A bordo de la Estación Espacial Internacional hay un laboratorio compacto del tamaño de un pequeño refrigerador que produce algunas de las cosas más frías del universo. Se llama Cold Atom Lab y, desde hace algún tiempo, los científicos han estado utilizando esta cámara para investigar las extrañas propiedades cuánticas de los átomos en microgravedad. Pero el miércoles (15 de noviembre) anunciaron que habían alcanzado un hito.
Operado de forma remota por un equipo del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en California, el Cold Atom Lab ha generado oficialmente un gas cuántico que contiene dos especies de átomos. En última instancia, esto podría abrir la puerta a experimentos espaciales completamente nuevos en química cuántica.
La materia puede existir en cinco estados conocidos. Los gases, líquidos, sólidos y plasmas son los más conocidos, pero también existe un exótico quinto estado de la materia, el Condensado de Bose-Einsteinque fue descubierto por primera vez en la década de 1990.
Este estado de la materia no se ha encontrado en la naturaleza, pero los científicos pueden crearlo. Los condensados de Bose-Einstein se generan en laboratorios ultrafríos como el Cold Atom Lab, donde los láseres o imanes ayudan a enfriar una nube de átomos cerca del cero absoluto, o -459 grados Fahrenheit (-273 grados Celsius). Esta es la temperatura más fría posible en el universo. En este estado, los átomos se ralentizan, sus bordes se mezclan y los científicos pueden observar efectos cuánticos que normalmente son muy difíciles de investigar.
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En la Tierra, la gravedad hace que los condensados de Bose-Einstein se disipen cuando se apagan los imanes o láseres de superenfriamiento en la cámara experimental. Sin embargo, esto no sucedería en el entorno de microgravedad del espacio. Como tal, los científicos creó condensados de Bose-Einstein en el Cold Atom Lab por primera vez en 2018, el año en que se instaló la cámara en la ISS. Y en años desdeEstudiaron el fenómeno con gran efecto.
Pero ahora, los investigadores han demostrado que pueden crear este gas cuántico no solo con uno, sino con dos tipos de átomos. En este caso, lograron la hazaña con una nube de potasio y rubidio. Según un JPL anuncioEl trabajo futuro con este tipo de gas cuántico podría utilizarse para ayudar a desarrollar tecnologías cuánticas espaciales que ya existen en la Tierra.
«Podríamos hacer sensores extremadamente sensibles a pequeñas rotaciones y esencialmente usar estos átomos fríos en el condensado de Bose-Einstein para hacer giroscopios», dijo Nicholas Bigelow, profesor de física y óptica en la Universidad de Rochester, en un comunicado. declaración. Es coautor de los nuevos hallazgos.
«Estos giroscopios podrían proporcionarnos un punto de referencia fijo en el espacio que podría usarse para la navegación en el espacio profundo», dijo Bigelow. «También estamos desarrollando una serie de cosas que podrían conducir a mejores relojes en el espacio, que son cruciales para muchas cosas en la vida moderna, como Internet de alta velocidad y GPS».
Los investigadores también creen que futuros experimentos en el Cold Atom Lab podrían ayudarles a probar el principio de equivalencia, fundamental en la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Este principio establece que la gravedad debe afectar a todos los objetos de la misma manera, independientemente de su masa. En otras palabras, una pluma y un ladrillo deberían caer al mismo ritmo, al menos en el vacío, donde no hay fricción.
Los científicos han tenido dificultades para resolver este principio con las leyes de mecánica cuántica, que describen cómo se comportan los objetos más pequeños conocidos del universo. Podrán probarlo con mayor precisión en experimentos cuánticos en el espacio.
Un artículo que detalla estos hallazgos se publicó el 15 de noviembre en la revista Nature.
