QuantumShield

Ausgangssituation / Motivation

Tests der Beziehung zwischen Quantenphysik und klassischer Physik im Weltraum und insbesondere Quantendekohärenz wurden von der ESA im Zuge ihres Calls nach New Science Ideas als ein Interessensgebiet identifiziert.

Um solche Tests zu realisieren, und um Quantenkohärenz mit massiven physikalischen Systemen zu untersuchen, müssen diese Systeme von Dekohärenzeffekten wie z.B. Schwarzkörperstrahlung und Gaskollisionen isoliert werden. Der PI dieses Proposals ist ebenso der PI einer internationalen Bemühung, solche Tests der Quantenphysik im Weltraum zu realisieren.

2010, war er der Antragsteller des MAQRO Missionsvorschlags im Rahmen von ESAs M3 Ausschreibung für eine mittelgroße Mission 2010, für ein aktualisiertes Proposal für ESAs M4 Ausschreibung im Jahr 2015 und für ein entsprechend angepasstes Proposal für ESAs Ausschreibung für New Science Ideas im Jahr 2016. Der letztere Antrag war erfolgreich, und Rainer Kaltenbaek leitet nun ein internationales Team für eine Studie, die in der ersten Hälfte 2018 an ESAs Concurrent Design Facility (CDF) durchgeführt werden soll.

Für MAQRO wurde vorgeschlagen, dass die notwendige Isolierung makroskopischer Quantensysteme erreicht werden könnte, indem man die sensitive Region von thermischer Strahlung abschirmt und direktes Ausgasen in den Weltraum erlaubt. Dieses Konzept wurde in Kollaboration mit Airbus Degence and Space (ADS) im Rahmen zweier finite-Elemente Analysen untersucht.

Inhalte und Zielsetzungen

Hier wollen wir diesen Zugang noch detaillierter, unabhängig von ADS und mit der COMSOL finite-Elemente Software untersuchen. Einerseits wollen wir eine unabhängige Studie durchführen, in der wir eine andere Software verwenden als in früheren Studien, in denen die Analysen bei ADS mit ESATAN durchgeführt wurden. Andererseits wollen wir im Stande sein, den Einfluss variierender Modelparameter auf die erreichbare Temperatur zu untersuchen, und wir wollen den erreichbaren Vakuumlevel im Bereich des Experiments analysieren.

Zusätzlich wollen wir mögliche Vorteile untersuchen, den passiven Kühlzugang mit einem aktiven zu kombinieren, um zu sehen, ob dies in besseres Vakuum und niedrigere Temperaturen resultieren könnte. Außerdem wollen wir die Möglichkeit untersuchen, die experimentelle Region vom Weltraum abzuschließen, um das Instrument vor möglichen Einschlägen von Mikrometeoriten zu schützen wie sie in der LISA Pathfinder (LPF) Mission beobachtet wurden.

Erwartete Ergebnisse

Das vorgeschlagene Projekt "QuantumShield" stellt ebenso eine ausgezeichnete Möglichkeit dar, eine/n Diplomstudent/in in Quanten- und Weltraumtechnologie auszubilden, und ihr/ihm die Möglichkeit zu geben, mit ADS zu kollaborieren.

Zudem stellt dieses Projekt die Möglichkeit dar, österreichische Expertise in einem spannenden neuen Feld zu erhalten bzw. zu generieren: Quantentechnologie im Weltraum.

Projektleitung

Österreichische Akademie der Wissenschaften - Institut für Quantenoptik und Quanteninformation

Österreichische Akademie der Wissenschaften
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation
Dr. Rainer Kaltenbaek
Boltzmanngasse 3
A-1090 Wien