Os físicos querem usar gases ultracold no espaço para medir o campo gravitacional da Terra, submeter o Princípio de Equivalência de Einstein a um teste preciso, e também para detectar ondas gravitacionais. O primeiro voo em um foguete-sonda tornou possível testar as tecnologias e etapas experimentais necessárias para medições dessa natureza. Ao fazer isso, o grupo gerou um condensado de Bose-Einstein e foi capaz de examinar suas propriedades no espaço pela primeira vez.

O foguete de pesquisa MAIUS-1 foi lançado do Centro Espacial Esrange na Suécia para um vôo de 15 minutos às 3h30 CET em 23 de janeiro de 2017. O vôo carregava a carga com o experimento para criar condensados ​​de átomos de rubídio de Bose-Einstein que deviam ser usados ​​para realizar medições precisas em alturas de até 240 quilômetros. Gases quânticos ultracold podem ser usados ​​em condições de gravidade zero como sensores de alta precisão para gravitação, por exemplo, a fim de determinar se objetos no mesmo campo gravitacional realmente caem na mesma taxa prevista pelas teorias padrão. A gravidade zero torna possível verificar o chamado Princípio de Equivalência de Einstein com muito mais precisão do que seria possível na Terra. O representante de Mainz no grupo de pesquisa liderado por Leibniz Universität Hannover é o professor Patrick Windpassinger do Instituto de Física da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU).

Durante o vôo de 15 minutos, os pesquisadores geraram um condensado de Bose-Einstein a partir de átomos de rubídio a cada dois a quatro segundos, usando um processo automatizado. Um condensado de Bose-Einstein é um estado da matéria no qual os átomos têm uma temperatura muito próxima do zero absoluto e podem, portanto, ser controlados com grande precisão. Os pesquisadores usaram pulsos de laser para transferir o condensado para um estado chamado de superposição mecânica quântica. "Isso significa que os átomos estão em dois locais diferentes ao mesmo tempo, "explicou o professor Patrick Windpassinger, um dos líderes de projeto da rede nacional de pesquisa alemã. Este estado torna possível medir com precisão as forças que impactam os átomos.

Os experimentos gravitacionais também funcionam na Terra, como nas medições realizadas em torres de queda. Os tempos de observação em gravidade zero, Contudo, são muito mais longos e os resultados obtidos são, portanto, mais precisos.

O projeto de pesquisa é o resultado de mais de dez anos de trabalho:“Do ponto de vista técnico, é um dos experimentos mais elaborados já feito em um foguete, "disse Windpassinger." O experimento tinha que ser compacto e robusto o suficiente para suportar as vibrações durante o lançamento, mas também pequeno e leve o suficiente para caber dentro do foguete. "

Físicos de Mainz fornecem algoritmo de software para sistema de laser

Pesquisadores da Universidade de Mainz desenvolveram um algoritmo de software especial especificamente para o foguete MAIUS-1 que ajudou a controlar o sistema de laser do experimento corretamente. O próprio sistema de laser também teve que ser desenvolvido de forma elaborada, testado, e construído ao longo de muitos anos. Esta tarefa foi realizada usando lasers de diodo miniaturizados por uma equipe da Humboldt-Universität zu Berlin e do Instituto Ferdinand Braun, Instituto Leibniz de Tecnologia de Alta Frequência (FBH) em Berlim, sob a liderança do Professor Achim Peters. Cientistas da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz desenvolveram o sistema de distribuição e manipulação de feixes em estreita cooperação com o grupo liderado pelo Professor Klaus Sengstock da Universität Hamburg. O sistema emprega uma cerâmica de vidro especial chamada Zerodur feita pela Schott AG, Mainz que é muito estável em relação às mudanças de temperatura.

Acompanhando o desenvolvimento de hardware e software, ainda existem fatores imprevisíveis que podem criar complicações em um empreendimento como este. "Se você estiver sem sorte, o lançamento do foguete pode ser adiado várias vezes por alguns dias ou até meses, devido a um problema técnico, mau tempo, ou porque um rebanho de renas está nas proximidades do local de desembarque, "disse o Dr. André Wenzlawski, pesquisador associado da equipe do professor Patrick Windpassinger que participou do lançamento na Suécia em nome da Universidade de Mainz. "Estamos, portanto, muito felizes por ter funcionado." Contudo, ainda é muito cedo para declarações ou resultados conclusivos. Outras duas missões de foguetes e experimentos na Estação Espacial Internacional ISS estão planejadas para os próximos anos.

A missão do foguete de pesquisa de alta altitude MAIUS-1 foi implementada como um projeto conjunto pela Leibniz Universität Hannover, a Universidade de Bremen, Johannes Gutenberg University Mainz, Universität Hamburg, Humboldt-Universität zu Berlin, o Ferdinand Braun Institute Berlin, TU Darmstadt, Ulm University, e o Centro Aeroespacial Alemão (DLR). O financiamento para o projeto foi organizado pela DLR Space Mission Management e os fundos foram fornecidos pelo Ministério Federal Alemão para Assuntos Econômicos e Energia com base em uma resolução do Bundestag alemão.