar clouds are
compared with today’s precise quantum
logic spectroscopy data to investigate a possible
variation of constants on cosmological
time scales. These research results will aid in
developing a refined theory and therefore
an improved understanding of nature.

Research Group | Forschungsgruppe
Experimental Quantum Metrology
Optischer Frequenzverdopplungsresonator zur Erzeugung
von UV Licht bei 280 nm zur Manipulation von Magnesium-
Ionen.
Optical frequency doubling cavity to generate UV light at 280 nm for the
manipulation of magnesium ions.
Konstruktionsmodell der Ionenfalle für die Aluminium-Uhr.
Construction model of the ion trap for the aluminum clock.
Die Forschungsarbeiten am QUEST-Institut für Experimentelle
Quantenmetrologie beschäftigen sich mit fundamentalen Fragestellungen:
Sind die Naturkonstanten wirklich konstant? Wie korrekt
sind die Vorhersagen der physikalischen Theorien? Die von einigen
Theorien vorhergesagte Änderung von Naturkonstanten würde
sich in einer Verschiebung der Energieniveaus von Atomen und
Molekülen manifestieren. Daher können diese Fragen mithilfe von
Präzisionsmessungen der internen Struktur von gefangenen und
lasergekühlten Ionen beantwortet werden. Dabei kommen „Quantum-Engineering“-Techniken
aus der Quanteninformationsverarbeitung
zum Einsatz, die es erlauben, bislang unzugängliche Atome
und Moleküle mit unübertroffener Genauigkeit zu untersuchen. Mit
Selected Publications | Ausgewählte Publikationen:
Mitglieder des Instituts für Experimentelle Quantenmetrologie.
Members of the Institute for Experimental Quantum Metrology (v.l.n.r./
f.l.t.r.: Y. Wan, C. Bleuel, J. Wübbena, F. Gebert, P. Schmidt, B. Hemmerling,
S. Amairi, I. Sherstov, S. Ludwig, O. Mandel, S. Klitzing).
dieser „Quantenlogik Spektroskopie“ wird eine hochgenaue optische
Uhr basierend auf einem einzelnen Aluminium-Ion entwickelt. Ein
Vergleich mit anderen genauen Uhren erlaubt es, mögliche Änderungen
der Naturkonstanten zu detektieren oder Abweichungen von
Einsteins Relativitätstheorie zu beobachten. Neben diesen Laboruntersuchungen
werden auch astrophysikalische Ansätze unterstützt,
bei denen Absorptionsspektren interstellarer Wolken mit präzisen
Quantenlogik-Spektroskopiedaten verglichen werden, um mögliche
Änderungen der Naturkonstanten auf kosmischen Zeitskalen zu untersuchen.
Die Forschungsergebnisse dieser Arbeiten werden dabei
helfen, verfeinerte physikalische Theorien und damit ein verbessertes
Verständnis der Natur zu entwickeln.
» P. O. Schmidt, B. Hemmerling, B. Brandstätter, and D. Nigg, Quantenlogik für die Präzisionsspektroskopie, PTB Mitteilungen (2009)
» T. Rosenband, D. B. Hume, P. O. Schmidt, C. W. Chou, A. Brusch, L. Lorini, W. H. Oskay, R. E. Drullinger, T. M. Fortier, J. E. Stalnaker, S. A. Diddams, W. C. Swann, N. R.
Newbury, W. M. Itano, D. J. Wineland, and J. C. Bergquist, Frequency Ratio of Al + and Hg + Single-Ion Optical Clocks; Metrology at the 17 th Decimal Place, Science 319,
1808 (2008)
» P. O. Schmidt, T. Rosenband, C. Langer, W. M. Itano, J. C. Bergquist, and D. J. Wineland, Spectroscopy Using Quantum Logic, Science 309, 749-752 (2005)
PTB Braunschweig (3)
43

Thomas Damm / QUEST
44
Albert-Einstein-Institut Hannover
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
und Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762 47 77
E-Mail: harald.lueck@aei.mpg.de
Group Leader | Gruppenleiter
Dr. Harald Lück
Gravitational waves allow astrophysical
observations of regions of the universe that
are hidden from observation by electromagnetic
waves, such as, for example, the inner
processes of super novae, neutron stars, or
the early phase of the universe. Although the
existence of gravitational waves is proven by
the change of the orbital period of pulsars in
binary systems, the direct detection of the
change of lengths by gravitational waves is
still pending. Gravitational wave detectors of
the first generation, installed at various locations
around the world, have finished collecting
data and are close to being upgraded
to the second generation of advanced
detectors, with which the detection of gravitational
waves can be expected. However,
astronomical observations and subsequent
detailed analysis of the observed signals on
a regular basis require an even more sensitive
third generation of detectors, two orders
of magnitude greater in sensitivity than the
first generation. European researchers, united
in their efforts to build such an observatory,
are currently carrying out a conceptual
design study funded as part of the European
Union’s 7 th Framework Programme. This task
group is participating in this design study by
researching various innovative optical readout
schemes and detector topologies, and
investigating high-power lasers, the properties
of alternative optical materials, the
usability of alternatives to dielectric optical
coatings, the potential and optimization in
the utilization of squeezed light, and the requirements
in computational resources for
data analysis.

Task Group / Research Group | Forschungsgruppe
Third Generation Gravitational Wave Observatories
Skizze einer möglichen unterirdischen Anordnung des
Einstein-Teleskops mit einer Armlänge von zehn Kilometern
etwa 100 Meter unter der Erde.
Artist’s impression of a possible underground layout for the Einstein
Telescope with an arm length of ten kilometres at a depth of about
100 metres.
Gravitationswellen erlauben die Beobachtung
von Bereichen des Universums, die durch
eine Beobachtung von elektromagnetischen
Wellen nicht zugänglich sind. Dazu zählen beispielsweise
das Innere von Supernova-Explosionen,
Neutronensterne oder auch Ereignisse wie
die Entstehung des Universums kurz nach dem
Urknall. Obwohl die Existenz von Gravitationswellen
durch die Änderung der Bahnperiode
von Pulsaren in Doppelsternsystemen schon als
erwiesen gilt, steht der direkte Nachweis der Beobachtung
von durch Gravitationswellen verursachten
Längenänderungen auf der Erde noch
aus. In verschiedenen Ländern errichtete Gravi-
tationswellen-Detektoren haben in der ersten
Generation bereits über mehrere Jahre Messdaten
aufgezeichnet. Sie stehen nun kurz davor, zur
zweiten Generation von Detektoren ausgebaut
zu werden, deren erhöhte Empfindlichkeit dann
die Detektion von Gravitationswellen erwarten
lässt. Um routinemäßig Signale beobachten zu
können und diese dann detailliert zu analysieren,
bedarf es allerdings einer dritten Generation von
Detektoren, deren Empfindlichkeit etwa zwei Größenordnungen
besser ist als die der ersten Generation.
Geeint in dem Bestreben, ein solches
Observatorium zu bauen, betreiben europäische
Gravitationswellenforscher zurzeit eine konzeptu-
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
» M. Punturo et al. The third generation of gravitational wave observatories and their science reach, Classical and Quantum Gravity 27, (2010)
» N. Lastzka, J. Steinlechner, S. Steinlechner, and R. Schnabel, Measuring small absorptions exploiting photo-thermal self-phase modulation, (2010)
elle Design-Studie für einen Detektor der dritten
Generation, die im 7. Europäischen Rahmenforschungsprogramm
finanziert ist. Die Task Group
beteiligt sich an dieser Studie mit der Erforschung
von innovativen optischen Auslesetechniken und
Detektortopologien, der Entwicklung von Hochleistungslasern,
dem Studium der Eigenschaften
neuer optischer Materialien, der Eignung von Alternativen
zu dielektrischen optischen Beschichtungen,
dem Potenzial und der Optimierung der
Benutzung gequetschten Lichtes sowie den Anforderungen
an Rechnerkapazitäten zur Analyse
der aufgezeichneten Daten.
» H. Müller-Ebhardt, H. Rehbein, S. Hild, A. Freise, Y. Chen, R. Schnabel, K. Danzmann, and H. Lück, Review of quantum non-demolition schemes for the Einstein Telescope, (2009)
Kees Huyser
45

Norbert Michalke / QUEST
46
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Ernst M. Rasel
Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762 19203 · E-Mail: rasel@iqo.uni-hannover.de
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Primus – Präzisions-Interferometrie mit Materiewellen unter Schwerelosigkeit
» Lasus – Neuartige Diodenlasersysteme für Präzisionsexperimente unter Schwerelosigkeit
» Maius – Konzepte für die Materiewelleninterferometrie unter den Bedingungen des
ausgedehnten freien Falls einer TEXUS-Mission
» Quantus II – Quantensysteme unter Schwerelosigkeit
» APPIA – Applications and Implementations of Atom-Based Inertial Quantum Sensors
» Isense – Integrated Quantum Sensors
» SOC II – Towards Neutral-atom Space Optical Clocks: Development of high-performance
transportable and breadboard optical clocks and advanced subsystems
» SAI – Space Atom Interferometer
» ULLA – Bereitstellung einer langzeitstabilen Referenzfrequenz mithilfe eines ultrastabilen
Lasers
» IQS – Inertial Atomic and Photonic Quantum Sensors
» Atopis – Atom optics and Interferometer in Space
» QDEGPM – Quantum-Degenerate Gases for Precision Measurements
» Primus—Precision interferometry with matter waves under Weightlessness
» Lasus—Novel diode laser systems for precision experiments in microgravity
» Maius—concepts for the Materiewelleninterferometrie under the Conditions of the
extended free fall of a TEXUS Mission
» Quantus II—Quantum systems under microgravity
» APPIA—Applications and Implementations of Atom-Based Inertial Quantum Sensors
» Isense—Integrated Quantum Sensors
» SOC II—Towards Neutral atom-Space Optical Clocks: Development of high-performance
portable breadboard and optical clocks and advanced subsystems
» SAI—Atom Interferometer Space
» ULLA—Providing a long-term stable reference frequency using an ultra-stable Laser
» IQS—Inertial Atomic and Photonic Quantum Sensors
» Atopis—Atom Optics and Interferometer in Space
» QDEGPM—Quantum-Degenerate Gases for Precision Measurements
Kooperationen Collaborations
» Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation ZARM, Bremen
» Universitäten: Berlin, Bremen, Düsseldorf, Ulm, Hamburg
» Ferdinand-Braun-Institut, Berlin
» The University of Birmingham, Großbritannien
» SYRTE Observatorium Paris, Frankreich
» Laboratoire Charles Fabry Institut d‘Optique – Campus Polytechnique, Frankreich
» Dipartimento di Fisica e Astronomia and LENS Laboratory – Università di Firenze, Italien
» Instituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Firenze, Italien
» Astrium GmbH
» Geodätisches Observatorium Wettzell
» Universität Neuchâtel, Schweiz
» Center for Applied Space Technology and Microgravity ZARM, Bremen
» Universities—Berlin, Bremen, Dusseldorf, Ulm, Hamburg
» Ferdinand-Braun-Institut, Berlin
» The University of Birmingham, UK
» SYRTE Paris Observatory, France
» Laboratoire Charles Fabry Institut d’Optique—Campus Polytechnique, France
» Dipartimento Fisica e Astronomia and Tues LENS Laboratory—Università di Firenze, Italy
» Instituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Firenze, Italy
» Astrium GmbH
» Geodetic Observatory Wettzell
» University of Neuchâtel, Switzerland
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» QUEST Symposium „Precision Matter Wave Optics“, April/Juni 2010, Hannover
» International WE Heraeus Research School „Frontiers in Matter Wave Interferometry“,14.06.-18.06.2010,
Bad Honnef
» Vorlesungen bei „Ultracold Atoms, Metrology and Quantum Optics“, 12.09.-24.09.2010,
Les Houches, Frankreich
Quantum sensors are a fascinating
symbiosis of light and matter waves. Matter
waves, predicted by Louis de Broglie (French
physicist 1892—1987), are among the most
fascinating phenomena emerging from
quantum mechanics. Starting from mindboggling
experiments of matter wave interferences
created by a double slit, matter
wave optics developed into a novel tool
for precision measurements. This group’s
research of this group ranges from the fun-
» QUEST Symposium “Precision Matter Wave Optics”, April/June 2010, Hanover
» International WE Heraeus Research School “Frontiers in Matter Wave
Interferometry”,June 14 to 18, 2010, Bad Honnef, Germany
» Lectures at “Ultracold Atoms, Metrology and Quantum Optics”, September 12 to 24,
2010, Les Houches, France
damental aspects of matter wave optics to
applications of the matter wave interferometer.
In particular, the group is working on innovative
thermal and quantum degenerate
sources of matter waves, non-classical states
of matter waves, propagation of matter
waves in crystals of light, and the engineering
of matter waves for precision metrology.
The group is also one of the pioneers in exploiting
matter wave interferometry for optical
clocks, inertial sensors and fundamental
physics. The central research projects are
the implementation of a Magnesium lattice
clock in cooperation with the QUEST partner
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
in Brunswick, the realization of a Sagnac interferometer
with cold atoms in cooperation
with other worldwide leading groups such
as the Paris observatory, chip-based atom
lasers with the MPQ/ENS, and the simulation
of artificial electromagnetism using matter
waves with the Institut für Theoretische
Physik in Hanover.
Within QUEST, the group leads the
“Quantum Test of the Equivalence Principle”
task group, which targets the implementation
of a quantum test of the equivalence
principle. The test is based on a differential
matter wave interferometer comparing the
free fall of potassium and rubidium isotopes.
As well as terrestrial tests, the group is also
leading the QUANTUS consortium to investigate
the potential for increasing the sensitivity
of matter wave sensors by extending the
free fall of matter waves, for example in the
drop tower in Bremen (ZARM), or in space.

Research Group | Forschungsgruppe
Atomic Quantum Sensors
Blick auf das atomare Sagnac Interferometer.
View of the atomic Sagnac interferometer.
Quantensensoren sind eine faszinierende Symbiose
aus Licht und Materiewellen. Materiewellen,
von Louis de Broglie (französischer Physiker, 1892–
1987) vorhergesagt, sind eines der kuriosesten Phänomene
der Quantenmechanik. Ausgehend von
den der menschlichen Erfahrung widerstrebenden
Experimenten zur Interferenz von Materiewellen
am Doppelspalt, entwickelte sich die Materiewellenoptik
zu einem faszinierenden Gebiet mit
interdisziplinären Anwendungen. Die Forschung
dieser Arbeitsgruppe erstreckt sich von den fundamentalen
Fragestellungen der Materiewellenoptik
bis hin zu ihren Anwendungen in Materiewellen-
Interferometern. Die Gruppe arbeitet unter anderem
an der Entwickelung neuer thermischer und
quantenentarteter Quellen für Materiewellen, der
Erzeugung nicht-klassischer Zustände von Materiewellen,
der Ausdehnung von Materiewellen in Kris-
Schema des differentiellen Sagnac Interferometers.
Scheme of the differential Sagnac interferometer.
tallen aus Licht und dem Quanten-Engineering von
Materiewellen für die Metrologie. Die Forschungsgruppe
leistete Pionierarbeit auf dem Einsatz der
Materiewellen-Interferometrie für optische Uhren
in Kooperation mit der Physikalisch-Technischen
Bundesanstalt in Braunschweig sowie bei der Entwicklung
eines transportablen Sagnac-Interferometers
basierend auf kalten Atomen in Zusammenarbeit
mit dem Pariser Observatorium. Weiterhin
arbeiten die Forscher zusammen mit dem Max-
Planck-Institut für Gravitationsphysik, dem Zentrum
für angewandte Raumfahrttechnologie und
Mikrogravitation (ZARM) in Bremen und der École
Normale Superieure de Paris am Bau robuster, miniaturisierter
Materiewellenlaser, den sogenannten
Atomchips. Die Simulation von geladenen Teilchen
in elektromagnetischen Feldern mithilfe von Materiewellen
in periodischen Lichtfeldern wird in Ko-
Materiewelleninterferenzen.
Matter wave interference.
operation mit dem Institut für Theoretische Physik
in Hannover erforscht.
Die Forschungsgruppe leitet darüber hinaus
die Task Group „Quantum Test of the Equivalence
Principle“, deren Ziel es ist, mithilfe eines dualen
Interferometers das Äquivalenzprinzip für Materiewellen
zu verifizieren. Dieser Quantentest
wird mit Isotopen der Elemente Rubdium und
Kalium durchgeführt. Abgesehen von terrestrischen
Experimenten, leitet die Arbeitsgruppe
auch das QUANTUS-Konsortium (Quantengase
unter Schwerelosigkeit). Dieses untersucht die
Perspektiven für die Verbesserung von Materiewellensensoren
durch die Verlängerung der freien
Evolution der Materiewellen, zum Beispiel im
ausgedehnten freien Fall im Fallturm in Bremen
(ZARM) oder im Weltraum.
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
» T. van Zoest, N. Gaaloul, Y. Singh, H. Ahlers, W. Herr, S. T. Seidel, W. Ertmer, E. Rasel, M. Eckart, E. Kajari, S. Arnold, G. Nandi, W. P. Schleich, R. Walser, A. Vogel, K. Sengstock, K. Bongs,
W. Lewoczko-Adamczyk, M. Schiemangk, T. Schuldt, A. Peters, T. Könemann, H. Müntinga, C. Lämmerzahl, H. Dittus, T. Steinmetz, T. W. Hänsch, and J. Reichel: Bose-Einstein
Condensation in Microgravity, Science 328, 1540 – 1543 (2010)
» J. Friebe, A. Pape, M. Riedmann, K. Moldenhauer, T. E. Mehlstäubler, N. Rehbein, C. Lisdat, E. M. Rasel, W. Ertmer, H. Schnatz, B. Lipphardt, and G. Grosche, Absolute frequency measurement
of the magnesium intercombination transition 1S -> 0 3P , Phys. Rev. A 78, 033830 (2008)
1
» M. Gilowski, T. Wendrich, T. Müller, Ch. Jentsch, W. Ertmer, E.M. Rasel, and W.P. Schleich, Gauss sum factorization with cold atoms, Phys. Rev. Lett. 100, 030201 (2008)
Gruppe Rasel (3)
47

Thomas Damm / QUEST
48
Albert-Einstein-Institut Hannover
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
und Leibniz Universität Hannover
Prof. Dr. Karsten Danzmann
Telefon: (+49) (511) 762 2356
E-Mail: karsten.danzmann@aei.mpg.de
Prof. Dr. Roman Schnabel
Telefon: (+49) (511) 762 19169
E-Mail: roman.schnabel@aei.mpg.de
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Entwicklung und Charakterisierung neuartiger rauscharmer Spiegelkonzepte für
Gravitationswellendetektoren
» Erprobung neuer Interferometertopologien in Kombination mit gequetschtem Licht
» Optimierung von Quetschlichtquellen bei den Laserwellenlängen von 1064nm und
1550nm, die Kandidaten für zukünftige Detektoren sind
» Theoretische Analyse des Quantenrauschens im Gravitationswellendetektor
» Erforschung der opto-mechanischen Kopplung zwischen Laserfeld und Spiegelbewegung
» Nichtlineare Optik zur Reduzierung von Laserrauschen
» Massachusetts Institute of Technology MIT, USA
» Australian National University, Australia
» California Institute of Technology, CalTech, USA
» Moscow State University, Russia
» Universität Jena, Germany
» Glasgow University, UK
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Karsten Danzmann, Prof. Dr. Roman Schnabel
» Test of new interferometer topologies in combination with squeezed light
» Development and chracterization of new low noise mirror concepts for gravitational
wave detection
» Optimization of squeezed light sources at the laser wavelengths of 1064nm and
1550nm being candidates for future detectors
» Theoretical analysis of quantum noise in gravitational wave detectors
» Research of opto-mechanical coupling between laser field and mirror motion
» Nonlinear optics for laser noise reduction
Kooperationen Collaborations
» Massachusetts Institute of Technology MIT, USA
» Australian National University, Australia
» California Institute of Technology, CalTech, USA
» Moscow State University, Russia
» Universität Jena, Germany
» Glasgow University, UK
Auszeichnungen Awards
» Dr. Hennig Vahlbruch: GWIC Thesis Prize 2008/09; S-AMOP Dissertationspreis 2008/09
Over the past 400 years, telescopes of
many different kinds have paved the way
for observational astronomy and furnished
us with a vast knowledge about the structure
and the history of the universe. In the
future, a new class of telescope will detect
so-called gravitational waves for the first
time. According to Albert Einstein’s theory
of general relativity, such waves originate for
example from the explosion of stars, or two
coalescing black holes. The first generation
of gravitational wave detectors is already in
operation. The likelihood of making an initial
detection depends on whether a strong
burst of gravitational waves reaches the
earth. Future generations of gravitational
wave detectors need to be a hundred times
more sensitive in order to continuously detect
signals.
» Dr. Hennig Vahlbruch: GWIC Thesis Prize 2008/09; S-AMOP Dissertationspreis 2008/09
In this project, some experimental key
techniques necessary for such a sensitivity
boost are being developed and tested.
Gravitational wave detectors use laser light
to detect tiny distance changes—even
many thousand times smaller than the diameter
of an atomic nucleus—and thus detect
gravitational waves. Within the framework of
this QUEST-project, the first squeezed-light
laser suitable for operation in gravitational
wave detectors was designed and assembled.
The innovation of this laser is based
on quantum entanglement and it should
reduce the quantum noise of the GEO 600
detector. It is currently being incorporated
into GEO 600, and a first entanglement enhancement
is already expected in 2010.

Research Group | Forschungsgruppe
Fundamental Noise Sources
Transport des Quetschlichtlasers in das Zentralgebäude von
GEO 600.
Transport of the squeezed light laser into the central building of GEO 600.
In den letzten 400 Jahren haben Teleskope der unterschiedlichsten
Art die instrumentelle Astronomie begründet
und enorme Erkenntnisse über den Aufbau und die Entstehung
des Universums geliefert. Künftig soll eine neue Klasse
von Teleskopen erstmalig die sogenannten Gravitationswellen
beobachten. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie
von Albert Einstein entstehen diese Wellen, wenn Sterne
explodieren oder wenn zwei Schwarze Löcher miteinander
verschmelzen. Inzwischen ist die erste Generation von Detektoren
in Betrieb. Ob ihnen tatsächlich eine erste Beobachtung
gelingt, hängt davon ab, ob die Erde demnächst
von einem starken Ausbruch dieser Wellen erreicht wird. Zukünftige
Generationen von Gravitationswellendetektoren
müssen hundertmal empfindlicher sein, um kontinuierlich
Signale empfangen zu können.
Selected Publications | Ausgewählte Publikationen:
In diesem Projekt werden die dafür benötigten experimentellen
Techniken entwickelt und erprobt. Die Detektoren
nutzen Laserlicht, um winzigste Entfernungsänderungen,
die noch viele tausendmal kleiner sind als der Durchmesser
eines Atomkerns, zu messen und so Gravitationswellen
nachzuweisen. Im Rahmen der Forschungsarbeiten konnte
erstmalig ein Quetschlichtlaser entworfen und gebaut werden,
der für den Einsatz in Gravitationswellen-Detektoren
geeignet ist. Die Innovation dieses Lasers basiert auf Quantenverschränkung
und soll genutzt werden, das Quantenrauschen
des GEO 600-Detektors zu reduzieren, um dadurch
eine deutlich höhere Messempfindlichkeit zu erreichen.
Bereits 2010 soll eine erste verschränkungsbasierte Messempfindlichkeitsverbesserung
von GEO 600 demonstriert
werden.
» H. Vahlbruch, A. Khalaidovski, N. Lastzka, C. Gräf, K. Danzmann, and R. Schnabel, The GEO 600 squeezed light source, Class. Quantum Grav. 27,
084027 (2010)
Wissenschaftler bringen den Quetschlichtlaser in Position.
Scientists move the squeezed-light laser into position.
» F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Realization of a
monolithic high-reflectivity cavity mirror from a single silicon crystal, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010)
Der Quetschlichtlaser in seiner engültigen Position neben den
Vakuumkammern von GEO 600.
The squeezed light laser in its final position in the vicinity of the vacuum
chambers of GEO 600.
» T. Eberle, S. Steinlechner, J. Bauchrowitz, V. Händchen, H. Vahlbruch, M. Mehmet, H. Müller-Ebhardt, and R. Schnabel, Quantum enhancement
of the zero-area Sagnac interferometer topology for gravitational wave detection, Phys. Rev. Lett. 104, 251102 (2010)
Roman Schnabel (3)
49

Susanne Storck/PTB
50
Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
Telefon: (+49) (531) 592-4422
E-Mail: tanja.mehlstaeubler@ptb.de
Group Leader | Gruppenleiterin
Dr. Tanja E. Mehlstäubler
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» „Trapped-ion optical clocks based on strongly forbidden transitions“ Gemeinschaftsprojekt
finanziert durch die DFG & RFBR
» “Trapped-ion optical clocks based on strongly forbidden transitions” Joint Research
Project funded by DFG & RFBR
Kooperationen Collaborations
» Contag AG, Berlin
» Institute for Laser Physics (ILP) in Novosibirsk, Russia
» P.O. Schmidt, Institut für Experimentelle Quantenmetrologie, Physikalisch-Technische
Bundesanstalt, Braunschweig
» E. Peik, Fachbereich Zeit & Frequenz, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
» Kompetenzzentrum Ultrapräzise Oberflächen e.V.
» Contag AG, Berlin
» Institute for Laser Physics (ILP) in Novosibirsk, Russia
» P.O. Schmidt, Institute for Experimental Quantum Metrology, Physikalisch-Technische
Bundesanstalt, Braunschweig
» E. Peik, Department Time & Frequency, Physikalisch-Technische Bundesanstalt,
Braunschweig
» Kompetenzzentrum Ultrapräzise Oberflächen e.V.
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Workshop: Variation of Fundamental Constants, 18.-20.05.2009, Leiden
» SFB Workshop, 02.02.2009, Les Houches
» QUEST Ringvorlesung, Leibniz Universität Hannover 2010
» International WE-Heraeus Research School „Frontiers in Matter Wave Interferometry“
14.-18.06.2010, Bad Honnef
» International Graduate School of Metrology 30.08.-02.09.2010, Burg Waberg
The research group “Quantum Sensors
with Cold Ions” investigates the potential of
ultra-stable optical clocks for applications in
navigation and the measurement of gravity
potentials. Innovative ion-trap chips with
integrated electronic circuits are being developed
to scale up the number of ions in
micro-structured and segmented traps. In
arrays of up to 100 trapped and laser cooled
ions, atomic frequencies are measured with
a fractional resolution of up to 10-18 within
a significantly reduced integration time.
» Workshop on Variation of Fundamental Constants, 18.-20.05.2009, Leiden
» SFB Workshop, 02.02.2009, Les Houches
» QUESTLecture Series, Leibniz Universität Hannover 2010
» International WE-Heraeus Research School “Frontiers in Matter Wave Interferometry”
14.-18.06.2010, Bad Honnef
» International Graduate School of Metrology 30.08.-02.09.2010, Burg Waberg
This allows the measurement of geodetic
heights above the geoid with a resolution
of one centimetre due to the relativistic redshift.
For the ultra-precise trap structures,
laser structuring and sputtering techniques
are being developed with μm tolerances
and nm surface roughness. In these chip
traps, coulomb crystals of indium and ytterbium
ions are cooled and investigated with
high-resolution spectroscopy at temperatures
below 1 mK.

Research Group | Forschungsgruppe
Quantum Sensors with Cold Ions
Laserjustage durch eine Ionenfalle im Ultrahochvakuum.
Adjusting lasers through ion trap inside vacuum chamber.
In der Forschungsgruppe „Quantum Sensors with Cold
Ions“ wird das Potential ultra-genauer optischer Uhren für
Anwendungen in der Navigation und der Messung des
Gravitationspotenzials unserer Erde untersucht. Dazu werden
neue, integrierte Ionenfallen auf Chip-Basis entwickelt,
welche in mikro-strukturierten Fallensegmenten eine Skalierung
der gespeicherten Ionenzahl erlauben. Mit „Arrays“ von
bis zu 100 gespeicherten und lasergekühlten Ionen sollen
atomare Frequenzen mit einer Auflösung von bis zu 10 -18 in
Die Arbeitsgruppe Quantum Sensors with Cold Ions.
The Research Group Quantum Sensors with Cold Ions (v.l.n.r./left to
right: Tanja E. Mehlstäubler, Jonas Keller, David-Marcel Meier, Norbert
Herschbach, Karsten Pyka).
Prototyp einer integrierten Ionenfalle.
Prototype of an integrated ion trap.
kürzester Zeit gemessen werden. Dies erlaubt aufgrund der
relativistischen Rotverschiebung Höhenmessungen über
dem Erdgeoid mit einer Genauigkeit von einem Zentimeter.
Für die komplexen Fallenstrukturen werden Laserschneide-
und Beschichtungsprozesse mit Schnitttoleranzen im µm-
Bereich und Nanometer-Oberflächenrauhigkeiten entwickelt.
Coulomb-Kristalle von Indium- und Ytterbium-Ionen
werden in diesen Fallen bei Temperaturen von unter 1 mK
gespeichert und hochauflösend spektroskopiert.
Susanne Storck/PTB (1), Herschbach/Mehlstäubler (2)
51

Thomas Damm / QUEST
52
Albert-Einstein-Institut Hannover
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
und Leibniz Universität Hannover
Dr. Stefan Goßler
Telefon: (+49) (511) 762-19133
E-Mail: stefan.gossler@aei.mpg.de
Dr. Benno Willke
Telefon: (+49) (511) 762-2360
E-Mail: benno.willke@aei.mpg.de
» University of Glasgow
» University of Birmingham
» LIGO Scientific Collaboration (LSC)
Group Leader | Gruppenleiter
Dr. Stefan Goßler, Dr. Benno Willke
Kooperationen Collaborations
» University of Glasgow
» University of Birmingham
» LIGO Scientific Collaboration (LSC)
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» QUEST Ringvorlesung „Optical Technologies and Laser Systems 2“, 2009 (Benno Willke)
» Vorlesung „Nonclassical Interferometry“, 2010 (Roman Schnabel)
» Vorlesung „Laserinterferometrie“, 2009/2010 (Karsten Danzmann)
» Ringvorlesung, International Max Planck Research School on Gravitational Wave
Astronomy
» Wöchentliche AEI-Seminare
The 10 m Prototype Interferometer is
a test bed to develop techniques for upgrades
of the gravitational wave detector
GEO 600. These include, for example, new
high-power lasers, advanced seismic isolation,
and the reduction of quantum noise.
Furthermore, the prototype facility, with its
large ultra-high vacuum system, excellent
seismic isolation, well stabilized high-power
laser, and fully digitally control infrastructure,
allows experiments to be conducted
that would not be possible otherwise. These
experiments aim at obtaining a better understanding
of how quantum mechanical
effects can govern the macroscopic world.
A 10 m Michelson interferometer is set up
which is solely limited by quantum noise—
photon shot noise at high frequencies and
quantum back-action noise at low frequen-
» QUEST Lecture Series “Optical Technologies and Laser Systems 2”, 2009 (Benno Willke)
» Lecture”Nonclassical Interferometry”, 2010 (Roman Schnabel)
» Lecture “Laserinterferometry”, 2009/2010 (Karsten Danzmann)
» Lecture series, International Max Planck Research School on Gravitational Wave
Astronomy
» Weekly AEI seminars
cies. This sensitivity, until recently thought
to be the ultimate limit in interferometry, is
referred to as Standard Quantum Limit (SQL).
However, even this remarkable sensitivity
can be overcome by the application of innovative
techniques such as the injection
of squeezed vacuum states.
To reach the SQL, several innovative
approaches and techniques must be
employed:
To reduce thermal noise, the optical
components will be individually suspended
from silica fibres as the last stage of a multiple
cascaded pendulum system. These are
mounted on passive isolation tables, which
are interferometrically interconnected. To
minimise thermal noise from the mirror
coatings, we use anti-resonant Fabry-Perot
cavities as compound mirrors.
Einer der drei großen Vakuumtanks des 10 m Prototyp-Interferometers.
One of the three large vacuum vessels of the 10 m Prototype
Interferometer.
Harald Lück

Task Group / Research Group | Forschungsgruppe
10 m Prototype Interferometer
Panoramaaufnahme des Vakuumsystems für das 10 m Prototyp-Interferometer. Das Vakuumsystem schließt ein Volumen von etwa 100 m 3 bei einem gegenwärtigen Restdruck von 5x10 -8 mbar
ein. Die Vakuumtanks haben einen Durchmesser von 3 Metern und eine Höhe von 3,4 Metern, die verbindenden Rohre haben einen Durchmesser von 1,5 Metern.
Panoramic photograph of the vacuum system for the 10 m Prototype Interferometer. The vacuum system comprises a volume of about 100 m3, currently at a pressure of 5x10-8 mbar. The tanks are 3 meters in diameter and
3.4 meters tall, the beam tubes are 1.5 meters in diameter. Each tank houses a passive isolation table to accommodate the experimental setup.
Das 10 m Prototyp-Interferometer dient der Tech no lo gie entwicklung
für den Gravitationswellendetektor GEO 600. Dies beinhaltet
zum Beispiel neue Hochleistungslaser, sowie neuartige seismische
Isolation und Techniken zur Reduktion von Quantenrauschen. Darüber
hinaus ermöglicht die Prototypenanlage mit ihrem großen
Ultra hochvakuumsystem, der exzellenten seismischen Isolation, dem
stabilen Hochleistungslaser und der digitalen Regeltechnik auch Experimente,
die ansonsten nicht durchführbar wären. Ziel dieser Experimente
ist, ein besseres Verständnis zu erlangen, wie quantenmechanische
Effekte die makroskopische Welt beeinflussen.
Dazu wird ein 10 m Michelson-Interferometer aufgebaut, das
nur durch Quantenrauschen limitiert ist – Photonenschrotrauschen
bei hohen und Quantenstrahlungsdrucksrauschen bei niedrigeren
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
Frequenzen. Diese Empfindlichkeit wird als Standard-Quantenlimit
(SQL) bezeichnet und wurde noch bis vor Kurzem als das fundamentale
Limit der Interferometrie erachtet. Durch Anwendung neuartiger
Techniken, wie beispielsweise die Einspeisung gequetschter Vakuumzustände,
kann allerdings selbst diese Empfindlichkeit verbessert
werden.
Das SQL lässt sich nur unter Einsatz innovativer Techniken erreichen.
Zur Reduktion des thermischen Rauschens werden die
optischen Komponenten an Glasfasern als letzte Stufe von Mehrfachpendeln
aufgehängt, welche auf interferometrisch stabilisierten
Isolationstischen aufgebaut werden. Um das thermische Rauschen
der Spiegelschichten zu verringern, werden anti-resonante Fabry-
Perot Resonatoren eingesetzt.
» S. Goßler, A. Bertolini, M. Born, Y. Chen, K. Dahl, D. Gering, C. Gräf, G. Heinzel, S. Hild, F. Kawazoe, O. Kranz, G. Kühn, H. Lück, K. Mossavi, R. Schnabel, K. Somiya, K. A.
Strain, J. R. Taylor, A. Wanner, T. Westphal, B. Willke, and K. Danzmann, The AEI 10 m Prototype Interferometer, Class. Quantum. Grav. 27, 084023 (2010)
» K. Dahl, A. Bertolini, M. Born, Y. Chen, D. Gering, S. Goßler, C. Gräf, G. Heinzel, S. Hild, F. Kawazoe, O. Kranz, G. Kühn, H. Lück, K. Mossavi, R. Schnabel, K. Somiya, K. A.
Strain, J. R. Taylor, A. Wanner, T. Westphal, B. Willke, and K. Danzmann, Towards a suspension platform interferometer for the AEI 10 m Prototype Interferometer, J.
Phys.: Conf. Ser. 228, 012027 (2010)
» F. Kawazoe, J. R. Taylor, A. Bertolini, M. Born, Y. Chen, K. Dahl, D. Gering, S. Goßler, C. Gräf, G. Heinzel, S. Hild, F. Kawazoe, O. Kranz, G. Kühn, H. Lück, K. Mossavi,
R. Schnabel, K. Somiya, K. A. Strain, A. Wanner, T. Westphal, B. Willke, and K. Danzmann, Designs of the frequency reference cavity for the AEI 10 m Prototype
Interferometer, J. Phys.: Conf. Ser. 228, 012028 (2010)
Harald Lück
53

Thomas Damm / QUEST
54
Institut für Theoretische Physik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-3667
E-Mail: lechtenfeld@itp.uni-hannover.de
Global Geodetic
Observing System
Quantum Gravity Phenomenology,
General and Special Relativity
Müller
Area Manager | Leiter des Forschungsbereichs
Prof. Dr. Olaf Lechtenfeld
Giulini
Flury
Precision Geodesy
on Earth and in Space
String Cosmology
and Phenomenology
Zagermann
Sheard
Next Generation
Geodesy Missions
Space-Time Research in QUEST comprises
a whole spectrum ranging from fundamental
theories proposing the emergence
of space-time from microscopic constituents
up to the advancement of geodetic
technology for an improved understanding
of system earth and its complex processes.
As outlined in the diagram, the six research
groups in this area influence each other in
more than one way.
Einstein’s general relativity (Prof. Dr.
Domenico Giulini) is being challenged by
lunar laser ranging (Prof. Dr. Jürgen Müller).
The cutting-edge interferometers and clocks
developed for gravitational wave astronomy
(Prof. Dr. Bernard Schutz, Prof. Dr. Bruce
Allen) should fly on the satellites of new geodesy
missions (Dr. Benjamin Sheard), for
which geodetic quantities are modelled
at the millimetre accuracy level (Prof. Dr.
Jakob Flury). String cosmologists (Jun.-Prof.
Dr. Marco Zagermann) suspect there are
traces of the inflationary epoch and cosmic
strings in the gravitational wave
Schutz / Allen
background (Prof. Dr. Bernard
Schutz, Prof. Dr. Bruce Allen), and
also propose a cosmological drift
of the fundamental constants (Prof.
Dr. Domenico Giulini) which
is being in-
Gravitational Wave
Astronomy
vestigated
by QUEST
(Prof. Dr. Jakob Flury et al). A next-generation
gravity field mission (Dr. Benjamin
Sheard) will test the equivalence principle
(Prof. Dr. Domenico Giulini) and contribute
to refining the GNSS (Global Navigation
Satellite Systems) (Prof. Dr. Jürgen Müller).
Some of these synergies are already well
underway, since the hiring of new leading
personnel in space-time research has now
been completed.
For example, the Research Group
“Quantum-Gravity Phenomenology,
General and Special Relativity” established
a link between the Centre of Applied Space
Technology and Microgravity (ZARM) in
Bremen and the Institute of Theoretical
Physics in Hanover and is an integral part
of a DFG proposal made to by Bremen and
Oldenburg Universities for a new graduate
studies programme called “Models of
Gravity”. A new laboratory for terrestrial
gravity sensors is in preparation at the site
of the GEO 600 gravitational wave detector
in Ruthe close to Hanover. Within the
Task Group “Next Generation Gravity Field
Missions” intense collaboration between
members of the Albert Einstein Institute,
Institute for Earth Observations and the
Institute of Quantum Optics is underway,
involving the research groups coordinated
by Prof. Dr. Jakob Flury, Dr. Benjamin Sheard
and Prof. Dr. Jürgen Müller, with the sudden
perspective of involvement in a soon-tooccur
GRACE (Gravity Recovery And Climate
Experiment) follow-up mission.

Research Area | Forschungsbereich
Space-Time
Die Raum-Zeit-Forschung in QUEST umfasst ein weites
Spektrum, welches von fundamentalen Theorien zur Emergenz
von Raumzeit aus mikroskopischen Bausteinen bis
hin zur Entwicklung geodätischer Technologien zum besseren
Verständnis des Systems Erde und seiner komplexen
Prozesse reicht. Wie im Diagramm aufgezeigt, interagieren
dabei die sechs Forschungsgruppen dieses Bereichs auf
mehreren Wegen. So wird Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie
(Prof. Dr. Domenico Giulini) durch die Daten der
Lasermessungen zum Mond (Prof. Dr. Jürgen Müller) geprüft.
Modernste Interferometer und Uhren, entwickelt für die Gravitationswellenastronomie
(Prof. Dr. Bernard Schutz, Prof. Dr.
Bruce Allen), sollen auf den Satelliten neuer Geodäsie-Missionen
fliegen, für die wiederum geodätische Größen mit einer
Genauigkeit im Millimeterbereich modelliert werden (Prof.
Dr. Jakob Flury). String-Kosmologen (Jun.-Prof. Dr. Marco Zagermann)
vermuten Spuren der Inflationsepoche und von
kosmischen Strings im Hintergrundrauschen von Gravitationswellen
(Prof. Dr. Bernard Schutz, Prof. Dr. Bruce Allen),
aber schlagen auch einen kosmologischen Drift der Fundamentalkonstanten
(Prof. Dr. Domenico Giulini) vor, welcher
im Rahmen von QUEST gesucht wird (Prof. Dr. Jakob Flury
und weitere). Eine Gravitationsfeld-Mission der nächsten Generation
(Dr. Benjamin Sheard) wird das Äquivalenzprinzip
Research Groups | Forschungsgruppen
Quantum-Gravity Phenomenology, General and Special Relativity, Prof. Dr. Domenico Giulini (Page | Seite 56)
Precision Geodesy on Earth and in Space, Prof. Dr. Jakob Flury (Page | Seite 58)
String Cosmology and Phenomenology, Jun.-Prof. Dr. Marco Zagermann (Page | Seite 60)
Next Generation Geodesy Missions, Dr. Benjamin Sheard (Page | Seite 62)
Global Geodetic Observing System (GGOS), Prof. Dr. Jürgen Müller (Page | Seite 64)
Gravitational Wave Astronomy, Prof. Dr. Bernard Schutz, Prof. Dr. Bruce Allen (Page | Seite 66)
(Prof. Dr. Domenico Giulini) testen und zur Verbesserung der
satellitengestützten globalen Navigationssysteme beitragen
(Prof. Dr. Jürgen Müller).
Einige dieser Synergien sind bereits weit entwickelt, da
die neuen Arbeitsgruppenleiter im Forschungsbereich „Raum-
Zeit“ mittlerweile alle ihre Arbeit aufgenommen haben:
Die Forschungsgruppe „Quantum-Gravity Phenomenology,
General and Special Relativity“ bildet eine Brücke zwischen
dem Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie
und Mikrogravitation (ZARM) in Bremen und dem Institut
für Theoretische Physik in Hannover und ist der wesentlicher
Bestandteil eines DFG-Antrags auf ein Graduiertenkolleg
der Universitäten Bremen und Oldenburg mit dem Titel
„Models of Gravity“. In Ruthe bei Hannover ist am Gravitationswellendetektor
GEO 600 ein neues Labor für terrestrische
Schwerefeldsensoren in Vorbereitung. In der Task Group
„Next Generation Gravity Field Missions“ haben Mitglieder
des Albert-Einstein-Instituts, des Instituts für Erdbeobachtung
und des Instituts für Quantenoptik ihre Zusammenarbeit
intensiviert, im Rahmen der von Prof. Dr. Jakob Flury, Dr.
Benjamin Sheard und Prof. Dr. Jürgen Müller geleiteten Task
Groups mit der plötzlichen Perspektive, sich an einer kurzfristigen
Nachfolge-Mission von GRACE (Gravity Recovery
And Climate Experiment) zu beteiligen.
55

Thomas Damm / QUEST
56
Institut für Theoretische Physik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-3662
Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie
und Mikrogravitation (ZARM)
Telefon: (+49) (421) 218-3604
E-Mail: giulini@itp.uni-hannover.de
According to General Relativity, the phenomenon
of gravitation is an emergent one,
a result of the particular geometric structure
of space-time, the formation and evolution
of which is ruled by Einstein’s equations.
According to these laws, the geometry of
space-time is directly influenced by the
distributions of energy and momentum
of matter. On the other hand, until now all
non-gravitational interactions have been described
by structures which are based on a
fixed space-time geometry and which do
not allow any dynamic interactions with the
space-time geometry. Hence we face the
inescapable problem of how to reconcile
these two pictures. In particular, since all interactions
but gravity are already described
within the framework of Quantum Theory,
we need to understand how to reconcile
General Relativity with Quantum Theory.
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Modelle zur Brechung der Lorentzinvarianz
» Topologische Aspekte der kanonischen Quantengravitation
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Domenico Giulini
» Models for the breaking of Lorentz invariance
» Topological aspects of the canonical quantum gravity
The focus of this research group is to
gain physical understanding and guidance
in possible routes for this reconciliation.
Concrete problems are studied, like the influence
of varying space-time geometry on
signal propagation, the relevance of which
ranges from satellite tracking to possible
signatures of Quantum Gravity proper due
to characteristic changes in dispersion relations
for ultra-high energy photons. In addition,
the effects of curvature and cosmic
expansion on the motion and stability of
quasi-localised extended objects, like stars or
galaxies are studied by this research group.
On a much smaller scale, investigations are
carried out on the possible effects of gravity
on the spread and propagation of matter
waves packets in Quantum Mechanics,
which, according to some models, may well
be within the reach of atomic interferometry.

Domenico Giulini
Research Group | Forschungsgruppe
Quantum-Gravity Phenomenology, General and Special Relativity
Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Gravitation
eine Folge der geometrischen Struktur der Raum-Zeit.
Letztere formt und entwickelt sich gemäß den Einstein‘schen
Gleichungen in einer Weise, die direkt mit der Verteilung
von Energie und Impuls der Materie zusammenhängt. Andererseits
werden aber bisher alle nicht-gravitativen Wechselwirkungen
durch Strukturen beschrieben, die eine feste
Geometrie der Raum-Zeit zugrunde legen und keinerlei
dynamische Rückwirkungen auf diese erlauben. Man läuft
also unausweichlich in das Dilemma, erklären zu müssen,
wie der offensichtliche Widerspruch aufzuklären ist, der in
der gleichzeitigen Verwendung zweier so unterschiedlicher
Raum-Zeit-Modelle liegt. Insbesondere muss dabei auch das
Verhältnis von Allgemeiner Relativitätstheorie und Quantentheorie
eine Klärung erfahren, werden doch alle nichtgravitativen
Wechselwirkungen im Rahmen der Letzteren
beschrieben.
Das Augenmerk dieser Arbeitsgruppe liegt auf dem
Erwerb eines physikalischen Verständnisses und Leitfadens
Selected publications | Ausgewählte Publikationen
für die Wege, auf denen eine solche Vereinigung versucht
und erreicht werden kann. Dabei untersuchen wir konkrete
Probleme, wie zum Beispiel den Einfluss einer variablen
Raum-Zeit-Geometrie auf die Ausbreitung von Signalen,
deren Relevanz von der Satellitennavigation bis hin zu möglichen
Signaturen einer eigentlichen Theorie der Quantengravitation
reicht, Letzteres aufgrund der vorhergesagten
charakteristischen Änderungen der Dispersionsrelationen
für ultra-hochenergetische Photonen. Weiterhin beschäftigt
sich die Arbeitsgruppe mit dem Einfluss der Krümmung und
der kosmologischen Expansion auf die Bewegung und Stabilität
quasi-lokalisierter ausgedehnter Objekte, angefangen
von einzelnen Sternen bis hin zu Galaxienhaufen. Auf viel
kleineren Skalen werden mögliche Effekte untersucht, die
die Gravitation auf die Ausbreitung und das Zerfließen von
Materiewellenpaketen in der Quantenmechanik besitzt und
die einigen Modellrechnungen zufolge durchaus in Reichweite
atominterferometrischer Messungen in naher Zukunft
liegen können.
» M. Carrera, and D. Giulini, Generalization of McVittie’s model for an inhomogeneity in a cosmological spacetime, Physical Review D 81,
043521 (2010)
» M. Carrera, and D. Giulini, Influence of global cosmological expansion on local dynamics and kinematics, Reviews of Modern Physics 82,
169-208 (2010)
Ein Beobachter auf der Erde (im Raum-Zeit-Diagramm durch eine durchgezogene vertikale Linie repräsentiert)
sendet ein Lichtsignal (gestrichelte gerade Linie) am Raum-Zeitpunkt p0 zu einem Satelliten (durchgezogene gekrümmte
Kurve), wo es am Raum-Zeitpunkt p1 ankommt und zurück zur Erde reflektiert wird und dort am Raum-
Zeitpunkt p2 wieder empfangen wird. Auf seiner Hin- und Rückreise erleidet es drei Änderungen: je eine auf seinem
Weg zum und vom Satelliten als Folge einer zeitveränderlichen Geometrie der Raum-Zeit und eine als Folge
der Reflektion. Entsprechend kann man den Quotienten aus empfangener (ω2) zu abgesandter (ω0) Frequenz in
drei Anteile zerlegen, die wir für einige relevante Modelle einer gekrümmten Raum-Zeit berechnet haben.
An observer on Earth (represented by a solid vertical line in the given space-time diagram) sends a light signal (dashed straight lines)
at space-time p0 to a satellite (solid curved line), where it is reflected at event p1, and finally received back on Earth at event p2. On its
round trip it suffers three changes: one each on its way to and from the satellite due to variable space-time geometry, and one due
to reflection. Accordingly, the quotient of the received (ω2) to the emitted (ω0) frequency receives three contributions, correspond-
ing respectively to the three factors on the right-hand side of the displayed equation. We calculated them for some relevant curved
models of space-time.
» D. Giulini, The Superspace of Geometrodynamics, General Relativity and Gravitation 41, 785-815 (2009)
57

Thomas Damm / QUEST
58
Institut für Erdmessung
Leibniz Universität Hannover
Telefon: +49 (511) 762-4905
E-Mail: flury@ife.uni-hannover.de
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr.-Ing. Jakob Flury
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Mitglied im Science Team für das Earth System Mass Transport Mission (e.motion)
Missionskonzept
» Projekt „Future Gravity Field Satellite Missions“ im BMBF Geotechnologien F+E
Programm
» Member of the science team for the Earth System Mass Transport Mission (e.motion)
satellite mission concept
» Project “Future Gravity Field Satellite Missions” in the BMBF Geotechnologien R+D
Program
Kooperationen Collaborations
» Center for Space Research, University of Texas at Austin (GRACE Datenanalyse)
» Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie, Technische Universität München
(GRACE Datenanalyse)
» Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut München (Algorithmen zur Schwerefeldbestimmung)
» EADS Astrium Friedrichshafen (Analyse plattforminduzierter Störungen)
» Center for Space Research, University of Texas at Austin (GRACE data analysis)
» Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie, Technische Universität München
(GRACE data analysis)
» Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut München (gravity field analysis algorithms)
» EADS Astrium Friedrichshafen (Analysis of satellite platform induced disturbances)
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» MSc Geodäsie und Geoinformation „Methoden und Anwendungen der Physikalischen
Geodäsie“
» MSc Geodäsie und Geoinformation „Studentisches Forschungsprojekt: Analysis of
Gravity Field Satellite Data“
» QUEST Ringvorlesung „Geodetic Methods“
» DAAD RISE Programm: Forschungsaufenthalt eines US-amerikanischen BSc-Studenten
in der CQ2
The research group “Precision Geodesy
on Earth and in Space” investigates measurements
from high-precision sensors onboard
geodetic satellites, such as onboard
accelerometers and ranging between satellites
down to the micrometer to nanometer
level of precision. Measurements are used
to reveal deformation of the earth and mass
re-distribution within the earth system, and
to model space-time variations of the earth’s
gravitational field. One of the challenges is
to improve the understanding of forces and
disturbances acting on the satellites, and of
onboard laboratory conditions to the re-
» MSc Geodesy and Geoinformatics “Methods and Applications of Physical Geodesy”
» MSc Geodesy and Geoinformatics “Student Research Project: Analysis of Gravity Field
Satellite Data”
» QUEST Lecture “Geodetic Methods”
» DAAD RISE Program: Research experience for a BSc student from the US in CQ2
quired level of precision. Analysis includes
data from the GRACE (Gravity Recovery and
Climate Experiment) and GOCE (Gravity
Field and Steady-State Ocean Circulation
Explorer) gravity field satellite missions, and
results are being used to improve the design
of future missions within the Task Group
“Next Generation Gravity Satellite Missions”.
To measure earth dynamics and gravity
variations on a much more local scale, a
new laboratory for terrestrial gravity sensors
is in preparation at the site of the GEO 600
gravitational wave detector in Ruthe close
to Hanover.

Research Group | Forschungsgruppe
Precision Geodesy on Earth and in Space
GOCE Schweregradiometer.
GOCE gravity gradiometer.
Schwerefeldmission GOCE der ESA.
Gravity field mission GOCE by ESA.
Die Forschungsgruppe „Precision Geodesy on
Earth and in Space“ untersucht Messungen von
Präzisionssensoren an Bord geodätischer Satelliten,
insbesondere zur Beschleunigungsmessung
und Distanzmessung zwischen Satelliten mit einer
Präzision im Mikrometer- bis Nanometerbereich.
Die Messungen werden verwendet, um die Deformation
der Erde und Massenumverteilungen
im Erdsystem aufzudecken und zu quantifizieren
und um raum-zeitliche Variationen des Gravitationsfeldes
der Erde zu modellieren. Eine der
Herausforderungen ist es, die auf die Satelliten
wirkenden Kräfte und Störungen auf dem erforderlichen
Genauigkeitsniveau zu überprüfen und
die Kenntnis über die Laborbedingungen im Orbit
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
zu verbessern. In der Analyse werden Messdaten
der aktuellen Schwerefeld-Satellitenmissionen
GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)
und GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean
Circulation Explorer) verwendet. Die Ergebnisse
werden genutzt, um in der Task Group „Next Generation
Gravity Satellite Missions“ das Design
künftiger Satelliten und Satellitenkonstellationen
zu verbessern.
Um die Dynamik der Erde und die Variationen
der Schwerkraft auf sehr viel lokaleren Skalen zu
erfassen, ist in Ruthe bei Hannover am Gravitationswellendetektor
GEO 600 ein neues Labor für
terrestrische Schwerefeldsensoren, sogenannte
Gravimeter, in Vorbereitung.
» J. Flury, R. Rummel, On the contribution of topography to the quasigeoid—geoid separation. J Geod 83, 829–847
(2009)
» J. Flury, S. Bettadpur, B. Tapley, Precise accelerometry onboard the GRACE gravity field satellite mission, Adv Space
Res 42,1414–1423 (2008)
Die Arbeitsggruppe „Precision Geodesy on Earth and in Space“.
The research group “Precision Geodesy on Earth and in Space” (v.l.n.r./
left to right: Jakob Flury, Majid Naeimi, Tamara Bandikova, David Manus,
Manuel Schilling).
European Space Agency ESA (2), Ludger Timmen (1)
59

Thomas Damm / QUEST
60
Institut für Theoretische Physik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-17340
E-Mail: marco.zagermann@itp.uni-hannover.de
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Stringkompaktifizierungen auf Räumen mit G-Struktur
» Flavor-Symmetrien in der AdS/CFT-Dualität
» École Polytechnique, Paris
» Max-Planck-Institut für Physik, München
» Universidad de Colima, Mexico
» Universität Hamburg
» University of Texas, Austin
» University of Uppsala
Group Leader | Gruppenleiter
Jun.-Prof. Dr. Marco Zagermann
» String compactifications on spaces with G-structures
» Flavor symmetries in AdS/CFT duality
Kooperationen Collaborations
» École Polytechnique, Paris
» Max-Planck-Institut für Physik, München
» Universidad de Colima, Mexico
» Universität Hamburg
» University of Texas, Austin
» University of Uppsala
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Kursvorlesung: „Supersymmetrie und Supergravitation“, 2 SWS, Leibniz Universität
Hannover, 2009/2010
» Kursvorlesung: „Stringtheorie II“, 3+1 SWS, Leibniz Universität Hannover, 2010
» Seminar „Stringtheorie“, 2 SWS, Leibniz Universität Hannover, 2010
This research group focuses on the cosmological
and other phenomenological
properties of string theory, a unified theory
of all fundamental interactions and particles
that also encompasses a quantum theory
of gravity. The extreme energy scales in the
early universe make cosmology a particularly
interesting starting point for comparing
the predictions of string theory with measurable
variables. A particularly important role
in this context is played by the extra space
dimensions predicted by string theory,
which could, for example via the induced
moduli scalar fields, also have measure-
» Course lecture: “Supersymmetry and Supergravity”, 2 hours/week, Leibniz Universität
Hannover, winter term 2009/2010
» Course lecture: “String Theory II”, 3+1 hours/week, Leibniz Universität Hannover,
summer term 2010
» Seminar “String Theory”, 2 hours/week, Leibniz Universität Hannover, summer term
2010
able consequences at much lower energies
(see also QUEST Task Group “Variations
of Fundamental Constants”, page 98). The
stabilization and the dynamics of moduli
fields form a main topic of this research
group, which also includes the construction
of realistic inflation models as well as
the implementation of a positive cosmological
constant in string theory. Important
aspects studied in this context are the sensitivity
with respect to quantum corrections as
well as the generation of gravitational waves
in inflation models and the possible role of
cosmic strings.

Research Group | Forschungsgruppe
String Cosmology and Phenomenology
Wichtige ausgedehnte Objekte in Stringkompaktifizierungen
mit Flüssen: Dp-Branen, auf denen offene Strings enden können,
und Op-Ebenen, eine Art Spiegelflächen.
Important extended objects in string compactifications with fluxes:
Dp-branes, on which open strings can end, and Op-planes, a kind of
mirror surface.
Kompaktifizierte Extradimensionen führen zu Modulifeldern.
Durch verallgemeinerte magnetische Flüsse können diese
stabilisiert werden.
Compactified extra dimensions lead to moduli fields. These can be stabilized
by generalized magnetic fluxes.
Diese Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit kosmologischen
und anderen phänomenologischen Eigenschaften
der Stringtheorie, einer vereinheitlichten Theorie aller fundamentalen
Wechselwirkungen und Teilchen, die auch eine
Quantentheorie der Gravitation umfasst. Die Kosmologie bildet
aufgrund der extremen Energieskalen des frühen Universums
einen besonders interessanten Ansatzpunkt, um
Vorhersagen der Stringtheorie mit beobachtbaren Größen
in Beziehung zu setzen. Eine wichtige Rolle fällt dabei den
von der Stringtheorie vorhergesagten zusätzlichen Raumdimensionen
zu, die beispielsweise über die resultierenden
Moduli-Skalarfelder auch bei sehr viel niedrigeren Energien
Die Forschungsgruppe Stringkosmologie und -phänomenologie.
The Research Group String Cosmology and Phenomenology (v.l.n.r./left
to right: Marco Zagermann, Daniel Junghans, Danny Martinez-Pedrera,
Timm Wrase).
zu messbaren Konsequenzen führen könnten (siehe auch
QUEST Task Group „Variations of Fundamental Constants“,
Seite 98). Die Stabilisierung und Dynamik von Modulifeldern
bildet einen Schwerpunkt in dieser Arbeitsgruppe, zu
dem auch die Konstruktion realistischer Inflationsmodelle
und die Implementierung einer positiven kosmologischen
Konstanten im Rahmen der Stringtheorie gehören. Wichtige
untersuchte Aspekte sind hier die Sensitivität gegenüber
Quantenkorrekturen sowie die Erzeugung von Gravitationswellen
in Inflationsmodellen und die mögliche Rolle kosmischer
Strings.
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
» C. Caviezel, T. Wrase, and M. Zagermann, Moduli Stabilization and Cosmology ofTypeIIB on SU(2)-Structure Orientifolds, JHEP 1004, 011 (2010)
» T. Wrase and M. Zagermann, On Classical de Sitter Vacua in String Theory,Proceedings CORFU 2009 , Fortschr.d.Physik 58, 906-910 (2010)
Danny Martinez-Pedrera (2), Andre Fischer (1)
61

Thomas Damm / QUEST
62
Albert-Einstein-Institut Hannover
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
und Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762 17055
E-Mail: benjamin.sheard@aei.mpg.de
Group Leader | Gruppenleiter
Dr. Benjamin Sheard
Kooperationen Collaborations
» Astrium GmbH
» SpaceTech GmbH
» Centre Nationale d‘Études Spatiales (CNES)
» Jet Propulsion Laboratory, NASA
» Department of Quantum Science, The Australian National University
» Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation, Bremen
» Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut
» Bayerische Kommission für die Internationale Erdmessung
» BMBF Geotechnologien Projekt „Future Gravity Field Satellite Missions“:
» Institut für Flugmechanik und Flugregelung, Universität Stuttgart
» Geodätisches Institut, Universität Stuttgart
» Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie, Technische Universität
München
» Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum
» Institut für Geodäsie und Geoinformation, Universität Bonn
Observation of the Earth’s gravitational
field on a global scale with high precision
and resolution has been successfully demonstrated
by satellite geodesy missions
such as CHAMP (Challenging Minisatellite
Payload), GRACE (Gravity Recovery And
Climate Experiment) and GOCE (Gravity
Field and Steady-State Ocean Circulation
Explorer). These observations are used in
many branches of geosciences. The Longterm
monitoring of changes in the earth’s
gravity field is important for understanding
of many geophysical processes, for example
the global water cycle.
These missions use different techniques
to map tiny variations in the earth’s gravity
across the globe. For example the GRACE
mission uses microwave ranging to measure
the distance changes between two satellites
in low earth orbit separated by 200
kilometres. Ultimately, to improve the pre-
» Astrium GmbH
» SpaceTech GmbH
» Centre Nationale d’Études Spatiales (CNES)
» Jet Propulsion Laboratory, NASA
» Department of Quantum Science, The Australian National University
» Center of Applied Space Technology and Microgravity , Bremen
» Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut
» Bayerische Kommission für die Internationale Erdmessung
» BMBF Geotechnology Project “Future Gravity Field Satellite Missions”:
» Institut für Flugmechanik und Flugregelung, Universität Stuttgart
» Geodätisches Institut, Universität Stuttgart
» Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie, Technische Universität
München
» Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum
» Institut für Geodäsie und Geoinformation, Universität Bonn
cision and resolution of future gravity field
missions, improved sensor technology will
be required. Inter-satellite ranging precision
could be improved by using a laser interferometric
ranging system.
The Next Generation Geodesy Missions
group works on the development of laser
interferometry for future satellite gravimetry
missions based on inter-satellite ranging.
This is inherently an interdisciplinary
field of research and the group collaborates
with other QUEST members through the
Task Group “Next Generation Gravity Field
Missions” and a number of external partners.
The group forms part of the space interferometry
section at the Albert-Einstein-Institut
in Hannover and works closely with the research
group, which develops related technology
for LISA (Laser Interferometer Space
Antenna).

Research Group | Forschungsgruppe
Next Generation Geodesy Missions
Hydroxid-Katalyse Bonden: Ein Interferometer-Prototyp ist
bereit zum Test.
Hydroxy-catalysis bonded interferometer prototype ready for testing.
Platzierung von optischen Komponenten während des
Hydroxid-Katalyse Bondens.
Optical component being positioned during hydroxy-catalysis bonding.
Die satellitengestützte Beobachtung des globalen Erdschwerefeldes
mit hoher Präzision und Auflösung ist erfolgreich
durch Missionen wie CHAMP (Challenging Minisatellite
Payload), GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment)
und GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation
Explorer) demonstriert worden. Die gewonnenen Daten
werden in vielen unterschiedlichen Disziplinen der Geowissenschaften
genutzt. So ist die Langzeitbeobachtung der
zeitlichen Veränderung des Erdschwerefeldes wichtig für
das Verständnis vieler geophysikalischer Prozesse, wie zum
Beispiel des globalen Wasserkreislaufs.
Für die Messungen verwenden die verschiedenen Missionen
unterschiedliche Messkonzepte. Die zwei GRACE-Satelliten
zum Beispiel benutzen Mikrowellen, um die Veränderungen
ihres relativen Abstands von etwa 200 Kilometern
auf wenige µm genau zu vermessen. Höhere Präzision und
Auflösung von zukünftigen Schwerefeldmissionen lassen
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
sich letztendlich nur mit verbesserter Sensortechnologie erreichen,
die Genauigkeit der Abstandsvermessung zweier
Satelliten durch die Verwendung eines Laser-Interferometers
steigern.
Die Arbeitsgruppe „Next Generation Geodesy Missions“
arbeitet an der Entwicklung von Laser-Interferometern für
zukünftige Gravimetrie-Missionen basierend auf Abstandsmessung
zwischen Satelliten. Die Entwicklung einer solchen
Mission ist ein stark interdisziplinäres Forschungsfeld, bei
dem die Gruppe mit anderen QUEST-Mitgliedern in der Arbeitsgruppe
„Next Generation Gravity Field Missions“ sowie
zahlreichen externen Partnern zusammenarbeitet. Die Arbeitsgruppe
ist integraler Teil der „Space-Interferometry“-Abteilung
am Albert-Einstein-Institut in Hannover und arbeitet
eng mit den dortigen Wissenschaftlern zusammen, die sehr
ähnliche Technologien für LISA (Laser Interferometer Space
Antenna) entwicken.
» M. Dehne, F. Guzmán Cervantes, B. Sheard, G. Heinzel, and K. Danzmann, Laser interferometer for spaceborne mapping of the Earth’s gravity
field, Journal of Physics: Conference Series, 154, 012023 (2009)
Die Nachwuchsgruppe „Next Generation Geodesy Missions“.
Next Generation Geodesy Missions group (v.l.n.r./left to right: Oliver
Gerberding, Benjamin Sheard, Marina Dehne, Christoph Mahrdt, Vitali
Müller and Martin Sommerfeld).
Marina Dehne (2), Brigitte Gehrmann (1)
63

Thomas Damm / QUEST
64
Institut für Erdmessung
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-3362
E-Mail: mueller@ife.uni-hannover.de
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Müller
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Projekte zur Analyse der Schwerefeldsatellitenmissionen GRACE und GOCE
» DFG-Forschergruppe (2006-2012) FOR584 Erdrotation und globale dynamische
Projekte
» ISSI Workshops (2010-2012) Theory and model for the new generation of the lunar
laser ranging data
» Verbesserung der GNSS-Modellierung (Turbulenztheorie für GNSS-Phasenbeobachtungen,
Korrekturverfahren für Multi-GNSS)
» Entwicklung einer Finite Element Software für die Hochpräzisionssimulation von
physikalischen Effekten (Gemeinschaftsprojekt IfAM-ZARM)
» Projects for analysing the satellite gravity field missions GRACE and GOCE
» DFG research unit FOR584 Earth rotation and global dynamic processes
» ISSI Workshops (2010-2012) Theory and model for the new generation of the lunar
laser ranging data
» Refinement of GNSS modeling (turbulence theory for GNSS phase measurements,
correction techniques for multi- GNSS)
» Development of finite element software for high precision simulations of physical
effects (joint project of IfAM and ZARM)
Kooperationen Collaborations
» Institut für Planetare Geodäsie – Professur für Astronomie, TU Dresden
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Abteilung 4.4: Zeit und Frequenz
» Institut für Flugführung der TU Braunschweig, Projekt: Bürgernahes Flugzeug
» GRACE and GOCE science teams
» Institute for Planetary Geodesy—Professor of Astronomy, University of Technology
Dresden
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Section 4.4: Time and Fequency
» Institut für Flugführung der TU Braunschweig, Project: Citizen Plane
» GRACE and GOCE science teams
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Vorlesungen: Grundlagen der Geodäsie, Methoden und Anwendungen der Physikalischen
Geodäsie, Physikalische Geodäsie, Geodätische Raumverfahren, Aktuelle
Satellitenmissionen, Satellitenbahnberechnung, Relativistische Modellierung, Multigrid
und Gebietszerlegungsmethoden, Positionierung und Navigation I+II, GNSS Empfängertechnologie
» Arbeitstreffen „Erdrotation und globale dynamische Prozesse“ (FOR 584) zum Thema
Rotation elastischer, mehrschichtiger Körper
» Seminar „Meshless boundary element methods for exterior problems on spheroids“
» Arbeitstreffen (IfAM, ZARM, Task Group-Partner) “High precision modelling“
» Lectures: Fundamentals of geodesy, Methods and applications of physical geodesy,
Physical geodesy, Space geodetic techniques, Recent satellite missions, Computation of
satellite orbits, Relativistic modelling, Multigrid and domain decomposition methods,
Positioning and Navigation I+II, GNSS receiver technology
» Meetings “Earth Rotation and Global Dynamic Processes” on rotation of elastic,
multilayered bodies
» Seminar “Meshless boundary element methods for exterior problems on spheroids”.
» Meetings (IfAM, ZARM, Task Group partners) “High precision modelling”
Auszeichnungen Awards
» Seit 2009 Mitglied des ESA Earth Science Advisory Committee (ESAC)
» Seit 2008 Ordentliches Mitglied in der Klasse der Ingenieurwissenschaften
der „Braunschweigischen Wissenschaftlichen Gesellschaft“
GGOS is the central global initiative of
international Geodesy aiming at determination
of the geodetic quantities gravity
field, rotation and figure of the earth with
consistent accuracy at the 10 -9 level, corresponding
to centimetre accuracy at the
earth’s surface. This is in order to monitor
the complex processes of the earth system.
The research group addresses central components
in this field. It analyses Lunar Laser
Ranging data obtained over 40 years to investigate
viable modifications of Einstein’s
theory, for example such as the test of the
» Since 2009 Member of ESA Earth Science Advisory Committee (ESAC)
» Since 2008 Ordinary Member in the class of engineering sciences of
“Braunschweigische Wissenschaftliche Gesellschaft”
strong equivalence principle or temporal
variation of the gravitational constant. For
this, the complete modeling of the Earth-
Moon system is refined.
The workgroup contributes substantially
to refining GNSS (Global Navigation Satellite
System) positioning by integrating QUEST
technology. By using high-precision atomic
oscillators such as hydrogen masers in combination
with clock modeling, many of the
present limitations are overcome so that the
millimetre accuracy is achieved.
Ever larger data sets and the large number
of solve-for parameters in high precision
geodesy, for example about 100.000 for
modelling the earth’s gravity, require suitable
analysis tools which are developed in
this research group. In addition, extensive
research on fast solvers is performed to deal
with the highly ill-conditioned matrices arising
in gravity field computations.
Novel QUEST technology is being investigated
in close cooperation with Task Group
“Next Generation Gravity Field Missions”and
research group “Precision Geodesy on Earth
and in Space”, in respect of its application to
next generation gravity field missions.

Tom Zagwodzki, Goddard Space Flight Center, European Space Agency ESA
Research Group | Forschungsgruppe
Global Geodetic Observing System (GGOS)
Laserdistanzmessung zum Mond.
Laser ranging to the moon.
GGOS – die zentrale Forschungsinitiative der internationalen
Geodäsie – hat zum Ziel, die geodätischen Größen
Schwerefeld, Rotation und Figur der Erde konsistent auf dem
10 -9 -Niveau, entsprechend einer Genauigkeit von einem Zentimeter
auf der Erdoberfläche zu bestimmen, um die komplexen
Prozesse im Erdsystem zu erfassen.
Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit zentralen Komponenten
in diesem Bereich. Lasermessungen zum Mond,
die über einen Zeitraum von 40 Jahren gewonnen wurden,
werden analysiert, um mögliche Modifikationen der
Einstein‘schen Theorie zu untersuchen. Eine Verletzung des
starken Äquivalenzprinzips oder die zeitliche Variation der
Gravitationskonstanten sind dabei nur zwei Beispiele. Hierzu
wird das gesamte Erde-Mond-Modell überarbeitet.
Mit der Nutzung von in QUEST entwickelter Technologie
trägt die Arbeitsgruppe substanziell zur besseren Positionierung
mit Hilfe von GNSS (Global Navigation Satellite
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
System) bei. Hochgenaue Uhren, zum Beispiel Wasserstoffmaser,
ermöglichen in Verbindung mit einer geeigneten Modellierung,
aktuelle Limitierungen zu beseitigen und eine
Genauigkeit im Millimeterbereich zu erreichen.
Immer größere Datensätze und die große Anzahl zu
bestimmender Parameter in der Präzisionsgeodäsie, zum
Beispiel 100.000 Parameter allein für das Erdschwerefeld,
erfordern geeignete Analyse-Werkzeuge, die in dieser Arbeitsgruppe
entwickelt werden. Ebenso werden schnelle
Lösungsalgorithmen erforscht, um die schlecht-konditionierten
Matrizen in der Schwerefeldbestimmung erfolgreich
verarbeiten zu können.
In Zusammenarbeit mit der Task Group „Next Generation
Gravity Field Missions“ und der Arbeitsgruppe „Precision
Geodesy on Earth and in Space“ wird die Anwendung neuartiger
QUEST-Technologie für Schwerefeldmissionen der
nächsten Generation untersucht.
» M. Soffel, S. Klioner, J. Müller, and L. Biskupek, Gravitomagnetism and lunar laser ranging, Physical Review D 78, 024033 (2008)
» U. Weinbach and S. Schön, GNSS receiver clock modeling when using high-precision oscillators and its impact on PPP, Adv. Space Res.
(Galileo S.I.), accepted for publication (2010)
» E. P. Stephan, T. Tran, and A. Costea, A boundary integral equation on the sphere for high-precision geodesy. Computer Methods in
Mechanics: Lectures of the CMM 2009 , 99-110 (2009)
Galileo Testsatellit GIOVE-B.
Galileo test satellite GIOVE B.
65

Norbert Michalke / Albert-Einstein-Institut
66
Prof. Dr. Bruce Allen
Albert-Einstein-Institut Hannover
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
und Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-17148
E-Mail: bruce.allen@aei.mpg.de
Prof. Dr. Bernard Schutz
Albert-Einstein-Institut Golm
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
Telefon: (+49) (331) 567-7218
E-Mail: bernard.schutz@aei.mpg.de
» LIGO Science Collaboration (LSC)
» LISA International Science Team (LIST)
» Virgo Project
» Tama Project
» Australian International Gravitational Observatory
» California Institute of Technology (Caltech)
» Massachussetts Institute of Technology (MIT)
» University of Wisconsin
Kooperationen Collaborations
» LIGO Science Collaboration (LSC)
» LISA International Science Team (LIST)
» Virgo Project
» Tama Project
» Australian International Gravitational Observatory
» California Institute of Technology (Caltech)
» Massachussetts Institute of Technology (MIT)
» University of Wisconsin
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» International Max Planck Research School (IMPRS) for Gravitational Wave Astronomy
» Blockseminare
» Dr. Holger Pletsch, GWIC Thesis Prize 2010
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Bruce Allen, Prof. Dr. Bernard Schutz
» International Max Planck Research School (IMPRS) for Gravitational Wave Astronomy
» Block Lectures
Auszeichnungen Awards
Gravitational Wave Astronomy promises
to make the dark part of the universe accessible
to observations. Even though no gravitational
wave signals have been detected
yet, intense worldwide efforts are going on
to analyze the data being collected by the
existing ground-based gravitational wave
detectors. This involves the development of
analysis algorithms, software optimization
and the construction of dedicated computer
clusters to search for weak signals in
a large instrumental noise background. The
data analysis for future space based detectors
is facing an orthogonal problem as the
LISA (Laser Interferometer Space Antenna)
data stream will always be signal dominated
and the challenge is to separate the
various simultaneous sources, comparable
to listening to a symphony orchestra. In the
absence of any real detector data prior to
» Dr. Holger Pletsch, GWIC Thesis Prize 2010
2020, the space data analysis is being tested
on synthetic data in so-called LISA Mock Data
Challenges. The most important research
area for our ground-based detector data
analysis is the development and implementation
of data analysis algorithms to search
for the four different expected types of
gravitational wave sources (burst, stochastic,
continuous wave, and inspiral) in data from
ground-based gravitational wave detectors.
Searches for weak gravitational wave signals
are very computer-intensive. The research
group at the Albert-Einstein-Institut operates
the ATLAS computing cluster, which is the
world’s largest and most powerful resource
dedicated to gravitational wave searches
and data analysis. It also plays a leading role
in the Einstein@Home project, which uses
computing power donated by the general
public to search for gravitational waves.

Norbert Michalke, JPL/NASA/ESA
Research Group | Forschungsgruppe
Gravitational Wave Astronomy
Atlas Data Analysis Computer
Cluster.
Gravitationswellenastronomie wird die dunkle Seite des
Universums für Beobachtungen zugänglich machen. Bisher
wurden noch keine Gravitationswellensignale direkt nachgewiesen,
aber weltweit werden die Daten der existierenden
erdgebundenen Gravitationswellendetektoren intensiv
nach Signalen analysiert. Dazu gehört die Entwicklung von
Datenanalyse-Algorithmen, Software-Optimierung und der
Bau von dedizierten Computer-Clustern zur Suche nach
schwachen Signalen in starkem instrumentellen Rauschen.
Die Datenanalyse für künftige Weltraumdetektoren hat sich
mit einem orthogonalen Problem auseinanderzusetzen.
Die Daten von LISA (Laser Interferometer Space Antenna)
werden immer signal-dominiert sein, und die Herausforderung
ist es, die vielen gleichzeitigen Quellen voneinander
zu trennen, wie beim Hören eines Symphonie-Orchesters.
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
Visualisierung des LISA-Detektors
in einer heliozentrischen Umlaufbahn.
Visualization of the LISA detector
in heliocentric orbit.
Da bis 2020 noch keine echten Daten vorliegen, werden
diese Techniken in sogenannten Mock Data Challenges an
synthetischen Daten getestet. Das wichtigste Forschungsgebiet
für unsere Datenanalyse von erdgebundenen Detektoren
ist die Entwicklung von Algorithmen zur Suche
nach den erwarteten vier wichtigsten Quellen von Signalen
(Bursts, stochastische Quellen, kontinuierliche Quellen,
und Verschmelzung von kompakten Objekten). Die Suche
nach schwachen Signalen erfordert eine sehr hohe Rechnerleistung.
Die Forschungsgruppe am Albert-Einstein-Institut
betreibt Atlas, den weltweit größten und leistungsfähigsten
Datenanalyse-Computercluster zur Suche nach Gravitationswellen,
und spielt eine führende Rolle bei Einstein@Home,
einem Projekt zur Suche nach Gravitationswellen mithilfe
von Computern der breiten Öffentlichkeit.
» B. Abbott, R. Abbott, R. Adhikari, P. Ajith, B. Allen, G. Allen et al., Search for Gravitational-Wave Bursts from Soft Gamma Repeaters, Physical
Review Letters 101, 21 (2008)
» H. J. Pletsch and B. Allen, Exploiting Large-Scale Correlations to Detect Continuous Gravitational Waves. Physical Review Letters 103 (2009)
» S. Babak, J. G. Baker, M. J. Benacquista, N. J. Cornish, J. Crowder, C. Cutler et al., Report on the second Mock LISA Data Challenge, Classical and
Quantum Gravity, 25, 11 (2008)
67

Thomas Damm / QUEST
68
Institut für Quantenoptik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-2452
E-Mail: morgner@iqo.uni-hannover.de
Mode-locked Lasers /
Mode Combs
Area Manager | Leiter des Forschungsbereichs
Prof. Dr. Uwe Morgner
Ultrahigh Quality Optical Layers
and Characterisation
Morgner
Kolleck
Photonic Devices
for Space Applications
Ristau
Reinhardt
Chichkov
Nanophotonics
Weßels
Optical technologies have a long tradition
in Hanover, given an official footing as
long ago as 1986 with the foundation of the
Laser Zentrum Hannover e.V. Over the past
20 years, unique qualifications have been established,
especially in laser-, thin-film, and
space technologies, which are now amongst
the essential foundations of QUEST.
A cornerstone of topical research
in QUEST is the research area “Enabling
Technologies”, where the technological
foundation for the other three research areas
is itself the subject of investigation. In the
group “Ultrahigh Quality Optical Layers and
Characterisation” new optical materials and
thin film processes for laser components
are developed. The Group “Nanophotonics”
produces 2D and 3D micro- and nanostructures
and analyzes their optical properties.
Special integrated optical fiber components
are produced and characterised with high
precision in the group “Fiber Optics”. In the
junior research group “3 rd
3 rd Generation Gravitational
Wave Detector Laser Source
Kessler
Kracht
Sub-Hz Lasers and
High-Performance Cavities
Generation Gravitational
Wave Detector Laser
Fibre Optics
Source “ new concepts for high power lasers
for the observation of gravitational waves
are explored. The research group “Sub-Hz
Laser and High-Performance Cavities” investigates
ultra narrow bandwidth lasers for
precision metrology while the group “Mode
Locked Laser / Mode Combs “ is working on
mode-locked comb generators. Finally, in
“Photonic Devices for Space Applications”
space technologies are pursued.
Substantial strategic investments together
with a new professorship for applied
physics in QUEST strengthen the Hanover
research location. Within this research area,
combined with the Task Group “Advanced
Light Sources and Optical Materials”, QUEST
advances the collaboration network between
the Leibniz Universität Hannover,
the Max-Planck-Institute for Gravitational
Physics (Albert-Einstein-Institut), the Laser
Zentrum Hannover e.V., and the Physikalisch-
Technische Bundesanstalt in Brunswick. The
resulting local competence center allows for
ongoing global technology leadership.

LZH in Kooperation mit Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, von
Hoerner & Sulger GmbH, DLR
Research Area | Forschungsbereich
Enabling Technologies
Die optischen Technologien haben in Hannover eine
lange Tradition, was mit der Einrichtung des Laser Zentrum
Hannover e.V. schon 1986 institutionell manifestiert wurde.
Während der letzten zwanzig Jahre haben sich dort vor
allem in den Dünnschicht-, Weltraum- und Lasertechnologien
Alleinstellungsmerkmale gebildet, die jetzt für die
Arbeiten in QUEST ganz wesentliche Eckpfeiler darstellen.
Im Forschungsbereich „Enabling Technologies“ werden
wichtige Schlüsseltechnologien erforscht, die eine Basis für
die drei übrigen QUEST-Forschungsbereiche bilden. So
werden in der Gruppe „Ultrahigh Quality Optical Layers and
Characterisation“ neue optische Materialien und Dünnschicht-Verfahren
für Laserkomponenten entwickelt und
in der Gruppe „Nanophotonics“ 2D- und 3D- Mikro- und
Nanostrukturen hergestellt und bezüglich ihrer optischen
Research Groups | Forschungsgruppen
QUEST-Technologie für Missionen
zum Mars: Prototyp eines Lasers
für den Mars Organic Molecule
Analyser (MOMA) der ExoMars-
Mission (ESA).
QUEST technology for Mars missions
– Prototype laser for the Mars Organic
Molecule Analyzer (MOMA) of the
ExoMars Mission (ESA).
Ultrahigh Quality Optical Layers and Characterisation, Prof. Dr. Detlev Ristau (Page | Seite 70)
3 rd Generation Gravitational Wave Detector Laser Source, Dr. Peter Weßels (Page | Seite 72)
Fiber Optics, Dr. Dietmar Kracht (Page | Seite 74)
Sub-Hz Lasers and High-Performance Cavities, Dr. Thomas Kessler (Page | Seite 76)
Photonic Devices for Space Applications, Dr. Christian Kolleck (Page | Seite 78)
Mode-locked Lasers / Mode Combs, Prof. Dr. Uwe Morgner (Page | Seite 80)
Nanophotonics, Dr. Carsten Reinhardt, Prof. Dr. Boris Chichkov (Page | Seite 82)
Femtosekunden-Lasersystem zur Erzeugung von Nanostrukturen.
Femtosecond laser system for the generation of nanostructures.
Eigenschaften untersucht. Spezielle integrierte optische Faserkomponenten
werden in der Gruppe „Fiber Optics“ mit
hoher Präzision hergestellt und charakterisiert. In der Nachwuchs-Forschungsgruppe
„3 rd Generation Gravita tional Wave
Detector Laser Source“ werden neue Hochleistungslaser-
Konzepte für die Beobachtung von Gravitationswellen erkundet.
Die Forschungsgruppe „Sub-Hz Lasers and High-Performance
Cavities“ untersucht ultra-schmalbandige Laser für
die Präzisionsmetrologie, die Gruppe „Mode-locked Lasers /
Mode Combs“ beschäftigt sich mit innovativen modengekoppelten
Kammgeneratoren, und die Wissenschaftler der
Gruppe „Photonic Devices for Space Applications“ bauen die
Weltraumtechnologien aus.
Substanzielle strategische Investitionen und die Einrichtung
einer neuen Professur für Angewandte Physik stärken
durch QUEST den Standort, wie auch maßgeblich die Vernetzung
der Leibniz Universität mit Max-Planck-Institut, Laser
Zentrum Hannover e.V. und Physikalisch-Technischer Bundesanstalt
gefördert wird. Die daraus erwachsende kohärente
Forschungsstruktur befähigt Hannover, an vorderster
globaler Front weiterhin technologische Maßstäbe zu setzen.
Thomas Damm / QUEST
69

Thomas Damm / QUEST
70
Laser Zentrum Hannover e.V.
Telefon: (+49) (511) 2788-240
E-Mail: d.ristau@lzh.de
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Verbundprojekt: Plasma und Optische Technologien (PluTO) – Teilvorhaben: Plasmaunterstützte
Zerstäubungsprozesse, Bundesministerium für Bildung und Forschung
(BMBF)
» Verbundprojekt: Präparation, Evaluation und Anwendung Randomisierter Laser-
Systeme (PEARLS) – Teilvorhaben: Evaluation und Charakterisierung Randomisierter
Laser-Systeme, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
» Collaborative project: Plasma and Optical Technologies (Pluto)—Project part: Plasma
deposition process, Federal Ministry for Education and Research (BMBF)
» Collaborative project: preparation, evaluation and application of randomized laser
systems (PEARLS)—Project part: Evaluation and characterization of randomized laser
systems, Federal Ministry of Education and Research (BMBF)
Kooperationen Collaborations
» Leibniz Universität Hannover
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
» Albert-Einstein-Institut, Hannover
» Departement of Physics & Astronomy, Albuquerque, New Mexico, USA
» Laser Research Center, Vilnius University, Vilnius, Lithuania
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Detlev Ristau
» Leibniz Universität Hannover
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
» Albert-Einstein-Institut, Hannover
» Departement of Physics & Astronomy, Albuquerque, New Mexico, USA
» Laser Research Center, Vilnius University, Vilnius, Lithuania
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Vorlesung mit Übung und Praktikum „Optische Schichten“, HAWK Göttingen 2009
» Vorlesung mit Übung und Seminar „Optische Schichten“, Universität Hannover 2009/10
» D. Ristau. Optical Coatings for Laser Technology. Master of Photonics Course, Universität
Barcelona, Spanien, 06.-10.Juli 2009
» D. Ristau. Optical Coatings for Laser Technology. Tagesseminar. Universität Vilnius,
Litauen. Dezember 2007
» D. Ristau und A. Ohl: Symposium „Plasma und Optischen Technologien“ (SYPT),
gemeinsam veranstaltet vom Fachverband Kurzzeitphysik (K), der Deutschen Gesellschaft
für Plasmatechnologie e.V. (DGPT) und dem EFDS Fachausschuss „Beschichtungen
für die Optik und Optoelektronik“ (FABO), anlässlich der DPG-Tagung AMOP,
Hannover, März 2010
» 14. OptiLayer-Workshop on Advanced Topics in Optical Thin Films, Hannover, März 2010
Optical components are key elements
in modern optics and laser technology. In
analogy to the resistors, capacitors or many
other parts controlling the electron current
in electronic circuits, they are needed to manipulate
and control light in photonic circuits.
For instance, no laser system could be
operated without adapted mirrors forming
a resonance cavity to store the light in the
laser material until sufficient amplification is
attained. For this task, everyday shaving mirrors
with a typical reflectance of around 80
percent would never be sufficient, because
after every bounce 20 percent of the light
» Lectures with exercises and practical course “Optical Coatings”, Göttingen HAWK 2009
» Lectures with exercises and Seminar “Optical Coatings”, University of Hannover 2009/10
» D. Ristau. Optical Coatings for Laser Technology. Master of Photonics Course, University
of Barcelona, Spain, 06-10 July 2009
» D. Ristau. Optical Coatings for Laser Technology. Day seminar. University of Vilnius,
Lithuania. December 2007
» D. Ristau and A. Ohl: Symposium “Plasma and optical technologies” (SYPT), jointly
organized by the Association of short-time physics (K), the German Society of Plasma
Technology Association (DGPT) and the EFDS the Expert Committee on Coatings for
Optics and Optoelectronics ( FABO), at the DPG meeting AMOP, Hannover, March 2010
» 14 th OptiLayer-Workshop on Advanced Topics in Optical Thin Films, Hannover, March
2010
would be lost allowing for only few round
trips in the cavity. Typically, several hundred
round trips have to be achieved for
the photons to keep the system above the
laser threshold. As a consequence, mirror reflectance
values above 99 percent are often
required. Such high values and many other
optical functions can be achieved by optical
interference coatings, which are formed by
a stack of single transparent layers with different
refractive indices. The new laser concepts
and high precision measurement systems
developed in QUEST impose extreme
demands on the quality of interference
coatings. The research group on ultrahigh
quality optical layers is dedicated to this new
generation of optical coatings. One of the
major targets is the development of coatings
with extremely high reflectivity above
99.9999 percent enabling several million
round trips in a laser cavity. As a fundamental
coating process, ion beam sputtering is
modified and optimized to achieve optical
losses in the sub ppm-range.

Research Group | Forschungsgruppe
Ultrahigh Quality Optical Layers and Characterisation
Die Mitarbeiter Maro Jupé (stehend)
und Jorge Escriche Ferrer
des QUEST-Teams „Ultrahigh Quality
Optical Layers and Characterisation“
an der Beschichtungsanlage.
Co-workers Maro Jupé (standing) and
Jorge Escriche Ferrer of the QUEST-Team
“Ultrahigh Quality Optical Layers and
Characterisation” working on the deposition
system.
Optische Komponenten sind Schlüsselelemente in der
modernen Optik und Lasertechnologie. Ähnlich wie Widerstände,
Kondensatoren und andere Bauteile zur Kontrolle
von Elektronenströmen in elektronischen Schaltkreisen
werden sie in optischen Schaltkreisen gebraucht, um Licht
zu manipulieren und zu kontrollieren. Beispielsweise könnte
kein Lasersystem ohne angepasste Spiegel betrieben
werden, die eine Resonanzzelle bilden und Licht so lange
speichern, bis es im Lasermaterial genügend verstärkt ist.
Für diese Aufgabe wäre ein normaler Rasierspiegel mit typischen
Reflexionswerten um 80 Prozent niemals ausreichend,
weil bei jeder Reflexion 20 Prozent des Lichts verloren und
so nur wenige Umläufe in der Resonanzzelle möglich wären.
Typischerweise müssen mehrere Hundert Umläufe erreicht
werden, um das System über der Laserschwelle zu halten.
Folglich werden oft Spiegel mit einer Reflexion über 99 Pro-
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
zent benötigt. Solche hohen Werte und andere optische
Funktionen lassen sich mit optischen Interferenzschichten
realisieren, die aus einem Stapel transparenter Schichten mit
verschiedenen Brechwerten bestehen. Die neuen Laserkonzepte
und hochempfindlichen Messsysteme, die in QUEST
entwickelt werden, stellen extreme Anforderungen an die
Qualität der Interferenzschichten. Die Arbeitsgruppe „Ultrahigh
Quality Optical Layers and Characterisation“ ist dieser
neuen Generation von optischen Schichten gewidmet. Eines
der wichtigsten Ziele ist die Entwicklung von Beschichtungen
mit extrem hoher Reflexion oberhalb von 99,9999 Prozent,
die mehrere Millionen Umläufe in einer Resonanzzelle
ermöglichen würden. Als grundlegender Beschichtungsprozess
soll das Ionenstrahl-Zerstäuben modifiziert und optimiert
werden, um optische Verluste im Sub-ppm-Bereich
zu erreichen.
» L. Jensen, I. Balasa, H. Blaschke, and D. Ristau, Novel technique for the determination of hydroxyl distributions in fused silica, Optics Express
17, 17144-17149 (2009)
Schema eines hermetisch gekapselten Strahlenverlaufs der
vierten Harmonischen eines gütegeschalteten Nd:YAG-Lasers.
Scheme of the hermetically sealed beamline operating at the
4 harmonics of a Nd:YAG Q-switched laser.
» M. Jupé, L. Jensen, A. Melninkaitis, V. Sirutkaitis, and D. Ristau, Calculations and experimental demonstration of multi-photon absorption
governing fs laser-induced damage in titania, Optics Express 17, 12269-12278 (2009)
» D. Ristau and H. Ehlers, High Power laser components, Chinese Optics Letters 8, (2010)
Simulation des Wachstums optischer Schichten auf der
Grundlage von molekulardynamischen Monte-Carlo-Methoden.
Simulation of the growth of optical coatings based on molecular
dynamic Monte Carlo methods.
homas Damm, AG Ristau/Laser Zentrum Hannover e.V., Marcus
Turowski
71

Thomas Damm / QUEST
72
Laser Zentrum Hannover e.V.
Telefon: (+49) (511) 2788-215
E-Mail: p.wessels@lzh.de
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Weiterentwicklung und Aufbau des ersten Laser-Prototypen für den Advanced LlGO
Detektor
» Aufbau von drei Lasersystemen für den Advanced LIGO Detektor
» Further development and assembly of the first laser prototype for the advanced LIGO
detector
» Assembly of three laser systems for the Advanced LIGO Detector
Kooperationen Collaborations
» Max Planck Institut für Gravitationsphysik (Albert Einstein Institut), Hannover
» Institut für Photonische Technologien e.V., Jena
» National Optics Institute (INO), Québec, Kanada
» Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO)
» Gravitationswellendetektor GEO 600
» QUEST Ringvorlesung 2009
» Vorlesung „Festkörperlaser“, 2008 und 2010
Group Leader | Gruppenleiter
Dr. Peter Weßels
The interferometric detection of gravitational
waves sets an exceptionally high requirements
for the laser source used. Besides
diffraction limited beam quality and the
single-frequency emission, the extremely
high output power needed for 3 rd generation
gravitational wave detectors is the
major challenge. Depending on the mirror
substrates used in the interferometers, either
up to 1 kW of output power at a wavelength
of 1064 nm or 100-200 W at a wavelength
of 1.55 µm wavelength is needed. For the
realization of such laser sources, different
concepts are evaluated with respect to their
suitability for low noise amplification of single-frequency
radiation. In the 1.55 µm range,
pure fiber based systems utilizing both Er-
» Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute), Hannover
» Institute of Photonic Technology, Jena
» National Optics Institute (INO), Québec, Canada
» Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO)
» Gravitational Wave Detector GEO 600
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» QUEST Lecture Series 2009
» Lecture “Solid State Lasers”, 2008 and 2010
doped as well as Er/Yb-co-doped fibers are
examined. At 1064 nm wavelength, hybrid
fiber-solid state amplifiers using both Ybdoped
fibers and Nd-doped laser crystals are
realized. Due to the high intensity in the fiber
core and the long interaction length, fiber
based systems enable very high efficiency
even in the low power range. However, the
same properties can be limiting in the high
power range as they favor non-linear scattering
processes like the stimulated Brillouin
scattering which increases the frequency
and intensity noise. Thus, these amplifiers
are complemented by solid-state amplifiers
which need high input power for an
efficient power extraction due to their large
mode field areas.

Research Group | Forschungsgruppe
3 rd Generation Gravitational Wave Detector Laser Source
Berechnetes Modenprofil einer Multifilamentkern-Faser.
Calculated mode profile of a multifilament core fiber.
Arbeiten im Reinraum an einem Hochleistungsverstärkersystem.
Working in the clean room on a high power amplifier system.
Die interferometrische Gravitationswellendetektion
(GWD) stellt extrem hohe Anforderungen an die verwendete
Laserquelle. Neben der beugungsbegrenzten Strahlqualität
und der einfrequenten Emission ist insbesondere die
benötigte Ausgangsleistung für die GWD der dritten Generation
eine große Herausforderung. Je nach verwendetem
Substratmaterial in den Interferometern werden entweder
bis zu 1 kW bei einer Wellenlänge von 1064 nm oder 100-
200 W bei einer Wellenlänge von 1.55 µm benötigt. In dieser
Arbeitsgruppe werden verschiedene Konzepte zum Erreichen
dieser Ziele evaluiert. Während bei einer Wellenlänge
von 1.55 µm reine Faserverstärker (sowohl basierend auf Er-
wie auch auf Er/Yb-kodotierten Fasern) auf ihre Eignung zur
rauscharmen Verstärkung der einfrequenten Strahlung un-
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
tersucht werden, werden bei einer Wellenlänge von 1064 nm
hybride Faser-Festkörperverstärker (Yb-dotierte Glasfaser /
Nd:YAG Kristalle) realisiert. Die faserbasierten Systeme haben
ihre Stärke gerade im unteren Leistungsbereich, wo sie aufgrund
der großen Wechselwirkungslängen und hohen
Intensitäten bereits bei geringen Leistungen eine große
Effizienz ermöglichen. Die gleichen Eigenschaften können
jedoch bei hohen Leistungen zu Limitierungen durch
nichtlineare Effekte wie der stimulierten Brillouin-Streuung
führen, durch die das Frequenz- und Leistungsrauschen
stark zunimmt. In diesem Leistungsbereich soll daher die
Verstärkung mit Festkörperverstärkern ergänzt werden, die
durch die großen Modenfelder erst hier ihre volle Effizienz
entfalten können.
» M. Hildebrandt, S. Büsche, P. Weßels, M. Frede, and D. Kracht, Brillouin scattering spectra in high-power single-frequency ytterbium doped
fiber amplifiers, Opt. Express 16, 15970-15979 (2008)
» V. Kuhn, P. Weßels, J. Neumann, and D. Kracht, Stabilization and power scaling of cladding pumped Er:Yb-codoped fiber amplifier via auxiliary
signal at 1064 nm, Opt. Express 17, 18304-18311 (2009)
» H. Tünnermann, O. Puncken, P. Weßels, M. Frede, D. Kracht, and J. Neumann, Intrinsic Reduction of the Depolarization in Nd:YAG Crystals,
Advanced Solid State Photonics 2010 , Paper AMB19 , San Diego (2010)
Junior Research Group „3 rd Generation Gravitational Wave
Detector Laser Source“.
v.l.n.r./left to right: Henrik Tünnermann, Chandrajit Basu, Peter Weßels,
Heike Karow, Vincent Kuhn.
Laser Zentrum Hannover e.V. (1), Thomas Damm / QUEST (2)
73

Thomas Damm / QUEST
74
Laser Zentrum Hannover e.V.
Telefon: (+49) (511) 2788 113
E-Mail: d.kracht@lzh.de
Group Leader | Gruppenleiter
Dr. Dietmar Kracht
For the development of stable and
alignment-free fiber-based high power
laser systems the availability of corresponding
passive fiber components is essential.
In particular, these include high efficiency
pump combiners for Ytterbium-based lasers
emitting in the spectral region around
1 µm. For the realisation of such components
different approaches have been designed
and implemented. First, pump combiners
based on double-clad fibers (pump core
250 µm) and up to four pump fibers were
assembled. The coupling efficiency was in
excess of 90 percent. Currently, investigations
concerning the realisation of novel
photonic crystal fiber (PCF) based combin-
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» BMBF Verbundprojekt PULSAR GePUlstes LaserSystem mit Adaptierbaren Pulsparametern
(FKZ: 13N9685)
» BMBF Verbundprojekt SYNERGIE Femtosekunden-Faserlasersystem hoher Repetitionsrate
und Pulsenergie für die Presbyopie (FKZ 13N10450)
» BMBF joint project Pulsed laser system with adaptable pulse parameters (FKZ:
13N9685)
» BMBF joint project Femtosecond fiber laser system with high repatition rate and pulse
energy for presbyopia treatment (FKZ 13N10450)
Kooperationen Collaborations
» Max Planck Institut für Gravitationsphysik (Albert Einstein Institut), Hannover
» Gooch & Housego (Torquay) Ltd
» Menlo Systems GmbH
» Vorlesung „Festkörperlaser“, 2008, 2009 und 2010
» Max Planck Institut für Gravitationsphysik (Albert Einstein Institut), Hannover
» Gooch & Housego (Torquay) Ltd
» Menlo Systems GmbH
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Lecture “Solid State Laser” 2008, 2009 and 2010
ers are being performed. For this purpose
double clad PCFs are also used. All studies
have been supported by substantial numerical
simulations. In addition, small-bandwidth
fiber-based wavelength division multiplexers
(WDM), which are necessary for the realisation
of all-fiber ultrafast laser systems, have
been developed. All of these components
have been successfully implemented in
the corresponding 1 µm fiber lasers. At the
same time, thulium-based ultrafast fiber lasers
emitting in the 2 µm wavelength range
have been designed and investigated. These
systems have a high potential, e.g. for the
realisation of frequency combs in the longwavelength
range.

Research Group | Forschungsgruppe
Fiber Optics
Herstellung eines Multimode Pump-Combiners.
Manufacturing of a multimode pump combiner.
Für die Entwicklung von stabilen und justagefreien faserbasierten
Lasersystemen hoher Leistung ist die Verfügbarkeit
entsprechender passiver Faserkomponenten zwingend
erforderlich. Dazu gehören insbesondere Pumplichtkoppler
hoher Effizienz für Ytterbium-basierte Laser mit Emissionen
im Wellenlängenbereich um 1 µm. Für die Realisierung solcher
Komponenten wurden verschiedene Lösungsansätze
konzipiert und umgesetzt. Zum einen konnten Pumplichtkoppler
auf der Basis von Doppelkernfasern (Pumpkern
250 µm) hergestellt werden, die bis zu vier Pumpfasern mit
der aktiven Faser kombinieren. Die Koppeleffizienz betrug
mehr als 90 Prozent. Darüber hinaus werden aktuell Untersuchungen
zur Realisierung von neuartigen Kopplern auf
der Basis von photonischen Kristallfasern (PCF) durchgeführt.
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
Dabei werden auch Doppelkern-PCFs eingesetzt. Begleitet
werden diese Forschungen durch umfangreiche numerische
Simulationen. Des Weiteren konnten schmalbandige
fasergestützte Wellenlängenmultiplexer (WDM), die für
den Aufbau von vollständig faserbasierten Ultrakurzpuls-
Lasersystemen notwendig sind, entwickelt und hergestellt
werden. Alle Komponenten wurden erfolgreich in den entsprechenden
1-µm-Faserlasern eingesetzt. Parallel zu diesen
Arbeiten wurden Thulium-basierte Ultrakurzpuls-Faserlaser,
die im Wellenlängenbereich um 2 µm emittieren, aufgebaut
und untersucht. Für diese Systeme ist ein hohes Potential, z.B.
für die Realisierung von Frequenzkämmen im langwelligen
Spektralbereich, abzusehen.
» M. Hildebrandt, S. Büsche, P. Weßels, M. Frede, and D. Kracht, Brillouin scattering spectra in high-power single-frequency fiber amplifiers, Opt.
Express 16, 15970-15979 (2008)
Aktive Faser mit undotierter Endkappe, die mithilfe einer
Schmelztechnik zur Verbesserung der Wärmeabfuhr angefügt
wurde.
Active fiber with undoped end cap spliced using a melting technique
which results in improved heat dissipation.
Herstellung eines Wellenlängenmultiplexer (WDM).
Manufacturing of a wavelength division multiplexer (WDM).
» F. Haxsen, A. Ruehl, M. Engelbrecht, D. Wandt, U. Morgner, and D. Kracht, Stretched-pulse operation in a thulium-doped fiber laser, Opt.
Express 16, 20471(2008)
» H. Sayinc, D. Mortag, D. Wandt, J. Neumann, and D. Kracht, Sub-100 fs pulses from a low repetition rate Yb-doped fiber laser, Opt. Express 17,
5731 (2009)
Laser Zentrum Hannover e.V.
75

Thomas Damm / QUEST
76
Physikalisch-Technische Bundeanstalt, Braunschweig
Telefon: (+49) (531) 592-4310
E-Mail: thomas.kessler@ptb.de
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» ESA-Design-Studie: Designanalyse stabiler optischer Referenzhohlräume für zukünftige
optische Atomuhr-Implementierungen
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Fachbereich 4.3
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Abteilung 7
» Jun Ye Group, JILA, Boulder, USA
» Institut für Angewandte Physik (IAP), Jena
Group Leader | Gruppenleiter
Dr. Thomas Kessler
The research project deals with the development
of ultra-stable laser systems for
applications in ultra-high resolution spectroscopy
as well as metrology. For instance,
the short-term stability of an optical clock is
nowadays limited by the frequency instability
of the laser probing the optical atomic
transition, the “pendulum” of the atomic
clock. To attain superior frequency stability
the frequency of the laser is typically stabilized
to a narrow resonance line of an optical
cavity. The frequency instability of the laser is
then determined by the stability of the resonator
length itself.
Changes in the cavity length might
arise from seismic or acoustic noise as well
as temperature fluctuations. Currently the
frequency stability of the best lasers is lim-
» ESA Design Study: Design Analysis of Stable Optical Reference Cavities for Use in Future
Optical Atomic Clock Implementations
Kooperationen Collaborations
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Department 4.3
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Division 7
» Jun Ye Group, JILA, Boulder, USA
» Institute of Applied Physics (IAP), Jena
ited by thermal length fluctuations caused
by the Brownian motion of the molecules in
the resonator material. This so-called thermal
noise can be suppressed by using crystalline
structures of high mechanical quality
instead of amorphous glass as a cavity
material. To this end the research project
is currently investigating mono-crystalline
silicon as resonator material. At a temperature
of -150 °Celsius the material should
be insensitive against thermal length fluctuations.
Therefore a vibration-free cooling
mechanism is currently being developed.
Additionally, the research project is investigating
novel highly-reflective materials to
reduce the thermal noise arising from the
mirror coatings of the optical resonator.

Sub-Hz Lasers and High-Performance Cavities
PTB Braunschweig Research Group | Forschungsgruppe
Modell des Kryostaten für den
optischen Resonator.
Model of the cryostat for the optical
resonator.
Das Forschungsprojekt befasst sich mit der Entwicklung
von ultrastabilen Lasern für Anwendungen in der höchstauflösenden
Laserspektroskopie und Metrologie. So ist beispielsweise
die Kurzzeitstabilität von optischen Uhren durch
die Frequenzstabilität der Laser begrenzt, die der Abfrage
des atomaren Übergangs dienen. Um die beste Frequenzstabilität
zu erreichen, wird die Frequenz des Lasers üblicherweise
auf eine schmale Resonanzlinie eines optischen
Resonators stabilisiert. Die Frequenzstabilität des an den
Resonator angekoppelten Lasers wird durch die Stabilität
der Resonatorlänge bestimmt. Längenänderungen können
durch seismische und akustische Schwingungen sowie Temperaturschwankungen
verursacht werden. Gegenwärtig ist
die Frequenzstabilität der besten Laser letztendlich durch
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
thermische Längenfluktuationen aufgrund der Brown‘schen
Molekularbewegung des Resonatormaterials begrenzt.
Da dieses thermische Rauschen mitunter durch die Wahl
eines geeigneten Resonatormaterials hoher mechanischer
Güte stark unterdrückt werden kann, untersucht die Forschergruppe
momentan die Verwendung von monokristallinem
Silizium. Das Material ist bei einer Temperatur von
-150 °Celsius stabil gegenüber thermischen Längenausdehnungen
und erfordert somit die Konzeption einer vibrationsarmen
Kühlung. Zusätzlich untersucht die Arbeitsgruppe
die Verwendung neuartiger hochreflektiver Strukturen, um
das thermische Rauschen der im Resonator verwendeten
Spiegel weiter zu unterdrücken.
» T. Legero, T. Kessler, and U. Sterr, Tuning the thermal expansion properties of optical reference cavities with fused silica mirrors, JOSA B 27,
914-919 (2010)
» U. Sterr , T. Legero, T. Kessler, H. Schnatz, G. Grosche, O. Terra, and F. Riehle, Ultrastable lasers – new developments and applications, Proc. SPIE
74310, A-1-14 (2009)
Optischer Resonator aus mono-kristallinem Silizium.
Optical resonator made of mono-crystalline silicon.
» T. Nazarova, F. Riehle, and U. Sterr, Vibration-insensitive reference cavity for an ultra-narrow-linewidth laser, App. Phys. B 83, 531-536 (2006)
PTB Braunschweig
77

Thomas Damm / QUEST
78
Laser Zentrum Hannover e.V.
Telefon: (+49) (511) 2788-219
E-Mail: c.kolleck@lzh.de
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Entwicklung eines UV-Laserkopfes für ein Laserdesorptions-Massenspektrometers für
die Detektion organischer Moleküle auf dem Mars (Mission ExoMars)
» Weiterentwicklung eines Lasers für Laser-induzierte Breakdown-Spektroskopie (LIBS)
für die Anwendung auf planetaren Erkundungsmissionen
» Development of a UV laser head for a laser-desorption mass spectrometer for the
detection of organic molecules on Mars’ surface (ExoMars mission)
» Advancement of a laser head for laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) for the
application in planetary exploration missions
Kooperationen Collaborations
» Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
» Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
» von Hoerner & Sulger GmbH
» Kayser-Threde GmbH
» Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Planetologie
» John Hopkins University, Department of Physics & Astronomy
» John Hopkins University, Applied Physics Laboratory
» Universität Jena, Institut für Physikalische Chemie
» Universität der Bundeswehr München, Institut für Luftfahrttechnik
» Centre national de la recherche scientifique, LPC2E
Group Leader | Gruppenleiter
Dr.-Ing. Christian Kolleck
» German Aerospace Center
» Max Planck Institute for Solar System Research
» von Hoerner & Sulger GmbH
» Kayser-Threde GmbH
» Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Planetologie
» John Hopkins University, Department of Physics & Astronomy
» John Hopkins University, Applied Physics Laboratory
» Universität Jena, Institut für Physikalische Chemie
» Universität der Bundeswehr München, Institut für Luftfahrttechnik
» Centre national de la recherche scientifique, LPC2E
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Einzelvorlesung „Simulation von Lasern für Weltraumanwendungen“ in der Vorlesungsreihe
„Festkörperlaser“ 2008, 2010
» Vorlesung „Introduction to nonlinear optics“ auf der „International Travelling Summer
School on Microwaves and Lightwaves“ 2008, 2009
The research group “Photonic Devices
for Space Applications” is engaged in the
development of photonic components for
use in space, including optical assemblies
such as pulsed or continuous-wave lasers
and amplifiers. To ensure their practicability
for space applications, these devices must
be very compact and lightweight on the
one hand, but on the other hand must be
able to withstand the harsh environmental
conditions in terms of large temperature
differences, mechanical loads and ionizing
radiation.
Important contributions to the development
work are the design, simulation, and
testing of the opto-mechanical components
and assemblies. Simulation is necessary to
ensure, prior to realization of the mechan-
» Lecture “Simulation of lasers for spaceborne applications” in lecture series “Solid state
lasers”, summer terms 2008, 2010
» Lecture “Introduction to nonlinear optics” on the “International Travelling Summer
School on Microwaves and Lightwaves” Summer terms 2008, 2009
ics that the design works well in spite of the
applied loads. Environmental tests like vibration
tests, thermal vacuum tests and radiation
tests are performed to verify experimentally
the functionality of the optical device in
a simulated space environment. A thermal
vacuum chamber system is being planned
and realized to provide the possibility of carrying
out thermal tests of our own within
QUEST, and testing procedures will be established.
Furthermore, process development
related to the space-suitable and contamination-free
integration of optical assemblies
as well as sealing and joining techniques for
the fabrication of hermetically tight, rugged
housings for optical systems are parts of the
group’s activities.

Research Group | Forschungsgruppe
Photonic Devices for Space Applications
Aufbau und Charakterisierung von miniaturisierten Laseroszillatoren
im Labor.
Setup and characterization of miniaturized laser resonators in the lab.
Labormodell eines kompakten, gepulsten Lasers als Grundlage
für die Entwicklung weltraumgeeigneter Laser.
Lab model of a compact pulsed laser as basis for the development of
space-suitable lasers.
Die Arbeitsgruppe „Photonic Devices for Space Applications“
befasst sich mit der Entwicklung von optischen Komponenten
für die Nutzung im Weltraum. Dazu zählen optische
Baugruppen wie gepulste oder Dauerstrich-Laser. Für
die Anwendung im Weltraum sollen sie sehr kompakt und
leicht sein, müssen auf der anderen Seite aber den rauen
Umgebungsbedingungen in Form von hohen Temperaturunterschieden,
mechanischen Belastungen oder ionisierender
Strahlung standhalten. Einen wesentlichen Bestandteil
der Entwicklungsarbeit stellen Design, Simulation und Test
der opto-mechanischen Komponenten und Baugruppen
dar. Die Simulation soll im Vorfeld der Entwicklung sicherstellen,
dass die Mechanik den beschriebenen Belastungen
Testaufbau zur Verifikation der hermetischen Dichtigkeit geschlossener
Mechanik-Strukturen.
Testing facilities and setup for testing the hermetic tightness of closed
housings.
standhält. Umwelttests – dazu zählen Thermal-Vakuum-
Tests, Vibrationstests oder Strahlungstests – verifizieren experimentell
in simulierter Weltraumumgebung die Funktionsfähigkeit
der optischen Baugruppe. Um innerhalb des
Exzellenzclusters QUEST Thermal-Vakuum-Tests durchführen
zu können, wird eine entsprechende Testanlage geplant
und verwirklicht sowie die dazu notwendigen Testverfahren
etabliert. Zu den weiteren Tätigkeiten zählt die Weiterentwicklung
von Prozessen in Bezug auf weltraumtaugliche,
verunreinigungsfreie Integration von Baugruppen oder
Dicht- und Fügetechniken für die Herstellung hermetisch
dichter, robuster Gehäuse für die optischen Systeme.
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
» T. Denis, S. Hahn, S. Mebben, R. Wilhelm, C. Kolleck, J. Neumann, and D. Kracht, Compact diode stack end pumped Nd:YAG amplifier using
core-doped ceramics, Applied Optics 49, 811-816 (2010)
» R. Huß, R. Wilhelm, C. Kolleck, J. Neumann, and D. Kracht, Suppression of parasitic oscillations in a core-doped ceramic Nd:YAG laser by
Sm:YAG cladding, Optics Express 18, 31094-13101 (2010)
Thomas Damm / QUEST (3)
79

Thomas Damm / QUEST
80
Institut für Quantenoptik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-2452
E-Mail: morgner@iqo.uni-hannover.de
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Sub-100 nm two photon polymerization for biomed or optical applications (DFG)
» Pulse laser deposition (PEARLS, BMBF)
» VENTEON GmbH, Garbsen
» HighQLaser Production GmbH, Rankweil
» Politecnico di Milano, Italien
» University of Twente, Enschede, Niederlande
» Max-Born Institut, Berlin
» University of Southern Denmark
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Uwe Morgner
» Sub-100 nm two photon polymerization for biomed or optical applications (DFG)
» Pulse laser deposition (PEARLS, BMBF)
Kooperationen Collaborations
» VENTEON GmbH, Garbsen
» HighQLaser Production GmbH, Rankweil
» Politecnico di Milano, Italien
» University of Twente, Enschede, Niederlande
» Max-Born Institut, Berlin
» University of Southern Denmark
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Schülerpraktika
» Vorlesungen in Optik, Atomphysik, Photonik, Nichtlinearer Optik, Laserphysik
» Vorträge und Kolloquien in diversen Großstädten
» Öffentliche Vorträge: Saturday Morning Lecture (LUH), Mensch, Natur, Technik (Stadt
Garbsen)
Mode combs—very precise frequency
scales which connect optical frequencies
of different wavelengths and optical with
radio frequencies—form an essential element
for some of the precision metrology
experiments carried out by QUEST. They
rely on mode-locked laser oscillators emitting
femtosecond pulses and are the main
research subject of this group. Subtopics
include some fundamental investigations
into the interaction of matter with ultrashort
laser pulses aimed at improvements in the
compactness, and reliability of the comb
oscillators.
» Practical courses for schools
» Lectures in optics, atom physics, photonics, non-linear optics, laser physics
» Colloquia in major cities across Germany
» Talks of public interest: Saturday Morning Lecture (LUH), Mensch, Natur, Technik (City
of Garbsen)
Comb generators are well established
and commercially available in the near infrared
wavelength region; some experiments,
for example those which QUEST Research
Area A “Quantum Engineering” would undertake,
require frequency combs in the
more distant spectral ranges, especially in
the UV. Therefore, new combs based on
novel mode-locked lasers and on parametric
oscillators are now the subject of research.
Furthermore, investigation and application
of transfer concepts for existing comb generators
into new spectral ranges, for example
by plasmon enhanced nonlinear conversion,
are currently under investigation and
show great promise.
Mit direktem Bezug auf diese Forschungsgruppe
wurde im Okotber 2008 die VENTEON Laser Technologies
GmbH ausgegründet.
With direct reference to this research group, the VENTEON
Laser Technologies GmbH was founded in October 2008.

Research Group | Forschungsgruppe
Mode-locked Lasers / Mode Combs
Prismenkompressor eines gepulsten Lasers.
Prism based compressor of a pulsed laser.
Weißlichtspektrum – ultra-breitbandiger Modenkamm aus
einer photonischen Kristallfaser.
White light spectrum—ultra broadband mode comb from a photonic
crystal fiber.
Modenkämme – sehr genaue Frequenzmaßstäbe, die
optische Frequenzen unterschiedlicher Wellenlänge und optische
Frequenzen mit Radiofrequenzen fest verbinden – sind
ein wichtiger Bestandteil der modernen Präzisionsmetrologie
in QUEST. Sie beruhen auf Laser-Oszillatoren, die Femtosekunden-Pulse
emittieren und sind zentraler Forschungsgegenstand
dieser Arbeitsgruppe. Zum Themenspektrum gehören
dabei Untersuchungen ganz grundlegender Fragen der
Wechselwirkung derart kurzer Lichtpulse mit Materie mit dem
langfristigen Ziel, die Kammoszillatoren immer kompakter und
zuverlässiger zu machen.
Kammgeneratoren sind im nahen infraroten Spektralbereich
bereits etabliert und kommerziell erhältlich. Manche
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
Experimente der Präzisionsmetrologie, zum Beispiel aus dem
QUEST-Forschungsbereich „Quantum-Engineering“, werden
allerdings mittelfristig Frequenzkämme erfordern, die sich
auch in andere, entferntere Spektralbereiche erstrecken, insbesondere
in den ultravioletten Bereich. Zu diesem Zweck
wird in dieser Arbeitsgruppe an neuen Kämmen geforscht,
die auf bereits etablierten, aber auch auf neuen modengekoppelten
Lasern und parametrischen Oszillatoren basieren.
Ein weiteres Augenmerk liegt auf der Untersuchung und
Anwendung von Transferkonzepten für bereits existierende
Kämme in neue Spektralbereiche. Dabei sind zum Beispiel
nichtlineare nano-optische Methoden besonders aktuell und
vielversprechend.
» S. Rausch, T. Binhammer, A. Harth, F.X. Kärtner, and U. Morgner, Few-cycle femtosecond field synthesizer, Optics Express 16, 17410-9 (2008)
» M. Schultze, T. Binhammer, A. Steinmann, G. Palmer, M. Emons, and U. Morgner, Few-cycle OPCPA system at 143 kHz with more than 1 μJ of
pulse energy, Optics Express 19, 2836-41 (2010)
» S. Rausch, T. Binhammer, A. Harth, E. Schulz, and U. Morgner, Octave-spanning Ti:sapphire laser with zero CEO-frequency and 65 attosecond
phase jitter, Optics Express 17, 20282-90 (2009)
Die Arbeitsgruppe „Mode-locked Lasers / Mode Combs“.
The Research Group “Mode-locked Lasers / Mode Combs” (v.l.n.r./left
to right: Uwe Morgner, Stefan Rausch, Carsten Clever, Fabian Elster,
Anne Harth, Nils Pfullmann, Tino Lang, Thomas Binhammer, Patrick
Oppermann).
AG Morgner (3)
81

Thomas Damm / QUEST
82
Laser Zentrum Hannover e.V.
Dr. Carsten Reinhardt
Telefon: (+49) (511) 2788 136
E-Mail: c.reinhardt@lzh.de
Group Leader | Gruppenleiter
Dr. Carsten Reinhardt, Prof. Dr. Boris Chichkov
Prof. Dr. Boris Chichkov
Telefon: (+49) (511) 2788 316
E-Mail: b.chichkov@lzh.de
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» DFG-Schwerpunktprogramm 1391 – Ultrafast Nanooptics, „Untersuchung nichtlinearer
Plasmon-Plasmon Wechselwirkungen“
» DFG, „Entwicklung und Herstellung funktioneller mikromechanischer und MikroOpto-
ElektroMechanischer Systeme (MOEMS)“
» 7. Rahmen-Forschungsprogramm
» „Polymerbasierte Nanoplasmonische Komponenten und Bauteile (PLASMOCOM)“
» „Fotopolymerbasierte kundenspezifische additive Herstellungsverfahren (PHOCAM)“
» „Mikro-Herstellung von polymerischen Lab-on-a-Chip mit integrierter optischer
Detektion durch ultrakurze Laserpulse (microFLUID)“
» 6. Forschungsprogramm: ERASPOT, „2PP Lightwave“
» DFG Programme 1391—Ultrafast Nanooptics, “Probing of nonlinear plasmonplasmon
interactions”
» DFG, “Development and fabrication of functional micromechanical and
MicroOptoElectro-Mechanical Systems (MOEMS)”
» 7 th Framework Programme
» “Polymer-based nanoplasmonic components and devices (PLASMOCOM)”
» “Photopolymer based customized additive manufacturing technologies (PHOCAM)”
» “micro-Fabrication of polymeric Lab-on-a-chip by Ultrafast lasers with Integrated
optical Detection (microFLUID)”
» 6 th Framework Programme—ERASPOT, “2PP Lightwave”
Kooperationen Collaborations
» Alain Dereux, Université de Bourgogne, Dijon, France
» Sergey Bozhevolnyi, Syddansk Universitet – Southern Danish University, Odense,
Denmark
» Anatoly Zayats, Queens University Belfast, Belfast, UK
» SILIOS Technologies, Peynier-Rousset, France
» Romain Quidant, Institut de Ciències Fotòniques – The Institute of Photonic Sciences,
Mediterranean Technology Park, Castelldefels (Barcelona), Spain
» Foundation for Research and Technology Hellas (FO.R.T.H), Heraklion, Crete, Greece
» Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Maschinenbau, Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik
» Alain Dereux, Université de Bourgogne, Dijon, France
» Sergey Bozhevolnyi, Syddansk Universitet—Southern Danish University, Odense,
Denmark
» Anatoly Zayats, Queens University Belfast, Belfast, UK
» SILIOS Technologies, Peynier-Rousset, France
» Romain Quidant, Institut de Ciències Fotòniques—The Institute of Photonic Sciences,
Mediterranean Technology Park, Castelldefels (Barcelona), Spain
» Foundation for Research and Technology Hellas (FO.R.T.H), Heraklion, Crete, Greece
» Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Maschinenbau, Lehrstuhl für
Laseranwendungstechnik
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Vorlesung „Optical Fields in Nanostructures“, 2009/2010 (Reinhardt, Chichkov)
» Vorlesung/Übung „Nonlinear Optics“ 2010 (Reinhardt, Chichkov)
» Seminar „Nanoengineering“ (Chichkov)
» Vorlesung, Sommerschule des Schwerpunktprogramms 1391
» „Ultrafast Nanooptics“: Leakage Radiation Microscopy for the Characterization of Surface
Plasmon-Polariton Propagation (Reinhardt)
Besides exploring the fundamental connections
between quantum physics and of
space-time phenomena, research at QUEST
is focused on the exploitation of innovative
methods for realizing novel optical components
and technologies for the integration
of quantum effects in manageable devices.
The research group “Nanophotonics”, founded
at the inception of QUEST at the Laser
Zentrum Hannover e.V., comes under this
context. The work of the group deals with research
on potential applications of modern
laser systems for the generation of 2D and
3D micro- and nanostructures. Using these
» Lecture “Optical Fields in Nanostructures”, 2009/2010 (Reinhardt, Chichkov)
» Lecture/Course “Nonlinear Optics” 2010 (Reinhardt, Chichkov)
» Seminar “Nanoengineering” (Chichkov)
» Lecture, Summer School of the priority program 1391
» “Ultrafast Nanooptics”: Leakage Radiation Microscopy for the Characterization of Surface
Plasmon-Polariton Propagation (Reinhardt)
laser-based techniques, it is already possible
to produce structures with resolutions
below 100 nm in a manner that is both fast
and flexible. The structured materials show
up a variety of new and unexpected optical
properties which are studied both experimentally
and theoretically. The combination
of metallic and dielectric nanostructures allows
adjustments to the refractive index
of these “metamaterials” with the possibility
of even achieving negative values, thus
opening up ways for realizing novel optical
elements.
The fabricated micro- and nanostructures
may also form a basis for integrating
atomic time and frequency standards (atomic
chips). To connect these complex microscale
components with the outside world,
new and innovative optical technologies
based on surface plasmon-polaritons, exploiting
the propagation of light along metallic
nanostructures, are under investigation
within the research group.

Research Group | Forschungsgruppe
Nanophotonics
Modernes Femtosekunden-Lasersystem zur Erzeugung von
Nanostrukturen.
Modern femtosecond laser system for the generation of nanostructures.
Mit Laserverfahren hergestellte nano-optische plasmonische
Elemente für Anwendungen im IT-Bereich.
Laser fabricated nano-optical plasmonic elements for IT applications.
Ein Schwerpunkt von QUEST ist neben der Erforschung
grundlegender Zusammenhänge der Quantenphysik und
von Raum-Zeit-Phänomenen die Erschließung innovativer
Methoden zur Realisierung neuartiger optischer Komponenten
und Technologien zur Integration von Quanteneffekten
in handhabbaren Baugruppen. In diesem Themenbereich
arbeitet die Forschungsgruppe „Nanophotonik“, die mit Beginn
von QUEST am Laser Zentrum Hannover e.V. eingerichtet
wurde. Die Gruppe beschäftigt sich mit der Erforschung
des Anwendungspotenzials hochmoderner Lasersysteme
zur Erzeugung von 2D- und 3D-Mikro- und Nanostrukturen.
Mit diesen laserbasierten Verfahren lassen sich bereits heute
schnell und einfach Strukturen mit Auflösungen im Bereich
unter 100 nm herstellen. Die strukturierten Materialien weisen
eine Reihe neuer und ungewohnter optischer Eigen-
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
schaften auf, die experimentell und theoretisch untersucht
werden. Die Kombination metallischer und dielektrischer
Nanostrukturen erlaubt es, den Brechungsindex dieser „Metamaterialien“
einzustellen, wobei sogar negative Brechwerte
realisierbar sind und damit neuartige optische Elemente
ermöglicht werden.
Die hergestellten Mikro- und Nanostrukturen bilden
unter anderem eine Basis für die Integration atomarer Zeit-
und Frequenzstandards, die sogenannten Atomic Chips.
Zur Anbindung dieser komplexen Mikrokomponenten an
die Außenwelt werden in der Arbeitsgruppe neue optische
Technologien basierend auf Oberflächenplasmonen
erforscht, die die Lichtleitung in metallischen Nanostrukturen
ausnutzen.
» A. Schilling, J. Schilling, C. Reinhardt, and B. Chichkov, A superlens for the deep Ultraviolet, Applied Physics Letters 95, 121909-1—121909-3 (2009)
» C. Reinhardt, A. Seidel, A. B. Evlyukhin, W. Cheng, and B. Chichkov, Mode-selective excitation of laser-written dielectric-loaded surface
plasmon-polariton waveguides, Journal of the Optical Society of America B 26, B55-B60 (2009)
» M. Farsari and B. Chichkov, Two-Photon Fabrication, Nature Photonics 3, 450-452 (2009)
Die Arbeitsgruppe „Nanophotonics“ am Laser Zentrum Hannover
e.V.
The Research Group “Nanophotonics” at the Laser Zentrum Hannover
e.V. (v.l.n.r./left to right: Andreas Seidel, Carsten Reinhardt, Boris Chichkov,
Wei Cheng).
Thomas Damm / QUEST (3)
83

Markus Knabl (IQOQI – Australien Academy of Science)
84
Albert-Einstein-Institut Hannover
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
und Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-17172
E-Mail: klemens.hammerer@aei.mpg.de
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Klemens Hammerer
Quantum theory makes some rather
peculiar predictions about the states and
processes, which may occur in physical
systems. These curious predictions have
proven true in a large number of tests with
microphysical systems, such as single atoms
or single particles of light (photons). The research
activities in the group “Theoretical
Physics—Macroscopic Quantum Objects”
centers around the question how large—in
the widest sense—a physical system can be
without losing its quantum physical properties.
At the intersection between Theoretical
Quantum Optics, Quantum Information
Theory and nano- and microstructured solid-state
systems, we aim to devise means
to test quantum theory in the macroscopic
range. Besides this fundamental problem
we also investigate possible applications of
quantum physics in quantum information
and communication technologies, and metrology.
In close collaboration with leading
experimental groups we are investigating a
broad spectrum of quantum systems, ranging
from single photons and atoms in cavities,
by way of atomic ensembles and nano-
and micromechanical oscillators, through
to macroscopic test masses in gravitational
wave detectors. This work is focussed on
quantum coherent effects in light matter
interactions and their use for the preparation,
control and verification of the quantum
states of macroscopic objects.
This research group will start on
September 15 th 2010.

Future Research Group | Zukünftige Forschungsgruppe
Theoretical Physics—Macroscopic Quantum Objects
Quantenzustand eines harmonischen Oszillators in einer nicht-klassischen Superposition in Wignerfunktionsdarstellung (links), im Vergleich dazu die Darstellung eines klassischen Gemisches (rechts).
Quantum state of a harmonic oscillator in a non-classical superposition state in a Wigner function representation (left). By way of comparison, a representation of a classical mixture (right).
Die Quantentheorie macht einige äußerst bemerkenswerte
Aussagen über Zustände und Vorgänge, die in physikalischen
Systemen auftreten können. Diese merkwürdigen
Vorhersagen erwiesen sich bereits in einer Vielzahl an Tests
mit mikrophysikalischen Systemen, wie zum Beispiel mit
einzelnen Atomen oder einzelnen Lichtteilchen (Photonen),
als unerschütterlich. Die Forschung der Gruppe „Theoretical
Physics – Macroscopic Quantum Objects“ dreht sich um die
zentrale Frage, wie groß – im weitesten Sinne – ein physikalisches
System sein kann, ohne seine quantenphysikalischen
Eigenschaften zu verlieren. An der Schnittstelle zwischen
theoretischer Quantenoptik, Quanteninformationstheorie
und nano- und mikrostrukturierten Festkörpersystemen
sollen Wege gefunden werden, um die Quantentheorie im
Makrokosmos zu testen. Neben dieser fundamentalen Fra-
gestellung werden auch mögliche Anwendungen der Quantenphysik
in der Quanteninformations- und Quantenkommunikationstechnologie
sowie der Metrologie untersucht.
In enger Zusammenarbeit mit jeweils führenden experimentellen
Gruppen befassen wir uns dabei mit einem breiten
Spektrum von Quantensystemen, von einzelnen Photonen
und Atomen in Fabry-Perot-Resonatoren über atomare Ensembles
und nano- oder mikromechanische Oszillatoren
bis hin zu makroskopischen Testmassen in Gravitationswellendetektoren.
Der Fokus der Arbeiten liegt in der Nutzung
von quantenkohärenten Effekten in der Wechselwirkung
von Licht und Materie, um den Quantenzustand massiver,
makroskopischer Objekte präparieren, kontrollieren und verifizieren
zu können.
Diese Arbeitsgruppe beginnt am 15. September 2010.
Klemens Hammerer
85

privat
86
Institut für Theoretische Physik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762 17508
E-Mail: tobias.osborne@itp.uni-hannover.de
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Tobias J. Osborne
A key objective of this research group is
the development of interdisciplinary results
exploiting quantum information concepts
in adjoining disciplines. One ongoing project
in this area is the development of new
theoretical tools in condensed matter physics
to obtain insights into the properties of
quantum entanglement. This has resulted
in a series of results highlighting quantum
entanglement as the key physical property
underlying strongly correlated quantum phenomena
such as quantum phase transitions.
A by-product of this investigation has been
the development of general new theoretical
tools for understanding the non-equilibrium
phenomena of strongly-correlated quantum
spin systems. One important result which has
emerged, has been the identification of the
key role information propagation plays in the
simulatability of a complex quantum system.
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Variationsprinzip und Wellenfunktionen der Quantenfeldtheorie
» Lokalisierung für ungeordnete Multi-Teilchen-Systeme
» Spektraleigenschaften der Quantenfeldsysteme
» Development of variational wavefunctionals for low-dimensional quantum field
theories
» Disorder and localisation for multi-particle dynamical systems
» Spectral properties of quantum field systems
Kooperationen Collaborations
» Quantenoptik, Quanten-Nanophysik, Quanteninformation, Universität Wien, Österreich
» DAMTP, Cambridge University, Großbritannien
» Max-Planck-Institut für Quantenoptik
» Quanteninformation, Universität Potsdam
» Institute for Quantum Information, Caltech, USA
» Finanzmathematik, 2007-2008
» Differentialgleichungen, 2005-2008
» Elektromagnetische Theorie, 2006
» Chaostheorie, 2005-2008
» Partner des Wissenschaftskollegs zu Berlin, 2009-2010
» Auszeichnung für beste Lehre, Royal Holloway College
» Quantum Optics, Quantum Nanophysics, Quantum Information, Universität Wien,
Austria
» DAMTP, Cambridge University, Great Britain
» Max-Planck-Institut für Quantenoptik
» Quantum information theory, Universität Potsdam, Germany
» Institute for Quantum Information, Caltech, USA
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Financial mathematics, 2007-2008
» Differential equations, 2005-2008
» Electromagnetic theory, 2006
» Chaos theory, 2005-2008
Auszeichnungen Awards
» Fellow of the Wissenschaftskolleg zu Berlin, 2009-2010
» Royal Holloway college best practice teaching prize
This has led to a general efficient procedure for
simulating the dynamics of strongly interacting
quantum spin systems.
In the same area, insights in quantum information
theory have also been used to understand
the phenomena of Anderson localisation
in strongly interacting scenarios. Here
the localisation phenomena slows down the
propagation of information through a complex
quantum system rendering it efficiently
simulatable. It is now expected that new insights
into the properties of quantum cellular
automata will lead to general results establishing
Anderson localisation for a much wider
class of systems than hitherto known.
Recently, the application of quantuminformation
theoretical tools to the more remote
discipline of quantum field theory was
initiated. In this respect quantum-entanglement
inspired results have already led to the
first successful application of the variational
principle to a non-trivial relativistic quantum
field theory. In the longer term, the aim of
this promising wide-ranging project is to
obtain results explicating confinement and
non-equilibrium physics for gauge field
theories.

Future Research Group | Zukünftige Forschungsgruppe
Quantum Information
Illustration der Dynamik der Korrelationsfunktionen für ein interagierendes
Teilchen-System in einem ungeordneten Feld.
Illustration of the dynamics of the correlation functions of an interacting particle
system in a disordered field.
Ein wesentliches Ziel dieser Forschungsgruppe ist die
Entwicklung interdisziplinärer Ergebnisse durch Ausnutzung
der Erkenntnisse der Quanteninformation in benachbarten
Disziplinen. Ein laufendes Projekt in dieser Richtung ist die
Entwicklung neuer Werkzeuge für die Theorie der Kondensierten
Materie, bei der Einsichten der Verschränkungstheorie
zum Einsatz kommen. Dies hat zu einer Gruppe von
Ergebnissen geführt, die Verschränkung als physikalische
Schlüsseleigenschaft für Phänomene wie Quantenphasenübergänge
beleuchten. Ein Nebenprodukt dieser Untersuchung
war die Entwicklung von allgemeinen Methoden für
Nichtgleichgewichtsphänomene in stark korrelierten Quantenspinsystemen.
Ein wichtiger Schritt war die Erkenntnis der
Schlüsselrolle der Informationsausbreitung für die Simulierbarkeit
komplexer Quantensysteme. Daraus ergaben sich
effiziente Verfahren zur Simulation der Dynamik stark wechselwirkender
Spinsysteme.
100
80
60
40
20
100
80
60
40
20
10 20 30 40 50
10 20 30 40 50
100
80
60
40
20
100
80
60
40
20
10 20 30 40 50
10 20 30 40 50
In dieser Richtung fortschreitend wurden Einsichten
der Quanteninformationstheorie wichtig für das Verständnis
der Anderson-Lokalisierung in stark wechselwirkenden
Szenarien. Dabei verlangsamt die Lokalisierung die Informationsausbreitung,
und macht damit das komplexe System
effizient simulierbar. Es wird erwartet, dass Erkenntnisse über
Quantenzellularautomaten dazu beitragen werden, das Phänomen
der Anderson-Lokalisierung für eine viel größere Systemklasse
als bisher nachzuweisen.
Kürzlich wurde auch die Anwendung von Methoden
der Quanteninformationstheorie auf die entfernter liegende
Quantenfeldtheorie in Angriff genommen. Derart inspirierte
Ergebnisse haben schon zur ersten erfolgreichen
Anwendung des Variationsprinzips auf eine nicht-triviale
relativistische Quantenfeldtheorie geführt. In der weiteren
Entwicklung dieses langfristigen Projekts werden Ergebnisse
zum Confinement und zur Nichtgleichgewichtsphysik von
Eichtheorien angestrebt.
Tobias J. Osborne
87

Vockerodt (QUEST)
88
Institut für Theoretische Physik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762 17501
E-Mail: reinhard.werner@itp.uni-hannover.de
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Reinhard F. Werner
Theoretical quantum information research
in QUEST spans the full breadth of the discipline,
from quantum algorithm development
for quantum computers and theoretical quantum
Shannon theory through to practical applications
with research on quantum control,
experimental implementations of quantum
computers, and quantum cryptography.
This research group, led by Prof. Dr. Reinhard
F. Werner, transferred from the Technical
University of Braunschweig in April 2009, and
is well-known for the mathematically rigorous
analysis of quantum information phenomena.
Fundamental contributions include the now
accepted mathematical definition of entanglement
(1983), the analysis of general teleportation
processes, a quantitative formulation of
Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects
» Datenstrukturen und Domänen für Quanteninformation
» 1/N-Korrekturen für allgemeine Mean-Field Theorien
» Modellierung von Korrelationen zwischen Quantenprozessen in kontinuierlicher Zeit
» Axiomatik der Quantentheorie und allgemeinerer statistischer Theorien
» Matrix geordnete Operatorräume
» Albert-Einstein-Institut, Hannover
» Instiut für Quantenoptik, Hannover
» BMBF-Projekte
» EphQuam
» QuORep
» EU-Projekte
» Q-ESSENCE
» COQUIT
» CORNER
» Quanteninformationstheorie, 2009
» Statistische Mechanik and Thermodynamik, 2009/2010
» Functionalanalysis für Physiker, 2010
» Rechenmethoden der Physik, 2010/2011
» Data structures and domains for quantum information
» 1/N correction to general mean field theories
» Modeling of correlations between continuous time processes
» Axiomatics of quantum theory and more general statistical theories and their composition
» Matrix ordered operator spaces
Kooperationen Collaborations
» Albert Einstein Institute, Hannover, Germany
» Instiute for Quantum Optics, Hannover, Germany
» BMBF Projects
» EphQuam
» QuORep
» EU Projects
» Q-ESSENCE
» COQUIT
» CORNER
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Quantum Information Theory, 2009
» Statistical Mechanics and Thermodynamics, 2009/2010
» Functional Analysis for Physicists, 2010
» Computational Methods of Physics, 2010/2011
the trade-off between information gain and
disturbance for quantum measurements.
Current research areas extend from quantum
lattice systems with discrete time dynamics,
such as quantum walks and cellular automata,
quantum cryptography from general dependencies
between Bell-type correlations and security
through to the theoretical part of the
QUEST project, “Crypto on Campus”, complexity
of quantum algorithms, and general issues
of time in quantum theory (together with Jun.
Prof. Andreas Ruschhaupt). A topic, which is
of increasing relevance for the group, is the
application of entanglement theory, complexity
ideas, and control theory to the analysis of
complex systems.

Future Research Group | Zukünftige Forschungsgruppe
Quantum Information
Kaustik, deren Dichte die asymptotische
Ortsverteilung einer zweidimensionalen
unitären Quanten-
Irrfahrt beschreibt.
Caustic whose density represents the
asymptotic position distribution of a
unitary quantum walk on a 2-dimen-
sional lattice.
Die Forschung zur Quanteninformationstheorie in
QUEST umspannt die gesamte Breite dieses Gebiets, von der
Entwicklung von Algorithmen für Quantencomputer und
der quantentheoretischen Entsprechung der Shannonschen
Informationstheorie bis hin zu praktischen Anwendungen
der Quantenkontrolle, experimentellen Realisierungen von
Quantencomputern und der Quantenkryptographie.
Diese Arbeitsgruppe kam im April 2009 von der Technischen
Universität Braunschweig nach Hannover und ist vor
allem für die Untersuchung von Phänomenen der Quanteninformation
mit mathematisch strengen Methoden bekannt.
Zu den grundlegenden Beiträgen gehören die mathematische
Definition der Verschränktheit von 1983, die Analyse
allgemeiner Teleportationsprozesse sowie eine quantitative
Formulierung des Wechselverhältnisses von Informationsgewinn
und Störung des Systems bei Quantenmessungen.
Die gegenwärtigen Forschungsaktivitäten betreffen
Quantengittersysteme mit Dynamik in diskreter Zeit, wie
zum Beispiel Quantenirrfahrten und Quantenzellularautomaten,
ferner die Quantenkryptographie, von den allgemeinen
Zusammenhängen zwischen Bell-artigen Korrelationen
und Sicherheit hin zum Theorieteil des QUEST-Projekts
„Crypto on Campus“. Weiterhin wird in Zusammenarbeit mit
Jun.-Prof. Dr. Andreas Ruschhaupt die Rolle der Zeit in der
Quantenmechanik untersucht. Ein Thema mit wachsender
Bedeutung ist die Anwendung von Verschränkungstheorie
und Ideen aus Komplexitäts- und Kontrolltheorie auf die
Analyse komplexer Systeme.
Reinhard F. Werner
89

Arbeitsgruppe Sterr Thomas Damm / QUEST
90
Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
Telefon: (+49) (531) 592-4010
E-Mail: fritz.riehle@ptb.de
Area Manager Task Groups | Leiter des Bereichs Task Groups
Prof. Dr. Fritz Riehle
The Task Groups in QUEST are the “work
benches” of the Cluster of Excellence, where
“cross-linking” of the research areas results either
in visions which are turned into reality or
new research activities that are initiated and
executed by a number of groups working
together. The first of these two categories
comprises the Task Groups “Quantum Test
of the Equivalence Principle”, “Transportable
Ultra-stable Clocks”, “Third Generation
Gravitational Wave Observatories”, “10 m
Prototype Interferometer” and, “Next generation
Gravity Field Missions”. The Task Groups
“Physics of Spinor Systems”, “Variations of
Fundamental Constants”, “Advanced Light
Sources and Optical Materials” and, “High
Precision Modelling” belong to the second
category, with substantial overlap between
both categories.
The Task Groups concept in QUEST has
proven its value to such an extent that after
only 18 months the two new task groups
“Advanced Light Sources
and Optical Materials”
and “High Precision
Modelling” have been
respectively established
to develop
advanced laser
sources in what is
a cross-sectional
task and to develop
a plat-
form for the high precision modelling. Two
particular challenges for the “High Precision
Modelling” Task Group are the breath-taking
requirements for the modelling, with a fractional
uncertainty of as low as 10 -20 , required
for particular clock components and numerical
quantum modelling.
In all established Task Groups exceptional
results have already been obtained.
To mention just a few from the coordinated
research into “Transportable Ultra-stable
Clocks”—different groups have utilized different
kinds of transportable microwave
frequency standards for the frequency
calibration of the optical magnesium clock
and for geodetical applications. One group
has already developed transportable key
components of an optical clock (see photograph)
and utilized them successfully in
different laboratories. Another group has
installed a fiber optic network to distribute
optical frequencies and has characterized
the network to its basic limits. Furthermore
this method has been employed in a much
improved remote frequency measurement
of the magnesium standard and has been
implemented for the first time, in cooperation
with several external groups, in a long
distance fiber link using phase coherent amplifiers.
As a result, optical clocks can now
be compared over long distances without
increasing the uncertainty of the comparison
resulting from the link itself.
Transportabler Uhrenlaser einer optischen Strontium-Gitteruhr
Transportable clock laser of an optical strontium lattice clock

Task Groups
The Workbenches in QUEST
Die Projektgruppen in QUEST stellen die „Werkbänke“
des Exzellenzclusters dar, in denen „quer“ zu den Research
Areas entweder Visionen in die Realität umgesetzt oder
neue Forschungsschwerpunkte initiiert und gruppenübergreifend
bearbeitet werden. Der ersten dieser beiden Kategorien
lassen sich die Projektgruppen „Quantum Test
of the Equivalence Principle“, „Transportable Ultra-stable
Clocks“, „Third Generation Gravitational Wave Observatories“,
„10 m Prototype Interferometer“ und „Next Generation
Gravity Field Missions“ zuordnen. Die Projektgruppen „Physics
of Spinor Systems“, „Variations of Fundamental Constants“,
„Advanced Light Sources and Optical Materials“ und
„High Precision Modelling“ gehören zur zweiten, wobei die
Übergänge zwischen den beiden Kategorien fließend sind.
Das Konzept der Projektgruppen in QUEST hat sich
so bewährt, dass bereits nach nur 18 Monaten die beiden
neuen Projektgruppen „Advanced Light Sources and
Optical Materials“ und „High Precision Modelling“ eingerichtet
wurden, um als Querschnittsaufgaben neuartige
Laserquellen zu entwickeln und QUEST eine Plattform für
die höchstgenaue Modellierung zu bieten. Zwei besondere
Herausforderungen, denen sich die Projektgruppe
„High Precision Modelling“ stellt, sind eine anzustrebende
Task Groups / Projektgruppen
Physics of Spinor Systems, Prof. Dr. Luis Santos (Page | Seite 92)
Quantum Test of the Equivalence Principle, Prof. Dr. Ernst Maria Rasel (Page | Seite 94)
Transportable Ultra-stable Clocks, Dr. Uwe Sterr (Page | Seite 96)
Variations of Fundamental Constants, Dr. Ekkehard Peik (Page | Seite 98)
Third Generation Gravitational Wave Observatories, Dr. Harald Lück (Page | Seite 44)
10 m Prototype Interferometer, Dr. Stefan Goßler, Dr. Benno Willke (Page | Seite 52)
Next Generation Gravity Field Missions, Prof. Dr. Jakob Flury, Dr. Gerhard Heinzel (Page | Seite 100)
Advanced Light Sources and Optical Materials, Dr. Dietmar Kracht (Page | Seite 102)
High Precision Modelling, Prof. Dr. Claus Lämmerzahl (Page | Seite 104)
Modellierung mit einer atemberaubenden Präzision, die
eine relative Unsicherheit von 10 -20 erreichen soll, sowie
die numerische Quantenmodellierung.
In allen etablierten Projektgruppen wurden bereits
besondere Ergebnisse erzielt. Als Beispiel soll hier nur die
koordinierte Arbeit in einer Projektgruppe dienen. Verschiedene
Arbeitsgruppen in der Projektgruppe „Transportable
Ultra-stable Clocks“ haben unterschiedliche
transportable Mikrowellenfrequenznormale für die Frequenzkalibrierung
einer optischen Magnesiumuhr und für
geodätische Anwendungen genutzt. Eine andere Gruppe
hat bereits transportable Schlüsselkomponenten einer
optischen Uhr (siehe Foto) entwickelt und in verschiedenen
Laboratorien erfolgreich eingesetzt. Die Verteilung
optischer Frequenzen über ein Glasfasernetzwerk wurde
eingerichtet und charakterisiert. Das Verfahren wurde zu
einer verbesserten Messung der Frequenz des optischen
Magnesiumnormals genutzt und, gemeinsam mit einer
externen Arbeitsgruppe, erstmalig in einer Langstreckenverbindung
mit phasenkohärenten Verstärkern eingesetzt.
Im Ergebnis können jetzt räumlich weit entfernte optische
Uhren schnell und genau ohne Einbuße ihrer Genauigkeit
verglichen werden.
91

Thomas Damm / QUEST
92
Institut für Theoretische Physik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-5890
E-Mail: santos@itp.uni-hannover.de
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Luis Santos
Beteiligte Forschungsprojekte Involved Research Projects
» Non-classical states of matter (Prof. Ertmer/Dr. Klempt, Prof. Santos)
» Condensed matter physics with cold atoms (Prof. Vekua, Prof. Santos)
» Artificial electromagnetism (Prof. Rasel, Prof. Santos)
» Spin-noise spectroscopy (Prof. Oestereich)
This Task Group constitutes a joint effort
between theorists and experimentalists in
the fields of condensed-matter physics and
quantum optics towards achieving a better
common understanding of the physics
of so-called spinor systems. These systems,
which are formed by particles with various
internal (spin) states, exhibit some very interesting
physical phenomena due to the
interplay between internal and external
degrees of freedom. This group focuses its
activities on four different scenarios where
spinor physics plays a crucial role:
» Non-classical states of matter (Prof. Ertmer/Dr. Klempt, Prof. Santos)
» Condensed matter physics with cold atoms (Prof. Vekua, Prof. Santos)
» Artificial electromagnetism (Prof. Rasel, Prof. Santos)
» Spin-noise spectroscopy (Prof. Oestereich)
1. Spinor gases as a fascinating
novel source for highly-accurate
measurements.
2. Spinor gases in so-called optical lattices
and their fascinating links to solidstate
physics.
3. Quasi-relativistic physics in cold spinor
gases, which display a striking resemblance
to high-energy physics.
4. Spin-noise spectroscopy, which constitutes
an invaluable tool for solid-state
and cold gas analysis.

Task Group
Physics of Spinor Systems
Diese Task Group bündelt die gemeinsamen Forschungsarbeiten
theoretischer und experimenteller Physiker
auf den Gebieten der Quantenoptik und der Festkörperphysik,
um ein besseres Verständnis der Physik der sogenannten
Spinorsysteme zu gewinnen. Solche Systeme, bestehend
aus Teilchen mit mehreren internen (Spin-) Zuständen, weisen
durch das Wechselspiel zwischen äußeren und inneren
Freiheitsgraden reichhaltige physikalische Eigenschaften auf.
Die Forschergruppe befasst sich mit vier verschiedenen physikalischen
Systemen, in denen die Spinorphysik eine entscheidende
Rolle spielt:
Ausgewählte Publikationen/Selected publications:
1. Spinorgase als eine faszinierende neuartige Quelle für
hochpräzise Messungen.
2. Spinorgase in sogenannten optischen Gittern und deren
spannende Verknüpfung mit der Festkörperphysik.
3. Quasi-relativistische Physik in kalten Spinorgasen, die
eine überraschende Ähnlichkeit mit der Hochenergie-
Physik aufweisen.
4. Spin-Rausch-Spektroskopie, ein wertvolles Werkzeug zur
Analyse von Festkörpern sowie kalten Gasen.
» C. Klempt et al., Parametric amplification of vacuum fluctuations in a spinor condensate, Phys. Rev. Lett. 104, 195303 (2010)
QUEST Task Group 1
Spinor-Bose-Einstein-Kondensate stellen eine Quelle für nicht-klassische
Materiewellen dar. a) Bose-Einstein-Kondensate, die ohne Spinorientierung
hergestellt wurden (mittlere Reihe), können spontan symmetrische
Materiewellen mit positiver (obere Reihe) und negativer (untere Reihe)
Spinausrichtung ausbilden. Für steigende Magnetfeldstärke (von links
nach rechts) entstehen diese Materiewellen in immer stärker angeregten
räumlichen Moden. b) Die entstandenen Moden entsprechen den
Grundmoden eines zweidimensionalen Kastenpotenzials.
Spinor Bose-Einstein condensates may be used as a source for non-classical matter
waves. a) Bose Einstein condensates, prepared without spin orientation (center row),
may spontaneously populate symmetrical matter waves with positive (upper row) and
negative (lower row) spin orientation. For increasing magnetic field strength (from
left to right), these matter waves are produced in increasingly excited spatial modes.
b) The populated modes correspond to the ground modes of a two-dimensional box
potential.
» K. Rodriguez et al., Mott-insulator phases of one dimensional spin-3/2 fermions in the presence of a quadratic Zeeman coupling, Phys. Rev.
Lett. in press (2010)
» M. Merkl et al., Chiral confinement in quasi-relativistic Bose-Einstein condensates, Phys. Rev. Lett. 104, 073603 (2010)
» G. M. Müller et al., Gigahertz spin noise spectroscopy in n-doped bulk GaAs, Phys. Rev. B 81, 121202(R) (2010)
93

Norbert Michalke / QUEST
94
Institut für Quantenoptik
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762 19203
E-Mail: rasel@iqo.uni-hannover.de
Beteiligte Forschungsbereiche und Institute Involved Research Areas and Institutes
» Quantum Engineering
» Quantum Sensors
» Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrorgravitation, Bremen
» Albert-Einstein-Institut, Hannover
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
» Institut für Erdmessung, Hannover
» Quantum Engineering
» Quantum Sensors
» Center for Applied Space Technology and Microgravity ZARM, Bremen
» Albert Einstein Institute, Hannover
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
» Institut für Erdmessung, Hannover
Kooperationen Collaborations
» Institut für Quantenphysik, Universität Ulm
» Institut für Angewandte Physik, Technische Universität Darmstadt
» Institut für Laserphysik, Universität Hamburg
» Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin
» Ferdinand Braun Institut für Höchstfrequenztechnik, Berlin
» Max-Planck Institut für Quantenoptik, Garching
» MENLO Systems
» École normale supérieure Paris, Frankreich
» Midlands Ultracold Atom Research Centre, University of Birmingham, UK
» Observatoire de Paris/SYRTE, Frankreich
» Dipartimento di Fisica and LENS Laboratory, Universita‘ di Firenze, Italien
» IQS Inertial Quantum Sensors (Eurocores project)
» QuDEGPM (Eurocores project)
» Isense (FP7)
» PRIMUS (Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt)
» LASUS (Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt)
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Ernst Maria Rasel
A better understanding of gravity is
today one of the most important issues
in fundamental physics. We lack a joint
theory for gravity and quantum mechanics.
Promising candidates for resolving this
issue predict new forces, which might lead
to a modification of the equivalence principle.
The principle of equivalence states
that the gravitational mass equals the inertial
mass and that bodies of different mass
and composition should display an equal
rate of free fall. One of the most puzzling
features of matter is its wave nature. The
propagation of matter waves in gravity is
at the heart of both gravity and quantum
mechanics. The Task Group “Quantum Test of
the Equivalence Principle” develops tools for
» Institut für Quantenphysik, Universität Ulm, Germany
» Institut für Angewandte Physik, Technische Universität Darmstadt, Germany
» Institut für Laserphysik, Universität Hamburg, Germany
» Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Germany
» Ferdinand Braun Institut für Höchstfrequenztechnik, Berlin, Germany
» Max-Planck Institut für Quantenoptik, Garching, Germany
» MENLO Systems
» École normale supérieure Paris, France
» Midlands Ultracold Atom Research Centre, University of Birmingham, UK
» Observatoire de Paris/SYRTE, France
» Dipartimento di Fisica and LENS Laboratory, Universita’ di Firenze, Italy
Forschungsprojekte Reasearch projects
» IQS Inertial Quantum Sensors (Eurocores project)
» QuDEGPM (Eurocores project)
» Isense (FP7)
» PRIMUS (German Aerospace Center)
» LASUS (German Aerospace Center)
tailoring matter waves for precision experiments.
The tools enable testing of the universal
propagation of matter waves. Matter
waves are very efficiently formed from different
isotopes of potassium and rubidium.
The resultant wave propagation is compared
using precision interferometry to an accuracy
of a few billionths of the acceleration
due to gravity. This will be the first dedicated
experiment to compare the propagation of
matter waves using state-of-the-art techniques.
The sensitivity of these experiments
is greatly enhanced by the extended time
of free fall of these quantum objects. The
scientists are therefore aiming at an even
more challenging approach to do such an
experiment to be carried out in a in drop
tower or even in space. A first step is the
demonstration of Bose-Einstein condensation
in microgravity at the 146 meter high
drop tower in Bremen.

QUANTUS-Team ZARM – Universität Bremen (2)
Task Group
Quantum Test of the Equivalence Principle
Der 146 Meter hohe Fallturm
auf dem Gelände der Universität
Bremen.
The 146 meter drop tower on the campus
of the University of Bremen.
Vorbereitung der QUANTUS-
Abwurfkapsel kurz vor Beginn des
Experiments.
Preparation of the QUANTUS drop capsule
before transfer into the tower
Eines der großen Rätsel auf dem Gebiet der fundamentalen
Physik ist die Vereinigung von Gravitation und
Quantenmechanik. Vielversprechende Theorien erlauben
Szenarien, die das Äquivalenzprinzip modifizieren könnten.
Es postuliert die Gleichheit der trägen und der schweren
Masse und führt zu einer universellen Fallrate für alle Körper,
unabhängig von ihrer Zusammensetzung. Die Welleneigenschaften
von Materie sind eines der faszinierendsten
Phänomene der Quantenmechanik. Die Ausdehnung von
Materiewellen unter dem Einfluss der Gravitation kombiniert
Elemente der Gravitation und der Quantenmechanik. Die
Task Group „Quantum Test of the Equivalence Principle“ entwickelt
Methoden, um Materiewellen für Präzisionsmessungen
wie die der universellen Ausdehnung unter dem Einfluss
der Schwerkraft zu nutzen. Die Wissenschaftler können sehr
effizient kohärente Materiewellen aus den Isotopen von Ka-
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
lium und Rubidium formen und mithilfe von Materiewellen-
Interferometern die Ausdehnung dieser Wellen sehr genau
auf wenige Billionstel der Erdbeschleunigung vergleichen.
Dies wird den ersten Quantentest des Äquivalenzprinzips
durch den hochgenauen Vergleich der Evolution zweier Materiewellen
darstellen. Die Empfindlichkeit sollte sich dabei
durch die Ausdehnung der Dauer des freien Falls noch deutlich
steigern lassen. Die Forscher bereiten daher weiterführende
Experimente im Fallturm und sogar im Weltraum vor.
Ein erster Schritt, diese Herausforderung zu meistern, ist die
Demonstration der Bose-Einstein-Kondensation unter den
Bedingungen des ausgedehnten freien Falls mithilfe einer
im Rahmen des Projektes QUANTUS (Quantengase unter
Schwerelosigkeit) entwickelten Apparatur im 146 Meter
hohen Fallturm in Bremen.
» T. v. Zoest, N. Gaaloul, Y. Singh, H. Ahlers, W. Herr, S. T. Seidel, W. Ertmer, E. Rasel, M. Eckart, E. Kajari, S. Arnold, G. Nandi, W. P. Schleich, R. Walser,
A. Vogel, K. Sengstock, K. Bongs, W. Lewoczko-Adamczyk, M. Schiemangk, T. Schuldt, A. Peters, T. Könemann, H. Müntinga, C. Lämmerzahl, H.
Dittus, T. Steinmetz, T. W. Hänsch, and J. Reichel, Bose-Einstein Condensation in microgravity, Science 328, 1540 (2010)
Innenansicht des Fallturms in
Bremen mit einer typischen Abwurfkapsel.
View from inside the droptower with a
typical experimental capsule.
» E. Kajari, N. L. Harshman, E. M. Rasel , S. Stenholm, G. Süßmann, and W. P. Schleich, Inertial and gravitational mass in quantum mechanics, Apl.
Phys. B, accepted for publication (2010)
» P. Delva and E. Rasel, Matter wave interferometry and gravitational waves, Journal of Modern Optics 56, 1999–2004 (2009)
95

Thomas Damm / QUEST
96
Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
Telefon: (+49) (531) 592-4312
E-Mail: uwe.sterr@ptb.de
Group Leader | Gruppenleiter
Dr. Uwe Sterr
Beteiligte Forschungsbereiche Involved Research Areas
» Forschungsbereiche Quantum Engineering, Quantum Sensors, Enabling Technologies
» Variations of Fundamental Constants, Dr. Ekkehard Peik
» High Precision Modelling, Prof. Dr. Claus Lämmerzahl
PTB Braunschweig
The Task Group “Transportable Ultrastable
Clocks” is focussed on the development
and application of transportable highly
accurate clocks. The best present optical
clocks are so accurate that only clocks at the
same location can be compared. However,
the most interesting applications of these
clocks occur outside the laboratory, for example
in space, for navigation, geodesy and
tracking spacecrafts in deep space missions.
The Task Group investigates various
methods to make such clocks available
for these applications. Ultra-stable optical
resonators are developed that can be
transported without any loss of performance.
For applications requiring high absolute
accuracy, a complete optical lattice
clock is miniaturized, making it suitable for
field measurements such as relativistic ge-
» Research Areas Quantum Engineering, Quantum Sensors, Enabling Technologies
» Variations of Fundamental Constants, Dr. Ekkehard Peik
» High Precision Modelling, Prof. Dr. Claus Lämmerzahl
odesy. Further investigations quantify the
improvements that are possible in satellitebased
geodesy, when highly stable clocks
are used in the receivers. To investigate
this, a transportable hydrogen maser of the
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
was employed.
Instead of transporting clocks, optical
frequencies can also be transmitted
through optical fibers that are widely used
for telecommunication. In a first successfully
test, a stabilized link between the PTB in
Braunschweig and the Institute for Quantum
Optics in Hannover was established. Over a
distance of 73 kilometres an optical frequency
could be transmitted with a residual uncertainty
well below that of the participating
optical clocks.
Vibrationsunempfindlicher optischer
Referenzresonator.
Vibration-insensitive optical reference resonator.

Task Group
Transportable Ultra-stable Clocks
Laboraufbau einer optischen Strontium-Gitteruhr.
Setup of a stationary optical lattice clock with strontium.
Die Task Group „Transportable ultrastabile Uhren“ beschäftigt
sich mit der Entwicklung und Anwendung von transportablen
Uhren hoher Genauigkeit. Die besten heutigen optischen
Uhren lassen sich nur noch am selben Ort mit ihrer
vollen Genauigkeit vergleichen. Dabei sind die interessantesten
Anwendungsbereiche dieser Uhren gerade außerhalb der
Labore, beispielsweise im Weltraum, in der Satellitennavigation,
bei der Vermessung der Erdoberfläche oder bei der Navigation
von Raumsonden für interplanetare Missionen.
Die Task Group untersucht verschiedene Methoden,
Uhren für diese Anwendungen verfügbar zu machen. Dazu
werden hochstabile optische Resonatoren entwickelt, die
transportabel sind, ohne dabei ihre Qualitäten einzubüßen.
Für Anwendungen, die eine hohe Absolutgenauigkeit benötigen,
wird eine komplette optische Gitteruhr auf kleinsten
Der transportable Uhrenlaser der PTB auf dem Weg nach Düsseldorf.
PTB’s transportable clock laser on the way to Düsseldorf.
Maßstab gebracht. Damit kann sie auch für Feldmessungen,
wie zum Beispiel die relativistische Geodäsie, eingesetzt
werden. Weitere Untersuchungen befassen sich mit den
Verbesserungen, die genaue Uhren für die Geodäsie und
Navigation mit sich bringen. Dazu wurde ein transportabler
Wasserstoff-Maser der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt
(PTB) eingesetzt.
Alternativ zum Transport der Uhr kann auch die optische
Frequenz über Glasfasern, wie sie auch zur Telekommunikation
verwendet werden, übertragen werden. In einem ersten
Versuch wurde eine stabilisierte Verbindung zwischen der
PTB in Braunschweig und dem Institut für Quantenoptik in
Hannover über eine Faserstrecke von 73 Kilometer hergestellt.
Der Beitrag der Faserverbindung zur Unsicherheit lag
dabei weit unterhalb der Unsicherheit der beteiligten Uhren.
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
» G. Grosche, O. Terra, K. Predehl, R. Holzwarth, B. Lipphardt, F. Vogt, U. Sterr, and H. Schnatz, Optical frequency transfer via 146 km fiber link
with 10-19 relative accuracy, Opt. Lett. 34, 2270-2272 (2009)
» C. Lisdat, J. S. R. Vellore Winfred, T. Middelmann, F. Riehle, and U. Sterr, Collisional losses, decoherence, and frequency shifts in optical lattice
clocks with bosons, Phys. Rev. Lett. 103, 090801 (2009)
» H. Schnatz, O. Terra, K. Predehl, T. Feldmann, T. Legero, B. Lipphardt, U. Sterr, G. Grosche, T. W. Hänsch, R. Holzwarth, T. Udem, Z. Lu, L. Wang,
W. Ertmer, J. Friebe, A. Pape, E. M. Rasel, M. Riedmann, and T. Wübbena, Phase-coherent frequency comparison of optical clocks using a
telecommunication fiber link, IEEE Trans. on Ultr. Ferr. and Freq. Contr. 57, 175-181 (2010)
PTB Braunschweig (2)
97

Thomas Damm / QUEST
98
Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
Telefon: (+49) (531) 592-4400
E-Mail: ekkehard.peik@ptb.de
Beteiligte Forschungsbereiche und Institute Involved Research Areas and Institutes
» Quantum Engineering
» Space-Time
Group Leader | Gruppenleiter
Dr. Ekkehard Peik
» Quantum Engineering
» Space-Time
This Task Group questions one of the
fundamental postulates of physics by asking
whether the so-called fundamental constants
are really constant. Some theoretical
models that strive for a unified description of
quantum physics and gravity predict, for example,
a temporal and spatial dependence
of the strength of the electromagnetic forces
within atoms. This would result, among
other effects, in a time dependence of the
frequencies of atomic transitions and hence
in a drift between different kinds of atomic
clocks. Astrophysical observations of spectral
lines from interstellar gas clouds are used
to look for such changes over a wide range
of the cosmological past. Within our plan-
etary system, a test is performed by precisely
monitoring the relative motion of the earth
and the moon, based on laser ranging to
the reflectors positioned on the moon since
1969. The experimental search for minute
changes at the limits of the available measurement
accuracy is of great relevance because
the detection of variability in one of
the fundamental constants would provide a
valuable guide for the development of theory.
The task group establishes a discussion
forum on this interdisciplinary topic within
QUEST that allows an exchange between
experimental, observational and theoretical
work in order to stimulate the development
of new approaches and methods.

Task Group
Variations of Fundamental Constants
Laser-Messsystem des geodätischen
Observatoriums Wettzell,
das für die Laser-Entfernungsmessung
zum Mond eingesetzt wird.
Laser system at the geodetic observatory
Wettzell that is used for laser ranging
to the moon.
In dieser Task Group wird eine grundlegende Aussage
der Physik infrage gestellt: Sind die sogenannten Naturkonstanten
tatsächlich konstant? In verschiedenen theoretischen
Modellen, die eine vereinheitlichte Beschreibung
von Quantenphysik und Gravitation anstreben, wird eine
Abhängigkeit, zum Beispiel der Stärke der elektromagnetischen
Kräfte in Atomen, von Ort und Zeit vorhergesagt. Dies
hätte unter anderem zur Folge, dass die Frequenz atomarer
Spektrallinien zeitabhängig wird und damit Differenzen zwischen
unterschiedlichen Atomuhren auftreten. Mit astrophysikalischen
Beobachtungen in den Spektren interstellarer
Gaswolken sucht man nach Hinweisen auf entsprechende
Änderungen über große Zeiträume in der Entwicklung des
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
Aufbau einer optischen Uhr mit einem Yb + -Ion. Dieses System ermöglicht
eine sehr empfindliche Suche nach einer Zeitabhängigkeit der Feinstrukturkonstanten.
Setup of the optical clock with a trapped Yb + ion. This system allows a sensitive search
for a temporal variation of the fine structure constant.
Universums. Ein wichtiger Test in unserem Planetensystem
ist die Relativbewegung von Erde und Mond, die bereits
über einige Jahrzehnte mittels gepulster Laser und der seit
1969 auf dem Mond installierten Reflektoren präzise vermessen
wird. Die experimentelle Suche nach solchen Effekten
an den Grenzen der heute erreichbaren Messgenauigkeit
ist von großer Bedeutung, da der Nachweis einer Variabilität
von Konstanten der Entwicklung der Theorie wichtige
Leitlinien liefern könnte. Die Task Group bildet ein Diskussionsforum,
das Resultate aus Laborexperimenten, Beobachtungen
und Theorie zu dieser interdisziplinären Fragestellung
in QUEST verbindet und nach neuen Ansätzen und
Methoden sucht.
» S. Karshenboim and E. Peik (Eds.), Atomic Clocks and Fundamental Constants, Eur. Phys. J. Special Topics 163 (2008)
» M. Soffel, S. Klioner, J. Müller, and L. Biskupek, Gravitomagnetism and lunar laser ranging, Physical Review D 78, 024033 (2008)
» S. Schiller et al., Einstein Gravity Explorer – a medium-class fundamental physics mission, Experimental Astronomy 23, 573 (2009)
U. Schreiber, Wettzell; Aginmar/PTB
99

Thomas Damm / QUEST
100
Prof. Dr.-Ing. Jakob Flury
Institut für Erdmessung (IfE)
Leibniz Universität Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-4905
E-Mail: flury@ife.uni-hannover.de
PD Dr. Gerhard Heinzel
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
Albert-Einstein-Institut Hannover
Telefon: (+49) (511) 762-19984
E-Mail: gerhard.heinzel@aei.mpg.de
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr.-Ing. Jakob Flury, PD Dr. Gerhard Heinzel
If one looks close enough, the gravity
field of the earth is neither homogeneous
in space nor constant in time. The tiny variations
contain a wealth of information about,
for example the subsurface structure, variations
in the global water cycle or the thickness
of ice layers near the poles. Observation
of the earth’s gravity field with dedicated
satellites began in 2000 and includes
now the missions CHAMP (Challenging
Minisatellite Payload for Geoscience and
Application), GRACE (Gravity Recovery And
Climate Experiment) and GOCE (Gravity
Field and Steady-State Ocean Circulation
Explorer). These missions provide new and
unique data, for example on ice melting
in Greenland, groundwater depletion in
Northern India, and many other fields. In
particular the US-German GRACE mission
has demonstrated the enormous potential
Beteiligte Forschungsbereiche und Institute Involved Research Areas and Institutes
» Precision Geodesy on Earth and in Space, Prof. Dr. Jakob Flury
» Next Generation Geodesy Missions, Dr. Benjamin Sheard
» Global Geodetic Observing System (GGOS), Prof. Dr. Jürgen Müller
» Atomic and Photonic Quantum Sensors, Prof. Dr. Ernst Rasel
» Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM), Bremen
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig
Albert Einstein Institut
» Precision Geodesy on Earth and in Space, Prof. Dr. Jakob Flury
» Next Generation Geodesy Missions, Dr. Benjamin Sheard
» Global Geodetic Observing System (GGOS), Prof. Dr. Jürgen Müller
» Atomic and Photonic Quantum Sensors, Prof. Dr. Ernst Rasel
» Centre of Applied Space Technology and Microgravity (ZARM), Bremen
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig
of the concept, but has at the same time
clearly shown how much more could be
done with more precise data with higher
spatial resolution. Furthermore, for many
questions on variations in the earth system,
continued observations over many years
are essential. This Task Group plays a central
role in the ongoing efforts to design a
new mission with better resolution that will
continue and improve the observation time
series. This is only possible in a truly multidisciplinary
collaboration, which has now
been established in QUEST. Our tasks within
QUEST include the detailed analysis of noise
sources in the GRACE data, the design of a
laser interferometer (based on LISA and LISA
Pathfinder technology) that will replace the
microwave ranging system and reduce the
ranging noise by a factor of at least 10, and
design studies for the satellites.
Design eines satellitengestützten Laserinterferometers
für eine Schwerefeldmission. Auf einem Zwillingssatelliten
befindet sich ein identisches Gegenstück.
Das Interferometer misst die Entfernung zwischen
den Satelliten (circa 200 Kilometer) mit einer Genauigkeit
im Nanometerbereich.
Setup of a satellite laser interferometer for a gravity field
mission. A twin satellite carries an identical counterpart. The
interferometer measures the inter-satellite range (about 200
kilometres) with nanometre accuracy.

Task Group
Next Generation Gravity Field Missions
Prototyp der optischen Bank für
ein satellitengestütztes Laserinterferometer
im Reinraum.
Prototype optical bench for an inter-
satellite laser interferometer in the
cleanroom.
Das Schwerefeld der Erde ist weder räumlich noch zeitlich
konstant, wenn man genau genug hinsieht. Die kleinen
Abweichungen enthalten eine Vielzahl von Informationen,
zum Beispiel über die Struktur des Erdmantels, über Änderungen
im globalen Wasserkreislauf oder über die Dicke der
polaren Eismassen. Die gezielte Vermessung des Erdschwerefeldes
mithilfe von Satelliten begann im Jahr 2000 und
umfasst heute die Missionen CHAMP (Challenging Minisatellite
Payload for Geoscience and Application), GRACE (Gravity
Recovery And Climate Experiment) und GOCE (Gravity Field
and Steady-State Ocean Circulation Explorer). Die Missionen
erfassen neue und einzigartige Daten, beispielsweise
über das Abschmelzen des Grönlandeises oder die Absenkung
des Grundwasserspiegels in Nordindien, aber auch in
ganz anderen Bereichen. Vor allem die US/deutsche Mission
GRACE hat das enorme Potenzial eines solchen Konzeptes
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
aufgezeigt. Gleichzeitig hat GRACE aber auch klargemacht,
wie viel mehr man mit genaueren Daten und höherer räumlicher
Auflösung erreichen könnte. Für Fragen zu Änderungen
im Erdsystem sind dabei Datenreihen über viele Jahre
entscheidend. Diese Task Group spielt eine zentrale Rolle bei
der Planung für eine Mission mit verbesserter Auflösung zur
Fortsetzung und Verbesserung der Beobachtungszeitreihen.
Dies ist nur in einer, in QUEST mittlerweile etablierten, multidisziplinären
Zusammenarbeit möglich. In QUEST befassen
wir uns insbesondere mit der detaillierten Analyse aktueller
GRACE-Daten, mit dem Design eines Laserinterferometers
basierend auf LISA-Technologie, um das Mikrowellengerät
von GRACE zu ersetzen und die Abstandsmessung um einen
Faktor von mindestens 10 zu verbessern, und mit Designstudien
der Satelliten.
» M. Dehne et al., Laser interferometer for spaceborne mapping of the Earth’s gravity field, Journal of Physics 154, 012023 (2009)
Marina Dehne
101

Thomas Damm / QUEST
102
Laser Zentrum Hannover e.V.
Telefon: (+49) (511) 2788 210
E-Mail: d.kracht@lzh.de
Lehre (Auszug) Selected Teaching
» Monatliches „QUEST Laser Seminar“ am Laser Zentrum Hannover
Group Leader | Gruppenleiter
Dr. Dietmar Kracht
In most of the research projects within
QUEST, special laser sources and optical materials
are needed. In some of the research
groups, mainly within the research area
“Enabling Technologies”, it is exactly these
sources and materials which are being investigated,
improved, developed, and tailored
to overcome current limits and to explore
new frontiers in QUEST research.
The Task Group “Advanced Light Sources
and Optical Materials” has been established
for mainly two different purposes. On the
one hand in order to optimize the crosslinking
between the laser and optical ma-
» Monthly “QUEST Laser Seminar” at the Laser Zentrum Hannover
terials research groups. For this reason, a
monthly laser seminar takes place at the
Laser Zentrum Hannover in which the different
groups present their latest results and
discuss the challenges they face. On the one
hand, this seminar provides an efficient,
quick, and informal means for exchanging
information between these research groups.
On the other hand, it also serves as an interface
to the other “laser-using” groups in
QUEST, who are given an opportunity to benefit
from the latest laser and optics developments
in their own research.

Laser Zentrum Hannover e.V.
Task Group
Advanced Light Sources and Optical Materials
Der überwiegende Anteil der QUEST-Forschungsprojekte
benötigt spezielle Laserquellen und optische Materialien
für das Erreichen der wissenschaftlichen Ziele. In einigen der
Forschungsgruppen, vorwiegend aus dem Bereich „Enabling
Technologies“, werden genau diese Quellen und Materialien
untersucht und weiterentwickelt sowie maßgeschneiderte
Lösungen realisiert, die es ermöglichen, derzeitige wissenschaftliche
Einschränkungen zu überwinden und Forschung
jenseits der aktuellen Grenzen zu betreiben.
Die Task Group „Advanced Light Sources and Optical Materials“
wurde hauptsächlich aus zwei Gründen in QUEST etabliert.
Zum einen soll sie die Vernetzung innerhalb der Laser-
Herstellung von optischen Komponenten im Labor am Laser
Zentrum Hannover. Die Ergebnisse der Task Group „Advanced
Light Sources and Optical Materials“ bilden die Grundlage
für die hochpräzisen Laseranwendungen der verschiedenen
Forschungsgruppen in QUEST.
Manufacture of optical components in the laboratory at the Laser Center
Hannover. The results of the Task Group “Advanced Light Sources and
Optical Materials” provide the basis for the high-precision laser applica-
tions of various research groups in QUEST.
und Optikforschungsgruppen optimieren. Hierfür wurde ein
monatliches Seminar am Laser Zentrum Hannover etabliert,
in dem die verschiedenen Gruppen ihre aktuellen Ergebnisse
vorstellen und die derzeitigen Herausforderungen diskutiert
werden. Somit ermöglicht dieses Seminar einen zeitnahen,
effizienten und informellen Informationsaustausch
zwischen diesen Forschungsgruppen. Zum anderen dient
es auch als Schnittstelle zu den Laseranwendergruppen in
QUEST, die hierdurch die Möglichkeit erhalten, direkt von
den neuesten Ergebnissen in der Laser- und Optikentwicklung
zu profitieren.
103

Thomas Damm / QUEST
104
Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie
und Mikrogravitation (ZARM)
Telefon: (+49) (421) 218-8687
E-Mail: claus.laemmerzahl@zarm.uni-bremen.de
Group Leader | Gruppenleiter
Prof. Dr. Claus Lämmerzahl
Beteiligte Forschungsbereiche und Institute Involved Research Areas and Institutes
» Quantum Sensors, Space-Time, Enabling Technologies
» Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation, Bremen
» Institut für angewandte Mathematik, Hannover
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig
» Institut für Quantenoptik, Hannover
» Albert-Einstein-Institut, Hannover
» Institut für Erdmessung, Hannover
In many cases, the experimental accuracy
which can be achieved requires precise
knowledge of the apparatus used and
the effects influencing the measurements.
Sometimes influences on the measurement
cannot be shielded out and, thus, have to
be modelled very precisely. In experiments
with lasers, for example, lenses and mirrors
will be heated leading to distortions of the
material, which obviously will influence the
experimental result.
Optimization of the experimental
design as well as determination of the
dominant influences on the experimental
outcome can be achieved only through
thorough precise modelling of the whole
apparatus. A required modelling accuracy
of 10-20 is derived based on the accuracy of
existing clocks and resonators. The modelling
takes into account mechanically and
thermally induced stresses and deformations,
thermal conduction, the influence of
» Quantum Sensors, Space-Time, Enabling Technologies
» Centre of Applied Space Technology and Microgravity, Bremen
» Institut für angewandte Mathematik, Hannover
» Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig
» Institute for Quantum Optics, Hannover
» Albert-Einstein-Institut, Hannover
» Institut für Erdmessung, Hannover
external radiation and mechanical forces as
well as the calculation of electromagnetic
fields. The results are of importance for the
development of optical clocks, or for laser
and atomic interferometry, which will be applied,
for example, in the space mission LISA
(Laser Interferometer Space Antenna) or in
satellite based geodesy missions.
A further area of activity which is very
near to the idea of Quantum Engineering
is high precision quantum modelling. One
task is the precise numerical calculation of
ground states and the dynamics of quantum
fields, e.g. Bose-Einstein condensates, under
various boundary conditions and time dependent
external influences. Such numerical
modelling is important for the design of
future quantum experiments as well as for
estimating the expected effects. One future
task is modelling of the coupling of quantum
systems to classical systems.

Task Group
High Precision Modelling
Zwei interferierende Bose-Einstein-Kondensate.
Two interfering Bose-Einstein condensates.
Die heute erreichbare Genauigkeit von Hochpräzisionsexperimenten
erfordert bereits im Vorfeld eine sehr genaue
Kenntnis der Apparatur und der auftretenden Effekte. Die
einzelnen Bauteile der Experimente sind zum Teil Einflüssen
ausgesetzt, die eine wesentliche Beeinträchtigung von
Mess ergebnissen zur Folge haben können. So sind beispielsweise
bei Laserexperimenten Linsen oder Spiegel sehr
hohen Temperaturen ausgesetzt, was Materialverformungen
zur Folge haben kann.
Die Optimierung des experimentellen Designs und die
Identifikation der dominanten Effekte kann vor Beginn eines
Experimentes nur durch eine entsprechende Modellierung
erreicht werden. Ausgehend von erreichbaren Genauigkeiten
aktueller Uhren und Resonatoren ergibt sich dabei eine
notwendig anzustrebende Präzision der Modellierung von
10-20. Die Modellierung beinhaltet mechanische und thermische
Spannungen und Deformationen, Wärmeleitung,
Selected publications | Ausgewählte Publikationen:
Strahlungseinflüsse, den Einfluss äußerer Kräfte sowie die Berechnung
von elektromagnetischen Feldern. Die Ergebnisse
sind somit von Bedeutung für die Entwicklung optischer
Uhren oder bei der Laser- und Atominterferometrie, die
zum Beispiel auch bei Raumfahrtprojekten wie LISA (Laser
Interferometer Space Antenna) oder bei satellitengestützter
Erdvermessung Anwendung finden.
Ein weiteres Forschungsthema, welches dem Vorhaben
Quantum Engineering sehr nahe kommt, ist die hochpräzise
Quantenmodellierung. Dabei werden numerisch die Grundzustände
und auch die Dynamik von Quantenfeldern, zum
Beispiel von Bose-Einstein-Kondensaten, aufwendig mit
hoher Präzision berechnet. Diese Berechnungen sind ebenfalls
wichtig für die Konzeption neuer Experimente wie auch
für die Abschätzung von nachzuweisenden Effekten. Dies
eröffnet auch die Modellierung der Kopplung von quantenmechanischen
Systemen mit klassischen Objekten.
» S. Scheithauer and C. Lämmerzahl, Analytical solution for the deformation of a cylinder under tidal gravitational forces, Class. Quantum Grav.
23, 7273–7295 (2006)
Streuung eines Bose-Einstein-Kondensates an einer Kante,
bei dem ein Teil reflektiert und ein anderer Teil gestreut wird.
Dabei entstehen Interferenzen.
Scattering of a Bose-Einstein Condensate at an edge, in which one part is
reflected and another part is scattered. This creates interference.
» B. Rievers, C. Lämmerzahl, S. Bremer, M. List, and H. Dittus, New powerful thermal modelling for high-precision gravity missions with applica-
tion to Pioneer 10/11 , New Journal of Physics 11, 113032 (2009)
Gitternetz eines optischen Resonators.
Network of an optical resonator.
Claus Lämmerzahl
105

Thomas Damm/QUEST (4)
106
Administration
The QUEST Office
Dr. Stefan Pfalz
Chief Operating Officer | Geschäftsführer
Telefon: (+49) (511) 762 17240
E-Mail:
stefan.pfalz@quest.uni-hannover.de
With its four members, the
QUEST office forms the organisational
backbone of the cluster. The
Office administers human resources,
finance, research projects, and
public and media relations. These
wide areas of responsibility include:
• Staff planning and
recruitment
• Financial planning
• Creation of strategic concepts
for allocation of resources
• Planning, application and
coordination of third-party
projects
• Content-related and organisational
support of fellowship
programmes
Birgit Ohlendorf
Office Management | Assistenz
Telefon: (+49) (511) 762 17240
E-Mail:
birgit.ohlendorf@quest.uni-hannover.de
• Communication and public
relations
The QUEST office thus serves
as an interface between the cluster
and its partners’ administrations.
In this context, it prepares
the decisions of the QUEST committees
and carries out the project
management.
In close cooperation with the
management of Leibniz Universität
Hannover, the focus in the first two
and a half years of QUEST has been
on creating new structures. The
most important part of the work
has been the establishment of new
professorships and supporting the
appointment procedures of a total
Barbara Thiele-Bode
Finance Management | Finanzassistenz
Telefon: (+49) (511) 762 17242
E-Mail:
barbara.thiele-bode@quest.uni-hannover.de
of eleven W2/W3 professorships
and three W1 professorships. This
also involved appointing the staff
of the cluster. A planning and monitoring
system for the allocation of
resources was installed and a corresponding
system applied to the
financial structures of the partners.
The QUEST office prepared the
applications for both QUEST-Leibniz
Research School and the Lower
Saxony PhD programme “Hannover
School for Laser, Optics and Space-
Time Research (HALOSTAR)” and
helped to establish them. The
administration and coordination
of these programmes is also
within the remit of the QUEST office.
Furthermore, the fellowship
Dr. Ude Cieluch
Communication and Public Relations |
Kommunikation und Öffentlichkeitsarbeit
Telefon: (+49) (511) 762 17481
E-Mail: ude.cieluch@quest.uni-hannover.de
programme “Excellence in QUEST”
is coordinated here and its fellows
receive organisational and contentrelated
support. The Office closely
collaborates with the area “Human
Resources” of QUEST, which is coordinated
by Prof. Dr. Rolf Haug.
As far as public relations are
concerned, the QUEST office regularly
publishes the newsletter QUEST
UPdate, which it also founded. In
addition, it organises public events
and lectures, and helps to pass on
scientific results to the general public
and the media.

Verwaltung
Das QUEST-Büro
Das QUEST-Büro bildet das organisatorische
Rückgrat des Clusters
und besteht zurzeit aus vier
Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern.
Die Aufgabengebiete umfassen die
Betreuung des Personals, der Finanzen,
der Forschungsprojekte sowie
den Kontakt zur Öffentlichkeit und
den Medien. Der Tätigkeitsbereich
der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
schließt daher zahlreiche unterschiedliche
Aufgabenfelder ein:
• Personalplanung und Einstellungen
• Finanzplanung
• Erstellung von strategischen
Konzepten zur Mittelverwendung
• Planung, Beantragung und
Koordination von Drittmittelprojekten
• Inhaltliche und organisatorische
Betreuung der Stipendienprogramme
• Kommunikation und Öffentlichkeitsarbeit
Dabei arbeitet das QUEST-Büro
als Schnittstelle zwischen dem
Cluster und den Verwaltungen der
beteiligten Partner. In diesem Zusammenhang
werden die Entscheidungen
der QUEST-Gremien vorbereitet
und das Projektmanagement
übernommen.
In enger Zusammenarbeit mit
der Leitung der Leibniz Universität
Hannover lag der Fokus in den ersten
zweieinhalb Jahren von QUEST
im Aufbau der neuen Strukturen.
Wichtigster Bestandteil der Arbeit
war dabei die Einrichtung der neuen
Professuren und die Betreuung der
insgesamt elf Berufungs- und drei
Ernennungsverfahren (W3/W2-Professuren
bzw. W1-Professuren). Dazu
zählte auch die Einstellung von Mitarbeiterinnen
und Mitarbeitern des
Clusters. Ebenfalls wurde ein System
zur Planung und Überwachung der
Mittelverwendung sowie die entsprechende
Abbildung auf die Finanzstrukturen
der Partner installiert.
Das QUEST-Büro hat die Einrichtung
und Beantragung der QUEST-
Leibniz-Forschungsschule sowie
des niedersächsischen Promotionsprogramms
„Hannover School for
Laser, Optics and Space-Time Research
(HALOSTAR)“ vorbereitet und
durchgeführt. Die Verwaltung und
Koordination dieser Programme gehört
ebenfalls zu den Aufgaben des
QUEST-Büros. Weiterhin wird das
Stipendienprogramm „Excellence
in QUEST“ koordiniert sowie dessen
Stipendiatinnen und Stipendiaten
auf organisatorischer und inhaltlicher
Basis betreut.
Im Bereich der Öffentlichkeitsarbeit
hat das QUEST-Büro den Newsletter
QUEST UPdate ins Leben gerufen
und ist als Herausgeber tätig.
Darüber hinaus werden öffentliche
Veranstaltungen und Vorträge organisiert
sowie der Transfer der
wissenschaftlichen Ergebnisse in
die Öffentlichkeit und die Medien
unterstützt.
QUEST
Centre for Quantum Engineering
and Space-Time Research
Leibniz Universität Hannover
Welfengarten 1
D-30167 Hannover
Telefon: (+49) (511) 762 17240
Telefax: (+49) (511) 762 17243
E-Mail: office@quest.uni-hannover.de
Web: www.quest.uni-hannover.de
107

108
Administration
Finance and Human Ressources
As with any other research facility,
QUEST depends on its staff, on its many
scientists. A major part of the financial
resources were spent on personnel
costs, especially in the initial phase of
the cluster. By the end of July 2010, 94
persons of the cluster were directly
financed by QUEST. However, more
than 220 people are directly involved
in QUEST projects. In addition, a large
amount of investment was necessary
in order to expand the existing research
infrastructure and to provide
new equipment and laboratories for
modern research activities. In this
framework, 2.8 million euros alone
were invested in major instrumentation,
of which four are already fully
used by the scientists. Thus, a thermal
vacuum chamber, a high-power laser
system, a coating facility, as well as a
13 weiteres Personal
13 other staff
fibre characterisation and fibre coupling
facility are currently operated at
Laser Zentrum Hannover. Furthermore,
a Molecular Beam Epitaxy unit will be
installed soon at Leibniz Universität
Hannover.
QUEST was also able to provide
“start-up funding” for its partners,
which was then topped up
from their own funds and used to
support a variety of research projects.
In this way, the professorship
“Experimental Quantum Metrology”
was established jointly by Leibniz
Universität and the Physikalisch-
Technische Bundesanstalt (PTB)
Braunschweig. Both institutions
share the financing of this professorship,
thus ensuring the sustainability
of this cooperation. In this
context the newly-built research
Durch QUEST direkt finanziertes Personal am 31.07.2010 (gesamt: 94)
Staff financed directly by QUEST as of 2010-07-31 (total: 94)
19 Professuren + Gruppenleitende
19 professorships + group leaders
62 wissenschaftliche Mitarbeitende
und Stipendiaten
62 scientif staff and scholarship holders
facility dedicated to QUEST research
on the PTB site in Braunschweig
should also be mentioned. Five
QUEST groups conduct research at
Laser Zentrum Hannover, benefitting
substantially from the knowhow
and infrastructure of the location.
The same can be observed
at Albert Einstein Institute: the six
groups working in collaboration
with the Institute for Gravitational
Physics can fully rely on the institute’s
resources. Finally, the
professorship “Quantum Gravity
Phenomenology” was established
jointly with Leibniz Universität
at the Center of Applied Space
Technology and Microgravity in
Bremen.
A key element in QUEST’s allocation
of resources is the cluster’s flexi-
5.280 k€ Investitionen
5,280 k€ investments
Ausgaben 11.2007 bis 07.2010 (gesamt: 16.082 k€)
Expenses from 2007-11 thru 2010-07 (total: 16,082 k€)
ble funding scheme for the purposes
of both start-up and project funding.
This funding enables rapid response
to short-term developments in research.
Here, the cluster distinguishes
between two types of project funding.
Up to a certain limit, funding for
staff and equipment can be applied
for directly from the steering commitee
in the framework of regular
calls for proposals. The applications
are examined and assessed by the
science board before the final decision
of financing is made. Project applications
requiring a higher level of
funding are additionally submitted
to the international advisory board,
which checks the applications from
an external perspective.
3.689 k€ Sachmittel
3,689 k€ material expenses
7.113 k€ Personal
7,113 k€ staff expenses

Verwaltung
Finanzen und Personal
Wie jede andere Forschungseinrichtung
lebt auch QUEST von
seinem Personal, von seinen zahlreichen
Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftlern. Ein Großteil der
finanziellen Mittel wurde vor allem
in der Startphase des Clusters in die
Personaldecke investiert. Mittlerweile
sind 94 Mitarbeitende direkt
durch QUEST finanziert, wobei mehr
als 220 Personen eng mit den Forschungsaktivitäten
des Clusters verbunden
sind. Weiterhin waren aber
auch viele Investitionen notwendig,
um bestehende Forschungsinfrastruktur
auszubauen oder um neue
Geräte und Laborausstattung für
den Forschungsbetrieb zur Verfügung
zu stellen. Allein 2,8 Millionen
Euro wurden in die Anschaffung
von fünf Großgeräten investiert, von
denen zurzeit vier in vollem Umfang
genutzt werden können. So sind
zurzeit am Laser Zentrum Hannover
eine Thermal-Vakuum-Kammer,
ein ein Hochleistungs-Lasersystem,
eine Beschichtungsanlage sowie
eine Fasercharakterisierungs- und
Faserkopplungsanlage im Einsatz.
Darüber hinaus wird in Kürze eine
Molekularstrahlepitaxieanlage an
der Leibniz Universität Hannover
installiert werden.
Mit den finanziellen Mitteln aus
QUEST konnten auch einige „Anschubfinanzierungen“
bei den beteiligten
Partnern getätigt werden,
die dann durch hauseigene Mittel
ergänzt wurden und damit verschiedene
Forschungsprojekte unterstützt
haben. So wurde die Professur „Experimental
Quantum Metrology“ gemeinsam
mit der Leibniz Universität
und der Physikalisch-Technischen
Bundesanstalt (PTB) Braunschweig
eingerichtet. Beide Institutionen
teilen sich die Finanzierung dieser
Professur und sichern die Nachhaltigkeit
dieser Kooperation damit ab.
In diesem Zusammenhang ist auch
das neu entstandene Forschungsgebäude
auf dem Gelände der PTB in
Braunschweig zu nennen, welches für
die QUEST-Forschung bereitgestellt
wird. Am Laser Zentrum in Hannover
forschen insgesamt fünf QUEST-
Gruppen, die maßgeblich von dem
Know-how und der Infrastruktur vor
Ort profitieren. Gleiches ist am Albert-
Einstein-Institut zu beobachten: Die
sechs Gruppen, die hier in Zusammenarbeit
mit dem Institut für Gravitationsphysik
forschen, können in
vollem Umfang auf die Ressourcen
des Instituts zugreifen. Schließlich
wurde am Zentrum für angewandte
Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation
in Bremen gemeinsam mit
der Leibniz Universität die Professur
„Quantum Gravity Phenomenology“
eingerichtet.
Einen zentralen Bestandteil der
Mittelverwendung stellen die „flexiblen
Mittel“ des Clusters dar, die als
Anschub- und Projektfinanzierung
an die QUEST-Gruppen vergeben
werden können. Diese Mittel ermöglichen
vor allem, schnell auf
kurzfristige Entwicklungen in der
Forschung zu reagieren. Der Cluster
unterscheidet dabei zwei Arten der
Projektfinanzierung. Bis zu einem
bestimmten Betrag können Mittel
für Personal und Ausstattung im
Rahmen einer regelmäßigen Ausschreibung
direkt beim Vorstand
4000 k€
3500 k€
3000 k€
2500 k€
2000 k€
1500 k€
1000 k€
500 k€
0 k€
2008
1.616 k€
1,616 k€
schriftlich beantragt werden. Die
Anträge werden im Wissenschaftlichen
Beirat kritisch geprüft und
bewertet, bevor der Vorstand über
die Finanzierung entscheidet. Projektanträge
mit einer höheren Fördersumme
werden zusätzlich noch
dem Internationalen Beirat vorgelegt,
der die Anträge aus externer
Sicht prüft.
3.290,4 k€
3,290.4 k€
2009
Schätzung 12.2010: 3.800k€
Estimation: 2010-12: 3,800 k€
Entwicklung Personalausgaben 2008 bis 2010 (2010: Schätzung auf Basis 07.2010)
07.2010: 2.207 k€
2010-07: 2,207 k€
Development of staff expenses from 2008 thru 2010 (2010: Estimation based on data from2010-07)
2010
109

110
Administration
The New Professorships—Backbone of the Cluster
The basic strategy of QUEST can
be expressed by only two words -
People matter! The intention of
the cluster is to allow new fields of
research to arise at the interfaces
of “established” areas, combining
existing expertise from the areas
of quantum optics, space-time research
and solid state physics. It is
specifically for these fields that a
total of seven new W2/W3 professorships
and seven junior research
groups (W1/E15) were applied for
and established.
During the first two and a half
years of the funding period, QUEST
has succeeded in attracting internationally
renowned top-level researchers
to the cluster. Within a
very short period it was able to fill
the W2/W3 professorships, so that
even before the end of the first half
of the funding period QUEST has
been able to work at full strength
on interdisciplinary projects.
As well as the professorships
originally foreseen in the QUEST
application, four further professorships
linked to QUEST have been
established in close cooperation
with the management of Leibniz
Universität Hannover, the Faculty
of Mathematics and Physics and
the Physikalisch-Technische
Bundesanstalt in Braunschweig. A
professorship was offered to Prof.
Dr. Reinhard Werner at Leibniz
Universität, and, linked directly to
this, Prof. Dr. Tobias J. Osborne was
also attracted to Hanover.
In this way, QUEST has been
able to significantly expand its expertise
in quantum information
theory. In addition, a W3 professorship
in experimental physics (atomic
and molecular physics, successor
to Prof. Dr. Eberhard Tiemann) and
a W2 professorship “Experimental
Quantum Optics” (in close cooperation
with the Physikalisch-
Technische Bundesanstalt) are currently
being filled.
This new QUEST team forms the
nucleus of the structural changes
both at Leibniz Universität and the
partners. It was and is only possible
to fill the positions rapidly through
cooperative and efficient cooperation
between Leibniz Universität
and the responsible ministries. New
procedures were drawn up and
established, which will also be applied
in the future in the true sense
of sustainable structural support!

Verwaltung
Die neuen Professuren – Rückgrat des Clusters
„People matter“ – dieses Motto
verfolgt QUEST mit Nachdruck. Der
Cluster ist so konzipiert, dass an den
Schnittstellen der „etablierten“ Forschungsgebiete
neue Felder entstehen
können, die die vorhandene
Expertise aus den Bereichen Quantenoptik,
Raum-Zeit-Forschung
und Festkörperphysik verknüpfen.
Für genau diese Felder wurden im
Rahmen von QUEST insgesamt sieben
neue W2/W3-Professuren und
sieben Nachwuchsgruppen (W1/
E15) beantragt beziehungsweise
eingerichtet.
In den ersten zweieinhalb Jahren
der Förderdauer ist es QUEST gelungen,
international renommierte Spit-
Typ Denomination Name
» W3
» W3
» W3
» W3
» W2
» W2
» W2
» W1
» W1
» W1
» Theoretical Quantum Photonics
» Theoretical Physics—Macroscopic Quantum Objects
» Experimental Quantum Metrology
» Atomic and Photonic Quantum Sensors
» Quantum-gravity phenomenolgy, General and special relativity
» Precision geodesy on earth and in space
» Ultrahigh quality optical layers and characterisation
» Condensed matter physics with cold gases
» String cosmology and phenomenology
QUEST-Professuren
QUEST professorships
» Fundamental noise sources in future laser interferometers
zenforscherinnen und -forscher für
den Cluster zu gewinnen. Innerhalb
kürzester Zeit konnten so die W2/W3-
Professuren besetzt werden, sodass
QUEST sogar vor Ende der ersten
Halbzeit der Förderperiode mit voller
Kraft an den interdisziplinären Projekten
arbeiten konnte. Von den sieben
eingerichteten Nachwuchsgruppen
wurden drei Gruppenleitungspositionen
mit W1-Professorinnen und
Professoren besetzt.
Neben den ursprünglich im
QUEST-Antrag vorgesehen Professuren
wurden in enger Zusammenarbeit
mit der Leitung der Leibniz
Universität Hannover, der Fakultät
für Mathematik und Physik sowie
» Manfred Lein
» Klemens Hammerer
» Piet O. Schmidt
» Ernst Maria Rasel
» Domenico Giulini
» Jakob Flury
» Detlev Ristau
» Teimuraz Vekua
» Marco Zagermann
» Michèle Heurs
Beginning
Start
» 02.2009
» 09.2010
» 01.2009
» 07.2008
» 05.2009
» 01.2009
» 06.2010
» 04.2009
» 09.2009
» 07.2010
der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt
in Braunschweig weitere
vier Professuren im QUEST-
Umfeld eingerichtet. So folgte Prof.
Dr. Reinhard Werner einem Ruf an
die Leibniz Universität, und in diesem
Zusammenhang konnte auch
Prof. Dr. Tobias J. Osborne für die
Forschung in Hannover gewonnen
werden. QUEST konnte somit seine
Expertise im Bereich der Quanteninformationstheorie
maßgeblich
ausbauen. Darüber hinaus laufen
aktuell Besetzungsverfahren für eine
W3-Professur in Experimentalphysik
(Atom- und Molekülphysik, Nachfolge
Prof. Dr. Eberhard Tiemann) und
gemeinsam mit der Physikalisch-
Technischen Bundeanstalt für eine
W2 Professur „Experimental Quantum
Optics“.
Dieses neue QUEST-Team bildet
den Kern der strukturellen Veränderungen
an der Leibniz Universität
sowie bei den Partnern. Die schnelle
Besetzung der Stellen war und ist
nur durch eine kooperative und effiziente
Zusammenarbeit zwischen
den Verantwortlichen des Clusters,
der Leibniz Universität und der
zuständigen Ministerien möglich.
Hierbei wurden neue Verfahren
entworfen und etabliert, die auch in
Zukunft Anwendung finden werden
– ganz im Sinne einer nachhaltigen
Strukturförderung!
Typ Denomination Name
» W3
» W3
» W2
» W2
Zusätzliche QUEST-Professuren und Professuren im QUEST-Umfeld
Additional and QUEST related professorships
» Theoretical Physics
» Experimental Physics
» Quantum Information Theory
» Experimental Quantum Optics
» Reinhard Werner
» N. N.
» Tobias J. Osborne
» N. N.
Beginning
Start
» 04.2009
» Called
Ruf erteilt
» 08.2010
» Called
Ruf erteilt
111

112
Administration
Supporting Young Scientists
Supporting highly motivated
young scientists is a central concern
of QUEST, which the cluster
is keen to pursue in several fields.
One central aspect is the cluster’s
fellowship programmes.
The graduate programme
“Excellence in QUEST” was set up
under the auspices of QUEST. In
this programme a total of 14
PhD scholarships are awarded
to outstanding students, with
an emphasis on international
candidates. Accordingly, these
scholarships are highly desired.
The most outstanding students
were selected in several stages
from among 70 applicants from
all over the world.
For their research, the scholarship
holders benefit from all the
know-how and infrastructure of the
cluster, so that they can profit from
a top-level research and teaching
environment. Regular specialised
lectures on current QUEST research
topics are therefore an integral part
of the three-year curriculum, together
with first-class seminars on
such topics as scientific writing, applying
for third-party funding, and
presentation techniques.
In addition, the graduate
programme “Hanover School for
Laser, Optics and Space-Time
Research (HALOSTAR)” was created.
Supported by the State of Lower
Saxony as a Lower Saxony PhD
programme, HALOSTAR awards 15
Georg Christoph Lichtenberg fellowships.
HALOSTAR offers students
the unique chance to write a combined
master’s and doctoral thesis.
This fast track option opens up
new opportunities for the students’
scientific careers, so that HALOSTAR
and Excellence in QUEST complement
each other synergetically.
In accordance with the principles
of QUEST, both fellowship
programmes are interdisciplinary.
The fellows thus face particular
challenges, in that their projects
can often only succeed through
collaboration with scientists from
other fields. In return, they receive
intensive and thematically broad
supervision and support, thus acquiring
valuable additional skills in
the course of their work.

Verwaltung
Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses
Die Förderung hoch motivierter
Nachwuchswissenschaftlerinnen
und -wissenschaftler ist ein zentrales
Anliegen von QUEST, welches
der Cluster auf zahlreichen Feldern
mit Nachdruck verfolgt. Ein zentraler
Aspekt sind dabei die Stipendienprogramme
des Clusters.
Im Rahmen der QUEST-Förderung
wurde das Graduiertenprogramm
„Excellence in QUEST“
eingerichtet. In diesem Programm
werden insgesamt 14 Promotionsstipendien
an herausragende Studierende
vergeben, wobei sich das
Programm verstärkt an internationale
Kandidatinnen und Kandidaten
richtet. Dementsprechend begehrt
sind die Stipendien: Von über 70 Bewerbungen
aus aller Welt wurden in
mehreren Stufen 14 herausragende
Stipendiatinnen und Stipendiaten
ausgewählt.
Den Teilnehmenden stehen für
ihre Arbeit das gesamte Know-how
und die Infrastruktur des Clusters
zur Verfügung, sodass sie von einer
hervorragenden Forschungs- und
Lehrumgebung profitieren können.
Fester Bestandteil des dreijährigen
Curriculums sind daher regelmäßige
Spezialvorlesungen zu aktuellen
QUEST-Forschungsthemen sowie
hochwertige Seminarangebote
zu Themen wie wissenschaftliches
Schreiben, Drittmittelbeantragung
oder auch Präsentationstechniken.
Die QUEST-Stipendiaten (drei Personen fehlen).
QUEST scholarship holder (T. Westphal, H. Kurz; mitte: T. Vockerodt, N. Pfullmann, S. Seidel, K. Lakomy, M. Naeimi; vorne: Y. Wang. H. Audley, A. Pikovski, N.
Sethubalasubramanian; Betreuer/Supervisor: S. Pfalz) (three persons are not shown).
Zusätzlich wurde das Graduiertenprogramm
„Hannover School
for Laser, Optics and Space-Time
Research (HALOSTAR)“ eingerichtet.
Gefördert vom Land Niedersachsen
als niedersächsisches Promotionsprogramm
werden von HALOSTAR
15 Georg-Christoph-Lichtenberg-
Stipendien vergeben. HALOSTAR
bietet den Studierenden die einmalige
Chance, eine kombinierte
Master- und Promotionsarbeit anzufertigen.
Diese Fast-Track-Option
eröffnet den Studierenden neue
Gestaltungsmöglichkeiten für ihre
wissenschaftliche Laufbahn, sodass
sich die Angebote von HALOSTAR
und Excellence in QUEST synergetisch
ergänzen.
Beide Förderprogramme sind
im Sinne von QUEST bewusst interdisziplinär
angelegt. Die Stipendiatinnen
und Stipendiaten sind daher
in besonderem Maße gefordert, da
ihr Projekt häufig nur durch die Zusammenarbeit
mit Wissenschaft-
T.Vockerodt/QUEST
lerinnen und Wissenschaftlern
anderer Fachbereiche erfolgreich
bearbeitet werden kann. Dafür erhalten
sie eine intensive und thematisch
breit angelegte Betreuung
sowie Förderung, sodass sie im
Laufe ihrer Arbeit wertvolle Zusatzqualifikationen
erwerben.
113

114
Administration
Sustainable Creation of Structures—QUEST Leibniz Research School
The German Federal and State
Excellence Initiative primarily supports
structural measures to enable
and expand internationally
competitive top-level research at
selected sites. Thus QUEST has a
lasting effect on the scientific and
organisational structures of both
Leibniz Universität and its partners.
In accordance with the institutional
strategy of Leibniz Universität,
QUEST Leibniz Research School has
been established as the first of its
kind in summer 2009. The research
school represents a transverse structure
to the existing faculties, and is
formally treated in the same way as
a faculty. Members of QUEST Leibniz
Research School are recruited from
the Faculties of Mathematics and
Physics, and Civil Engineering and
Geodetic Science. Subject-wise,
the research school focuses on the
QUEST research areas.
QUEST Leibniz Research School
conducts appointments for professorships
and doctoral procedures
jointly with the faculties concerned,
sets up its own study programmes,
and extends already existing cooperation
agreements with external
partners. Due to its dedicated interdisciplinary
courses, QUEST Leibniz
Research School attracts students
wishing to conduct research at the
interfaces of physics, mathematics
and geodesy.
Thanks to QUEST, a model
project for future new facilities at
Leibniz Universität Hannover has
been implemented, creating the
structural framework for excellent,
cross-faculty research and paving
the way for future interdisciplinary
major research projects.

Verwaltung
Nachhaltige Strukturbildung – Die QUEST-Leibniz-Forschungsschule
Die Exzellenzinitiative von
Bund und Ländern fördert in erster
Linie strukturelle Maßnahmen, die
international wettbewerbsfähige
Spitzenforschung an den Standorten
ermöglicht und ausbaut.
Daher verändert QUEST sowohl die
wissenschaftlichen als auch die organisatorischen
Strukturen an der
Leibniz Universität Hannover und
bei den Partnern nachhaltig.
Im Einklang mit der Zukunftsstrategie
der Leibniz Universität
wurde die QUEST-Leibniz-Forschungsschule
als erste ihrer Art
bereits im Sommer 2009 eingerichtet.
Die Forschungsschule stellt eine
Querstruktur zu den bestehenden
Fakultäten dar und wird formal
wie eine Fakultät behandelt. Die
Mitglieder der QUEST-Leibniz-Forschungsschule
rekrutieren sich aus
den Fakultäten für Mathematik und
Physik sowie Bauingenieurwesen
und Geodäsie. Thematisch orientiert
sich die Forschungsschule eng an
den QUEST-Forschungsbereichen.
Die QUEST-Leibniz-Forschungsschule
führt gemeinsam mit den beteiligten
Fakultäten Berufungs- und
Promotionsverfahren durch, richtet
eigene Studiengänge ein und baut
dabei bestehende Kooperationen
mit externen Partnern aus. Vor allem
durch die speziell angepassten interdisziplinären
Lehrangebote ist die
QUEST-Leibniz-Forschungsschule
ein attraktives Angebot für Studierende,
die an den Schnittstellen von
Physik, Mathematik und Geodäsie
forschen möchten.
Durch QUEST wurde ein Modellprojekt
für zukünftige neue Einrichtungen
an der Leibniz Universität
Hannover realisiert, welches den
strukturellen Rahmen für exzellente,
fakultätsübergreifende Forschung
schafft und die Weichen für zukünftige
interdisziplinäre Großforschungsprojekte
stellt.
115

116
Administration
Transfer to the Public
Die Titelseiten der bisherigen Ausgaben von QUEST Update.
Front pages of published issues of QUEST Update so far.
To communicate the fascination
of our researchers, their exciting
research topics, and especially the
application of basic research, QUEST
provides information and scientific
results on different ways to the public
in general. Of course, attracting
young students and scientists to the
cluster is also one goal to be achieved.
QUEST UPdate —
the Newsletter of the Cluster
The newsletter of the cluster
“QUEST UPdate” is issued at regular
intervals. The eight-page newsletter
carries reports on QUEST’s latest
research results, structural and staffing
developments, and conferences
and events. QUEST UPdate is aimed
not only at scientists but also at the
general public, press and politics.
The following four issues have
been published so far:
1. Winter 2008/2009: “Ein
Jahr QUEST—Es geht mit
Riesenschritten voran”
2. Summer 2009: “QUEST im
zweiten Jahr—Wir machen
uns an die Arbeit”
3. Winter 2009: “Raum
und Zeit verstehen—
Herausforderungen der modernen
Physik”
4. Spring 2010: “50 Jahre Laser—
Spezialausgabe zur DPG-
Frühjahrstagung in Hannover”
If you are interested in receiving
QUEST UPdate please contact
the QUEST office (Telephone: [+49]
[511] 762 17240, email: office@
quest.uni-hannover.de) or subscribe
online to our newsletter at:
www.quest.uni-hannover.de
QUEST Promotional Video and
DFG Science-TV
QUEST has made a total of 11
films on QUEST and QUEST research
for two video-portals of the German
research Foundation (DFG).
On www.exzellenz-initiative.de,
the five-minute film “Research at the
Quantum Limit” presents the whole
spectrum of research within QUEST.
For the project DFG Science-TV,
scientists filmed a series of episodes
on a specific QUEST research project.
What is special about these films is
that they are dedicated specifically
to 14 to 19 year-olds.
Under the title “The Wave
Hunters—Do Einstein’s gravitational
waves rock the universe?”, Dr.
Henning Vahlbruch and Alexander
Khalaidovski from Prof. Roman
Schnabel’s group produced threeminute
films over a three-month
period, where they report on installing
squeezed light in the gravitational
wave detector GEO 600.
(P.t.o.)

Michael Britzger
Verwaltung
Transfer in die Öffentlichkeit
Um die Faszination unserer Forscherinnen
und Forscher und deren
spannenden Forschungsthemen
zu vermitteln, vor allem aber auch
um den Anwendungsbezug der
Grundlagenforschung zu verdeutlichen,
geben wir Informationen und
Forschungsergebnisse auf verschiedenen
Wegen an die Öffentlichkeit
weiter. Ein wichtiges Ziel ist dabei
natürlich auch, wissenschaftlichen
Nachwuchs für die Quantenforschung
zu begeistern und so für
den Cluster zu gewinnen.
QUEST UPdate –
der Newsletter des Clusters
In regelmäßigen Abständen
wird der Newsletter des Clusters
„QUEST UPdate“ herausgegeben. In
der achtseitigen Broschüre berichtet
QUEST über die neuesten Forschungsergebnisse,
strukturelle und
personelle Entwicklungen sowie
über Konferenzen und Veranstaltungen.
QUEST UPdate richtet sich
zum einen an Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler, im gleichen
Maße aber auch an die interessierte
Öffentlichkeit, die Presse und die
Politik.
Bisher sind folgende vier Ausgaben
erschienen:
1. Winter 2008/2009: „Ein Jahr
QUEST – Es geht mit Riesenschritten
voran“
Die QUEST-Wissenschaftler Henning Vahlbruch und Alexander Khalaidovski beim Vorbereiten
der Filmausrüstung für die Dreharbeiten zu „Die Wellenjäger“ im Reinraumlabor.
QUEST scientists Henning Vahlbruch and Alexander Khalaidovski prepare the equipment for filming of “The
Wave Hunters” in the clean room laboratory.
2. Sommer 2009: „QUEST im
zweiten Jahr – Wir machen uns
an die Arbeit“
3. Winter 2009: „Raum und Zeit
verstehen – Herausforderungen
der modernen Physik“
4. Frühjahr 2010: „50 Jahre Laser
– Spezialausgabe zur DPG-Frühjahrstagung
in Hannover“
Bei Interesse an QUEST UPdate
wenden Sie sich bitte an das
QUEST-Büro (Telefon: 0511 762 17240,
E-Mail: office@quest.uni-hannover.
de) oder abonnieren Sie unseren
Newsletter gleich online unter:
www.quest.uni-hannover.de
QUEST-Videoportrait
und DFG Science-TV
QUEST hat für zwei Videoportale
der Deutschen Forschungsgemeinschaft
(DFG) insgesamt elf
Filme über QUEST und die QUEST-
Forschung gedreht. Auf dem Videoportal
www.exzellenz-initiative.de ist
der fünfminütige Film „Forschung
am Quantenlimit“ zu sehen, in dem
die gesamte Spannweite der Forschung
des Clusters vorgestellt wird.
Darüber hinaus haben Wissenschaftler
im Rahmen des Projekts
DFG Science-TV Episodenfilme
über ihre Forschung im Rahmen
von QUEST gedreht. Das Besondere
an diesem Projekt ist die Zielgruppe
der Filme, die sich speziell an 14- bis
19-Jährige richten sollen.
Unter dem Titel „Die Wellenjäger
– Erschüttern Einsteins Gravitationswellen
das Universum?“ haben Dr.
Henning Vahlbruch und Alexander
Khalaidovski aus der Gruppe von
Prof. Roman Schnabel drei Monate
lang regelmäßig in dreiminütigen
Kurzfilmen über den Einbau von
gequetschtem Licht in den Gravitationswellendetektor
GEO 600
berichtet. Sie erzählen darin von
ihrem Forscheralltag, von Herausforderungen
und Erfolgserlebnissen,
aber auch von Hindernissen
und Misserfolgen.
Die Forscher haben dabei ihre
wissenschaftliche Arbeit aus einer
ungewohnten Perspektive beobachtet.
Es sind Forschungstagebücher
entstanden, die einen ganz
persönlichen Einblick in die Welt
der QUEST-Forschung geben und
damit Wissenschaft für alle sichtbar
machen.
Zu sehen sind die Ergebnisse
unter: http://www.dfg-science-tv.
de/de/projekte/die-wellenjaeger
Öffentliche Veranstaltungen
Der direkte Kontakt mit der
Öffentlichkeit ist für QUEST ein
zentraler Bestandteil der Öffentlichkeitsarbeit.
Daher engagieren
(Bitte umblättern)
117

118
Administration
Transfer to the Public
They talk about their daily lives as
researchers, about challenges and
successes as well as obstacles and
disappointments.
The researchers have observed
their scientific work from an unusual
perspective. Research diaries
have been created, providing a
completely personal insight into
the world of QUEST research and
thus making science visible to a
broad audience.
The results can be seen at:
www.dfg-science-tv.de/de/
projekte/die-wellenjaeger
Public Events
QUEST seeks direct contact with
the general public, which is a key
aspect of public relations. The cluster
and especially its scientists are
thus firmly committed to public
lectures and events.
On the one hand, QUEST researchers
play an extremely active
role in the public lecture series of
the participating faculties. In the last
two and a half years QUEST members
have held a large number of
lectures on QUEST research topics,
for example in the series “Saturday
Morning lectures”, run by Faculty of
Mathematics and Physics at Leibniz
Universität. This series is aimed at
school students and undergraduates.
On the other hand, the cluster
organises a wide range of events
of its own. A well-attended public
panel discussion on the future
of Research Region Hannover
took place in Autumn 2008, with
among others Hannover’s Lord
mayor Stephan Weil as a prominent
participant. At the Science
Evening “Die Nacht, die Wissen
schafft” later in 2008, the cluster
presented itself to a wide audience
with information desks, laboratory
tours and a laser show. In 2009, a
series of short lectures by the
new QUEST professors took place,
aimed specifically at undergraduates.
These lectures aim to inform
students at an early stage about
the broad spectrum of QUEST research
and the wide variety of options
for studying in Hanover that
goes with it. In spring 2010, visitors
to the DPG spring meeting and
the general public enjoyed a very
special event: the science show “50
years of laser—and what’s next?”
entertained the audience with the
history of laser, the foundations of
laser physics and recent and future
fields of application. Several QUEST
researchers contributed short
lectures and videos to the twohour
event moderated by Prof. Dr.
Karsten Danzmann.
Training for Teachers
To create the best possible
learning environment for school
students, teachers in particular
need to be supported in gaining
an overview of the latest scientific
insights. QUEST feels that clusters
of excellence fulfil a need in this
respect.
For this reason QUEST played a
major role in the Autumn Academy
for Teachers organised by the
Cluster of Excellence REBIRTH at
Hannover Medical School. A fourday
workshop presented an attractive
programme of courses in
medicine, biology, engineering and
physics. Apart from lectures, seminars,
tours and practical work were
offered by the scientists. Under
the auspices of QUEST, for example,
participants were able to take
part in tours of the gravitational
wave detector GEO 600, lectures
on gravitational waves and exercises
on quantum mechanics for
the classroom.
More than 80 teachers from
Lower Saxony took part in the
Autumn Academy. In view of the
consistently positive feedback,
the two Hanover clusters of excellence
together with the Ministry of
Education in Lower Saxony are already
planning similar events.

Verwaltung
Transfer in die Öffentlichkeit
sich der Cluster und vor allem die
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
sehr stark im Bereich der
Vortragsveranstaltungen.
Zum einen beteiligen sich
QUEST-Forscher äußerst aktiv in öffentlichen
Vortragsreihen der beteiligten
Fakultäten. So gab es in den
letzten zweieinhalb Jahren zahlreiche
Vorträge von QUEST-Mitgliedern
über die Forschungsthemen
des Clusters, beispielsweise auch
im Rahmen der „Saturday Morning
Lecture“, einer Veranstaltung der Fakultät
für Mathematik und Physik an
der Leibniz Universität. Diese Veranstaltung
richtet sich unter anderem
an Schülerinnen und Schüler sowie
junge Studierende.
Darüber hinaus organisiert der
Cluster eigene Veranstaltungen ganz
unterschiedlicher Ausrichtung. Eine
gut besuchte öffentliche Podiumsdiskussion
über die Zukunft der Forschungsregion
Hannover fand im
Herbst 2008 statt, unter anderem mit
Hannovers Oberbürgermeister Stephan
Weil als prominentem Diskussionsteilnehmer.
Bei der Veranstaltung
„Die Nacht, die Wissen schafft“ später
im Jahr 2008 präsentierte sich der
Cluster mit Infoständen, Laborführungen
und einer Lasershow einem
breiten Publikum. Im Jahr 2009 wurde
eine Kurzvortragsreihe der neuen
QUEST-Professoren ins Leben gerufen,
die sich speziell an Bachelor-Stu-
Über 500 Besucher verfolgten die Veranstaltung „50 Jahre Laser – und was kommt jetzt?“, zu der QUEST im Rahmen der DPG-Frühjahrstagung im
März 2010 in Hannover eingeladen hatte.
Invited by QUEST, more than 500 visitors watched the event “50 years of lasers—and what’s next?”, which was held during the DPG Spring Meeting in March 2010 in Hannover.
dierende richtet. Mit diesen Vorträgen
sollen Studierende bereits früh über
die enorme Bandbreite der QUEST-
Forschung und die damit verbundene
Vielzahl an Studienmöglichkeiten in
Hannover informiert werden. Im Frühjahr
2010 konnten sich die Teilnehmenden
der DPG-Frühjahrstagung
und die Öffentlichkeit auf eine ganz
besondere Veranstaltung freuen: Das
Wissenschaftsevent „50 Jahre Laser –
und was kommt jetzt?“ vermittelte auf
unterhaltsame Art und Weise die Geschichte
des Lasers, die Grundlagen
der Laserphysik sowie die aktuellen
und zukünftigen Anwendungsfelder.
An der zweistündigen Veranstaltungwirkten
mehrere QUEST-Forscher mit
Kurzvorträgen und Videobeiträgen
mit. Moderiert wurde der Abend von
Prof. Dr. Karsten Danzmann.
Lehrerfortbildung
Um bestmögliche Unterrichtsbedingungen
für Schülerinnen und
Schüler zu schaffen, müssen vor
allem die Lehrkräfte darin unterstützt
werden, die aktuellen Erkenntnisse
der Wissenschaft zu überblicken und
zu vermitteln. Hier sind nach Ansicht
von QUEST insbesondere auch die
Exzellenzcluster gefragt.
Daher hat sich QUEST an der
vom Exzellenzcluster REBIRTH an
der Medizinischen Hochschule
Hannover ins Leben gerufenen
Herbstakademie für Lehrerinnen
und Lehrer in großem Umfang beteiligt.
Ein viertägiger Workshop bot
ein ansprechendes Kursprogramm
aus den Bereichen Medizin, Biologie,
Ingenieurwesen und Physik. Neben
Vorträgen wurden vor allem Semi-
Thomas Damm/QUEST (2)
nare, Führungen und praktische
Kurse veranstaltet. Im Rahmen von
QUEST wurden beispielsweise Führungen
durch den Gravitationswellendetektor
GEO 600, Vorträge zu
Gravitationswellen und Übungen
zur Quantenmechanik für den Unterricht
angeboten.
An der Herbstakademie nahmen
mehr als 80 Lehrkräfte aus
Niedersachsen teil. Aufgrund der
durchweg positiven Rückmeldungen
planen die beiden Hannoveraner
Exzellenzcluster gemeinsam
mit dem Niedersächsischen Kultusministerium
bereits eine Neuauflage
der Veranstaltung.
119

120
Administration
Scientific Networks
Top-level scientific progress at
an international scale is only possible
within a strong network of
research groups. For this reason
QUEST places great importance on
establishing and fostering research
networks with well-known partners.
To this end, special cooperation
agreements have been signed
with the institutions shown in the
table below.
Particular attention is given to
multilateral exchange programmes.
QUEST therefore supports its scientists
at all stages of their careers
through the organisation and
arrangement of international research
projects. In return, we regularly
welcome researchers from
our foreign partners as visiting scientists
to our groups. In addition
many workshops and colloquia
were organised, conducted and in
part also financed by QUEST during
the first funding period:
Institution Cooperation Agreement
» Australian Research Council Centre of Excellence for
Atom-Quantum Optics ACQAO (Australia)
» Institut fracilien de recherché sur les atoms froids I.F.R.A.F.
(France)
» The University of Texas at Austin (USA)
» The University of Aarhus (Denmark)
» Exchange of students and PhD students, joint projects
» Technology transfer, exchange programme and joint
projects
» Joint projects and staff exchange.
Scientific meetings and events with contribution by QUEST
• FOMO—Frontiers on Matter Wave Optics, Crete, Greece,
06–11 April 2010 (financial support)
• PRIME I—Precision Matter Wave Optics, Hanover, Germany,
12/13 April 2010 (host)
• PRIME II—Precision Matter Wave Optics, Hanover, Germany,
21/22 June 2010 (host)
• DPG Spring Meeting SAMOP 2010, Hanover, Germany, 08-12 March
2010 (supporting organisation and events)
• Heraeus Summer School “Frontiers in Matter Wave
Interferometry”, Bad Honnef, Germany, 14–18 June 2010 (host and
finacial support)
• 15 th Saalburg Summer School Foundations and New Methods in
Theoretical Physics, Wolfersdorf, Germany 31 August–
11 September 2009 (organisation and finacial support)
• 16 th Saalburg Summer School Foundations and New Methods in
Theoretical Physics, Wolfersdorf, Germany 30 August–
10 September 2010 (organisation and finacial support)

Verwaltung
Vernetzung der Wissenschaft
Wissenschaftlicher Fortschritt
auf internationalem Spitzenniveau
ist ohne eine starke Vernetzung der
Forschungsgruppen nicht möglich.
Daher legt QUEST besonderen Wert
darauf, Forschungsnetzwerke mit
namhaften Partnern aufzubauen
und zu pflegen. In diesem Zusammenhang
wurden spezielle Kooperationsverträge
unter anderem mit
den Institutionen in unten stehender
Tabelle getroffen.
Ein besonderes Augenmerk
wird dabei auf multilaterale Austauschprogramme
gelegt. QUEST
unterstützt daher seine Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler
in allen Stufen der Karriere durch
die Organisation und Vermittlung
von internationalen Forschungsprojekten.
Im Gegenzug begrüßen
wir regelmäßig Forscherinnen und
Forscher unserer internationalen
Partner als Gäste in unseren Gruppen.
Darüber hinaus wurden bereits
in der ersten Förderphase zahlreiche
wissenschaftliche Veranstaltungen
von QUEST organisiert, durchgeführt
und in Teilen auch finanziert:
Institution Kooperationsverträge
» Australian Research Council Centre of Excellence for Atom-
Quantum Optics ACQAO (Australien)
» Institut fracilien de recherché sur les atoms froids I.F.R.A.F.
(Frankreich)
» The University of Texas at Austin (USA)
» The University of Aarhus (Dänemark)
» Austausch von Studierenden und Doktorandinnen
bzw. Doktoranden, gemeinsame Projekte
» Technologietransfer, Austauschprogramm
und gemeinsame Projekte
» Gemeinsame Projekte und Personalaustausch
Wissenschaftliche Tagungen und Veranstaltungen
mit Beteiligung von QUEST
• FOMO – Frontiers on Matter Wave Optics, Kreta, Griechenland,
06.-11. April 2010 (Finanzielle Unterstützung)
• PRIME I – Precision Matter Wave Optics, Hannover, Deutschland,
12./13. April 2010 (Veranstalter)
• PRIME II – Precision Matter Wave Optics, Hannover, Deutschland,
21./22. Juni 2010 (Veranstalter)
• DPG Frühjahrstagung SAMOP 2010, Hannover, Deutschland,
08.-12. März 2010 (Unterstützung in der Organisation, eigene
Veranstaltungen)
• Heraeus Summer School „Frontiers in Matter Wave Interferometry“,
Bad Honnef, Deutschland, 14.-18. Juni 2010 (Veranstalter und
finanzielle Unterstützung)
• 15 th Saalburg Summer School „Grundlagen und neue Methoden
der theoretischen Physik“, Wolfersdorf, Deutschland, 31. August –
11. September 2009 (Organisation und finanzielle Unterstützung)
• 16 th Saalburg Summer School „Grundlagen und neue Methoden
der theoretischen Physik, Wolfersdorf, Deutschland, 30. August –
10. September 2010 (Organisation und finanzielle Unterstützung)
121

122
Appendix
Selected Publications · Research Groups
Research Groups | Forschungsgruppen
Theoretical Quantum Optics
» C. C. Chirila and M. Lein
Explanation for the smoothness of the phase in molecular high-order harmonic
generation
Phys. Rev. A 80, 013405 (2009)
» C. C. Chirila and M. Lein
High-order harmonic generation in vibrating two-electron molecules
Chem. Phys. 366, 54 (2009)
» C. C. Chirila, I. Dreissigacker, E. V. van der Zwan, and M. Lein
Emission times in high-order harmonic generation
Phys. Rev. A 81, 033412 (2010)
» M. Falge, V. Engel, and M. Lein
Vibrational-state and isotope dependence of high-order harmonic generation in water
molecules
Phys. Rev. A 81, 023412 (2010)
» C. Jhala and M. Lein
Multiconfiguration time-dependent Hartree approach for electron-nuclear correlation in
strong laser fields
Phys. Rev. A 81, 063421 (2010)
» E. V. van der Zwan, and M. Lein
+
Two-center interference and ellipticity in high-order harmonic generation from H2 Phys. Rev. A, accepted for publication (2010)
Macroscopic Quantum Objects
» G. Müller, M. Römer, D. Schuh, W. Wegscheider, J. Hübner, and M. Oestreich
Spin noise spectroscopy in GaAs (110) quantum wells: Access to intrinsic spin lifetimes
and equilibrium electron dynamics
Physical Review Letters 101, 206601 (2008)
» H. Müller-Ebhardt, H. Rehbein, R. Schnabel, K. Danzmann, and Y. Chen
Entanglement of macroscopic test masses and the standard quantum limit in laser
interferometry
Phys. Rev. Lett. 100, 013601 (2008)
» M. Römer, S. Hübner, and M. Oestreich
Spatially resolved doping concentration measurement in semiconductors via spin noise
spectroscopy
Applied Physics Letters 94, 112105 (2009)
» K. Yamamoto, D. Friedrich, T. Westphal, S. Goßler, K. Danzmann, K. Somiya,
S. Danilishin, and R. Schnabel
Quantum noise of a Michelson-Sagnac interferometer with a translucent mechanical
oscillator
Phys. Rev. A 81, 033849 (2010)
Condensed Matter Physics with Cold Gases
» T. Vekua
Low-temperature specific heat of one-dimensional multicomponent systems at the
commensurate-incommensurate phase transition point
Phys. Rev. B 80, 201402 (2009)
» T. Vekua
Susceptibility at the edge points of magnetization plateau of one-dimensional electron
and spin systems
Phys. Rev. B 80, 104411 (2009)
» K. Rodríguez, A. Argüelles, M. Colomé- Tatché, T. Vekua, and L. Santos
Mott-Insulator Phases of Spin-3/2 Fermions in the Presence of Quadratic Zeeman
Coupling
Phys. Rev. Lett. 105, 050402 (2010)

Anhang
Ausgewählte Publikationen · Forschungsgruppen
Quantum Engineering of Optical Pulses
» E. Schulz, T. Binnhammer, D. S. Steingrube, S. Rausch, M. Kovačev, and U. Morgner
Intense few-cycle laser pulses from self-compression in a self-guiding filament
Applied Physics B 95, 269 (2009)
» M. Siegel, N. Pfullmann, G. Palmer, S. Rausch, T. Binnhammer, M. Kovačev,
and U. Morgner
Microjoule pulse energy from a chirped-pulse Ti:sapphire oscillator with cavity dumping
Optics Letters 34, 740 (2009)
» D. S. Steingrube, E. Schulz, T. Binnhammer, T. Vockerodt, U. Morgner, and M. Kovačev
Generation of high-order harmonics with ultra-short pulses from filamentation
Optics Express 17, 16177 (2009)
» D. S. Steingrube, T. Vockerodt, E. Schulz, U. Morgner, and M. Kovačev
Phase matching of high-order harmonics in a semi-infinite gas cell
Phys. Rev. A 80, 043819 (2009)
Non-Classical States of Matter
» S. Drenkelforth, G. Kleine Büning, J. Will, T. Schulte, N. Murray, W. Ertmer, L. Santos,
and J. J. Arlt
Damped Bloch Oscillations of Bose-Einstein Condensates in disordered Potential
Gradients
New J. Phys. 10, 45027 (2008)
» T. Schulte, S. Drenkelforth, G. Kleine Büning, W. Ertmer, J. Arlt, M. Lewenstein,
and L. Santos
Dynamics of Bloch Oscillations in Disordered Lattice Potentials
Phys. Rev. A 77, 23610 (2008)
» C. Klempt, T. Henninger, O. Topic, J. Will, St. Falke, W. Ertmer, and J. Arlt
Transport of a quantum degenerate heteronuclear Bose-Fermi mixture in a
harmonic trap
Eur. Phys. J. D 48, 121 (2008)
» C. Klempt, T. Henninger, O. Topic, M. Scherer, L. Kattner, E. Tiemann, W. Ertmer,
and J. Arlt
Radio frequency association of heteronuclear Feshbach molecules
Phys. Rev. A 78, 061602 (2008)
» C. Klempt, O. Topic, G. Gebreyesus, M. Scherer, T. Henninger, P. Hyllus, W. Ertmer,
L. Santos, and J. Arlt
Multi-resonant spinor dynamics in a Bose-Einstein condensate
Physical Review Letters 103, 195302 (2009)
» O. Topic, M. Scherer, G. Gebreyesus, T. Henninger, C. Klempt, W. Ertmer, L. Santos,
and J. Arlt
Resonant amplification of quantum fluctuations in a spinor gas
Laser Physics 20, 1156 (2010)
» C. Klempt, O. Topic, G. Gebreyesus, M. Scherer, T. Henninger, P. Hyllus, W. Ertmer,
L. Santos, and J. Arlt
Parametric amplification of vacuum fluctuations in a spinor condensate
Physical Review Letters 104, 195303 (2010)
» M. Scherer, B. Lücke, G. Gebreyesus, O. Topic, F. Deuretzbacher, W. Ertmer, L. Santos,
J. J. Arlt, and C. Klempt
Spontaneous breaking of spatial and spin symmetry in spinor condensates
Physical Review Letters, accepted for publication (2010)
» G. Kleine Büning, J. Will, W. Ertmer, C. Klempt, and J. Arlt
A slow gravity compensated Atom Laser
Appl. Phys. B 100, 117 (2010)
123

124
Appendix
Selected Publications · Research Groups
Third Generation Gravitational Wave Observatories
» M. Punturo and H. Lück
Toward a third generation of gravitational wave observatories
General Relativity and Gravitation, online (2010)
» M. Punturo, M Abernathy, F Acernese, B Allen, N Andersson, K. Arun, F. Barone, B. Barr,
M. Barsuglia, and M. Beker et al.
The third generation of gravitational wave observatories and their science reach
Classical and Quantum Gravity 27, 084007 (2010)
» T. Eberle, S. Steinlechner, J. Bauchrowitz, V. Händchen, H. Vahlbruch, M. Mehmet,
H. Müller-Ebhardt, and R. Schnabel
Quantum Enhancement of the Zero-Area Sagnac Interferometer Topology for
Gravitational Wave Detection
Phys. Rev. Lett. 104, 251102 (2010)
Atomic Quantum Sensors
» S. Schiller, A. Gorlitz, A. Nevsky, J. C. Koelemeij, A. Wicht, P. Gill , H. A. Klein,
H. S. Margolis, G. Mileti , U. Sterr, F. Riehle, E. Peik, Chr. Tammm, W. Ertmer, E. Rasel, V.
Klein, C. Salomon, G. M. Tino, P. Lemonde, R. Holzwarth, and Th. W. Hänsch
Optical clocks in space Conference Information: Third International Conference on
Particle and Fundamental Physics in Space, APR 19-21 , 2006 Beijing, Peoples R. China
Nuclear Physics B Proceedings Suplements 166, 300-302 (2007)
» J. Friebe, A. Pape, M. Riedmann, K. Moldenhauer, T. E. Mehlstäubler, N. Rehbein,
C. Lisdat, E. M. Rasel, W. Ertmer, H. Schnatz, and B. Lipphardt
Absolute frequency measurement of the magnesium intercombination transition
1S0 -> 3P1 Phys. Rev. A 78, 33830 (2008)
» M. Gilowski, T. Wendrich, T. Müller, Ch. Jentsch, W. Ertmer, E. M. Rasel, and
W. P. Schleich
Gauss sum factorization with cold atoms
Phys. Rev. Lett. 100, 30201 (2008)
» T. E. Mehlstäubler, K. Moldenhauer, M. Riedmann, N. Rehbein, J. Friebe, E. M. Rasel,
and W. Ertmer
Observation of sub-Doppler temperatures in bosonic magnesium
Physical Review A 77, 21402 (2008)
» H. Stoehr, N. Rehbein, A. Douillet, J. Friebe, J. Keupp, T. E. Mehrlstäubler, H. Wolff,
E. M. Rasel, W. Ertmer, J. Gao, and A. Giessen
Frequency-stabilized Nd:YVO thin-disk laser
4
Applied Physics B 91, 29-33 (2008)
» S. Schiller, G. Tino, P. Gill, C. Salomon, U. Sterr, E. Peik, A. Nevsky, A. Görlitz, D. Svehla,
G. Ferrari, N. Poli, L. Lusanna, H. Klein, H. Margolis, P. Lemonde, P. Laurent, G. Santarelli,
A. Clairon, W. Ertmer, E. Rasel, J. Müller, L. Iorio, C. Lämmerzahl, H. Dittus, E. Gill,
M. Rothacher, and F. Flechtner
Einstein Gravity Explorer—a medium-class fundamental physics mission
Experimental Astronomy 23, 573 (2009)
» T. Appourchaux, R. Burston, Y. Chen, M. Cruise, H. Dittus, B. Foulon, P. Gil, L.
Gizon, H. Klein, S. Klioner, S. Kopeikin, H. Krüger, C. Lämmerzahl, A. Lobo, X. Luo,
H. Margolis,W.-T. Ni, A. P. Patón, Q. Peng, A. Peters, E. Rasel, A. Rüdiger, É. Samain,
H. Selig, D. Shaul, T. Sumner, S. Theil, P. Touboul, S. Turyshev, H. Wang, L. Wang, L. Wen,
A. Wicht, J. Wu, X. Zhang, and C. Zhao
Astrodynamical Space Test of Relativity Using Optical Devices I (ASTRODI)-A class –
M fundamental physics mission proposal for Cosmic Vision 2015 – 2025
Experimental Astronomy 23, 491 (2009)
» C. Feiler, M. Buser, E. Kajari, W. P. Schleich, E. M. Rasel, and R. F. O’Connell
New Frontiers at the Interface of General Relativity and Quantum Optics
Space Science Reviews 148, 123-147 (2009)
» T. Müller, M. Gilowski, M. Zaiser, T. Wendrich, P. Berg, Ch. Schubert, W. Ertmer,
and E. M. Rasel
A compact dual atom interferometer gyroscope based on laser-cooled rubidium
European Physical Journal D 53, 273–281 (2009)

Anhang
Ausgewählte Publikationen · Forschungsgruppen
» T. van Zoest, N. Gaaloul, Y. Singh, H. Ahlers, W. Herr, S. T. Seidel, W. Ertmer, E. Rasel,
M. Eckart, E. Kajari, S. Arnold, G. Nandi, W. P. Schleich, R. Walser, A. Vogel, K. Sengstock,
K. Bongs, W. Lewoczko-Adamczyk, M. Schiemangk, T. Schuldt, A. Peters, T. Könemann,
H. Müntinga, C. Lämmerzahl, H. Dittus, T. Steinmetz, T. W. Hänsch, and J. Reichel
Bose-Einstein Condensation in Microgravity
Science 328, 1540 (2010)
» H. Schnatz, O. Terra, K. Predehl, Th. Feldmann, Th. Legero, B. Lipphardt, U. Sterr, G.
Grosche, R. Holzwarth, Th. W. Hänsch, Th. Udem, Z. H. Lu, L. J. Wang, W. Ertmer,
J. Friebe, A. Pape, E. M. Rasel, M. Riedmann, and T. Wübbena
Phase-Coherent Frequency Comparison of Optical Clocks using a Telecommunications
Fiber Link
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control 57, (2010)
» G. Tackmann, M. Gilowski, Ch. Schubert, P. Berg, T. Wendrich, W. Ertmer,
and E. M. Rasel
Phase-locking of two self-seeded tapered amplifier lasers
Optics Express 18, 9258 (2010)
» E. Kajari, N. Harsham, E. M. Rasel, S. Stenholm, G. Süßmann, and W. P. Schleich
Inertial and gravitational mass in quantum mechanics
Appl. Phys. B 43, (2010)
Fundamental Noise Sources
» M. Mehmet, S. Steinlechner, T. Eberle, H. Vahlbruch, A. Thüring, K. Danzmann,
and R. Schnabel
Observation of cw squeezed light at 1550 nm
Optics Letters 34, 1060 (2009)
» A. Khalaidovski, A. Thüring, H. Rehbein, N. Lastzka, B. Willke, K. Danzmann,
and R. Schnabel
Strong reduction of laser power noise by means of a Kerr nonlinear cavity
Phys. Rev. A 80, 53801 (2009)
» H. Vahlbruch, A. Khalaidovski, N. Lastzka, C. Gräf, K. Danzmann, and R. Schnabel
The GEO 600 squeezed light source
Class. Quantum Grav. 27, 084027 (2010)
» F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann,
E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel
Realization of a monolithic high-reflectivity cavity mirror from a single silicon crystal
Physical Review Letters 104, 163903 (2010)
» M. Mehmet, H. Vahlbruch, N. Lastzka, K. Danzmann, and R. Schnabel
Observation of squeezed states with strong photon-number oscillations
Phys. Rev. A 81, 013814 (2010)
» O. Burmeister, M. Britzger, A. Thüring, D. Friedrich, F. Brückner, K. Danzmann,
and R. Schnabel
All-reflective coupling of two optical cavities with 3-port diffraction gratings
Optics Express 18, 9119 (2010)
10 m Prototype Interferometer
» S. Goßler, A. Bertolini, M. Born, Y. Chen, K. Dahl, D. Gering, C. Gräf, G. Heinzel, S. Hild,
F. Kawazoe, O. Kranz, G. Kühn, H. Lück, K. Mossavi, R. Schnabel, K. Somiya, K. A. Strain,
J. R. Taylor, A. Wanner, T. Westphal, B. Willke, and K. Danzmann
The AEI 10 m prototype interferometer
Class. Quantum Grav. 27, 084023 (2010)
» F. Kawazoe, J. R. Taylor, A. Bertolini, M. Born, Y. Chen, K. Dahl, D. Gering, S. Goßler,
C. Gräf, G. Heinzel, S. Hild, O. Kranz, G. Kühn, H. Lück, K. Mossavi, R. Schnabel,
K. Somiya, K. Strain, A. Wanner, T. Westphal, B. Willke, and K. Danzmann
Designs of the frequency reference cavity for the AEI 10 m Prototype interferometer
J. Phys.: Conf. Ser. 228, 012028 (2010)
» K. Dahl, A. Bertolini, M. Born, Y. Chen, D. Gering, S. Goßler, C. Gräf, G. Heinzel, S. Hild,
F. Kawazoe, O. Kranz, G. Kühn, H. Lück, K. Mossavi, R. Schnabel, K. Somiya, K. A. Strain,
J. R. Taylor, A. Wanner, T. Westphal, B. Willke, and K. Danzmann
Towards a Suspension Platform Interferometer for the AEI 10 m Prototype Interferometer
J. Phys.: Conf. Ser. 228, 012027 (2010)
125

126
Appendix
Selected Publications · Research Groups
Quantum-Gravity Phenomenology, General and Special Relativity
» M. Carrera and D. Giulini
Generalization of McVittie’s model for an inhomogeneity in a cosmological spacetime
Phys. Rev. D 81, 043521 (2009)
» M. Carrera and D. Giulini
Influence of global cosmological expansion on local dynamics and kinematics
Rev. Mod. Phys. 82, 169 (2009)
Precision Geodesy on Earth and in Space
» J. Flury, S. Bettadpur, and B. Tapley
Precise accelerometry onboard the GRACE gravity field satellite mission
Advances in Space Research 42, 1414 (2008)
» C. Hirt and J. Flury
Astronomical-topographic levelling using high-precision astrogeodetic vertical
deflections and DTM data
Journal of Geodesy 82, 231 (2008)
» C. Hirt, U. Feldmann-Westendorff, H. Denker, J. Flury, C. H. Jahn, A. Lindau , G. Seeber,
and C. Voigt
Hochpräzise Bestimmung eines astrogeodätischen Quasigeoidprofils im Harz für die
Validierung des GCG05
Zeitschrift für Vermessungswesen 133, 108 (2008)
» J. Flury and R. Rummel
On the geoid-quasigeoid separation in mountain areas
Journal of Geodesy 83, 829 (2009)
» T. Peters, M. Schmeer, J. Flury, and C. Ackermann
Erfahrungen im Gravimeterkalibriersystem Zugspitze
Zeitschrift für Vermessungswesen 134, 167 (2009)
» R. Rummel, T. Gruber, J. Flury, and A. Schlicht
ESA’s gravity field and steady-state ocean circulation explorer
Zeitschrift für Vermessungswesen 134, 125 (2009)
String Cosmology and Phenomenology
» M. Ammon, J. Erdmenger, R. Meyer, A. O’ Bannon, and T. Wrase
Adding flavor to AdS 4 /CFT 3
Journal of High Energy Physics 911, 125 (2009)
» C. Caviezel, T. Wrase, and M. Zagermann
Moduli Stabilization and Cosmology of Type IIB on SU(2)-Structure Orientifolds
Journal of High Energy Physics 1004, 011 (2010)
» T. Wrase and M. Zagermann
On Classical de Sitter Vacua in String Theory
Proceedings, Fortschritte der Physik 58, 906 (2010)
Global Geodetic Observing System (GGOS)
» J. Müller, M. Soffel, and S. Klioner
Geodesy and Relativity
Journal of Geodesy 82, 133 (2008)
» M. Soffel, S. Klioner, J. Müller, and L. Biskupek
Gravitomagnetism and lunar laser ranging
Phys. Rev. D 78, 240331 (2008)
» H. Steffen, H. Denker, and J. Müller
Glacial isostatic adjustment in Fennoscandia from GRACE data and comparison with
geodynamic models
Journal of Geodynamics 46, 155 (2008)
» J. Müller
Robust trend Estimation from GOCE SGG Satellite Track Cross-Over Differences
Observing Our Changing Earth 133, 363 (2008)

Anhang
Ausgewählte Publikationen · Forschungsgruppen
» H. Steffen, J. Müller, and H. Denker
Analysis of Mass Variations in Northern Glacial Rebound Areas from GRACE Data
Observing Our Changing Earth 133, 501 (2008)
» A. Heiker, H. Kutterer, and J. Müller
Combined Analysis of Earth Orientation Parameters and Gravity Field Coefficients for
Mutual Validation
Observing Our Changing Earth 133, 853 (2008)
» O. Gitlein, L. Timmen, J. Müller, H. Denker, J. Mäkinen, M. Bilker-Koivula, B. R. Pettersen,
D. I. Lysaker, J. G. G. Svendsen, K. Breili, H. Wilmes, R. Falk, A. Reinhold, W. Hoppe,
H.-G. Scherneck, B. Engen, O. C. D. Omang, A. Engfeldt, M. Lilje, J. Agren, M. Lidberg,
G. Strykowski, and R. Forsberg
Observing absolute gravity acceleration in the Fennoscandian uplift area
Proc. Int. Symposium on Terrestrial Gravimetry: Static
and Mobile Measurements, 175 (2008)
» L. Timmen, O. Gitlein, J. Müller, G. Strykowski, and R. Forsberg
Absolute gravimetry with the Hannover meters JILAg-3 and FG5-220 , and their
deployment in a Danish-German cooperation
Zeitschrift für Vermessungswesen 133, 149 (2008)
» J. Müller
Lunar Laser Ranging: A Space Geodetic Technique to Test Relativity
Proceedings of the 11th Marcel Grossmann Meeting, 2576 (2008)
» J. Müller, J. Williams, and S. Turyshev
Lunar Laser Ranging Contributions to Relativity and Geodesy
Proceedings of the Conference on Lasers, Clocks, and Drag-free , 457 (2008)
» S. Kopeikin, E. Pavlis, D. Pavlis, V. A. Brumberg, A. Escapa, S. M. Kopeikin, E. Pavlis,
D. Pavlis, V. A. Brumberg, A. Escapa, J. Getino, A. Gusev, J. Müller, W.-T. Ni,
and N. Petrova
Prospects in the orbital and rotational dynamics of the Moon with the advent of
sub-centimeter lunar laser ranging
Advances in Space Research 42, 1378 (2008)
» C. Hirt, U. Feldmann-Westendorff, H. Denker, J. Flury, C. H. Jahn, A. Lindau , G. Seeber,
and C. Voigt
Hochpräzise Bestimmung eines astrogeodätischen Quasigeoidprofils im Harz für die
Validierung des GCG05
Zeitschrift für Vermessungswesen 133, 108 (2008)
» J. Müller, M. Soffel, and S. Klioner
Geodesy and Relativity
Journal of Geodesy 82, 133 (2008)
» T. Feldmann, H. Esteban, T. Gotoh, U. Weinbach, A. Bauch, D. Piester, J. Palacio ,
H. Maeno, and S. Schön
Examinations on the current uncertainty of time scale comparisons using GPS carrier
phase and precise point positioning
IEEE Proc. EFTF Besançon, 120 (2009)
» U. Weinbach, S. Schön, and T. Feldmann
Evaluation of state-of-the-art geodetic GPS receivers for frequency comparisons
IEEE Proc. EFTF Besançon, 263 (2009)
» O. Montenbruck, M. Garcia- Fernandez, Y. Yoke, S. Schön, and A. Jäggi
Antenna Phase Center Calibration for Precise Positioning of LEO Satellites
GPS Solutions 13, 23 (2009)
» J. Müller, L. Biskupek, J. Oberst, and U. Schreiber
Contribution of Lunar Laser Ranging to Realise Geodetic Reference Systems
International Association of Geodesy Symposia 134, 55 (2009)
» H. Steffen, O. Gitlein, H. Denker, J. Müller, and L. Timmen
Present rate of uplift in Fennoscandia from GRACE and absolute gravimetry
Tectonophysics 474, 69 (2009)
» K. I. Wolf and J. Müller
Accuracy Analysis of External Reference Data for GOCE Evaluation in Space and
Frequency Domain
Observing Our Changing Earth 133, 345 (2009)
127

128
Appendix
Selected Publications · Research Groups
» H. Steffen, S. Petrovic, J. Müller, R. Schmidt, J. Wünsch, F. Barthelmes, and J. Kusche
Significance of secular trends of mass variations determined from GRACE solutions
Journal of Geodynamics 48, 157 (2009)
» E. P. Stephan, T. Tran, and A. Costea
A boundary integral equation on the sphere for high-precision geodesy
Computer Methods in Mechanics: Lectures CMM, 99 (2009)
» L. Biskupek and J. Müller
Lunar Laser Ranging and Earth Orientation
Proceedings of the “Journees 2008 Systemes de reference
spatiotemporels”, M. Soffel and N. Capitaine (eds.), Lohrmann-
Observatorium and Observatoire de Paris, 182-185 (2009)
» L. Biskupek and J. Müller
Relativity and Earth Orientation Parameters from Lunar Laser Ranging. Proceedings of
the 16 th International Workshop on Laser Ranging, Oct. 13-17 , 2008 , Poznan, Poland
ed. by S. Schillak, Space Research Centre, Polish
Academy of Sciences 1, 270-276 (2009)
» U. Weinbach and S. Schön
Evaluation of the clock stability of geodetic GPS receivers connected to an external
oscillator
Proceedings of the Institute of Navigation (ION) GNSS, 3317-3328 (2009)
» U. Weinbach and S. Schön
Stability analysis of the hardware delays of geodetic GPS receivers for clock comparisons
Proceedings of the 2 nd International Colloquium—Scientific and
Fundamental Aspects of the Galileo Programme (2009)
» U. Weinbach and S. Schön
On the Correlation of Tropospheric Zenith Path Delay and Station Clock Estimates in
Geodetic GNSS Frequency Transfer
Proceedings of the 24 th European Frequency and Time Forum, ESA/ESTEC (2009)
» Q. T. Le Gia, E. P. Stephan, and T. Tran
Solutions to the Neumann problem exterior to a prolate spheroid by radial basis
functions
Adv. Comput. Math., online (2010)
» U. Weinbach and S. Schön
GNSS reciever clock modeling when using high-precision oscillators and ist impact on
PPP
Advances in Space Research, accepted for publication (2010)
» L. Bispurek, J. Müller, and F. Hofmann
Determination of Nutation Coefficients from Lunar Laser Ranging
International Association of Geodesy Symposia Series,
Springer, accepted for publication (2010)
» T. Tran, Q. T. Le Gia, I. H. Sloan, and E. P. Stephan
Preconditioners for pseudodifferential equations on the sphere with radial basis
functions
Numerische Mathematik 115, 141-163 (2010)
» E. P. Stephan A. Costea, Q. T. Le Gia, and T. Tran
Meshless boundary element methods for exterior problems on spheroids
Conference proceeding , International Conference on
Boundary Element and Meshless Techniques (2010)
Gravitational Wave Astronomy
» B. Abbott, R. Abbott, R. Adhikari, P. Ajith, B. Allen, G. Allen et al.
Search for Gravitational-Wave Bursts from Soft Gamma Repeaters
Physical Review Letters 101, 21 (2008)
» H. J. Pletsch and B. Allen
Exploiting Large-Scale Correlations to Detect Continuous Gravitational Waves
Physical Review Letters 103, 181102 (2009)

Anhang
Ausgewählte Publikationen · Forschungsgruppen
» S. Babak, J. G. Baker, M. J. Benacquista, N. J. Cornish, J. Crowder, C. Cutler et al.
Report on the second Mock LISA Data Challenge
Classical and Quantum Gravity, 25, 11 (2008)
» J. R. Smith, J. Degallaix, A. Freise, H. Grote, M. Hewitson, S. Hild, H. Lueck, K. A. Strain,
and B. Willke
Measurement and simulation of laser power noise in GEO 600
Class. Quantum Grav. 25, 35003 (2008)
» H. Lück, J. Degallaix, H. Grote, M. Hewitson, S. Hild, B. Willke, and K. Danzmann
Opto-mechanical frequency shifting of scattered light
Journal of Optics A: Pure and Applied Optics 10, 85004 (2008)
Ultrahigh Quality Optical Layers and Characterisation
» L. O. Jensen, M. Jupé, and D. Ristau
UV damage mechanisms
Proceedings of the 40 th Annual Symposium on Optical
Materials for High Power Laser 7132, 71320G (2008)
» W. Riede, P. Allenspacher, M. Jupé, and L. O. Jensen
Analysis of the air—vacuum effect in dielectric coatings
Proc. of SPIE 7132, 71320F (2008)
» A. Melninkaitis, J. Mirauskas, M. Jupe, D. Ristau, J. W. Arenberg, and V. Sirutkaitis
The effect of pseudo-accumulation in the measurement of fatigue laser induced damage
threshold
Proc. of SPIE 7132, 713203 (2008)
» D. Nguyen, L. A. Emmert, I. V. Cravetchi, M. Mero, W. Rudolph, M. Jupe, M. Lappschies,
K. Starke, and D. Ristau
Ti Si O optical coatings with tunable index and their response to intense
x 1–x 2
subpicosecond laser pulse irradiation
Applied Physics Letters 93, 261903 (2008)
» M. Jupé, L. Jensen, A. Melninkaitis, V. Sirutkaitis, and D. Ristau
Calculations and experimental demonstration of multi-photon absorption governing fs
laser-induced damage in titania
Optics Express 17, 12269 (2008)
» L. Jensen, I. Balasa, H. Blaschke, and D. Ristau
Novel technique for the determination of hydroxyl distributions in fused silica
Optics Express 17, 17144 (2009)
» M. Turowski, M. Jupé, L. Jensen, and D. Ristau
Laser-induced damage and nonlinear absorption of ultrashort laser pulses in the bulk of
fused silica
Proceedings Annual Symposium on Optical Materials
for High Power Lasers 7504, 75040H (2009)
» M. Jupé, L. Jensen, K. Starke, D. Ristau, A. Melninkaitis, and V. Sirutkaitis
Analysis in wavelength dependence of electronic damage
Proceedings Annual Symposium on Optical Materials
for High Power Lasers 7504, 75040N (2009)
» L. Jensen, S. Schrameyer, M. Jupé, H. Blaschke, and D. Ristau
Spot-size dependence of the LIDT from the NIR to the UV
Proceedings Annual Symposium on Optical Materials
for High Power Lasers 7504, 75041E (2009)
» D. Ristau
Ion Beam Sputtering—State of the art and industrial application
Proceedings 8th International Conference on
Coatings on Glass an Plastics, 203 (2010)
» D. Ristau and H. Ehlers
High Power Laser Components
Chinese Optics Letters 8, 140 (2010)
» M. Mende, S. Günster, H. Ehlers, and D. Ristau
Optical Properties of Ion Beam Sputtered Oxide Mixture Coatings
Opt. Interfer. Coatings, OSA Technical Digest, ThA45 (2010)
129

130
Appendix
Selected Publications · Research Groups
» C. Schmitz, H. Ehlers, and D. Ristau
Online Detection of Ozone in Ion Beam Sputtering
Opt. Interfer. Coatings, OSA Technical Digest, TuD4 (2010)
3 rd Generation Gravitational Wave Detector Laser Source
» M. Hildebrandt, S. Buesche, P. Weßels, M. Frede, and D. Kracht
Brillouin scattering spectra in high-power single-frequency ytterbium doped fiber
amplifiers
Optics Express 16, 15970 (2008)
» P. Kwee and B. Willke
Automatic laser beam characterization of monolithic Nd:YAG nonplanar ring lasers
Applied Optics 47, 6022 (2008)
» B. Willke, K. Danzmann, M. Frede, P. King, D. Kracht, P. Kwee, O. Puncken, Jr. R. L.
Savage, B. Schulz, F. Seifert, C. Veltkamp, S. Wagner, P. Wessels, and L. Winkelmann
Stabilized lasers for advanced gravitational wave detectors
Class. Quantum Grav. 25, 114040 (2008)
» P. Kwee, B. Willke, and K. Danzmann
Optical ac coupling to overcome limitations in the detection of optical power
fluctuations
Optics Letters 33, 1509 (2008)
» V. Kuhn, P. Weßels, J. Neumann, and D. Kracht
Stabilization and power scaling of cladding pumped Er:Yb-codoped fiber amplifier via
auxiliary signal at 1064 nm
Optics Express 17, 18304 (2009)
» K. Ehret, M. Frede, S. Ghazaryan, M. Hildebrandt, E. A. Knabbe, D. Kracht, A.
Lindner, J. List, T. Meier, N. Meyer, D. Notz, J. Redondo, A. Ringwald, G. Wiedemann,
and B. Willke
Resonant laser power build-up in ALPS – a “light-shining-through-walls” experiment
Nuclear Inst. and Methods in Physics Research A 612, 83 (2009)
» P. Kwee, B. Willke, and K. Danzmann
Shot noise limited laser power stabilization with a high power photodiode array
Optics Letters 34, 2912 (2009)
» P. Kwee, B. Willke, and K. Danzmann
Laser power stabilization using optical ac coupling
Applied Optics 48, 5423 (2009)
» O. Puncken, H. Tünnermann, J. J. Morehead, P. Weßels, M. Frede, J. Neumann, and D.
Kracht
Intrinsic reduction of the depolarization in Nd:YAG crystals
Optics Express, accepted for publication (2010)
» V. Kuhn, S. Unger, S. Jetschke, D. Kracht, J. Neumann, J. Kirchhof, and P. Weßels
Experimental Comparison of TEM00 Mode Content in Er:Yb-Codoped LMA Fibers with
Cores based on Multifilament- and Pedestal-Designs
Europhysics Conference Abstracts Volume 34C, paper TuP7 (2010)
» B. Willke
Stabilized lasers for advanced gravitational wave detectors
Laser & Photonics Reviews, online, (2010)
Fiber Optics
» F. Haxsen, A. Ruehl, M. Engelbrecht, D. Wandt, U. Morgner, and D. Kracht
Stretched-pulse operation of a thulium-doped fiber laser
Optics Express 16, 20471 (2008)
» H. Sayinc, D. Mortag, D. Wandt, J. Neumann, and D. Kracht
Sub-100 fs pulses from a low repetition rate Yb-doped fiber laser
Optics Express 17, 5731 (2009)
» A. Ruehl, D. Wandt, U. Morgner, and D. Kracht
Normal Dispersive Ultrafast Fiber Oscillators
IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 15, 170 (2009)

Anhang
Ausgewählte Publikationen · Forschungsgruppen
» O. Prochnow, R. Paschotta, E. Benkler, U. Morgner, J. Neumann, D. Wandt,
and D. Kracht
Quantum-limited noise performance of a femtosecond all-fiber ytterbium laser
Optics Express 17, 15525 (2009)
» F. Haxsen, D. Wandt, U. Morgner, J. Neumann, and D. Kracht
Pulse characteristics of a passivly mode-locked thulium fiber laser with positive and
negative cavity dispersion
Optics Express 18, 18981 (2010)
» F. Haxsen, D. Wandt, U. Morgner, J. Neumann, and D. Kracht
151 nJ pulse energy from an ultrafast thulium-doped chirped-pulse fiber amplifier
Optics Letters 35, 2991 (2010)
» N. B. Chichkov, K. Hausmann, D. Wandt, U. Morgner, J. Neumann, and D. Kracht
High-power dissipative solitions from an all-normal dispersion erbium fiber oscillator
Optics Letters 35, 2807 (2010)
» N. B. Chichkov, K. Hausmann, D. Wandt, U. Morgner, J. Neumann, and D. Kracht
50 fs pulses from an all-normal dispersion erbium fiber oscillator
Optics Letters, accepted for publication (2010)
Sub-Hz Lasers and High-Performance Cavities
» T. Legero, T. Kessler, and U. Sterr
Tuning the Thermal Expansion Properties of Optical Reference Cavities with Fused Silics
Mirrors
J. Opt. Soc. Am. B 27, 914 (2010)
Photonic Devices for Space Applications
» M. Tröbs, S. Barke, J. Möbius, M. Engelbrecht, D. Kracht, L. d’Arcio, G. Heinzel,
and K. Danzmann
Lasers for LISA: overview and phase characteristics
Journal of Physics: Conference Series 154, 012016 (2009)
» T. Denis, S. Hahn, S. Mebben, R. Wilhelm, C. Kolleck, J. Neumann, and D. Kracht
Compact diode stack end pumped Nd:YAG amplifier using core doped ceramics
Applied Optics 49, 811 (2010)
» R. Huß, R. Wilhelm, C. Kolleck, J. Neumann, and D. Kracht
Suppression of parasitic oscillations in a core-doped ceramic Nd:YAG laser by Sm:YAG
cladding
Optics Express 18, 13094 (2010)
Mode-Locked Lasers / Mode Combs
» S. Rausch, T. Binnhammer, A. Harth, F. Kärnter, and U. Morgner
Few-cycle femtosecond field synthesizer
Optics Express 16, 17410 (2008)
» S. Rausch, T. Binnhammer, A. Harth, J. Kim, R. Ell, F. Kärnter, and U. Morgner
Controlled waveforms on the single-cycle scale from a femtosecond oscillator
Optics Express 16, 9739 (2008)
» S. Rausch, T. Binnhammer, A. Harth, E. Schulz, M. Siegel, and U. Morgner
Few-cycle oscillator pulse train with constant carrier-envelope- phase and 65 as jitter
Optics Express 17, 20282 (2009)
» S. Rausch, T. Binnhammer, A. Harth, E. Schulz, and U. Morgner
Octave-spanning Ti:Sapphire laser with zero CEO-frequency and 65 attosecond phase
jitter
Optics Express 19, 2836 (2009)
» M. Schultze, T. Binnhammer, A. Steinmann, G. Palmer, M. Emons, and U. Morgner
Few-cycle OPCPA system at 143 kHz with more than 1 µJ of pulse energy
Optics Express 19, 2836 (2010)
» M. Emons, A. Steinmann, T. Binnhammer, G. Palmer, M. Schultze, and U. Morgner
Sub-10-fs pulses from a MHz-NOPA with pulse energies of 0.4 µJ
Optics Express 18, 1191 (2010)
131

132
Appendix
Selected Publications · Research Groups
» T. Binhammer, S. Rausch, M. Jackstadt, G. Palmer, and U. Morgner
Phase-stable Ti:Sapphire Oscillator Quasi-Synchronously Pumped by a Thin-Disk Layer
Applied Physics B 100, 219 (2010)
» G. Palmer, M. Schultze, M. Emons, A. L. Lindemann, M. Pospiech, M. Lederer,
and U. Morgner
12 MW peak power from a two-crystal Yb:KYW chirped-pulse oscillator with cavity-
dumping
Optics Express 18, 19095 (2010)
Nanophotonics
» A. I. Kuznetsov, A. B. Evlyukhin, C. Reinhardt, A. Seidel, R. Kiyan, W. Cheng,
A. Ovsianikov, and B. Chichkov
Laser-induced transfer of metallic nanodroplets for plasmonics and metamaterial
applications
J. Opt. Soc. Am. B 26, 130 (2009)
» A. I. Kuznetsov, J. Koch, and B. Chichkov
Laser-induced backward transfer of gold nanodroplets
Optics Express 17, 18820 (2009)
» C. Reinhardt, A. Seidel, A. B. Evlyukhin, W. Cheng, and B. Chichkov
Mode-selective excitation of laser-written dielectric-loaded surface plasmon polariton
waveguides
J. Opt. Soc. Am. B 26, 55 (2009)
» A. Schilling, J. Schilling, C. Reinhardt, and B. Chichkov
A superlens for the deep ultraviolet
Applied Physics Letters 95, 121909 (2009)
» A. B. Evlyukhin, C. Reinhardt, E. Evlyukhina, and B. Chichkov
Asymmetric and symmetric local surface-plasmon-polariton excitation on chains of
nanoparticles
Optics Letters 34, 2237 (2009)
» A. Seidel, C. Reinhardt, T. Holmgaard, W. Cheng, T. Rosenzveig, K. Leosson,
S. I. Bozhevolnyi, and B. Chichkov
Demonstration of Laser-Fabricated DLSPPW at Telecom Wavelength
Photonics Journal IEEE 2, 652 (2010)
» C. Reinhardt, A. Seidel, A. Evlyukhin, W. Cheng, R. Kiyan, and B. Chichkov
Direct Laser-Writing of Dielectric-Loaded Surface Plasmon-Polariton Waveguides for the
Visible and Near Infrared
Applied Physics A 100, 347 (2010)
» A. B. Evlyukhin, C. Reinhardt, A. Seidel, B. S. Luk’ yanchuk, and B. Chichkov
Optical response features of Si-nanoparticle arrays
Phys. Rev. B 82, 045404 (2010)
» A. Seidel, J. Gosciniak, M. U. Gonzalez, J. Renger, C. Reinhardt, R. Kiyan, R. Quidant,
S. I. Bozhevolnyi, and B. Chichkov
Fiber-coupled surface plasmon polariton excitation in imprinted dielectric-loaded
waveguides
International Journal of Optics 2010, 897829 (2010)

Anhang
Ausgewählte Publikationen · Task Groups
Task Groups
Physics of Spinor Systems
» A. Jacob, P. Berg, G. Juzeliunas, and L. Santos
Cold atom dynamics in non-Abelian gauge fields
Appl. Phys. B 89, 439 (2007)
» G. Juzeliunas, J. Ruseckas, A. Jacob, L. Santos, and P. Oberg
Double and negative reflection of cold atoms in non-Abelian gauge potentials
Phys. Rev. Lett. 100, 200405 (2008)
» N. Bornemann, P. Hyllus, and L. Santos
Resonant spin-changing collisions in spinor Fermi gases
Phys. Rev. Lett. 100, 205302 (2008)
» A. Jacob, P. Oberg, G. Juzelinas, and L. Santos
Landau levels of cold atoms in non Abelian gauge fields
New J. Phys. 10, 45022 (2008)
» G. Juzeliunas, J. Ruseckas, M. Lindberg, L. Santos, and P. Oberg
Ultrarelativistic behavior of cold atoms in light fields
Phys. Rev. A 77, 11802 (2008)
» C. Klempt, O. Topic, G. Gebreyesus, M. Scherer, Th. Henninger, P. Hyllus, W. Ertmer,
L. Santos, and J. Arlt
Multi-resonant spinor dynamics in a Bose-Einstein condensate
Phys. Rev. Lett. 103, 195302 (2009)
» M. Merkl, A. Jacob, F. Zimmer, P. Oberg, and L. Santos
Chiral confinement in quasi-relativistic Bose-Einstein condensates
Phys. Rev. Lett. 104, 73603 (2010)
Quantum Test of the Equivalence Principle
» G. Amelino- Camelia, K. Aplin, M. Arndt, J. D. Barrow, R. J. Bingham, C. Borde, P. Bouyer,
M. Caldwell, A. M. Cruise, T. Damour, P. D’Arrigo, H. Dittus, W. Ertmer, B. Foulon, P. Gill,
G. D. Hammond, J. Hough, C. Jentsch, U. Johann, P. Jetzer, H. Klein, A. Lambrecht,
B. Lamine, C. Lämmerzahl, N. Lockerbie, F. Loeffler, J. T. Mendonca, J. Mester, W.-T. Ni,
C. Pegrum, A. Peters, E. Rasel, S. Reynaud, D. Shaul, T. J. Sumner, S. Theil, C. Torrie, P.
Touboul, C. Trenkel, S. Vitale, W. Vodel, C. Wang, H. Ward, and A. Woodgate
GAUGE: the GrAnd Unification and Gravity Explorer
Experimental Astronomy 23, 549 (2009)
» W. Ertmer, C. Schubert, T. Wendrich, M. Gilowski, M. Zaiser, T. v. Zoest, E. Rasel,
Ch. J. Borde, A. Clairon, Landragin, P. Laurent, P. Lemonde, G. Santarelli, W. Schleich,
F. S. Cataliotti, M. Inguscio, N. Poli, F. Sorrentino, C. Modugno, G. M. Tino, P. Gill,
H. Klein, H. Margolis, S. Reynaud, C. Salomon et al.
Matter wave explorer of gravity (MWXG)
Experimental Astronomy 23, 611 (2009)
» P. Wolf, Ch. J. Bordé, A. Clairon, L. Duchayne, A. Landragin, P. Lemonde, G. Santarelli,
W. Ertmer, E. Rasel, F. S. Cataliotti, M. Inguscio, G. M. Tino, P. Gill, H. Klein, S. Reynaud,
C. Salomon, E. Peik, O. Bertolami, P. Gil, J. Paramos, C. Jentsch, U. Johann, A. Rathke,
P. Bouyer, L. Cacciapuoti, D. Izzo, and P. De Nata
Quantum Physics Exploring Gravity in the Outer Solar System: The SAGAS Project
Experimental Astronomy 23, 651 (2009)
Transportable Ultra-stable Clocks
» T. Nazarova, C. Lisdat, F. Riehle, and U. Sterr
Low-frequency-noise diode laser for atom interferometry
J. Opt. Soc. Am. B 25, (2008)
» U. Sterr, T. Legero, T. Kessler, H. Schnatz, G. Grosche, O. Terra, and F. Riehle
Ultrastable lasers – new developments and applications
Proc. SPIE 74310, A-1-14 (2009)
133

134
Appendix
Selected Publications · Task Groups
» O. Terra, G. Grosche, K. Predehl, R. Holzwarth, T. Legero, U. Sterr, B. Lipphardt,
and H. Schnatz
Phase-coherent comparison of two optical frequency standards over 146 km using a
telecommunication fiber link
Applied Physics B 97, 1432 (2009)
» A. V. Taichenachev, V. I. Yudin, C. W. Oates, Z. W. Barber, N. D. Lemke, A. D. Ludlow,
U. Sterr, Ch. Lisdat, and F. Riehle
Compensation of Field-Induced Frequency Shifts in Ramsey Spectroscopy of Optical
Clock Transitions
JETP Letters 90, 713 (2009)
» T. Legero, C. Lisdat, J. S. R. Vellore Winfred, H. Schnatz, G. Grosche, F. Riehle,
and U. Sterr
Interrogation Laser for a Strontium Lattice Clock
IEEE Transaction and Measurements 58, 1252 (2009)
» C. Lisdat, J. S. R. Vellore Winfred, T. Middelmann, F. Riehle, and U. Sterr
Collisional Losses, Decoherence, and Frequency Shifts in Optical Lattice Clocks with
Bosons
Physical Review Letters 103, 09801 (2009)
» S. Kraft, F. Vogt, O. Appel, F. Riehle, and U. Sterr
Bose-Einstein condensation of alkaline earth atoms: 40Ca Phys. Rev. Lett. 103, 130401 - 1-4 (2009)
» V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, C. W. Oates, Z. W. Barber, N. D. Lemke, A. D. Ludlow,
U. Sterr, Ch. Lisdat, and F. Riehle
Hyper-Ramsey Spectroscopy of Optical Clock Transitions
Phys. Rev. A 81, 011804 (2010)
Variations of Fundamental Constants
» S. G. Karshenboim and E. Peik
Astrophysics, atomic clocks and fundamental constants
Eur. Phys. J. Special Topics 163, 1 (2008)
» G. Grosche, O. Terra, K. Predehl, R. Holzwarth, B. Lipphardt, F. Vogt, U. Sterr,
and H. Schnatz
Optical frequency transfer via 146 km fiber link with 10-19 relative accuracy
Optics Letters 34, 2270 (2009)
» E. Peik, K. Zimmermann, M. Okhapkin, and Chr. Tamm
Prospects for a nuclear optical frequency standard based on Thorium-229
Proc. 7th Symposium Frquency Standards and Metrology, 532 (2009)
» Chr. Tamm, S. Weyers, B. Lipphardt, and E. Peik
Stray-field-induced quadrupole shift and absolute frequency of the 688-THz 171Yb +
single-ion optical frequency standard
Phys. Rev. A 80, 043403 (2009)
» I. Sherstov, M. Okhapkin, B. Lipphardt, Chr. Tamm, and E. Peik
Diode-laser system for high-resolution spectroscopy of the 2S -> ½ 2F octupole transition
7/2
in 171Yb +
Phys. Rev. A 81, 21805 (2010)
Next Generation Gravity Field Missions
» J. Bouman, G. Catastini, S. Cesare, F. Jarecki, J. Müller, M. Kern, D. Lamarre, G. Plank,
S. Rispens, M. Veicherts, C. C. Tscherning, and P. Visser
Synthesis Analysis of Internal External Calibration
GOCE HPF, GO-TN-HPF-GS-0221 (2008)
» M. Dehne, F. Guzmán Cervantes, B. Sheard, G. Heinzel, and K. Danzmann
Laser interferometer for spaceborne mapping of the Earth’s gravity field
Journal of Physics: Conference Series 154, 012023 (2009)
High Precision Modelling
» B. Rievers, C. Lämmerzahl, S. Bremer, M. List, and H. Dittus
New powerful thermal modelling for high-precision gravity missions with application to
Pioneer 10/11
New J. Phys. 11, 113032 (2009)

Imprint
Publisher:
Cluster of Excellence QUEST
Centre for Quantum Engineering and Space-Time Research
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
Welfengarten 1
D-30167 Hannover
Telephone: (+49) (511) 762 17240
Telefax: (+49) (511) 762 17243
Email: office@quest.uni-hannover.de
Web: www.quest.uni-hannover.de
Editors:
Dr. Stefan Pfalz, Dr. Ude Cieluch (resp. for content)
Text:
Scientists of the Cluster of Excellence QUEST,
Dr. Stefan Pfalz, Dr. Ude Cieluch
Translation:
Nancy Hulek
Typesetting and Design:
pflüger : kreativ ackern.
Stiftstrasse 12
D-30159 Hannover
Print:
agenturdirekt druck + medien gmbh
Wiesenauer Straße 18
D-30179 Hannover
All rights reserved.
© 2010 QUEST—Centre for Quantum Engineering and Space-Time Research
The work including all of its parts is protected by copyright.
Any use outside the narrow scope of the Copyright Act is not permitted without the publisher‘s consent and
constitutes a criminal offence. This applies in particular to copying, translating and microfilming as well as
storing and processing in electronic systems. The publisher, editors and authors as well as their vicarious agents
cannot accept any liability whatsoever for errors in content or for typographical errors. The common names,
trade names, product descriptions etc. may be trademarks without being specifically identified as such and
may be subject to legal regulations.
Impressum
Herausgeber:
Exzellenzcluster QUEST
Centre for Quantum Engineering and Space-Time Research
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
Welfengarten 1
30167 Hannover
Telefon: (+49) (511) 762 17240
Telefax: (+49) (511) 762 17243
E-Mail: office@quest.uni-hannover.de
Web: www.quest.uni-hannover.de
Redaktion:
Dr. Stefan Pfalz, Dr. Ude Cieluch (V.i.S.d.P.)
Text:
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Exzellenzcluster QUEST,
Dr. Stefan Pfalz, Dr. Ude Cieluch
Übersetzungen:
Nancy Hulek
Satz und Gestaltung:
pflüger : kreativ ackern.
Stiftstraße 12
30159 Hannover
Druck:
agenturdirekt druck + medien gmbh
Wiesenauer Straße 18
30179 Hannover
Alle Rechte vorbehalten.
© 2010 QUEST – Centre for Quantum Engineering and Space-Time Research
Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der
engen Grenzen des Urhebergesetzes ist ohne Zustimmung des Herausgebers unzulässig und strafbar. Das
gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und
Verarbeitung in elektronischen Systemen. Herausgeber, Redaktion und Autoren sowie deren Erfüllungsgehilfen
übernehmen keine Haftung für inhaltliche oder drucktechnische Fehler. Die in diesem Werk wiedergegebenen
Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. können auch ohne besondere Kennzeichnung
Marken sein und als solche gesetzlichen Bestimmungen unterliegen.