Chinesische Wissenschaftler kühlen Rubidiumatome auf 9,7 Pikokelvin auf der Tiangong-Raumstation

Chinesische Wissenschaftler haben eine Wolke aus Rubidiumatomen an Bord der Tiangong-Raumstation auf 9,7 Pikokelvin abgekühlt und sie sieben Sekunden lang für Beobachtungen stabil gehalten, laut in dem Fachjournal Science veröffentlichten Ergebnissen.

Das Experiment wurde im Rack für Physik mit ultrakalten Atomen an Chinas Raumstation durchgeführt. Das Projekt begann 2011 mit Machbarkeitsstudien, und sein Experimentiersystem wurde 2022 mit dem Modül Mengtian gestartet. Es wurde vom Technologie- und Ingenieurzentrum für Weltraumnutzung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) organisiert, während es von der Peking-Universität und dem Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) der CAS durchgeführt wurde.

Das Experiment

Der vorherige Rekord lag bei 38 Pikokelvin, aufgestellt von einem deutschen Team im Jahr 2021. Das chinesische Team nutzte eine rein optische Falle, um die Atomwolke zu halten, senkte dann die Laserintensität, um sie durch Verdampfung weiter abzukühlen, und wandte schließlich einen tiefen Kühlungsprozess namens nicht-adiabatische Diffusion an.

Im Vergleich zum international verwendeten magnetischen Fallenansatz ist die chinesische Methode weniger empfindlich gegenüber magnetischen Störungen, im Weltraum einfacher präzise zu steuern und bietet mehr verfügbare optische Zugänge. Folglich ist sie mit einer breiteren Palette von Quantensimulations-Experimenten kompatibel.

Um dieses Ziel zu erreichen, integrierte das Team ein bodengestütztes Experimentiersystem von rund 20 Kubikmetern und 10 Tonnen in ein Rack von nur 0,7 Kubikmetern und 0,5 Tonnen und überwand dabei Schlüsselherausforderungen in ultrahochvakuum-Systemen, Hochleistungs-Faserlasern, langfristiger Laserfrequenzstabilisierung und hochpräziser optischer Integration.

Beobachtungszeit und Anwendungen

Bodengestützte Experimente können Atome nur etwa 0,05 Sekunden lang beobachten, die Internationale Raumstation etwa 1 Sekunde und Chinas Raumstation nun 7 Sekunden.

"Je länger wir beobachten können, desto wahrscheinlicher ist es, dass wir neue und schwächere physikalische Phänomene finden", sagte Xiong Wei, einer der Erstautoren der Arbeit.

Diese Errungenschaft könnte Wissenschaftlern helfen, Phasenübergänge, Nichtgleichgewichts-Dynamik und Quanten-Vielteilchen-Korrelationen bei extrem niedrigen Temperaturen zu studieren und die Forschung zur Simulation des frühen Universums und zum Nachweis ultraleichter Dunkler Materie zu unterstützen, sagte Chen Weibiao, ein Forscher am SIOM.

Lyu Congmin, Chefdesigner des Raumfahrtanwendungssystems des chinesischen bemannten Raumfahrtprogramms, sagte: "Wir begrüßen Wissenschaftler aus der ganzen Welt, um experimentelle Forschungen mit dem Rack für Physik mit ultrakalten Atomen auf der chinesischen Raumstation durchzuführen, um neue Beiträge zur wissenschaftlichen Gemeinschaft zu leisten."

Warum es wichtig ist

• Das Ergebnis wurde im Fachjournal Science veröffentlicht.
• Der vorherige Rekord lag bei 38 Pikokelvin, aufgestellt von einem deutschen Team im Jahr 2021.
• Die Atomwolke wurde sieben Sekunden lang an Bord der Tiangong-Raumstation stabil gehalten.
• Die Technologie könnte hochpräzise Atomuhren, Trägheitsmessungen mittels Atominterferometrie und Quantencomputing unterstützen.

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Quellen (auf Englisch)

• scmp.com: Chinese scientists chill atoms to record low on Tiangong space station | South China Morning Post
• bignewsnetwork.com: China sets world record for coldest temperature aboard space station

KI-Übersetzung des englischen Originalartikels, automatisch geprüft, damit sie dasselbe aussagt wie das Original. Die Quellen wurden auf Englisch geprüft.