Eksperiment med ultrakold rubidium løfter af med forskningsraket

Fysikere ønsker at bruge ultrakolde gasser i rummet til at måle Jordens gravitationsfelt, at underkaste Einsteins ækvivalensprincip en nøjagtig test, og også til at detektere gravitationsbølger. Den første flyvning i en sonderende raket gjorde det nu muligt at teste de nødvendige teknologier og eksperimentelle trin, der kræves til målinger af denne art. Derved, gruppen genererede et Bose-Einstein-kondensat og var i stand til at undersøge dets egenskaber i rummet for første gang.

Forskningsraketten MAIUS-1 blev opsendt fra Esrange Space Center i Sverige til en 15-minutters flyvning kl. 3:30 CET den 23. januar 2017. Flyvningen bar nyttelasten med forsøget til at skabe Bose-Einstein-kondensater af rubidiumatomer, der skulle bruges til at foretage nøjagtige målinger i højder på op til 240 kilometer. Ultrakolde kvantegasser kan bruges under nulgravitationsforhold som højpræcisionssensorer til tyngdekraft, for eksempel, for at afgøre, om objekter i det samme tyngdefelt rent faktisk falder med samme hastighed som forudsagt af standardteorier. Nul tyngdekraft gør det muligt at verificere Einsteins såkaldte ækvivalensprincip langt mere præcist, end det ville være muligt på Jorden. Mainz -repræsentanten i forskningsgruppen ledet af Leibniz Universität Hannover er professor Patrick Windpassinger fra Institut for Fysik ved Johannes Gutenberg Universitet Mainz (JGU).

Under den 15-minutters flyvning genererede forskerne et Bose-Einstein-kondensat fra rubidium-atomer hvert andet til fjerde sekund ved hjælp af en automatiseret proces. Et Bose-Einstein-kondensat er en tilstand, hvor atomerne har en temperatur meget tæt på absolut nul og derfor kan kontrolleres med stor præcision. Forskerne brugte laserpulser til at overføre kondensatet til en tilstand af såkaldt kvantemekanisk superposition. "Det betyder, at atomerne er på to forskellige steder på samme tid, "forklarede professor Patrick Windpassinger, en af ​​projektlederne for det tyske nationale forskningsnetværk. Denne tilstand gør det muligt nøjagtigt at måle de kræfter, der påvirker atomerne.

Gravitationseksperimenter virker også på Jorden, som ved målinger udført i faldtårne. Observationstider i nul tyngdekraft, imidlertid, er meget længere, og de opnåede resultater er derfor mere præcise.

Forskningsprojektet er resultatet af mere end ti års arbejde:"Fra et teknisk synspunkt, det er et af de mest omfattende eksperimenter, der nogensinde er gået op i en raket, " sagde Windpassinger. "Eksperimentet skulle være kompakt og robust nok til at modstå vibrationerne under opsendelsen, men også lille og let nok til at passe ind i raketten. "

Mainz -fysikere leverer softwarealgoritme til lasersystem

Forskere ved Mainz University udviklede en særlig softwarealgoritme specielt til MAIUS-1-raketten, der hjalp med at kontrollere eksperimentets lasersystem korrekt. Selve lasersystemet skulle også udvikles omhyggeligt, testet, og bygget over mange år. Denne opgave blev udført ved hjælp af miniaturiserede diodelasere af et team på Humboldt-Universität zu Berlin og Ferdinand Braun Institute, Leibniz Institute for High-Frequency Technology (FBH) i Berlin, under ledelse af professor Achim Peters. Forskere ved Johannes Gutenberg Universitet Mainz udviklede strålefordelings- og manipulationssystemet i tæt samarbejde med gruppen under ledelse af professor Klaus Sengstock fra Universität Hamburg. Systemet anvender en speciel glaskeramik kaldet Zerodur fremstillet af Schott AG, Mainz, der er meget stabil med hensyn til temperaturændringer.

Efter udviklingen af ​​hardware og software, der er stadig uforudsigelige faktorer, der kan skabe komplikationer i en virksomhed som denne. "Hvis du ikke er heldig, kan raketopsendelsen igen og igen blive forsinket med et par dage eller endda måneder - på grund af et teknisk problem, dårligt vejr, eller fordi en flok rensdyr er i nærheden af ​​landingsstedet, "sagde Dr. André Wenzlawski, forskningsassistent i professor Patrick Windpassingers team, der deltog i lanceringen i Sverige på vegne af Mainz Universitet. "Vi er derfor meget glade for, at det lykkedes." Imidlertid, det er stadig for tidligt for afgørende udsagn eller resultater. Yderligere to raketmissioner og eksperimenter på den internationale rumstation ISS er planlagt i de kommende år.

MAIUS-1 højhøjdeforskningsraketmissionen blev implementeret som et fælles projekt af Leibniz Universität Hannover, universitetet i Bremen, Johannes Gutenberg Universitet Mainz, Universitet Hamburg, Humboldt-Universität zu Berlin, Ferdinand Braun Institute Berlin, TU Darmstadt, Ulm Universitet, og German Aerospace Center (DLR). Finansiering til projektet blev arrangeret af DLR Space Mission Management, og midler blev leveret af det tyske forbundsministerium for økonomiske anliggender og energi på grundlag af en resolution fra den tyske forbundsdag.