Der kälteste Ort im bekannten Universum ist noch kälter geworden und er umkreist die Erde in 400 Kilometern Höhe. Das Cold Atom Laboratory der NASA, eine Quantenforschungseinrichtung an Bord der Internationalen Raumstation, hat ein Hardware-Upgrade erhalten, das seine Fähigkeiten über bisherige Grenzen hinaus erweitert und es Wissenschaftlern ermöglicht, Atome bei Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt zu untersuchen.
Ein Kühlschrank, der die Gesetze der Physik bricht, wie wir sie kennen
Das Cold Atom Lab startete 2018 zur ISS. Es ist eine Kiste in der Größe eines kleinen Kühlschranks, die Laser und Magnete nutzt, um Atome so weit abzubremsen, bis sie fast bewegungslos sind. Wenn Atome diese extremen Temperaturen erreichen, verhalten sie sich nicht mehr wie Teilchen, sondern wie Wellen. Dieser Zustand, ein Bose-Einstein-Kondensat, ermöglicht es Forschern, Quanteneffekte zu beobachten, die normalerweise durch thermisches Zittern verdeckt werden. Das neue Upgrade, das von Astronauten bei einer Reihe von Weltraumspaziergängen und internen Wartungsarbeiten installiert wurde, fügt ein leistungsstärkeres Kühlsystem hinzu, das noch niedrigere Temperaturen über längere Zeiträume erreichen kann.
Warum Astronauten stundenlang an einem Quantenkühlschrank herumbastelten
Astronautin Jessica Meir war eine der Besatzungsmitglieder, die an dem Upgrade innerhalb der Station arbeiteten. Die Arbeit umfasste den Austausch kritischer Komponenten des Kühlsystems des Labors und die Neukalibrierung seiner Laseranordnung. Das Upgrade ist wichtig, weil die ISS eine einzigartige Umgebung für Quantenexperimente bietet. Auf der Erde zieht die Schwerkraft an den Atomen und verfälscht die Messungen. In der Schwerelosigkeit können Wissenschaftler Atome viel länger an Ort und Stelle halten, was ihnen mehr Zeit gibt, um zu untersuchen, wie Quantensysteme sich verhalten. Die neue Hardware ermöglicht es dem Labor, seine ultrakalten Temperaturen mit größerer Stabilität zu halten, was bedeutet, dass Experimente länger laufen und sauberere Daten liefern können.
Einheimische in Houston, wo sich das Johnson Space Center der NASA befindet, und in Pasadena, wo das Jet Propulsion Laboratory das Cold Atom Lab betreut, haben das Projekt genau verfolgt. Das Labor ist eine der wenigen Einrichtungen der Welt, die Bose-Einstein-Kondensate im Weltraum erzeugen kann, und das Upgrade stellt jahrelange Ingenieursarbeit von Teams im ganzen Land dar.
Das Cold Atom Lab ist nicht nur ein wissenschaftliches Experiment. Es ist ein Testfeld für Technologien, die eines Tages zu besseren Atomuhren, präziseren Navigationssystemen und neuartigen Sensoren führen könnten. Indem sie die Grenzen ausloten, wie kalt Materie werden kann, hoffen Forscher, fundamentale Wahrheiten über das Universum zu entdecken, die auf keine andere Weise gefunden werden können.
