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Quantum gas mixtures and dual-species atom interferometry in space

Elliott, Ethan R. und Aveline, David C. und Bigelow, Nicholas P. und Boegel, Patrick und Botsi, Sofia und Charron, Eric und D'Incao, José P und Engels, Peter und Estrampes, Timothé und Gaaloul, Naceur und Kellogg, James R und Kohel, James und Lay, Norman E und Lundblad, Nathan und Meister, Matthias und Mossmann, Maren E und Müller, Gabriel und Müller, Holger und Oudrhiri, Kamal und Phillips, Leah E und Pichery, Annie und Rasel, Ernst M. und Sackett, Charles A und Sbroscia, Matteo und Schleich, Wolfgang P. und Thompson, Robert J. und Williams, Jason R. (2023) Quantum gas mixtures and dual-species atom interferometry in space. Nature, 623, Seiten 502-508. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41586-023-06645-w. ISSN 0028-0836.

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Offizielle URL: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06645-w

Kurzfassung

The capability to reach ultracold atomic temperatures in compact instruments has recently been extended into space. Ultracold temperatures amplify quantum effects, whereas free fall allows further cooling and longer interactions time with gravity - the final force without a quantum description. On Earth, these devices have produced macroscopic quantum phenomena such as Bose–Einstein condensates (BECs), superfluidity, and strongly interacting quantum gases. Terrestrial quantum sensors interfering the superposition of two ultracold atomic isotopes have tested the universality of free fall (UFF), a core tenet of Einstein’s classical gravitational theory, at the 10^-12 level. In space, cooling the elements needed to explore the rich physics of strong interactions or perform quantum tests of the UFF has remained elusive. Here, using upgraded hardware of the multiuser Cold Atom Lab (CAL) instrument aboard the International Space Station (ISS), we report, to our knowledge, the first simultaneous production of a dual-species BEC in space (formed from 87Rb and 41K), observation of interspecies interactions, as well as the production of 39K ultracold gases. Operating a single laser at a magic wavelength at which Rabi rates of simultaneously applied Bragg pulses are equal, we have further achieved the first spaceborne demonstration of simultaneous atom interferometry with two atomic species (87Rb and 41K). These results are an important step towards quantum tests of UFF in space and will allow scientists to investigate aspects of few-body physics, quantum chemistry and fundamental physics in new regimes without the perturbing asymmetry of gravity.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200796/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Quantum gas mixtures and dual-species atom interferometry in space
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Elliott, Ethan R.Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Aveline, David C.Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bigelow, Nicholas P.Department of Physics and Astronomy, University of Rochester, Rochester, NY, 14627, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Boegel, PatrickInstitut für Quantenphysik and Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST), Ulm University, Ulm, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Botsi, SofiaJet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Charron, EricUniversité Paris-Saclay, CNRS, Institut des Sciences Moléculaires d’Orsayhttps://orcid.org/0000-0003-1660-6368NICHT SPEZIFIZIERT
D'Incao, José PJILA, NIST, and the Department of Physics, University of Colorado, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Engels, PeterDepartment of Physics and Astronomy, Washington State University, Pullman, WA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Estrampes, TimothéInstitute of Quantum Optics, QUEST-Leibniz Research School, Leibniz University Hannover, Hanover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gaaloul, NaceurInstitut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover, Welfengarten 1, D-30167 Hannover, Germanyhttps://orcid.org/0000-0001-8233-5848NICHT SPEZIFIZIERT
Kellogg, James Rjames.r.kellogg (at) jpl.nasa.govNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kohel, JamesJet PropulsionLaboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, CA, 91109, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lay, Norman EJet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lundblad, NathanDepartment of Physics and Astronomy, BatesCollege, ME 04240 Lewiston, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meister, MatthiasMatthias.Meister (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7210-8588NICHT SPEZIFIZIERT
Mossmann, Maren EDepartment of Physics and Astronomy, Washington State University, Pullman, WA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller, GabrielInstitute of Quantum Optics, QUEST-Leibniz Research School, Leibniz University Hannover, Hanover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller, HolgerDepartment of Physics, University of California, Berkeley, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oudrhiri, KamalJet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Phillips, Leah EJet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pichery, AnnieLeibniz Universität Hannover, Institut für Quantenoptik;Université Paris-Saclay, CNRS, Institut des Sciences Moléculaires d’OrsayNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rasel, Ernst M.Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Institut für Quantenoptik, Welfengarten 1, 30167 Hannover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sackett, Charles APhysics Department, University of Virginia, Charlottesville, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sbroscia, MatteoJet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schleich, Wolfgang P.Institut für Quantenphysik and Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST), Ulm University, Ulm, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-9693-8882NICHT SPEZIFIZIERT
Thompson, Robert J.Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Williams, Jason R.Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 November 2023
Erschienen in:Nature
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:623
DOI:10.1038/s41586-023-06645-w
Seitenbereich:Seiten 502-508
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:0028-0836
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Quantum Physics, Ultracold gases, Bose-Einstein condensate, Quantum mixture, Dual-species, Interferometry
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt BECCAL
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Quantentechnologien > Theoretische Quantenphysik
Institut für Quantentechnologien
Hinterlegt von: Meister, Dr. Matthias
Hinterlegt am:20 Jan 2024 23:14
Letzte Änderung:20 Jan 2024 23:14

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