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Stadt Hannover Uni-Forschern gelingt bahnbrechendes Experiment
Aus der Region Stadt Hannover Uni-Forschern gelingt bahnbrechendes Experiment
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11:48 30.01.2017
Von Simon Benne
An Bord einer rund 2,80 Meter hohen Rakete, die am Montag um 3.x30 Uhr nachts im nordschwedischen Kiruna startete, ist es den Forschern erstmals gelungen, Bose-Einstein-Kondensat im All zu erzeugen.  Quelle: Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Hannover

Als die gute Nachricht aus dem All kam, machten die Forscher erst einmal ein edles Fläschchen auf: „Es gab Champagner, wir sind uns alle in die Arme gefallen“, sagt Stephan Seidel, Physiker der Leibniz-Uni. „Und weil das in Schweden so üblich ist, sind wir erst mal in die Sauna gegangen.“

Experten vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt bejubeln das, was Seidels Team jetzt nördlich des Polarkreises gelungen ist, als „eines der komplexesten Experimente, das je auf einer Forschungsrakete geflogen wurde“.

An Bord einer rund 12,80 Meter hohen Rakete, die am Montag um 3.x30 Uhr nachts im nordschwedischen Kiruna startete, ist es den Forschern erstmals gelungen, Bose-Einstein-Kondensat im All zu erzeugen. Den wissenschaftlichen Wert dieser Nachricht werden vor allem Wissenschaftler zu würdigen wissen. Der unmittelbare praktische Nutzwert ist zwar noch nicht greifbar, doch immerhin könnten die Forscher einmal Teile von Einsteins Relativitätstheorie widerlegen. Und ermöglicht wurde die wissenschaftliche Sensation durch jahrelange Vorarbeiten in Hannover, jenseits von Schweden.

Bose-Einstein-Kondensat entsteht, wenn ein Gas bis fast auf den absoluten Nullpunkt von Minus 273 Grad Celsius abgekühlt wird. „Eigentlich bewegen sich Atome sehr schnell, wie kleine Kügelchen, die durch die Gegend fliegen“, sagt Stephan Seidel, der in Arnum aufwuchs und am Institut für Quantenoptik am Welfengarten arbeitet. „Wenn es sehr kalt wird, überlappen die Atome sich gewissermaßen und verhalten sich plötzlich alle gleich, als wären sie alle eine vielfache Kopie des gleichen Atoms.“ Es entsteht also eine Art atomarer Einheitsbrei - eben dieses Bose-Einstein-Kondensat (BEK).

Dass es so etwas gibt, hatte Albert Einstein nach Vorarbeiten des indischen Forschers Satyendranath Bose schon 1924 vermutet. Es war Wissenschaftlern auch schon gelungen, BEK herzustellen, unter anderem 2007 in einem Bremer Fallturm - aber eben nur für kurze Zeiträume und nicht im All.

Auf der Erde erschwert die Schwerkraft die Herstellung von BEK ungemein. „Eigentlich wäre ein großer, klimatisierter und vor Vibrationen geschützter Laborraum nötig, um BEK zu erzeugen“, sagt Stephan Seidel. Seinem Team - zwölf Wissenschaftlern von mehreren Unis - ist es gelungen, in Uni-Einrichtungen am Welfengarten und am Schneiderberg eine Vakuum-Kammer zur Produktion von BEK zu bauen, die nur ein Volumen von zwei Litern hat. „Diese Kammer war für uns das Herzstück der Rakete“, sagt der 31-Jährige.

An Bord der Rakete gelang es nun, eine Wolke aus Rubidium-Atomen während einer sechsminütigen Phase der Schwerelosigkeit auf nahezu minus 273 Grad abzukühlen. Dazu bremsten zunächst Laser die Atome ab. Je langsamer diese sich bewegen, umso stärker sinkt ihre Temperatur. Dann wurden die kältesten Atome in einer Art Falle, erzeugt durch Magnetfelder, gefangen - und die wärmeren, beweglichen aussortiert.

Am Ende entstand an Bord der unbemannten Maius-1-Rakete, die bei ihrem Flug eine Höhe von 243 Kilometern erreichte, BEK - und die Übermittlung der Daten noch während des Fluges ließ die Forscher jubeln. „Dabei waren wir eigentlich ziemlich müde“, sagt Seidel. Der Raketenstart war wegen schlechten Wetters zunächst verschoben worden, ein Countdown musste abgebrochen werden.

Per Fallschirm sind die Apparate inzwischen im tief verschneiten Norden von Schweden gelandet. Die Auswertung der Experimente wird die Forscher jetzt eine ganze Zeit lang beschäftigen. Und die nächste Raketenmission ist für 2018 geplant.

untersuchen, um das sogenannte Äquivalenzprinzip zu überprüfen. In diesem Teil seiner Relativitätstheorie hatte Einstein behauptet, dass im Vakuum alle Massen gleich schnell fallen. Würde dies widerlegt, wäre die Relativitätstheorie nicht mehr uneingeschränkt gültig.     

BEK-Forschung könnte
 Einstein widerlegen

Für Physiker ist die Erzeugung des eiskalten Bose-Einstein-Kondensats ein wichtiger Schritt: „Auch Materie hat Wellencharakter, ähnlich wie Licht und Wasser“, erklärt Prof. Ernst Rasel von der Leibniz-Uni. „Wenn die Materie stark abgekühlt ist, sind die Wellen besonders gut sichtbar.“ Materiewellen könnten einmal genutzt werden, um die Gravitation der Erde zu untersuchen. Auch ein Einsatz von Quantensensoren in Satelliten für eine präzisere Erdvermessung und Navigation werde diskutiert. „Es liegt aber noch viel Arbeit vor uns“, sagt Rasel.
Außerdem wollen die Forscher der Leibniz-Uni 2019 neben ultrakalten Rubidium- auch Kalium-Atome ins All schicken. Sie wollen die Fallgeschwindigkeit von Bose-Einstein-Kondensaten aus den verschiedenen Atomarten untersuchen, um das sogenannte Äquivalenzprinzip zu überprüfen. In diesem Teil seiner Relativitätstheorie hatte Einstein behauptet, dass im Vakuum alle Massen gleich schnell fallen. Würde dies widerlegt, wäre die Relativitätstheorie nicht mehr uneingeschränkt gültig.

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