国際研究チームは、微小重力環境で二種類の原子量子ガス混合物を成功裏に生成し、その粒子フラックスは前例のないレベルに達しました。このデータは、既存のいかなる移動システムをも超えており、超精密な宇宙センサーの開発への道を開きます。これらのセンサーは、物理学の最も基本的な原則を検証する可能性を秘めています。この研究結果は、ドイツのハノーファーにあるライプニッツ大学のアインシュタインエレベーターで行われたMAIUS-B実験に由来し、この施設はロケット打ち上げや軌道プラットフォームなしで短期間の微小重力環境を生成できます。参加した原子種はルビジウムとカリウムで、これら二つの物質は同時に冷却され、操作されてボース-アインシュタイン凝縮（BEC）を形成します。これは、絶対零度に近いときに現れる量子物質の状態であり、量子現象がマクロスケールで観察可能です。
MAIUS-B実験が双物種ボース-アインシュタイン凝縮を成功裏に実現
一種類の原子種のBECを生成することは、2017年のMAIUS-1ミッションで宇宙で初めて実現されましたが、MAIUS-B実験は、同じ装置で二種類の化学的に異なる原子種を同時に冷却し、制御しようとしています。これは微小重力条件下では非常に難しいです。各種は、原子の遷移を調整するために特定のレーザーセットを必要とします。MAIUS-Bのレーザーシステムは、ヨハネス・グーテンベルク大学のパトリック・ヴェンダーパシンガー教授とアンドレイ・ウィンツラフスキー博士が率いるチームによって開発され、ベルリンのフンボルト大学およびフェルディナント・ブラウン研究所と協力しました。必要なレーザー部品の数は、単一物種システムのほぼ2倍であり、追加の光学および電子ハードウェアも必要です。
システムの規模が拡大しても、チームはその制御を前の世代とほぼ同じ有効荷重の体積と質量に保ちました。これはロケットの荷重や軌道プラットフォームにとって重要です。
このシステムで最も技術的に挑戦的なコンポーネントは、チームが「光学プラットフォーム」と呼ぶもので、レーザーモジュールと原子が捕獲され冷却される真空システムとのインターフェース層です。これらの光学プラットフォームは、ヨハネス・グーテンベルク大学とハンブルク大学が共同で開発し、ゼロダールという名のガラスセラミック材料を使用しています。この材料は熱膨張係数が非常に低いです。この安定性は重要で、ロケット打ち上げによって激しい機械的衝撃が発生し、実験環境間の温度変化（実験室、エレベーター試験室、最終的な宇宙）は非常に顕著です。ゼロダールの熱慣性は、周囲の環境が変化する中で光学的な整列の精度を保ち、原子の捕獲と冷却の要求を満たすことができます。
アインシュタインエレベーターでの長期運用は、この設計概念が現実条件下で正常に機能することを証明しました。その結果、MAIUS-Bシステムは双物種BECの粒子フラックスを実現し、以前に報告された類似の移動装置よりも1桁高い値を達成しました。
MAIUS-Bで開発された技術は、BECCALの基礎を築きます。これは、国際宇宙ステーションで行われる米独共同の原子実験室で、軌道飛行の持続的な微小重力が、アインシュタインエレベーターの短期間の自由落下ウィンドウでは実施できない研究を可能にします。研究の主要な科学目標は、アインシュタインの等価原則を直接測定することであり、質量が異なり内部構造が異なるルビジウムとカリウム原子が自由落下中に完全に同じ加速度を経験するかどうかを調べます。等価原則に対する現在のテストは、実験物理学の中で最も精密なものの一つです。
双物種BECは軌道上でこれらの測定を新たな精度で実現し、量子力学と一般相対性理論の境界を探求します。これは地上の実験では達成できないものです。この研究は『ネイチャー・コミュニケーションズ』誌に初めて発表されました。