CAL I - Abschlussbericht zum Teilprojekt: Durchführung und Auswertung der Experimente mit Bose-Einstein-Kondensaten auf der Internationalen Raumstation im Rahmen des Cold Atom Laboratory der NASA

Abstract

In diesem Abschlussbericht werden die Arbeiten am Verbundprojekt CAL I dargestellt, die an der Leibniz Universität Hannover durchgeführt wurden. Das wesentliche Ziel dieses Verbundprojekts war die Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten mit Bose-Einstein-Kondensaten (BECs) mit dem von der NASA betriebenen Cold Atom Lab (CAL) auf der Internationalen Raumstation ISS. Das Experimentieren mit diesen ultrakalten Quantengasen in Schwerelosigkeit bietet einzigartige Vorteile und erleichtert beispielsweise die präzise Manipulation der BECs ohne gravitative Einflüsse und ermöglicht damit gleichzeitig deutlich längere freie Expansionszeiten als in erdgebundenen Laboren. Im Laufe des Projekts wurden eine Vielzahl von BEC-Experimenten durchgeführt, die sich im Wesentlichen in vier Bereiche aufteilen lassen: (i) Zunächst wurden Charakterisierungsmessungen vorgenommen, um ein genaues Modell der von der CALApparatur erzeugten Fallenpotentiale in Abhängigkeit der Systemparameter zu erhalten. (ii) Darauf aufbauend wurden Experimente zum Transport der BECs und zur Reduktion ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit durchgeführt, die einen Meilenstein in der hochpräzisen Bewegungskontrolle von BECs im Orbit bilden und somit als wichtige Grundlage für interferometrische Messungen sowie der Weiterentwicklung von Quantensensoren dienen. (iii) Weiterhin wurde mittels Radiofrequenz-Strahlung der interne Zustand der Atome im magnetisch-insensitiven Zustand präpariert, um so die Erzeugung eines kugelsymmetrischen Atomlasers vorzubereiten. (iv) Abschließend wurden erste Atominterferometer mit CAL im Orbit erprobt sowie das residuale Magnetfeld innerhalb der CAL-Apparatur interferometrisch vermessen. Damit ist den Verbundpartnern die grundlegende Demonstration eines Quantensensors im Weltraum gelungen. Datei-Upload durch TIB