en julio de 2018, la NASA anunció un logro increíble. Habían creado el lugar más frío del espacio, justo allí en la Estación Espacial Internacional, en órbita alrededor de la Tierra.
tomaron átomos de un metal blando llamado rubidio, y los enfriaron a temperaturas de alrededor de 100 nanoKelvin, una diezmillonésima parte de un Kelvin por encima del cero absoluto.,
esto dio lugar a una nube súper fría llamada condensado de Bose-Einstein, el exótico «quinto» estado de la materia, y uno que podría ayudarnos a entender las extrañas propiedades cuánticas de los átomos ultra-fríos. Pero la investigación no se detuvo allí.
utilizando el laboratorio de átomos fríos del Jet Propulsion Laboratory, los científicos llegaron a producir condensados de Bose-Einstein a menos de un nanoKelvin por encima del cero absoluto, explotando las condiciones de microgravedad a bordo de la estación espacial para aprender más sobre este estado de lo que podríamos en la Tierra.,
los condensados de Bose-Einstein son bastante raros. Se forman a partir de bosones enfriados a solo una fracción por encima del cero absoluto (pero sin alcanzar el cero absoluto, momento en el que los átomos dejan de moverse). Esto hace que se hundan a su estado de energía más baja, moviéndose extremadamente lentamente y reuniéndose lo suficientemente cerca como para superponerse, produciendo una nube de átomos de alta densidad que actúa como un ‘súper átomo’ u onda de materia.,
debido a que la mecánica cuántica – en la que cada partícula puede ser descrita como una onda – es más fácil de observar en la escala atómica, los condensados de Bose-Einstein permiten a los científicos estudiar el comportamiento cuántico en una escala mucho mayor, en lugar de tratar de estudiar átomos individuales.
los condensados de Bose-Einstein se pueden crear aquí en la tierra, utilizando una combinación de enfriamiento láser, campos magnéticos y enfriamiento evaporativo., Esta última técnica es el paso final – los átomos se mantienen en una trampa magnética, y la radiación de radiofrecuencia se utiliza para’ evaporar ‘ las partículas más energéticas, dejando atrás las frías y lentas para formar el condensado.
una vez que esto ocurre, la trampa se apaga, y los científicos pueden realizar experimentos. Pero tienen que actuar rápido-la fuerza repulsiva natural entre los átomos hará que la nube se expanda y se disipe. La gravedad significa que este proceso ocurre bastante rápido, solo unas pocas decenas de milisegundos.,
sin embargo, con los efectos de la gravedad contrarrestados en caída libre, puede hacer un condensado de Bose-Einstein que puede durar más de un segundo.
Además, el impacto reducido de la gravedad significa que el condensado puede formarse en un plato menos profundo. Esto proporcionó a los investigadores una mejor ventana para observar la nube, tanto antes como brevemente después de su lanzamiento.
esto es lo que los investigadores lograron con el laboratorio de átomos fríos, pero cuando probaron los condensados que produjeron, encontraron efectos que no pueden ocurrir en la gravedad de la Tierra.,
«encontramos que el enfriamiento evaporativo inducido por radiofrecuencia revela resultados marcadamente diferentes en microgravedad», escriben en su artículo.
» observamos un aumento en la órbita en el número de átomos de casi tres veces. A través de la aplicación de gradientes de campo magnético variados, confirmamos que aproximadamente la mitad de los átomos están en el estado magnéticamente insensible |2, 0⟩, formando una nube similar a un halo alrededor de la ubicación de la trampa magnética.,»
en la Tierra, la gravedad es la fuerza dominante que actúa sobre estos átomos, removiéndolos de alrededor de la trampa.
en el espacio, ser capaz de echar un vistazo más de cerca al condensado reveló un halo de átomos de rubidio sueltos flotando alrededor de los bordes de la nube. Gracias a la forma en que se enfrió el material, estos átomos apenas prestaron atención a la trampa magnética.
La gravedad normalmente los haría a un lado, al menos en la Tierra. Pero en caída libre, se quedaron, proporcionando un recurso ultracélido potencialmente útil para estudios futuros.,
la viabilidad de producir condensados de Bose-Einstein más fríos y duraderos también significa que podemos comenzar a pensar en otras formas de estudiarlos. Por ejemplo, se podrían crear formas trampa que no son posibles en la tierra para ver si se pueden observar diferentes comportamientos cuánticos.
las propiedades de onda de los condensados de Bose-Einstein también son potencialmente útiles para interferómetros atómicos, que se pueden usar para medir constantes físicas fundamentales.,
«hemos utilizado las capacidades de referencia de CAL en órbita terrestre baja para demostrar los beneficios inmediatos y fundamentales de la microgravedad para experimentos con átomos ultracoldados… Estos experimentos forman el comienzo de años potenciales de operaciones científicas, con capacidades adicionales del instrumento que se emplearán con el tiempo», escriben los investigadores en su artículo.
» Las futuras actualizaciones modulares para el instrumento CAL están disponibles para estudios de misión extendidos, incluido un módulo de ciencia construido por JPL con un interferómetro de onda atómica., Además, las cargas útiles para las misiones de seguimiento se encuentran en las etapas de propuesta y desarrollo, lo que garantiza la presencia y aplicación continuas de átomos ultracoldados en órbita.»
La investigación ha sido publicada en la Naturaleza.
