Dirección de Misiones Científicas de la NASA
Enero. 30, 2014: Todo el mundo sabe que el espacio es frío. En el vasto abismo entre estrellas y galaxias, la temperatura de la materia gaseosa desciende rutinariamente a 3 grados K, o 454 grados bajo cero Fahrenheit.
Está a punto de ponerse aún más frío.
Los investigadores de la NASA están planeando crear el lugar más frío del universo conocido dentro de la Estación Espacial Internacional.
“Vamos a estudiar la materia a temperaturas mucho más frías que las que se encuentran de forma natural”, dice Rob Thompson de JPL. Es el Científico del Proyecto para el Laboratorio de Átomos Fríos de la NASA, un ‘refrigerador’ atómico programado para su lanzamiento a la ISS en 2016. “Nuestro objetivo es reducir las temperaturas efectivas a 100 pico-Kelvin.”
100 pico-Kelvin es solo una diez mil millonésima parte de un grado por encima del cero absoluto, donde teóricamente se detiene toda la actividad térmica de los átomos. A temperaturas tan bajas, los conceptos ordinarios de sólido, líquido y gas ya no son relevantes. Los átomos que interactúan justo por encima del umbral de energía cero crean nuevas formas de materia que son esencialmente… cuántica.
La mecánica cuántica es una rama de la física que describe las extrañas reglas de la luz y la materia a escala atómica. En ese reino, la materia puede estar en dos lugares a la vez; los objetos se comportan como partículas y ondas; y nada es seguro: el mundo cuántico funciona con probabilidad.
Es en este extraño reino donde los investigadores que usan el Laboratorio de Átomos Fríos se sumergirán.
“Comenzaremos”, dice Thompson, “estudiando los condensados de Bose-Einstein.”
En 1995, los investigadores descubrieron que si tomabas unos pocos millones de átomos de rubidio y los enfriabas cerca del cero absoluto, se fusionarían en una sola onda de materia. El truco funcionó con el sodio, también. En 2001, Eric Cornell del Instituto Nacional de Estándares & Tecnología y Carl Wieman de la Universidad de Colorado compartieron el Premio Nobel con Wolfgang Ketterle del MIT por su descubrimiento independiente de estos condensados, que Albert Einstein y Satyendra Bose habían predicho a principios del siglo XX.
Si crea dos BECs y los une, no se mezclan como un gas ordinario. En cambio, pueden “interferir” como las ondas: capas finas y paralelas de materia están separadas por capas finas de espacio vacío. Un átomo en un BEC puede añadirse a un átomo en otro BEC y producir – ningún átomo en absoluto.
“El Laboratorio de Átomos Fríos nos permitirá estudiar estos objetos a tal vez las temperaturas más bajas de la historia”, dice Thompson.
El laboratorio también es un lugar donde los investigadores pueden mezclar gases atómicos súper fríos y ver qué sucede. “Las mezclas de diferentes tipos de átomos pueden flotar juntas casi completamente libres de perturbaciones”, explica Thompson, ” lo que nos permite hacer mediciones sensibles de interacciones muy débiles. Esto podría llevar al descubrimiento de fenómenos cuánticos interesantes y novedosos.”
La estación espacial es el mejor lugar para hacer esta investigación. La microgravedad permite a los investigadores enfriar los materiales a temperaturas mucho más frías de lo que es posible en el suelo.
Thompson explica por qué:
“Es un principio básico de la termodinámica que cuando un gas se expande, se enfría. La mayoría de nosotros tenemos experiencia práctica con esto. Si rocías una lata de aerosoles, la lata se enfría.”
Los gases cuánticos se enfrían de la misma manera. En lugar de un aerosol puede, sin embargo, tenemos una ‘trampa magnética.’
” En la ISS, estas trampas se pueden hacer muy débiles porque no tienen que soportar los átomos contra la atracción de la gravedad. Las trampas débiles permiten que los gases se expandan y se enfríen a temperaturas más bajas que las que son posibles en el suelo.”
Nadie sabe a dónde conducirá esta investigación fundamental. Incluso las aplicaciones “prácticas” enumeradas por Thompson—sensores cuánticos, interferómetros de ondas de materia y láseres atómicos, por nombrar algunas—suenan a ciencia ficción. “Estamos entrando en lo desconocido”, dice.
Investigadores como Thompson piensan en el Laboratorio de Átomos Fríos como una puerta de entrada al mundo cuántico. ¿Podría la puerta oscilar en ambos sentidos? Si la temperatura baja lo suficiente, ” podremos ensamblar paquetes de ondas atómicas tan anchos como un cabello humano, es decir, lo suficientemente grandes para que el ojo humano los vea.”Una criatura de física cuántica habrá entrado en el mundo macroscópico.
Y entonces comienza la verdadera emoción.
Para obtener más información sobre el Laboratorio de átomos Fríos, visite coldatomlab.jpl.nasa.gov
Autor: Dr. Tony Phillips / Editor de producción: Dr. Tony Phillips / Crédito: Science @ NASA
