// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Rekordniedrige Temperatur in Quantengas auf Chinas Raumstation erzeugt
Eine Atomwolke auf Chinas Raumstation Tiangong soll auf weniger als zehn Pikokelvin abgekühlt worden sein. Das entspricht weniger als zehn Billionstel Kelvin über dem absoluten Nullpunkt. Eine derart geringe Bewegungsenergie eröffnet die Möglichkeit, Quanteneffekte länger zu beobachten und künftig empfindlichere Sensoren zu erproben.
Fuzhou (China). In den letzten Billionstelgraden über dem absoluten Nullpunkt verändert sich das Verhalten eines verdünnten Atomgases grundlegend. Seine Atome bewegen sich nur noch äußerst langsam und können einen gemeinsamen Quantenzustand bilden, der im Alltag nicht vorkommt. Solche ultrakalten Materiewellen lassen sich für Untersuchungen feinster physikalischer Einflüsse nutzen.
Auf der Erde erschwert die Schwerkraft viele dieser Experimente, weil sich freigesetzte Atomwolken rasch aus dem Messbereich entfernen. In der Schwerelosigkeit einer Raumstation lassen sie sich dagegen länger kontrolliert beobachten. Daher sind Experimente mit extrem kalten Gasen schon länger ein wichtiger Bestandteil der Weltraumforschung.
Bei einer internationalen Atomphysik-Konferenz im Juni 2026 hat Prof. Xuzong Chen von der Fuyao University of Science and Technology (FYUST) über die neue Abkühlung berichtet. Seinem Konferenzbeitrag und einer Mitteilung seiner Universität zufolge gelang es auf Tiangong, ein Quantengas mit einem zweistufigen Verfahren auf unter zehn Pikokelvin zu kühlen. Die dafür verwendete Versuchsanlage wurde bereits 2022 mit dem Labormodul Mengtian zur chinesischen Raumstation gebracht.
Der Grenzwert geht bislang aus der Universitätsmitteilung und dem Titel des Konferenzvortrags hervor. Eine öffentlich zugängliche Fachpublikation, die die aktuellen Messdaten, das Messverfahren und die Unsicherheit des Temperaturwerts dokumentiert, war nicht auffindbar. Damit bleibt vorerst offen, wie genau und wie reproduzierbar die extrem niedrige Temperatur bestimmt wurde.
Die Kühltechnik baut auf einem Verfahren auf, das bereits vor dem Start der Raumstation am Boden untersucht wurde. Eine 2022 veröffentlichte Originalarbeit beschreibt, wie gekreuzte Laserstrahlen Rubidiumatome zunächst in einer engen optischen Falle halten. Bei der sogenannten Verdampfungskühlung entweichen bevorzugt energiereichere Atome, wodurch die verbleibende Wolke weiter abkühlt.
Anschließend wird das Gas in eine größere und schwächer einengende optische Falle überführt. Diese Ausweitung vermindert die Bewegungsenergie der Teilchen noch weiter, wenn die Verdampfungskühlung zunehmend ineffizient wird. Bei Bodentests wurden etwa fünf Nanokelvin erreicht, während die damalige Berechnung für den Einsatz im Orbit weniger als 100 Pikokelvin erwarten ließ.
Bei ausreichend niedrigen Temperaturen können Rubidiumatome ein Bose-Einstein-Kondensat bilden. Darin teilen viele Atome einen gemeinsamen Quantenzustand und lassen sich als zusammenhängende Materiewelle beschreiben. Solche Gase sind unter anderem für empfindliche Messungen von Kräften und Beschleunigungen interessant.
Ein anderes Experimentierlabor für ultrakalte Atome betreibt die US-Raumfahrtbehörde National Aeronautics and Space Administration (NASA) bereits auf der Internationalen Raumstation. Dort ermöglicht die Mikrogravitation Beobachtungszeiten von mehr als zehn Sekunden und Experimente im Bereich unter 100 Pikokelvin. Das macht deutlich, weshalb das Abkühlen von Atomgasen im All wissenschaftlich nützlich ist.
Auch auf der Erde wurden bereits Temperaturen im Pikokelvinbereich erreicht. So gelang 2021 in einem Bremer Fallturm die Abkühlung eines Bose-Einstein-Kondensats auf 38 Pikokelvin. Der nun gemeldete tiefere Wert ist daher bemerkenswert, ohne dass damit schon ein unabhängig belegter allgemeiner Temperaturrekord feststünde.