Atominterferometrie erstmals im Weltraum demonstriert

Mit Atominterferometern, die zu diesem Zweck den Wellencharakter von Atomen verwenden, sind äußerst genaue Messungen möglich. Sie können daher beispielsweise zur Messung des Erdschwerefeldes oder zur Erfassung von Gravitationswellen eingesetzt werden. Einem Team von Wissenschaftlern aus Deutschland ist es nun erstmals gelungen, Atominterferometrie im Weltraum erfolgreich durchzuführen – an Bord einer Rakete. „Wir haben die technologische Basis für die Atominterferometrie an Bord einer Rakete geschaffen und gezeigt, dass solche Experimente nicht nur auf der Erde, sondern auch im Weltraum möglich sind“, sagte Professor Patrick Windpassinger vom Institut für Physik gegenüber der Johannes Gutenberg Mainzer Universität (JGU). ), dessen Team an der Untersuchung beteiligt war. Die Ergebnisse ihrer Analysen wurden 2008 veröffentlicht Naturkommunikation.

Ein Forscherteam verschiedener Universitäten und Forschungszentren unter der Leitung der Leibniz-Universität Hannover startete im Januar 2017 die MAIUS-1-Mission. Es ist seitdem die erste Raketenmission, die im Weltraum ein Bose-Einstein-Kondensat erzeugt. Dieser besondere Materiezustand tritt auf, wenn Atome – in diesem Fall Rubidiumatome – auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt oder minus 273 Grad Celsius abgekühlt werden. „Für uns ist dieses ultrakalte Ensemble ein vielversprechender Ausgangspunkt für die Atominterferometrie“, erklärte Windpassinger. Die Temperatur ist einer der bestimmenden Faktoren, da Messungen bei niedrigeren Temperaturen genauer und über längere Zeiträume durchgeführt werden können.

Während der Experimente wurde das Gas unter Verwendung von Laserlichtstrahlung von Rubidiumatomen getrennt und dann überlagert. Abhängig von den Kräften, die auf unterschiedliche Weise auf die Atome wirken, können verschiedene Interferenzmuster erzeugt werden, mit denen wiederum die sie beeinflussenden Kräfte wie die Schwerkraft gemessen werden können.

Die Studie zeigte zunächst die Kohärenz oder Interferenzfähigkeit des Bose-Einstein-Kondensats als grundlegend erforderliche Eigenschaft des Atomensembles. Zu diesem Zweck wurden die Atome im Interferometer nur teilweise durch Variation der Lichtsequenz aufgebracht, was im Falle der Kohärenz zu einer räumlichen Intensitätsmodulation führte. Das Forscherteam lieferte somit Belege für die Realisierbarkeit des Konzepts, die zu weiteren Experimenten führen könnten, die die Messung des Erdschwerefelds, die Detektion von Gravitationswellen und einen Test des Einsteinschen Äquivalenzprinzips steuern.

In naher Zukunft möchte das Team die Machbarkeit der Atominterferometrie mit hoher Präzision weiter untersuchen, um das Einsteinsche Äquivalenzprinzip zu testen. Zwei weitere Raketenstarts, MAIUS-2 und MAIUS-3, sind für 2022 und 2023 geplant. Bei diesen Missionen plant das Team, neben Rubidiumatomen auch Kaliumatome zu verwenden, um Interferenzmuster zu erzeugen. Durch den Vergleich der Freifallbeschleunigung der beiden Atomtypen kann ein Test des Äquivalenzprinzips mit bisher unerreichbarer Präzision erleichtert werden. „Die Durchführung dieser Art von Experimenten wäre ein zukünftiges Ziel auf Satelliten oder der Internationalen Raumstation ISS, möglicherweise innerhalb von BECCAL, dem Bose Einstein-Kondensat- und Kaltatomlabor, das sich derzeit in der Planungsphase befindet. In diesem Fall wäre die erreichbare Genauigkeit nicht sein „ist nicht durch die begrenzte freie Fallzeit an Bord einer Rakete begrenzt“, sagte Dr. André Wenzlawski, Mitglied der Windpassinger-Forschungsgruppe an der JGU, der direkt an den Startmissionen beteiligt ist, erklärt.

Das Experiment ist ein Beispiel für das hochaktive Forschungsfeld der Quantentechnologien, zu dem auch Entwicklungen auf dem Gebiet der Quantenkommunikation, Quantensensoren und Quantencomputer gehören.

Die Raketenmission MAIUS-1 wurde als Gemeinschaftsprojekt der Leibniz-Universität Hannover, der Universität Bremen, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der Universität Hamburg, der Humboldt-Universität in Berlin, des Ferdinand-Braun-Instituts in Berlin und der deutschen Luftwaffe durchgeführt. und Raumfahrt ist beteiligt. Zentrum (DLR). Die Finanzierung des Projekts wurde von der Raumfahrtverwaltung des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums arrangiert und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie auf der Grundlage eines Beschlusses des Deutschen Bundestages finanziert.

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Ähnliche Links:

https: //.www.stumpfPhysik.Universität Mainz.von/ – Experimentelle Forschungsgruppe für Quantenoptik und Quanteninformation am JGU Institut für Physik

Weiterlesen:

https: //.www.Universität Mainz.von/haas /Strom /6645_ENG_HTML.php – Pressemitteilung „Zum ersten Mal im Weltraum erzeugtes Bose-Einstein-Kondensat“ (31. Oktober 2018);

http: // www.Zeitschrift.Universität Mainz.von/8106_ENG_HTML.php – JGU MAGAZIN: „Wegweisende Messungen im Weltraum“ (17. Februar 2017);

http: // www.Universität Mainz.von/haas /Strom /260_ENG_HTML.php – Pressemitteilung „Experiment, bei dem ultrakaltes Rubidium mit einer Forschungsrakete angehoben wird“ (2. Februar 2017);

https: //.www.Universität Mainz.von/haas /20917_ENG_HTML.php – Pressemitteilung „Mit Mainzer Wissenschaftlern entwickeltes Lasersystem besteht Test im Weltraum“ (25. Januar 2016)