El pasado año 2018, un nuevo refrigerador atómico fue instalado en 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
órbita 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”.
Fuente: www.nasa.gov/station
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