I fisici vogliono usare gas ultrafreddi nello spazio per misurare il campo gravitazionale terrestre, sottoporre il principio di equivalenza di Einstein a un test accurato, e anche per rilevare le onde gravitazionali. Il primo volo in un razzo sonda ha permesso ora di testare le tecnologie necessarie e le fasi sperimentali necessarie per misurazioni di questo tipo. Così facendo, il gruppo ha generato un condensato di Bose-Einstein ed è stato in grado di esaminarne le proprietà nello spazio per la prima volta.

Il razzo di ricerca MAIUS-1 è stato lanciato dall'Esrange Space Center in Svezia per un volo di 15 minuti alle 3:30 CET del 23 gennaio 2017. Il volo trasportava il carico utile con l'esperimento per la creazione di condensati di Bose-Einstein di atomi di rubidio che dovevano essere utilizzati per effettuare misurazioni accurate ad altezze fino a 240 chilometri. I gas quantistici ultrafreddi possono essere utilizzati in condizioni di gravità zero come sensori ad alta precisione per la gravitazione, ad esempio, al fine di determinare se gli oggetti nello stesso campo gravitazionale effettivamente cadono alla stessa velocità prevista dalle teorie standard. La gravità zero rende possibile verificare il cosiddetto Principio di Equivalenza di Einstein molto più accuratamente di quanto sarebbe possibile sulla Terra. Il rappresentante di Magonza nel gruppo di ricerca guidato dalla Leibniz Universität Hannover è il professor Patrick Windpassinger dell'Istituto di fisica dell'Università Johannes Gutenberg di Magonza (JGU).

Durante il volo di 15 minuti i ricercatori hanno generato un condensato di Bose-Einstein da atomi di rubidio ogni due o quattro secondi utilizzando un processo automatizzato. Un condensato di Bose-Einstein è uno stato della materia in cui gli atomi hanno una temperatura molto vicina allo zero assoluto e possono quindi essere controllati con grande precisione. I ricercatori hanno utilizzato impulsi laser per trasferire il condensato in uno stato di cosiddetta sovrapposizione quantomeccanica. "Ciò significa che gli atomi si trovano in due posizioni diverse contemporaneamente, " ha spiegato il professor Patrick Windpassinger, uno dei capi progetto della rete di ricerca nazionale tedesca. Questo stato consente di misurare con precisione le forze che impattano sugli atomi.

Gli esperimenti gravitazionali funzionano anche sulla Terra, come nelle misurazioni effettuate nelle torri di caduta. I tempi di osservazione a gravità zero, però, sono molto più lunghi e i risultati ottenuti sono quindi più accurati.

Il progetto di ricerca è il risultato di più di dieci anni di lavoro:"Dal punto di vista tecnico, è uno degli esperimenti più elaborati mai saliti su un razzo, " ha detto Windpassinger. "L'esperimento doveva essere abbastanza compatto e robusto da resistere alle vibrazioni durante il lancio, ma anche abbastanza piccolo e leggero da stare all'interno del razzo."

I fisici di Mainz forniscono un algoritmo software per il sistema laser

I ricercatori dell'Università di Mainz hanno sviluppato uno speciale algoritmo software specifico per il razzo MAIUS-1 che ha aiutato a controllare correttamente il sistema laser dell'esperimento. Anche il sistema laser stesso doveva essere sviluppato in modo elaborato, testato, e costruito in molti anni. Questo compito è stato svolto utilizzando laser a diodi miniaturizzati da un team della Humboldt-Universität zu Berlin e del Ferdinand Braun Institute, Istituto Leibniz per la tecnologia ad alta frequenza (FBH) a Berlino, sotto la guida del professor Achim Peters. Gli scienziati della Johannes Gutenberg University Mainz hanno sviluppato il sistema di distribuzione e manipolazione del fascio in stretta collaborazione con il gruppo guidato dal professor Klaus Sengstock dell'Universität Hamburg. Il sistema utilizza una speciale vetroceramica denominata Zerodur prodotta da Schott AG, Magonza che è molto stabile per quanto riguarda gli sbalzi di temperatura.

Dopo lo sviluppo di hardware e software, ci sono ancora fattori imprevedibili che possono creare complicazioni in un'impresa come questa. "Se sei sfortunato, il lancio del razzo può essere ritardato più e più volte di alcuni giorni o addirittura mesi, a causa di un problema tecnico, brutto tempo, o perché un branco di renne si trova nelle vicinanze del luogo di atterraggio, " ha detto il dottor André Wenzlawski, ricercatore associato nel team del professor Patrick Windpassinger che ha partecipato al lancio in Svezia per conto dell'Università di Mainz. "Siamo quindi molto felici che abbia funzionato". Però, è ancora troppo presto per dichiarazioni o risultati conclusivi. Per i prossimi anni sono previste altre due missioni missilistiche ed esperimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale ISS.

La missione missilistica di ricerca ad alta quota MAIUS-1 è stata implementata come progetto congiunto dalla Leibniz Universität Hannover, l'Università di Brema, Università Johannes Gutenberg di Magonza, Università di Amburgo, Humboldt-Universität zu Berlino, l'Istituto Ferdinand Braun di Berlino, TU Darmstadt, Università di Ulma, e il Centro aerospaziale tedesco (DLR). Il finanziamento del progetto è stato organizzato dal DLR Space Mission Management e i fondi sono stati forniti dal Ministero federale tedesco per gli affari economici e l'energia sulla base di una risoluzione del Bundestag tedesco.