Fysiker vill använda ultrakylda gaser i rymden för att mäta jordens gravitationsfält, att utsätta Einsteins likvärdighetsprincip för ett exakt test, och även för att upptäcka gravitationella vågor. Den första flygningen i en raket som låter gjorde det nu möjligt att testa nödvändig teknik och experimentella steg som krävs för mätningar av denna karaktär. Genom att göra så, gruppen genererade ett Bose-Einstein-kondensat och kunde undersöka dess egenskaper i rymden för första gången.

Forskningsraketten MAIUS-1 lanserades från Esrange Space Center i Sverige för en 15-minutersflygning klockan 3:30 CET den 23 januari 2017. Flygningen bar nyttolasten med experimentet för att skapa Bose-Einstein-kondensat av rubidiumatomer som skulle användas för exakta mätningar i höjder upp till 240 kilometer. Ultrakylda kvantgaser kan användas i förhållanden med noll gravitation som högprecisionssensorer för gravitation, till exempel, för att avgöra om objekt i samma gravitationsfält faktiskt faller i samma takt som förutsagda av standardteorier. Noll gravitation gör det möjligt att verifiera Einsteins så kallade likvärdighetsprincip mycket mer exakt än vad som skulle vara möjligt på jorden. Mainz -representanten i forskargruppen som leds av Leibniz Universität Hannover är professor Patrick Windpassinger vid Institutet för fysik vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU).

Under den 15-minuters flygningen genererade forskarna ett Bose-Einstein-kondensat från rubidiumatomer varannan till var fjärde sekund med hjälp av en automatiserad process. Ett Bose-Einstein-kondensat är ett materiellt tillstånd där atomerna har en temperatur mycket nära absolut noll och kan därför kontrolleras med stor precision. Forskarna använde laserpulser för att överföra kondensatet till ett tillstånd av så kallad kvantmekanisk superposition. "Det betyder att atomerna är på två olika platser samtidigt, "förklarade professor Patrick Windpassinger, en av projektledarna för det tyska nationella forskningsnätverket. Detta tillstånd gör det möjligt att noggrant mäta krafterna som påverkar atomerna.

Gravitationsförsök fungerar också på jorden, som vid mätningar som utförs i falltorn. Observationstiderna i noll gravitation, dock, är mycket längre och de erhållna resultaten är därför mer exakta.

Forskningsprojektet är resultatet av mer än tio års arbete:"Ur teknisk synvinkel, det är ett av de mest genomarbetade experimenten som någonsin gått upp i en raket, "sa Windpassinger." Experimentet måste vara kompakt och tillräckligt robust för att klara vibrationerna under lanseringen, men också tillräckligt liten och lätt för att passa inuti raketen. "

Mainz -fysiker tillhandahåller programvarealgoritm för lasersystem

Forskare vid Mainz University utvecklade en speciell mjukvarualgoritm speciellt för MAIUS-1-raketen som hjälpte till att kontrollera experimentets lasersystem korrekt. Själva lasersystemet måste också utvecklas noggrant, testad, och byggdes under många år. Denna uppgift utfördes med hjälp av miniatyriserade diodlasrar av ett team vid Humboldt-Universität zu Berlin och Ferdinand Braun Institute, Leibniz Institute for High-Frequency Technology (FBH) i Berlin, under ledning av professor Achim Peters. Forskare vid Johannes Gutenberg University Mainz utvecklade strålfördelnings- och manipulationssystemet i nära samarbete med gruppen som leds av professor Klaus Sengstock från Universität Hamburg. Systemet använder en speciell glaskeramik kallad Zerodur tillverkad av Schott AG, Mainz som är mycket stabil med avseende på temperaturförändringar.

Efter utvecklingen av hårdvara och mjukvara, det finns fortfarande oförutsägbara faktorer som kan skapa komplikationer i ett företag som detta. "Om du inte har tur kan raketuppskjutningen försenas gång på gång med några dagar eller till och med månader - på grund av ett tekniskt problem, dåligt väder, eller för att en besättning av renar ligger i närheten av landningsplatsen, "sa Dr. André Wenzlawski, forskningsassistent i professor Patrick Windpassingers team som deltog i lanseringen i Sverige på uppdrag av Mainz universitet. "Vi är därför mycket glada att det löste sig." Dock, det är fortfarande för tidigt för avgörande uttalanden eller resultat. Ytterligare två raketuppdrag och experiment på den internationella rymdstationen ISS är planerade för de kommande åren.

MAIUS-1-raketuppdraget på hög höjd genomfördes som ett gemensamt projekt av Leibniz Universität Hannover, universitetet i Bremen, Johannes Gutenberg University Mainz, Universitet Hamburg, Humboldt-Universität zu Berlin, Ferdinand Braun Institute Berlin, TU Darmstadt, Ulm University, och German Aerospace Center (DLR). Finansiering för projektet ordnades av DLR Space Mission Management och medel lämnades av det tyska förbundsministeriet för ekonomi och energi på grundval av en resolution från den tyska förbundsdagen.