Los físicos quieren usar gases ultrafríos en el espacio para medir el campo gravitacional de la Tierra, someter el principio de equivalencia de Einstein a una prueba precisa, y también para detectar ondas gravitacionales. El primer vuelo en un cohete sonda hizo posible ahora probar las tecnologías necesarias y los pasos experimentales requeridos para mediciones de esta naturaleza. Al hacerlo, el grupo generó un condensado de Bose-Einstein y pudo examinar sus propiedades en el espacio por primera vez.

El cohete de investigación MAIUS-1 se lanzó desde el Centro Espacial Esrange en Suecia para un vuelo de 15 minutos a las 3:30 am CET el 23 de enero de 2017. El vuelo transportó la carga útil con el experimento para crear condensados ​​de Bose-Einstein de átomos de rubidio que iban a utilizarse para realizar mediciones precisas a alturas de hasta 240 kilómetros. Los gases cuánticos ultrafríos se pueden utilizar en condiciones de gravedad cero como sensores de alta precisión para la gravitación, por ejemplo, para determinar si los objetos en el mismo campo gravitacional realmente caen a la misma velocidad que la predicha por las teorías estándar. La gravedad cero hace posible verificar el llamado Principio de Equivalencia de Einstein con mucha más precisión de lo que sería posible en la Tierra. El representante de Mainz en el grupo de investigación dirigido por Leibniz Universität Hannover es el profesor Patrick Windpassinger del Instituto de Física de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU).

Durante el vuelo de 15 minutos, los investigadores generaron un condensado de Bose-Einstein a partir de átomos de rubidio cada dos o cuatro segundos mediante un proceso automatizado. Un condensado de Bose-Einstein es un estado de la materia en el que los átomos tienen una temperatura muy cercana al cero absoluto y, por tanto, pueden controlarse con gran precisión. Los investigadores utilizaron pulsos de láser para transferir el condensado a un estado de la llamada superposición mecánica cuántica. "Esto significa que los átomos están en dos ubicaciones diferentes al mismo tiempo, "explicó el profesor Patrick Windpassinger, uno de los líderes del proyecto de la red nacional de investigación alemana. Este estado permite medir con precisión las fuerzas que impactan sobre los átomos.

Los experimentos gravitacionales también funcionan en la Tierra, como en las mediciones realizadas en torres de descenso. Los tiempos de observación en gravedad cero, sin embargo, son mucho más largos y, por tanto, los resultados obtenidos son más precisos.

El proyecto de investigación es el resultado de más de diez años de trabajo:"Desde un punto de vista técnico, es uno de los experimentos más elaborados jamás realizados en un cohete, ", dijo Windpassinger." El experimento tenía que ser lo suficientemente compacto y robusto para soportar las vibraciones durante el lanzamiento, pero también lo suficientemente pequeño y liviano como para caber dentro del cohete ".

Los físicos de Mainz proporcionan un algoritmo de software para el sistema láser

Investigadores de la Universidad de Mainz desarrollaron un algoritmo de software especial específicamente para el cohete MAIUS-1 que ayudó a controlar correctamente el sistema láser del experimento. El sistema láser en sí también tuvo que ser desarrollado minuciosamente, probado, y construido durante muchos años. Esta tarea se llevó a cabo utilizando láseres de diodo miniaturizados por un equipo de la Humboldt-Universität zu Berlin y el Instituto Ferdinand Braun. Instituto Leibniz de Tecnología de Alta Frecuencia (FBH) en Berlín, bajo la dirección del profesor Achim Peters. Los científicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz desarrollaron el sistema de distribución y manipulación del haz en estrecha colaboración con el grupo encabezado por el profesor Klaus Sengstock de la Universität Hamburg. El sistema emplea una vitrocerámica especial llamada Zerodur fabricada por Schott AG, Mainz que es muy estable con respecto a los cambios de temperatura.

Tras el desarrollo de hardware y software, Todavía existen factores impredecibles que pueden crear complicaciones en una empresa como esta. "Si no tiene suerte, el lanzamiento del cohete puede retrasarse una y otra vez unos días o incluso meses, debido a un problema técnico, mal tiempo, o porque hay una manada de renos en las proximidades del lugar de aterrizaje, "dijo el Dr. André Wenzlawski, investigador asociado en el equipo del profesor Patrick Windpassinger que asistió al lanzamiento en Suecia en nombre de la Universidad de Mainz. "Por lo tanto, estamos muy contentos de que haya funcionado". Sin embargo, todavía es demasiado pronto para declaraciones o resultados concluyentes. Se planean otras dos misiones de cohetes y experimentos en la Estación Espacial Internacional ISS para los próximos años.

La misión del cohete de investigación a gran altitud MAIUS-1 fue implementada como un proyecto conjunto por Leibniz Universität Hannover, la Universidad de Bremen, Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, Universität Hamburg, Humboldt-Universität zu Berlín, el Instituto Ferdinand Braun de Berlín, TU Darmstadt, Universidad de Ulm, y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR). El financiamiento para el proyecto fue organizado por DLR Space Mission Management y los fondos fueron proporcionados por el Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Energía de Alemania sobre la base de una resolución del Bundestag alemán.