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Das Finden einer universellen Theorie der physikalischen Grundkräfte stellt
einen großen Teil der Anstrengungen der fundamentalen Physik im letzten Jahrzehnt
dar. Das Standartmodell der Teilchenphysik scheint mit Einsteins Relativitätstheorie
fundamental unvereinbar. Einen möglichen Ansatz, beide Theorien zu vereinigen
stellt die String Theorie da. Diese erlaubt allerdings neue kräftewelche zu einer Verletzung
derUniversalität des freien Falls führen können. DieUniversalität des freien falls
kann beispielsweise mittels lunar Laser ranging oder Torsionswaagen, aber auch mit
Atominterferometern getestet werden. Letztere sind unabhängig von Imperfektionen
mechanischer Fertigung der getestetenMassen und sie verwenden quantenmechanische
Testmassen. Die Sensitivität eines sochen Atominterferometers hängt stark von
der freien Entwicklungszeit eines kohärent geteilten atomaren Ensembles ab. Diese
wiederumkann vergrößertwerden, indem dieProbezumSchweben gebracht wird, indem
man den Testapparat vergrößert oder indem der Test inMikrogravitation durchgeführt
wird.
Diese Arbeit fokussiert sich auf den letzteren Ansatz und darauf wie man ein Elektroniksystem,
welches in der Lage ist einAtominterferometer autonom auf der Höhenforschungsraketenmission
MAIUS-2, ohne menschliches eingreifen zu steuern, bauen
kann.
DieHerausforderungenwelche die experimentelleUmgebung der Höhenforschungsrakete
an das Elektroniksystem stellt, werden in dieser Arbeit diskutiert. MiniaturisierteElektronikkomponenten,
welche für ein solchesExperiment nötig sind, wie Stromtreiber,
Mikrowellen quellenundrauscharmeSpannungsquellen,welche mit Laboraufbauten
konkurrieren können, werden im Rahmen dieser Arbeit vorgestellt.
Schlüsselparameter für das Design solcher Komponenten werden, einerseits von den
Anforderungen der Höhenforschungsrakte und andererseits denen des Experimentes
hergeleitet. Dies stellt immer eine Gradwanderung zwischen Miniaturisierung und
der best möglichen Performance desGeräts da, für diese hier ein Leitfaden geschaffen
wird. Diese Arbeit baut auf den Erfolgen der MAIUS-1 Mission auf, welche 2017 das
erste Rubidium 87 Bose-Einstein-Condensate (BEC) imWeltraum erzeugt hat, und erweitert
deren Möglichkeiten um eine zweite atomare Spezies: Kalium. Dabei ändern
sichMasse und Größe des Elektroniksystems und des experimentellen Aufbaus nicht
wesentlich. Das komplette hierfür entwickelte Elektroniksystem wird in dieser Arbeit
vorgestellt. Dabei wird verstärkt ein Augenmerk auf das System zur Mikrowellenevaporation
von Rubidium und Kalium gelegt. Ein weiter Fokus wird die Untersuchung
der Empfindlichkeit des Experimentes gegenüber Störungen in den Strömen desAtom
Chips sein um obere Schranken für die Rauschintensität zukünftiger Komponenten
festlegen zu können. Diese Arbeit legt den Grundstein für zukünftige Atominterferometer
Experimente imWeltraum, indem ein Anforderungskatalog für miniaturisierte,
präzisionsmesstechnische elektronische Systeme, solcher Apparate erstellt wird. |
ger |