Der kälteste Ort des Universums entsteht auf der ISS | Wissen & Umwelt | DW | 18.05.2018
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Wissen & Umwelt

Der kälteste Ort des Universums entsteht auf der ISS

An diesem Sonntag geht ein einzigartiges Hightech-Labor ins All, das Atome auf ein milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt herunterkühlen soll.

Cygnus»-Raumfrachter fliegt zur ISS (picture-alliance/dpa/jpl-caltech/NASA)

Zwischen den Magnetspulen wird es richtig kalt. Der Chip oben zeichnet das Verhalten der Teilchen auf.

Neben fest, flüssig, gasförmig und dem Plasma gibt es noch einen fünften Aggregatzustand: Das sogenannte "Einstein-Bose-Kondensat". Es entsteht bei Temperaturen, die sehr nahe dem absoluten Nullpunkt von -273 Grad Celsius liegen.

Dort verhalten sich Atome nicht wie Partikel sondern wie Wellen, vermuten Physiker. Und sie zeigen Eigenschaften, die sie vorher nicht hatten. 

Bisher konnten Physiker einen solchen superkalten Zustand zwar auf der Erde unter Laborbedingungen erzeugen aber das Verhalten der Atome nicht gut erforschen. Der Grund: Durch die Erdanziehungskraft landen die Teilchen immer wieder auf dem Boden des Experimentier-Gefäßes und können nur für Bruchteile von Sekunden untersucht werden.

Auf der Suche nach dem Idealen Quantengas

Nun hoffen die Wissenschaftler, dass sie mehr Glück auf Internationalen Raumstation (ISS) haben.Denn dort herrscht Schwerelosigkeit und die könnte es tatsächlich möglich machen, die Atome und ihr Verhalten ungestört - bis zu zehn Sekunden lang - zu studieren. 

Mehr dazu: Wie funktioniert ein Quantencomputer?

Kältester Punkt im All (NASA)

So verändert sich die Wolke eines fallenden Atoms mit abnehmender Temperatur: Es bewegt sich immer weniger vom Fleck.

Eine winzige Vakuumkammer und mehrere Laser

An diesem Sonntag soll das für diese Studien benötigte Cold Atom Laboratory (CAL) an Bord des privaten Raumfrachters "Cygnus" seine Reise zur Internationalen Raumstation antreten. Das Gerät ist kompakt in einem EXPRESS-Rack eingebaut - einem standardisierten Kasten - passend für die Regalsysteme der ISS.

Wichtigstes Element ist eine winzige Vakuumkammer, in der Atome, die untersucht werden sollen - nämlich Rubidium oder Kalium-Atome - extrem heruntergekühlt werden. 

Dabei kommt vor allem die sogenannte Laserkühlung zum Einsatz. Dabei werden die Atome mit Photonen beschossen - das bremst sie ab und macht sie langsamer und kälter. Am Ende liegt die Temperatur in der Vakuumkammer nur noch wenige Milliardstel Kelvin über dem absoluten Nullpunkt, die Atome schwingen dann fast gar nicht mehr. 

Cygnus»-Raumfrachter fliegt zur ISS (picture-alliance/dpa/NASA/B. Ingalls)

Am Sonntag soll es für das CAL losgehen: Der Cygnus Raumtransporter ist startbereit.

Grundlagenforschung, um Quantenzustände zu verstehen

Das Verhalten der Atome in diesem superkalten Zustand nimmt ein Sensor auf – ähnlich dem Foto-Chip einer digitalen Fotokamera. Die Physiker hoffen, dass ihre Grundlagenforschung hilft, quantenmechanische Phänomene besser zu verstehen.

Mitte nächster Woche soll der Frachter an die ISS andocken. Dann müssen die NASA-Astronauten das Experiment einbauen und in Betrieb nehmen. Das CAL soll mindestens ein Jahr in Betrieb bleiben, vielleicht auch bis zu fünf Jahren.

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