2026年8月5日——一个国际研究团队成功生成了具有前所未有粒子通量的原子量子气体混合物。科学家们在《自然·通讯》期刊上报告了利用MAIUS-B装置开展的实验，该实验在德国莱布尼茨汉诺威大学的爱因斯坦升降机中，于微重力条件下生成并研究了由两种不同原子种类——铷和钾——组成的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）。这一成就的关键贡献来自美因茨约翰内斯·古腾堡大学的一项技术开发：用于控制原子的高度精密且紧凑的光学系统。

技术是成功的关键

玻色-爱因斯坦凝聚体被视为一种“奇异”的物质状态，存在于接近绝对零度的温度下，此时量子力学现象可在宏观尺度上被观测到。虽然2017年MAIUS-1任务首次在太空中实现了由单一原子种类生成BEC，但同时冷却和操控两种不同原子种类则给研究人员带来了巨大的技术挑战。

为应对这些挑战，由美因茨约翰内斯·古腾堡大学物理研究所的Patrick Windpassinger教授和André Wenzlawski博士领导的美因茨研究团队，与柏林洪堡大学和柏林费迪南德-布劳恩研究所合作，开发了一套微型化激光系统。尽管所需的激光器数量增加了一倍，并配备了额外的光学和电子组件，该系统仍保持了几乎相同的有效载荷体积和质量。“我们的任务是开发激光模块与真空系统之间的光学接口，这对于冷却和操控原子至关重要，”Wenzlawski解释道。

该系统的核心技术组件是一组光学平台，它们构成激光模块与真空系统之间的接口。这些平台由JGU和汉堡大学联合开发。光学平台基于微晶玻璃材料Zerodur，其特点是具有极低的热膨胀系数。“这种稳定性对于在火箭发射的极端机械载荷和变化温度条件下保持对原子的精确控制至关重要，”Wenzlawski表示。

该装置在爱因斯坦升降机和实验室环境中的长期运行验证了这一技术方案。该系统实现了迄今所报道的此类双物种BEC混合物的原子通量，比现有移动系统高出一个数量级。

面向未来太空任务的先锋技术

美因茨开发的技术代表了量子传感器在太空应用中的一个重要里程碑。光学模块的坚固性和精度为未来的旗舰项目奠定了基础，例如部署在国际空间站（ISS）上的德美BECCAL原子实验室。此类系统将使科学家能够以前所未有的精度检验爱因斯坦的等效原理——通过测量不同原子种类在自由落体过程中是否经历完全相同的加速度。