Bremen war für 2 Sekunden der vermutlich kälteste Ort des Universums

Der Fallturm auf dem Gelände der Uni Bremen
Mekka für Forscher: Der Bremer Fallturm. Bild: Radio Bremen

So lange war es noch nie so kalt wie im Bremer Fallturm: Forscher haben hier einen neuen Temperaturrekord aufgestellt. Wie das möglich war und wem die Forschung dient.


So kalt wie im Fallturm in Bremen wurden Atome noch nie. Erreicht wurden 38 Pikokelvin über dem absoluten Temperaturnullpunkt.

Das sind 38 Billionstel Grad über minus 273 Grad Celsius.

Christian Deppner, Physiker vom DLR

Von "Kälte" und "Temperatur" spricht der Leiter der Experimente, Physiker Christian Deppner, nur unter Vorbehalt. "Jetzt kommen wir ins Philosophische: Wir vermeiden immer den Temperaturbegriff." Temperatur sei nur ein umschreibender Begriff von Bewegung von Atomen: "Hundert Grad heißes Wasser bedeutet, dass die Wassermoleküle eine gewissen Geschwindigkeit in Meter pro Sekunde haben, die man in Celsius angeben kann".

Und so ist das auch mit den Atomen, die in einer Vakuumkapsel im Fallturm im freien Fall beobachtet wurden: Je langsamer sie sich in der Schwerelosigkeit ausdehnten, je "kühler" waren sie. Wozu das gut ist? Noch viel präziser als etwa mit Licht lassen sich mit extrem heruntergekühlten Atomen Messungen vornehmen. Rotationen lassen sich so sehr exakt messen, aber auch Beschleunigungen oder auch die Schwerkraft.

Dank dieses Temperatur-Rekords am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen wird es in Zukunft möglich sein, mit sehr viel größerer Genauigkeit als bislang ermitteln zu können, wie beispielweise die Polkappen abschmelzen.

Atomwolke im freien Fall

120 Meter geht der Blick in die orange-gelbe Röhre des Fallturms hinauf.
120 Meter lang ist die Röhre des Fallturms, in der Schwerelosigkeit erzeugt werden kann. Bild: Radio Bremen | Sven Weingärtner

Faktisch wurde beim ZARM-Experiment die Geschwindigkeit der Atome in einer kleinen Atomwolke, dem Bose-Einstein-Kondensat (BEC), in einer Ultrahochvakuumkammer gemessen und in Temperatur umgerechnet. Der Bremer Fallturm war für die Forscher aus Hannover, Mainz, Berlin und Bremen ein echter Glücksfall: Statt für vergleichbare Experimente Raketen abfeuern zu müssen, bestehen hier die idealen Bedingungen im freien Fall, um die langsame Ausdehnung der kleine Dampfwolke in Schwerelosigkeit direkt beobachten zu können.

Und das über einen für Physiker sensationell langen Zeitraum von zwei Sekunden. Computersimulationen deuten darauf hin, dass sie diese in ausgedehnter Schwerelosigkeit wie auf einem Satelliten sogar auf 17 Sekunden ausdehnen ließe.

Einsatz in der Praxis

Eine mögliche Anwendung könnte ein um die Erde kreisender Präzisionsmesser, um über die Messung der Erdanziehung beispielsweise zu ermitteln, mit welcher Dynamik beispielsweise Gletscher und Polkappen abschmelzen und wohin das Wasser wandert. Das Experiment soll künftig unter anderem auch auf der Internationalen Raumstation (ISS) zum Einsatz kommen. Der Vorteil große Vorteil: Der Bremer Apparat ist eine Kapsel, die sich problemlos transportieren lässt. Bislang waren für vergleichbare genaue Messungen riesige, stationäre Versuchsaufbauten nötig.

So funktioniert der Bremer Fallturm

Video vom 21. Juni 2017
Animation Fallturm
Bild: Radio Bremen
Bild: Radio Bremen

Dieses Thema im Programm: Bremen Zwei, Der Mittag, 15. September 2021, 13:20 Uhr