Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Experiment zu ultra-kaltem Rubidium hebt mit Forschungsrakete vom Boden ab

24.01.2017

Physiker schaffen Grundlagen für präzisen Test des Einstein’schen Äquivalenzprinzips – Erstmals Bose-Einstein-Kondensat im Weltraum erzeugt

Mit ultrakalten Quantengasen im Weltraum wollen Physiker das Gravitationsfeld der Erde vermessen, das Einstein’sche Äquivalenzprinzip einem präzisen Test unterziehen oder auch Gravitationswellen detektieren. Bei einem ersten Flug mit einer Höhenforschungsrakete konnten nun die notwendigen Technologien und experimentellen Schritte, die für solche Messungen erforderlich sind, geprüft werden. Dabei hat die Gruppe erstmals ein Bose-Einstein-Kondensat im Weltraum erzeugt und dessen Eigenschaften untersucht.


Die Nutzlast der Höhenforschungsrakete in der Integrationshalle der European Space and Sounding Rocket Range (Esrange) in Schweden

Foto/©: André Wenzlawski, JGU


Die Nutzlast der Höhenforschungsrakete und alle an der Kampagne beteiligten Personen, darunter Wissenschaftler des Projekts MAIUS-1, Mitarbeiter des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und Mitarbeiter des Raketenstartplatzes Esrange

Foto/©: Thomas Schleuss, DLR

Dazu war die Forschungsrakete MAIUS-1 am 23. Januar 2017 um 3:30 Uhr mitteleuropäischer Zeit vom schwedischen Weltraumbahnhof Esrange zu einem ca. 15-minütigen Flug gestartet. Der Flug brachte die Nutzlast mit dem Experiment zur Erzeugung von Bose-Einstein-Kondensaten aus Rubidium-Atomen und deren Nutzung für Präzisionsmessungen in bis zu 240 Kilometer Höhe.

In der Schwerelosigkeit können ultrakalte Quantengase als hochpräzise Sensoren für z.B. die Gravitation eingesetzt werden, um zu vermessen, ob Objekte im gleichen Gravitationsfeld tatsächlich wie von den gängigen Theorien vorausgesagt gleich schnell fallen. Die Überprüfung des sogenannten Einstein'schen Äquivalenzprinzips kann in Schwerelosigkeit deutlich genauer erfolgen, als es auf der Erde möglich wäre.

Die Forschergruppe unter Leitung der Leibniz Universität Hannover vertritt auf Mainzer Seite Prof. Dr. Patrick Windpassinger vom Institut für Physik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU).

Während des viertelstündigen Flugs erzeugten die Forscher automatisiert alle zwei bis vier Sekunden ein Bose-Einstein-Kondensat aus Rubidium-Atomen – ein Zustand, bei dem die Atome eine Temperatur besitzen, die nur Bruchteile eines Grades vom absoluten Temperaturnullpunkt entfernt ist und die deshalb besonders gut kontrollierbar sind.

Im Weiteren versetzten die Forscher das Kondensat mit Laserpulsen in einen sogenannten quantenmechanischen Überlagerungszustand. „Das bedeutet, dass sich die Atome gleichzeitig an zwei Orten befinden“, erklärt Patrick Windpassinger, einer der Projektleiter des bundesweiten Forschungsverbundes. Mit Hilfe dieses Zustandes lassen sich die auf die Atome einwirkenden Kräfte sehr präzise ermitteln.

Experimente zur Schwerkraft funktionieren auch auf der Erde, zum Beispiel mit Messungen in Falltürmen. Allerdings sind die möglichen Beobachtungszeiten in der Schwerelosigkeit sehr viel länger und die Messungen damit genauer.

Das Forschungsprojekt ist das Ergebnis von mehr als zehn Jahren Arbeit: „Es ist eines der technisch aufwendigsten Experimente, das je auf einer Rakete geflogen ist“, sagt Windpassinger. „Das Experiment musste kompakt und robust genug sein, um den auftretenden Vibrationen während des Starts zu widerstehen, gleichzeitig aber klein und leicht genug, damit es auf der Rakete Platz findet.“

Mainzer Physiker steuern Softwarealgorithmus für Lasersystem bei

Speziell für die Rakete MAIUS-1 entwickelten die Forscher in Mainz einen besonderen Softwarealgorithmus, der half, das Lasersystem des Experiments korrekt anzusteuern. Aber auch das Lasersystem selbst musste über Jahre hinweg aufwendig entwickelt, getestet und gebaut werden. Diesen Teil übernahm eine Gruppe der Humboldt-Universität zu Berlin und des Ferdinand-Braun-Instituts, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Berlin um Prof. Dr. Achim Peters mit miniaturisierten Diodenlasern. Die Wissenschaftler der JGU entwickelten das Strahlaufteilungs- und Manipulationssystem in enger Zusammenarbeit mit der Gruppe um Prof. Dr. Klaus Sengstock von der Universität Hamburg. Das System basiert auf der speziellen Glaskeramik Zerodur der Schott AG, Mainz, und ist gegenüber Temperaturänderungen sehr stabil.

Nach der Entwicklung von Hard- und Software hängt die Durchführung noch von verschiedenen Unsicherheitsfaktoren ab. „Wenn man Pech hat, verschiebt sich der Raketenstart immer wieder um Tage oder sogar Monate – weil ein technisches Problem auftritt, das Wetter schlecht ist oder weil sich Rentierherden im Landebereich befinden“, so André Wenzlawski, wissenschaftlicher Mitarbeiter aus der Gruppe um Professor Windpassinger und für die Johannes Gutenberg-Universität Mainz beim Start in Schweden dabei. „Deshalb sind wir sehr glücklich, dass es nun geklappt hat.“ Für abschließende Erklärungen oder Ergebnisse ist es allerdings noch zu früh: Für die nächsten Jahre sind zwei weitere Raketenmissionen sowie Experimente auf der Internationalen Raumstation ISS geplant.

Die Höhenforschungsraketenmission MAIUS-1 wurde in einem Verbundprojekt zwischen der Leibniz Universität Hannover, der Universität Bremen, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der Universität Hamburg, der HU Berlin, dem FBH Berlin, der TU Darmstadt, der Universität Ulm und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) durchgeführt. Die Finanzierung des Projektes erfolgt durch das Raumfahrtmanagement des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags.

Fotos:
http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/08_physik_quantum_maius-I_01.jpg
Die Nutzlast der Höhenforschungsrakete in der Integrationshalle der European Space and Sounding Rocket Range (Esrange) in Schweden
Foto/©: André Wenzlawski, JGU

http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/08_physik_quantum_maius-I_02.jpg
Die Nutzlast der Höhenforschungsrakete und alle an der Kampagne beteiligten Personen, darunter Wissenschaftler des Projekts MAIUS-1, Mitarbeiter des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und Mitarbeiter des Raketenstartplatzes Esrange
Foto/©: Thomas Schleuss, DLR

Weitere Informationen:
Dr. André Wenzlawski
Arbeitsgruppe Quanten-, Atom- und Neutronenphysik (QUANTUM)
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-22876
Fax +49 6131 39-25179
E-Mail: awenzlaw@uni-mainz.de
https://www.qoqi.physik.uni-mainz.de/

Weiterführende Links:
http://www.phmi.uni-mainz.de/7942.php (QOQI-Projekt „Atominterferometrie mit Quantengasmischungen unter Schwerelosigkeit“)
https://www.uni-mainz.de/presse/74252.php (Pressemitteilung vom 25.01.2016 „Von Mainzer Wissenschaftlern mitentwickeltes Lasersystem besteht Test im Weltraum“)
http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10081/151_read-20337 (Pressemitteilung des DLR zur MAIUS-Mission)

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Laser erzeugt Magnet – und radiert ihn wieder aus
18.04.2018 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

nachricht Neue Technik macht Mikro-3D-Drucker präziser
18.04.2018 | Technische Universität Kaiserslautern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Gammastrahlungsblitze aus Plasmafäden

Neuartige hocheffiziente und brillante Quelle für Gammastrahlung: Anhand von Modellrechnungen haben Physiker des Heidelberger MPI für Kernphysik eine neue Methode für eine effiziente und brillante Gammastrahlungsquelle vorgeschlagen. Ein gigantischer Gammastrahlungsblitz wird hier durch die Wechselwirkung eines dichten ultra-relativistischen Elektronenstrahls mit einem dünnen leitenden Festkörper erzeugt. Die reichliche Produktion energetischer Gammastrahlen beruht auf der Aufspaltung des Elektronenstrahls in einzelne Filamente, während dieser den Festkörper durchquert. Die erreichbare Energie und Intensität der Gammastrahlung eröffnet neue und fundamentale Experimente in der Kernphysik.

Die typische Wellenlänge des Lichtes, die mit einem Objekt des Mikrokosmos wechselwirkt, ist umso kürzer, je kleiner dieses Objekt ist. Für Atome reicht dies...

Im Focus: Gamma-ray flashes from plasma filaments

Novel highly efficient and brilliant gamma-ray source: Based on model calculations, physicists of the Max PIanck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg propose a novel method for an efficient high-brilliance gamma-ray source. A giant collimated gamma-ray pulse is generated from the interaction of a dense ultra-relativistic electron beam with a thin solid conductor. Energetic gamma-rays are copiously produced as the electron beam splits into filaments while propagating across the conductor. The resulting gamma-ray energy and flux enable novel experiments in nuclear and fundamental physics.

The typical wavelength of light interacting with an object of the microcosm scales with the size of this object. For atoms, this ranges from visible light to...

Im Focus: Wie schwingt ein Molekül, wenn es berührt wird?

Physiker aus Regensburg, Kanazawa und Kalmar untersuchen Einfluss eines äußeren Kraftfeldes

Physiker der Universität Regensburg (Deutschland), der Kanazawa University (Japan) und der Linnaeus University in Kalmar (Schweden) haben den Einfluss eines...

Im Focus: Basler Forschern gelingt die Züchtung von Knorpel aus Stammzellen

Aus Stammzellen aus dem Knochenmark von Erwachsenen lassen sich stabile Gelenkknorpel herstellen. Diese Zellen können so gesteuert werden, dass sie molekulare Prozesse der embryonalen Entwicklung des Knorpelgewebes durchlaufen, wie Forschende des Departements Biomedizin von Universität und Universitätsspital Basel im Fachmagazin PNAS berichten.

Bestimmte mesenchymale Stamm-/Stromazellen aus dem Knochenmark von Erwachsenen gelten als äusserst viel versprechend für die Regeneration von Skelettgewebe....

Im Focus: Basel researchers succeed in cultivating cartilage from stem cells

Stable joint cartilage can be produced from adult stem cells originating from bone marrow. This is made possible by inducing specific molecular processes occurring during embryonic cartilage formation, as researchers from the University and University Hospital of Basel report in the scientific journal PNAS.

Certain mesenchymal stem/stromal cells from the bone marrow of adults are considered extremely promising for skeletal tissue regeneration. These adult stem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Mai zum 7. Mal an der Hochschule Stralsund

12.04.2018 | Veranstaltungen

Materialien erlebbar machen - MatX 2018 - Internationale Konferenz für Materialinnovationen

12.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Laser erzeugt Magnet – und radiert ihn wieder aus

18.04.2018 | Physik Astronomie

Neue Technik macht Mikro-3D-Drucker präziser

18.04.2018 | Physik Astronomie

Intelligente Bauteile für das Stromnetz der Zukunft

18.04.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics