Ein Forschungsteam um Xiaoji Zhou an der Peking-Universität hat an Bord der chinesischen Raumstation Tiangong einen neuen Bestwert für ultrakalte Quantengase aufgestellt. Rund 20 000 Rubidiumatome kühlten die Forschenden so weit ab, dass die daraus abgeleitete effektive Temperatur bei 9,7 Pikokelvin lag – knapp 10 Billionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt. Die Arbeit erschien am 6. November 2026 in Science und wird seither in den Fachmedien diskutiert. Erstautor der Studie ist Wei Xiong, die Unsicherheit des Messwerts reicht von 7,0 bis 12,9 Pikokelvin.

Zur Einordnung: Der bisherige Weltrekord im Weltraum lag beim Cold Atom Laboratory an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) bei etwa 52 Pikokelvin, in irdischen Fallturm-Experimenten bei rund 38 Pikokelvin. Der neue Tiangong-Wert liegt damit rund viermal niedriger – und das Quantengas konnte dabei etwa 7 Sekunden lang beobachtet werden, gegenüber 1 Sekunde in der ISS-Variante und 2 Sekunden im Fallturm.

Warum die Temperatur eines Raumes damit nichts zu tun hat

Zahlen im Pikokelvin-Bereich klingen zunächst nach science-fiction-mäßiger Kälte. Entscheidend ist aber: Es handelt sich hier nicht um die Temperatur eines Raumes oder einer Apparatur. Die Kammer, in der die Atome schweben, hat Zimmertemperatur. Gemeint ist ausschließlich die kinetische „Temperatur“ einer winzigen Wolke aus einigen Zehntausend Atomen – ein Maß dafür, wie weit die Impulse der Atome um einen Mittelwert streuen. Je enger diese Verteilung, desto tiefer die zugewiesene Temperatur.

Diese Unterscheidung ist wichtig, weil populäre Darstellungen schnell suggerieren, man könne „Räume“ auf solche Werte kühlen. Das geht aus prinzipiellen Gründen nicht. Das Volumen des Kondensats ist mikroskopisch, seine Isolation gegenüber der warmen Umgebung extrem – und selbst dort hält die Kälte nur wenige Sekunden, bis Streulicht, Restgas oder Schwerkraftgradienten die Wolke wieder aufheizen.

Warum es überhaupt ins All geht

Auf der Erde begrenzt die Schwerkraft die Kühlung: Sobald die Falle, die die Atome festhält, gelockert wird, um ihre Bewegung zu beruhigen, fallen sie zu Boden. In Schwerelosigkeit hingegen können die Forscher die Falle extrem öffnen und das Gas ungestört in sich zusammensinken lassen. Erst dadurch werden Temperaturen jenseits der 100-Pikokelvin-Marke überhaupt erreichbar.

Das Team nutzte eine Kombination aus Laserkühlung und evaporativer Kühlung in einer optischen Dipolfalle (optical dipole trap, ODT). Dabei nimmt man gezielt die energiereichsten Atome aus der Wolke – ähnlich wie beim Abkühlen einer Tasse Tee, aus der die heißesten Moleküle verdampfen – und lässt den Rest neu ins Gleichgewicht finden.

Symbolbild: Vakuumkammer mit optischen Elementen zur Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats aus ultrakalten Atomen

Bild: Symbolbild eines typischen BEC-Experiments auf einem optischen Tisch (nicht die Tiangong-Apparatur). Foto: National Institute of Standards and Technology, Public Domain, via Wikimedia Commons.

Was man mit so kaltem Gas anfangen kann

Für Physiker ist ein Rubidium-Bose-Einstein-Kondensat bei einstelligen Pikokelvin zweierlei: ein Werkzeug und ein Studienobjekt. Als Werkzeug lässt sich eine so langsam driftende Atomwolke sehr präzise mit Lichtgittern beeinflussen – das Team spricht von „vielseitigen Plattformen für Quantensimulation“. Damit lassen sich im Labor Modelle testen, die in Festkörpern nur näherungsweise gelten.

Als Studienobjekt wird interessant, wie sich ein makroskopisches Quantensystem verhält, dessen Teilchen fast keine Relativbewegung mehr zueinander haben. Bei solchen Temperaturen werden Materiewellen so langwellig, dass sie das gesamte Experiment durchspannen – ideal für hochpräzise Atominterferometer, mit denen sich etwa Beschleunigungen, Gravitation oder fundamentale Konstanten messen lassen. Solche Geräte könnten künftig in der Satellitennavigation, in der Geodäsie oder beim Suchen nach dunkler Materie und Gravitationswellen eine Rolle spielen.

Einordnung: Rekord, aber kein Durchbruch

Auch bei diesem Ergebnis gilt: Es handelt sich um einen inkrementellen Fortschritt auf einem Gebiet, das seit den späten 1990er-Jahren Nobelpreise sammelt. Die ersten Bose-Einstein-Kondensate erreichten 1995 noch rund 170 Nanokelvin, bis 2003 wurden einstellige Nanokelvin-Werte demonstriert, und in den letzten Jahren fiel die Marke ins Pikokelvin-Regime. Jedes weitere Hinunterbrechen in der Skala verlängert die Kohärenzzeit der Wolke – und damit die Qualität möglicher Messungen. Von einer „neuen Form der Materie“, wie manche englischsprachige Berichterstattung suggeriert, zu sprechen, ginge jedoch zu weit: Es ist ein kälteres Exemplar einer bekannten Quantenphase.

Spannend bleibt, ob die auf Tiangong etablierte Plattform dauerhaft messbereit ist. Anders als der Fallturm, der nur Sekunden Mikrogravitation liefert, oder das Cold Atom Lab der NASA, das als kompakte Blackbox läuft, ist das chinesische Modul als wartbares Labor ausgelegt. Das Team kündigt bereits weitergehende Experimente an, etwa zum Test von Quantengravimetern und zur Simulation stark wechselwirkender Vielteilchensysteme.

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