Charge utile de la fusée-sonde dans le hall d'intégration du European Space and Sounding Rocket Range (Esrange) en Suède Crédit :André Wenzlawski, JGU
Les physiciens veulent utiliser des gaz ultrafroids dans l'espace pour mesurer le champ gravitationnel de la Terre, soumettre le principe d'équivalence d'Einstein à un test précis, et aussi pour détecter les ondes gravitationnelles. Le premier vol en fusée-sonde a maintenant permis de tester les technologies nécessaires et les étapes expérimentales requises pour des mesures de cette nature. Ce faisant, le groupe a généré un condensat de Bose-Einstein et a pu examiner ses propriétés dans l'espace pour la première fois.
La fusée de recherche MAIUS-1 a été lancée depuis le centre spatial d'Esrange en Suède pour un vol de 15 minutes à 3h30 CET le 23 janvier 2017. Le vol transportait la charge utile avec l'expérience de création de condensats Bose-Einstein d'atomes de rubidium qui devaient être utilisés pour effectuer des mesures précises à des hauteurs allant jusqu'à 240 kilomètres. Les gaz quantiques ultrafroids peuvent être utilisés dans des conditions d'apesanteur comme capteurs de haute précision pour la gravitation, par exemple, afin de déterminer si les objets dans le même champ gravitationnel tombent réellement à la même vitesse que celle prédite par les théories standard. L'apesanteur permet de vérifier le soi-disant principe d'équivalence d'Einstein beaucoup plus précisément que cela ne serait possible sur Terre. Le représentant de Mayence dans le groupe de recherche dirigé par la Leibniz Universität Hannover est le professeur Patrick Windpassinger de l'Institut de physique de l'Université Johannes Gutenberg de Mainz (JGU).
Au cours du vol de 15 minutes, les chercheurs ont généré un condensat de Bose-Einstein à partir d'atomes de rubidium toutes les deux à quatre secondes à l'aide d'un processus automatisé. Un condensat de Bose-Einstein est un état de la matière dans lequel les atomes ont une température très proche du zéro absolu et peuvent donc être contrôlés avec une grande précision. Les chercheurs ont utilisé des impulsions laser pour transférer le condensat dans un état dit de superposition mécanique quantique. "Cela signifie que les atomes sont dans deux endroits différents en même temps, " a expliqué le professeur Patrick Windpassinger, l'un des chefs de projet du réseau national de recherche allemand. Cet état permet de mesurer avec précision les forces impactant les atomes.
Les expériences gravitationnelles fonctionnent également sur Terre, comme dans les mesures effectuées dans des tours de chute. Les temps d'observation en apesanteur, cependant, sont beaucoup plus longues et les résultats obtenus sont donc plus précis.
Charge utile de la fusée-sonde et de tous ceux qui participent à l'entreprise, parmi eux des scientifiques du projet MAIUS-1, employés du Centre aérospatial allemand, et les employés du site de lancement de fusée d'Esrange. Crédit :Thomas Schleuss, DLR
Le projet de recherche est le résultat de plus de dix années de travail :« D'un point de vue technique, c'est l'une des expériences les plus élaborées jamais réalisées dans une fusée, " a déclaré Windpassinger. " L'expérience devait être suffisamment compacte et robuste pour résister aux vibrations lors du lancement, mais aussi assez petit et léger pour tenir à l'intérieur de la fusée."
Les physiciens de Mayence fournissent un algorithme logiciel pour le système laser
Des chercheurs de l'Université de Mayence ont développé un algorithme logiciel spécial spécialement pour la fusée MAIUS-1 qui a aidé à contrôler correctement le système laser de l'expérience. Le système laser lui-même a également dû être minutieusement développé, testé, et construit sur de nombreuses années. Cette tâche a été entreprise à l'aide de lasers à diodes miniaturisés par une équipe de la Humboldt-Universität zu Berlin et de l'Institut Ferdinand Braun, Institut Leibniz pour la technologie des hautes fréquences (FBH) à Berlin, sous la direction du professeur Achim Peters. Des scientifiques de l'université Johannes Gutenberg de Mayence ont développé le système de distribution et de manipulation du faisceau en étroite coopération avec le groupe dirigé par le professeur Klaus Sengstock de l'Universität Hamburg. Le système utilise une vitrocéramique spéciale appelée Zerodur fabriquée par Schott AG, Mayence qui est très stable en ce qui concerne les changements de température.
Suite au développement du matériel et des logiciels, il existe encore des facteurs imprévisibles qui peuvent créer des complications dans une entreprise comme celle-ci. "Si vous n'avez pas de chance, le lancement de la fusée peut être retardé à maintes reprises de quelques jours, voire plusieurs mois, en raison d'un problème technique, mauvais temps, ou parce qu'un troupeau de rennes se trouve à proximité du site de débarquement, " a déclaré le Dr André Wenzlawski, associé de recherche dans l'équipe du professeur Patrick Windpassinger qui a assisté au lancement en Suède au nom de l'Université de Mayence. "Nous sommes donc très heureux que cela ait fonctionné." Cependant, il est encore trop tôt pour des déclarations ou des résultats concluants. Deux autres missions de fusée et expériences sur la Station spatiale internationale ISS sont prévues pour les années à venir.
La mission de fusée de recherche à haute altitude MAIUS-1 a été mise en œuvre dans le cadre d'un projet conjoint de la Leibniz Universität Hannover, l'Université de Brême, Université Johannes Gutenberg de Mayence, Université de Hambourg, Humboldt-Universität zu Berlin, l'Institut Ferdinand Braun de Berlin, TU Darmstadt, Université d'Ulm, et le Centre aérospatial allemand (DLR). Le financement du projet a été organisé par DLR Space Mission Management et les fonds ont été fournis par le ministère fédéral allemand des Affaires économiques et de l'Énergie sur la base d'une résolution du Bundestag allemand.
