År 2017, ett team av forskare ledda av Leibniz University Hannover lyckades generera Bose-Einstein-kondensat i rymden inom ramen för MAIUS-1-raketuppdraget. Bose-Einstein-kondensat beskriver ett mycket ovanligt tillstånd av materia nära absolut noll och kan illustreras med en enda vågfunktion. Genom tidskrävande analyser, forskarna studerade olika komponenter i kondensatet. Deras resultat har nu publicerats i den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation . Detta markerar början på extremt noggranna mätningar via atominterferometri i rymden.

Enligt Dr Maike Lachmann från Institute of Quantum Optics – en av författarna till studien – inkluderar möjliga tillämpningar exakta tester inom området fundamental fysik, såsom det fria fallets universalitet. Dessutom, deras resultat skulle kunna användas för högprecisionsnavigering, Jordobservation via mätningar av jordens gravitationsfält, såväl som i samband med sökandet efter mörk energi eller detektering av gravitationsvågor.

Bose-Einstein-kondensat i rymden anses för närvarande vara den mest lovande källan till atominterferometri. För det här syftet, en materiavåg frigörs i fritt fall och analyseras med hjälp av en interferometer. Precisionen i mätningen ökar med varaktigheten av det fria fallet i interferometern. På jorden, kortvarig mikrogravitation kan uppnås i speciella dropptorn eller mycket långa vakuumkammare. Dock, betydligt längre fallperioder och därför kan mer exakta mätningar uppnås i rymden.

I MAIUS-uppdraget, forskarna använde ett moln av rubidiumatomer för att generera ett Bose-Einstein-kondensat, som kyldes ner till nära absolut noll genom samverkan mellan ljus och magnetfält. Alla partiklar i detta moln kan sedan beskrivas med en enda vågfunktion. Med hjälp av atominterferometri med en speciell geometri, laget bevisade ensemblens samstämmighet och därmed förmågan att interferera. För detta, de delade initialt vågpaketet rumsligt och kombinerade det efteråt. En liten rumslig förskjutning av vågpaketen under rekombinationen resulterar i störningar som är synliga i densitetsfördelningen av ensemblen i form av horisontella ränder, som verifierar ensemblens koherens på tidsskalor på några millisekunder. Denna metod används för att utföra mycket exakta mätningar av tröghetskrafter med oöverträffad noggrannhet.

Genom att ändra intensiteten hos de inblandade ljusfälten, forskarna lyckades ändra densitetsfördelningen av materievågen, uppnår därför ett fasavtryck synligt som ett vertikalt randmönster. Denna metod kan användas för att analysera miljöförhållanden, i detta fall en magnetisk fältkrökning i bakgrunden.