Publicado: 
18 de mayo de 2018

Ciencia con frío en la Estación Espacial Internacional

Investigadores de la NASA están creando un punto más frío que el vacío del espacio en el interior de la Estación Espacial Internacional.

En 2018, un nuevo refrigerador atómico partirá hacia la estación espacial. Se llama Laboratorio de Átomos Fríos (Cold Atom Lab, o CAL, por su acrónimo en idioma inglés) y puede enfriar material hasta una diez mil millonésima de grado sobre el cero absoluto, justo por encima del punto donde, teóricamente, se detiene toda la actividad térmica de los átomos.

“A esta temperatura, los átomos pierden su energía y comienzan a moverse muy lentamente”, explica Rob Thompson, un científico del proyecto CAL en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (Jet Propulsion Laboratory, o JPL, por su sigla en idioma inglés), de la NASA. “A temperatura ambiente, los átomos rebotan unos con otros en todas direcciones a unos pocos cientos de metros por segundo. Pero en el CAL, se desacelerarán un millón de veces más y se condensarán hasta alcanzar estados únicos de materia cuántica”.

El CAL es una instalación que tiene usuarios múltiples y respalda a muchos investigadores que estudian una amplia gama de temas.

Eric Cornell, un físico de la Universidad de Colorado y del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (National Institute of Standards and Technology, en idioma inglés), dirigirá uno de los primeros experimentos del CAL. Cornell y su equipo usarán el CAL para investigar colisiones de partículas y cómo dichas partículas interactúan entre sí. Los gases ultra fríos producidos por el Laboratorio de Átomos Fríos pueden contener moléculas con tres átomos cada una, pero que son mil veces más grandes que una molécula típica. Esto da como resultado una molécula “esponjosa” de baja densidad que rápidamente se divide, a menos que se la mantenga extremadamente fría. ¿Cómo afecta su comportamiento la introducción de más partículas? ¿Qué se puede aprender sobre los objetos cuánticos cuando varios átomos actúan al mismo tiempo?

Cornell afirma: “La manera en la que los átomos se comportan en este estado es muy compleja, sorprendente e ilógica; por eso estamos haciendo esto”.

Cornell compartió el Premio Nobel de Física de 2001 por la creación de los condensados de Bose-Einstein, otro estado de la materia cuántica que se puede estudiar en el interior del CAL.

Los condensados de Bose-Einstein son esencialmente masas de materia cuántica que se ven y se comportan como ondas que existen a estas temperaturas ultra frías. En la caída libre del espacio, los condensados pueden conservar su forma similar a las ondas durante cinco a diez segundos (mucho más tiempo que en la Tierra) brindando así a los investigadores una ventana para asomarse al reino cuántico.

Thompson señala: “Podemos usar el CAL para poner a prueba la relatividad general y la mecánica cuántica. Una de las preguntas más importantes de la física moderna es cómo funcionan ellas en conjunto”.

El físico Nick Bigelow, de la Universidad de Rochester, y el científico Holger Müller, de la Universidad de Berkeley, junto con sus colegas planean usar el CAL para poner a prueba un concepto básico de la teoría de la relatividad de Einstein: el principio de equivalencia, que sostiene que la gravedad y la aceleración externa no se pueden distinguir experimentalmente. Ellos planean repetir el icónico experimento de Galileo en el que dejaba caer balas de cañón desde la torre inclinada de Pisa, pero usando átomos. Arrojar átomos al interior del CAL y dejarlos caer durante varios segundos mientras la estación orbita la Tierra permitirá a los investigadores descubrir exactamente cuáles son las diferencias entre las formas de aceleración de los átomos. Este experimento puede revelar de qué manera se entrelazan la gravedad y el espacio-tiempo en el reino cuántico.

Un investigador del JPL llamado Jason Williams también planea usar moléculas ultra frías de dos átomos con el fin de desarrollar herramientas para la nueva generación de pruebas de precisión de la gravedad con gases cuánticos.

Se han planeado muchos más experimentos para este nuevo laboratorio “frío”, y nadie sabe hasta dónde se llegará. “Con el CAL”, dice Thompson, “estamos ingresando a lo desconocido”.

Para obtener más información desde la Estación Espacial Internacional, visite: www.nasa.gov/station.

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