Nahe am absoluten Nullpunkt:
Atom-Kälterekord auf Chinas Raumstation

Auf der Raumstation Tiangong haben Forscher einen neuen Kälterekord aufgestellt. Eine Wolke aus Rubidium-Atomen wurde dafür auf 9,7 Pikokelvin abgekühlt. Der schwerelose Raum erlaubt es nun, Quanteneffekte für sieben Sekunden präzise zu studieren.

Kälterekord in der Erdumlaufbahn

Wissenschaftler der Peking-Universität und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben an Bord der Raumstation Tiangong die bisher niedrigste gemessene Temperatur erreicht. Wie aus einer im Fachmagazin Science veröffentlichten Studie hervorgeht, kühlten die Forscher eine Wolke aus rund 20.000 Rubidium-Atomen auf 9,7 Pikokelvin ab. Das entspricht nur knapp zehn Billionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt.

Bei derart extremen Minusgraden verlangsamen sich die Teilchen nahezu bis zum Stillstand. Sie verhalten sich dann nicht mehr wie einzelne Atome, sondern verschmelzen zu einer einzigen Materiewelle, dem sogenannten Bose-Einstein-Kondensat. Das ermöglicht es Physikern, quantenmechanische Effekte im makroskopischen Maßstab zu untersuchen. Auf der Erde zieht die Schwerkraft solche ultrakalten Atome schnell nach unten, was die Beobachtungszeit stark einschränkt.

Laser ersetzen Magnetfallen

In der Schwerelosigkeit des Weltraums können die Teilchen hingegen frei schweben. Laut South China Morning Post hielt das chinesische Team die Atome ausschließlich mit Lasern fest. Zunächst wurden die Rubidium-Atome in einer engen Falle gekühlt, bevor die Forscher sie in eine breitere Konstruktion überführten und die Lichtintensität dimmten.

Durch den Verzicht auf magnetische Felder zum Halten der Atome reagieren sie weniger empfindlich auf magnetische Störungen. Mit der Methode unterboten die Wissenschaftler ziemlich klar den bisherigen Rekord von 38 Pikokelvin, der in einem Fallturm der Universität Bremen aufgestellt wurde. Das Cold Atom Lab der NASA auf der Internationalen Raumstation (ISS) hatte 52 Pikokelvin erreicht.

Längere Beobachtungszeit

Ein weiterer Fortschritt des aktuellen Experiments ist die Stabilität der Atomwolke. Die Forscher konnten das Kondensat sieben Sekunden lang bei seiner Ausdehnung beobachten. Im Bremer Fallturm betrug das Zeitfenster lediglich zwei Sekunden, an Bord der ISS etwa eine Sekunde. Das gibt der Wissenschaft mehr Zeit, um winzige Veränderungen im Verhalten der Atome präzise zu messen.

Die Technologie legt den Grundstein für eine neue Generation hochpräziser Sensoren. Zukünftige Instrumente könnten im Weltraum eingesetzt werden, um verborgene Mineralvorkommen auf der Erde aufzuspüren oder Klimaveränderungen genauer zu überwachen. Zudem erhoffen sich Physiker, mit solchen Systemen fundamentale Prinzipien der Physik überprüfen zu können, darunter Albert Einsteins Relativitätstheorie und die Frage, ob unterschiedliche Atome im freien Fall exakt gleich stark beschleunigt werden.

Wie beurteilt ihr die physikalischen Fortschritte im Weltraum? Glaubt ihr, dass solche Sensoren bald unseren Alltag prägen werden? Teilt uns eure Meinung in den Kommentaren mit!

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