Fallturm-Forscher erschufen einst“kältesten Ort des Universums“

Rekord im Fallturm

So erschufen Bremer Forscher einst den „kältesten Ort des Universums“

Kälter geht es nicht: Vor einigen Jahren gelingt Bremer Wissenschaftlern ein Durchbruch in der Physik. Über einen Weltrekord, der international für Aufsehen sorgte.

Für einen kurzen Moment im August 2018 war Bremen kälter als jeder bekannte Ort im Universum. Nicht draußen auf der Straße, sondern im Inneren einer Forschungskapsel im Fallturm der Universität Bremen. Dort gelang es einem internationalen Team, Materie auf 38 Pikokelvin abzukühlen – das sind 38 Billionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt.

„Wir haben einen Kälterekord aufgestellt“, sagte die Physikerin Merle Cornelius, damals Doktorandin am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM). Gemessen werden konnte diese Temperatur allerdings nicht mit einem Thermometer. Denn was hier als „kalt“ bezeichnet wurde, hatte mit alltäglichen Vorstellungen von Kälte kaum etwas zu tun.

Physikalisch beschreibt Temperatur die Bewegung von Teilchen. Je wärmer ein Stoff ist, desto schneller bewegen sich seine Atome. Je kälter, desto langsamer. Am absoluten Nullpunkt – bei minus 273,15 Grad Celsius – kommt diese Bewegung theoretisch vollständig zum Stillstand. Erreichen ließ sich dieser Zustand zwar nicht, doch das Bremer Team kam ihm extrem nahe.

Möglich wurde das durch einen besonderen Materiezustand: das Bose-Einstein-Kondensat, kurz BEK. „In einem BEK bildeten die einzelnen Atome in einer Atomwolke gewissermaßen eine einzige zusammenhängende Materiewelle“, erklärte Cornelius. Für Laien bedeutete das: Viele einzelne Atome verhielten sich plötzlich wie ein einziges Quantenobjekt.

Solche Atomwolken waren für die Forschung äußerst wertvoll, aber extrem instabil. Selbst bei ultratiefen Temperaturen besaßen sie noch eine geringe innere Energie. Diese ließ die Atome auseinanderdriften, die Wolke zerfiel rasch. „Im Labor konnten wir sie nur etwa 22 Millisekunden beobachten“, sagte Cornelius. Für präzise Messungen war das viel zu kurz.

Die Lösung lag direkt auf dem Bremer Campus: im Fallturm. Er ermöglichte seit Jahrzehnten Experimente in Schwerelosigkeit. Im freien Fall gelang es dem Team, die Ausdehnung der Atomwolke drastisch zu verlangsamen – mithilfe eines neu entwickelten Materiewellenlinsensystems, das die Bewegung der Atome gezielt bremste. Das Ergebnis: Die Atomwolke blieb bis zu zwei Sekunden stabil – ein Weltrekord.