Computer-Modell eines Bose-Einstein-Kondensats

© NASA/NIST

Science
06/11/2020

Die kälteste Wolke im Universum ist im „Kühlschrank“ der ISS

Forscher konnten im Cold Atom Lab im All ein Bose-Einstein-Kondensat erzeugen und untersuchen.

Seit Mai 2018 befindet sich das Cold Atom Lab (CAL) auf der Internationalen Raumstation ISS. Dieser Hochleistungs-Kühlschrank bietet Forschern die Möglichkeit, Atome im luftleeren Raum auf wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt (-273,15 °C) zu bringen. Damit kommt man den kältesten bekannten Temperaturen im Universum sehr nahe.

So konnten NASA-Wissenschaftler ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat (BEK) erzeugen. Was auch als fünfter Aggregatzustand bezeichnet wird, ist ein Cluster an heruntergekühlten Atomen. In diesem Zustand verhalten sie sich nicht mehr wie individuelle Partikel, sondern wie ein Kollektiv.

Einstein-Theorie

Sie wurden 1924 von Albert Einstein vorausgesagt, der seine Theorie auf einer Arbeit von Satyendranath Bose aufbaute. Die nicht mehr voneinander zu unterscheidenden Teilchen befinden sich demnach alle im selben quantenmechanischen Zustand. 

Um die ultrakalte Wolke zu schaffen, haben die Wissenschaftler für ihre, im Fachmagazin Nature erschienene, Studie die Atome durch Laser gekühlt und in einer sogenannten magneto-optischen Falle gefangen. Anschließend werden einzelne energiereiche Atome aus der entstandenen Wolke entfernt, bis diese so kalt sind, dass sie ein Bose-Einstein-Kondensat erzeugen.

Schneller Zerfall

Um Experimente damit anzustellen, muss dieses dann aus der Falle entfernt werden. Auf der Erde ist das BEK jedoch den Gesetzen der Gravitation unterworfen und zerfällt daher binnen weniger Millisekunden. Auf der ISS befindet sich das CAL jedoch im freien Fall und ist damit Mikrogravitation ausgesetzt. Das BEK kann dort 1,118 Sekunden bestehen. Zukünftig will man es sogar für 10 Sekunden zusammenhalten.

Das Cold Atom Lab wurd 2018 auf die ISS gebracht

Hier entsteht ein Bose-Einstein-Kondensat

Ein BEK macht die Beobachtung bestimmter Verhaltensweisen von Atomen leichter, da es sich wie ein großes Super-Atom verhält. So können zukünftig mithilfe eines Bose-Einstein-Kondensats feinste Signale aus dem All analysiert werden, die etwa von Gravitationswellen oder Dunkler Materie ausgehen. Gegenüber MIT Technology Review sagte Studienleiter David Avaline zudem, die Experimente könnten langfristig für die Entwicklung besserer Sensoren in Instrumenten wie Beschleunigungsmesser, Seismografen oder Gyroskope sorgen.

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