QUANTUS-IV - MAIUS - Untersuchung der Eigenschaften von Bose-Einstein-Kondensaten während der Forschungsraketenmission MAIUS-2 & MAIUS-3

Abstract

Die im Verbundvorhaben verfolgten Ziele ermöglichen mittelfristig den Einsatz von atominterferometrischen Experimenten basierend auf Materiewellenoptik mit quantenentarteten Gasen im Weltraum ermöglichen. Die im Prinzip beliebig lange Freifallzeit auf einem Satelliten erlauben grundsätzlich Messungen inertialer Kräfte mit bisher unerreichter Präzision. Dies ermöglicht insbesondere einen genaueren Test des schwachen Äquivalenzprinzips bzw. der Universalität des freien Falls (UFF). Das Verbundprojekt QUANTUS IV - MAIUS sollte die Erzeugung von Gemischen aus Kalium-41 und Rubidium-87 Kondensaten, sowie die sequentielle und simultane Atominterferometrie beider Spezies in Mikrogravitation untersuchen. Das konkrete Arbeitsziel des Projektes QUANTUS IV - MAIUS war es, eine Höhenforschungsraketennutzlast für quantenoptische Experimente mit Rubidium und Kalium zu entwerfen, zu bauen und zu testen. Der Zuwendungsempfänger hat hybrid mikrointegrierte Diodenlaser für die Wellenlängen 767 nm, 780 nm und 1064 nm entwickelt und für die MAIUS-Apparatur assembliert, die auf einem ECDL MOPA-Konzept beruhen. Er erfolgreicher Betrieb an Bord einer Höhenforschungsrakete unter Mikrogravitation konnte nachgewiesen werden. The objectives pursued within the collaborative project aim to enable, in the medium term, the implementation of atom interferometric experiments based on matter-wave optics with quantum-degenerate gases in space. The arbitrarily long free-fall duration available on a satellite fundamentally permits the measurement of inertial forces with previously unattainable precision. This allows for a more accurate test of the Weak Equivalence Principle (WEP) and the Universality of Free Fall (UFF). The joint project QUANTUS-IV - MAIUS focused on investigating the generation of condensate mixtures of potassium-41 and rubidium-87, as well as the sequential and simultaneous atom interferometry of both species under microgravity conditions. The specific objective of project QUANTUS-IV - MAIUS was to design, construct, and test a sounding rocket payload for quantum optical experiments with rubidium and potassium. The funding recipient developed and assembled hybrid micro-integrated diode lasers for the wavelengths 767 nm, 780 nm, and 1064 nm, based on an ECDL-MOPA (External Cavity Diode Laser – Master Oscillator Power Amplifier) architecture. Successful operation of the system aboard a sounding rocket under microgravity conditions has been demonstrated.