Die Vision der Forschenden der Leibniz Universität Hannover erinnert an den Moment, als der Astronaut David Scott 1971 gleichzeitig einen Hammer und eine Feder auf die Mondoberfläche fallen ließ: die Abwesenheit irdischer Bedingungen für Experimente zu nutzen. Damals war das Entscheidende der fehlende Luftwiderstand, der auf der Erde die Feder in ihrem Fall abgebremst hätte. Heute fallen nicht Hämmer und Federn, sondern extrem kalte Atome in sogenannten Atominterferometern. Auf der internationalen Raumstation gehen die Forschenden dabei nicht nur dem Luftwiderstand aus dem Weg, sondern dank des endlosen freien Falls der ISS auch der Gravitation. Unter optimalen Bedingungen quadriert die Länge des freien Falls nämlich die Sensitivität der Geräte.
Im Detail konnten die Forschenden erstmals ein differenzielles Atominterferometer mit Bose-Einstein-Kondensat, bestehend aus zwei räumlich getrennten Mach-Zehnder-Interferometern, realisieren. Nach Vorarbeiten und Tests einzelner Aspekte des Experiments gelangen erstmals erfolgreiche Messungen unter den schwerelosen Bedingungen des Weltraums. Dabei konnten dank sorgfältiger Laserkalibrierung und präziser Kontrolle der Atomquelle die Wechselwirkungen zwischen Atomen und Lasern über 40,3 Millisekunden beobachtet werden, rund zehnmal länger als bei vergleichbaren Experimenten im All. Messerkenntnisse über die lokale Magnetfeldkrümmung, eine der wichtigsten Störfaktoren für Atominterferometrie bestätigten dabei die Funktionalität des Experiments.
Zentrales Ergebnis sind allerdings nicht die Messergebnisse an sich, sondern der Erfolg des Gesamtaufbaus. Mit den gemachten Erfahrungen starten die Forschenden des Exzellenzclusters QuantumFrontiers in die nächste Phase und bereiten Tests mit zwei verschiedenen Atomarten in den Interferometern vor. Gelingt es auch hier, die Genauigkeit der Geräte mit den außerirdischen Bedingungen zu steigern, könnte die Allgemeine Relativitätstheorie mit nie dagewesener Präzision getestet werden. Ebenso eröffnet der Fortschritt in der weltraumgestützten Atominterferometrie bessere Messmöglichkeiten für Gravitation, Inertial-Navigation und Magnetfelder.
Publikation
Meister, M., Müller, G., Boegel, P. et al. Magnetometry with a space-based differential atom interferometer. Nat Commun 17, 6089 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-75230-2
Getanzte Atominterferometrie
Dass man Atominterometrie sogar tanzen kann, bewiesen QuantumFrontiers-Forschende dieses Jahr beim Dance-Your-PhD-Wettbewerb: https://www.youtube.com/watch?v=cy91jjZRy_o
