Elliott, Ethan R. and Aveline, David C. and Bigelow, Nicholas P. and Boegel, Patrick and Botsi, Sofia and Charron, Eric and D'Incao, José P and Engels, Peter and Estrampes, Timothé and Gaaloul, Naceur and Kellogg, James R and Kohel, James and Lay, Norman E and Lundblad, Nathan and Meister, Matthias and Mossmann, Maren E and Müller, Gabriel and Müller, Holger and Oudrhiri, Kamal and Phillips, Leah E and Pichery, Annie and Rasel, Ernst M. and Sackett, Charles A and Sbroscia, Matteo and Schleich, Wolfgang P. and Thompson, Robert J. and Williams, Jason R. (2023) Quantum gas mixtures and dual-species atom interferometry in space. Nature, 623, pp. 502-508. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41586-023-06645-w. ISSN 0028-0836.
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Official URL: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06645-w
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/200796/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Quantum gas mixtures and dual-species atom interferometry in space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 15 November 2023 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Nature | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 623 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1038/s41586-023-06645-w | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | pp. 502-508 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Nature Publishing Group | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 0028-0836 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Quantum Physics, Ultracold gases, Bose-Einstein condensate, Quantum mixture, Dual-species, Interferometry | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Communication, Navigation, Quantum Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | R KNQ - Communication, Navigation, Quantum Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | R - Project BECCAL | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Ulm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Quantum Technologies > Theoretical Quantum Physics Institute of Quantum Technologies | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Meister, Dr. Matthias | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 20 Jan 2024 23:14 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 20 Jan 2024 23:14 |
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