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Die MAIUS-2-Mission hatte das Ziel, Experimente mit extrem kalten Quantengasen aus Rubidium und Kalium unter Schwerelosigkeit durchzuführen. Um dies zu erreichen, wurden moderne Laserkühlungstechniken eingesetzt, um die Atome auf Temperaturen von nur wenigen hundert Nanokelvin über dem absoluten Nullpunkt abzukühlen. Durch diese Prozedur nehmen die Atome in der ultra-kalten Gaswolke einen gemeinsamen quantenmechanischen Zustand ein, was zur Bildung eines sogenannten Bose-Einstein-Kondensats führt. Die Erzeugung und Kontrolle dieser Quantenzustände erfordern zwar einen hohen technologischen Aufwand, bieten jedoch einzigartige Forschungsmöglichkeiten.

Bereits im Jahr 2017 konnte das MAIUS-1-Projekt ein Bose-Einstein-Kondensat aus Rubidium-Atomen im Weltraum erzeugen. Die experimentelle Apparatur wurde damals als eine der komplexesten Nutzlasten bezeichnet, die je auf einer Höhenforschungsrakete geflogen ist. Mit der neu entwickelten MAIUS-2-Nutzlast sollten nun vorbereitende Experimente zur Atominterferometrie mit zwei atomaren Spezies (Rubidium und Kalium) durchgeführt werden. Die Herausforderung bestand darin, die doppelte Anzahl von Lasern und der entsprechenden Elektronik in die Nutzlast zu integrieren, da zur Kühlung und Detektion der beiden Atomsorten jeweils Laserlicht unterschiedlicher Wellenlängen verwendet wird. Dabei durften Masse und Volumen der Nutzlast nicht die Maße des Vorgängers überschreiten, um die zulässige Masse des Bergungssystems nicht zu erhöhen und die Flugzeit nicht zu verkürzen.

Forschende der HU an Entwicklung des hochkomplexen Lasersystems beteiligt

„MAIUS-2 ist das komplexeste Experiment, das wir bisher auf einer Höhenforschungsrakete durchgeführt haben. Wir konnten nachweisen, dass die immer weiter miniaturisierte Technologie prinzipiell im Weltraum funktioniert“, erklärt Dr. Rebekka Grellmann, MAIUS-Projektleiterin der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.

Die an der MAIUS-2-Mission beteiligten Wissenschaftler der Humboldt-Universität zu Berlin waren für die Entwicklung des hochkomplexen Lasersystems – dem wohl komplexesten Lasersystem, das bisher im Weltraum eingesetzt wurde – verantwortlich, dessen Entwicklung und Realisierung in Zusammenarbeit mit dem Ferdinand-Braun-Institut (FBH) und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) durchgeführt wurde.

Die MAIUS-2-Mission demonstriert nicht nur, dass hochkomplexe quantenoptische Experimente mit ultrakalten Atomen im Weltraum durchgeführt werden können – wodurch der Weg für weitere Missionen zur Grundlagenforschung aber auch für Anwendungen zur Erdbeobachtung und Navigation geebnet wurde. Sie gibt den Wissenschaftlern der Humboldt-Universität zu Berlin auch die Möglichkeit, ihre Lasersystemtechnik unter realen Betriebsbedingungen zu testen und aus den Ergebnissen für die bereits geplanten weiteren Missionen, wie das amerikanisch-deutsche Bose Einstein Condensate and Cold Atom Laboratory (BECCAL), zu lernen.

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