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Abstract

Quanten-Vielteilchensysteme, die weit aus dem Gleichgewicht getrieben werden, konnen eine universelle, selbstahnliche Skalierungsdynamik aufweisen, die mit einem nicht-thermischen Fixpunkt in Verbindung steht. Die Charakterisierung solcher Universalitatsklassen außerhalb des Gleichgewichts ist ein offenes Problem. Diese Arbeit untersucht die Dynamik eines eindimensionalen Spin-1 Bose Gases fernab vom Gleichgewicht. Die mikroskopische Dynamik des Gases wird analysiert, in der Kaustiken in den Geschwindigkeitsfeldern entstehen, die Echtzeit-Instantonen im transversalen Spin formen. Die Statistik der Instantonen lasst auf einen zusätzlichen Skalierungsexponenten schließen, der die Zeitentwicklung einer charakteristischen Zeitskala bestimmt. Eine effektive Feldtheorie des Spin-1 Bose Gases bei niedrigen Energien wird hergeleitet, was die Form einer erweiterten Sine-Gordon Theorie in der Spinorphase aufweist. Das effektive Modell gibt sowohl das subdiffusive als auch das diffusionsartige Skalierungverhalten der vollen mikroskopischen Theorie wieder. Aus der hergeleiteten Theorie wird geschlossen, dass die Skalierungsdynamik aufgrund eines nicht-thermischen Fixpunktes ein Phanomen ist, das über Domanenvergrößerungsprozesse hinausgeht. Der Wert des Skalierungsexponenten wird mit der Besetzung der Minima des periodischen Potentials durch das Sine-Gordon Feld verbunden. Numerische sowie experimentelle Ergebnisse bestatigen die Reduzierung der Dynamik auf das effektive Modell. Weiter wird der Symmetrieinhalt des Systems mithilfe von Ward-Identitaten untersucht und damit gezeigt, dass die dynamische Wiederherstellung der Symmetrie aus einem explizit symmetriegebrochenen Zustand viel schneller ist als die Thermalisierung. Es wird zudem gezeigt, dass durch unterschiedliche Anfangsbedingungen zwei verschiedene nicht-thermische Fixpunkten erreicht werden konnen, die jeweils mit einer anderen emergenten Symmetrie verbunden sind. Mit Hilfe dreidimensionaler Simulationen eines quasi-eindimensionalen Rubidium-kondensats wird die langjahrige Diskrepanz zwischen den experimentell gemessenen und numerisch beobachteten Skalierungsexponenten erklart. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen zu einem tieferen Verstandnis der Nichtgleichgewichtsphysik bei, indem sie eine erweiterte Sine-Gordon Universalitatsklasse außerhalb des Gleichgewichts etablieren, zu der das Spin-1 Bose Gas gehört, und die Rolle emergenter Symmetrien bei der Bestimmung des nicht-thermischen Fixpunkts untermauern.