06.10.2010

Bose-Einstein-Kondensat im Weltall

Physiker wollen erstes BEC mit eigener Forschungsrakete im Weltall erzeugen.

Physiker wollen erstes BEC mit eigener Forschungsrakete im Weltall erzeugen.

Im Jahr 2007 gelang es einem Team deutscher Wissenschaftler in einem Fallturmexperiment in Bremen weltweit erstmalig, ein Bose-Einstein-Kondesat (BEC) unter Schwerelosigkeit zu erzeugen. Nun planen die Wissenschaftler im Rahmen eines neuen Verbundprojekts mit dem Namen "QUANTUS III", erstmals ein BEC im Weltraum zu erzeugen.

Das Raumfahrt-Management des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das das QUANTUS-Team bereits seit 2004 fördert, hat für das am 1. Januar 2011 startende Vorhaben grünes Licht gegeben. In einer speziell von Ingenieuren der MORABA (Mobile Raketen Basis) des DLR konfigurierten Forschungsrakete soll die BEC-Apparatur im Herbst 2013 von Esrange bei Kiruna in Nordschweden ins Weltall starten.

Die beteiligten Forscher versprechen sich von dem Flug, rund drei Minuten lang BECs in Schwerelosigkeit zu erzeugen. Zum Vergleich: Unter Erdgravitation ist ein BEC maximal für Bruchteile von Sekunden im Labor aufrechtzuerhalten. In einem Fallturmexperiment können es die Forscher immerhin für eine Sekunde generieren.

"Der Raketenflug ist für uns Physiker deshalb ein Meilenstein. Wir sind durch die länger anhaltende Schwerelosigkeit in der Lage, gleich mehrmals ein BEC zu erzeugen und diese über einen deutlich längeren Zeitraum zu studieren als im Fallturm - ein weltweit einzigartiges Projekt, an dem ausschließlich wissenschaftliche Einrichtungen beteiligt sind", sagt Wolfgang Ertmer, Koordinator des Verbundprojektes und Leiter des Instituts für Quantenoptik der Universität Hannover.

Abb.: Der Atomchip manipuliert die ultrakalte Atomwolke (Bild: DLR)

Doch wie gelingt es, die benötigte Technik in eine Apparatur zu integrieren, die so klein ist, dass sie als Nutzlast für eine Rakete geeignet wäre? Die größte Herausforderung an die Wissenschaftler ist das Bauen einer stabilen Apparatur im Miniaturformat. Als 1995 das erste BEC im Labor erzeugt wurde, benötigten die Wissenschaftler noch ein großes, vollgestopftes Labor, um für kurze Zeit ein BEC zu erzeugen. Heute reicht im Fallturm in Bremen eine mannshohe Apparatur mit einem Durchmesser von 60 Zentimetern aus, der für die Raketenexperimente allerdings weiter auf 50 Zentimeter verringert werden muss. Das ist eine gewaltige Herausforderung für die Experten des QUANTUS-Teams.

Sollte das Raketenexperiment gelingen, wollen die Forscher noch höher hinaus. Ein denkbarer nächster Schritt wäre, Quantenphysik mit BECs dann auf der Internationalen Raumstation (ISS) zu betreiben. "Ein BEC auf der ISS zu erzeugen, wäre ein Traum für jeden Physiker, und QUANTUS III ist ein entscheidender Schritt auf dem sicherlich noch längeren Weg dorthin", so Ertmer.

An dem Verbundprojekt QUANTUS III sind das Institut für Quantenoptik der Leibniz Universität Hannover, das Institut für Laserphysik der Universität Hamburg, das ZARM (Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation) an der Universität Bremen, die AG Metrologie der Humboldt Uni Berlin, das Ferdinand-Braun-Institut (FBH) für Höchstfrequenztechnik in Berlin, die Abteilung für Quantenphysik der Universität Ulm, das Institut für Angewandte Physik der TU Darmstadt, das DLR Institut für Raumfahrt-Systeme (RY) in Bremen, die DLR MORABA, das Max-Planck-Institut für Quantenoptik in München, das Laboratoire Kastler Brossel de l'E.N.S. (Paris/Frankreich) und das Midland Ultracold Atom Research Center Uni Birmingham (UK) beteiligt.

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt/AL

 

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