Un equipo de científicos chinos tardó unos 15 años y un laboratorio reducido a un gabinete de una estación espacial para capturar siete segundos de una nube fría récord de 20.000 átomos que se expandía casi en ingravidez.
Trabajando a bordo de la estación espacial de China, el equipo creó lo que la Academia de Ciencias de China describe como la materia creada por el hombre más fría que se conoce actualmente. Su estudio en Science informa una temperatura equivalente de sólo 9,7 billonésimas de grado por encima del cero absoluto, aproximadamente una cuarta parte del récord anterior de 38 billonésimas. En el experimento se utilizaron átomos del metal rubidio y la luz láser sirvió como trampa.
“Este trabajo es un hito importante en la manipulación precisa de átomos ultrafríos”, escribieron los revisores de Science, como se informó en un comunicado de prensa traducido.
Átomos a temperaturas récord a bordo de la estación espacial china
Según la NASA, el enfriamiento de los átomos ralentiza su movimiento y los hace más fáciles de estudiar, lo que permite a los investigadores investigar la física cuántica, las reglas que gobiernan los átomos y las partículas subatómicas.
En las condiciones adecuadas, muchos átomos comparten un estado cuántico, formando lo que los físicos llaman condensado de Bose-Einstein. Según la explicación de la NASA, su comportamiento colectivo hace que los efectos normalmente asociados con partículas individuales sean observables en una colección más grande de materia.
Los científicos produjeron por primera vez este estado en un gas en 1995, según el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). El equipo chino creó un condensado utilizando átomos de rubidio y luego redujo aún más la energía de la nube.
Tienes 1 artículo más gratuito (1 de 2)
¿Tienes una cuenta? acceso
Suscríbase hoy para obtener acceso completo y apoyar nuestro periodismo.
Explora todas las opciones
La escala Kelvin comienza en el cero absoluto, aproximadamente -459,67 grados Fahrenheit, según el NIST. La Academia China de Ciencias describe la temperatura equivalente de la nube como aproximadamente 14 órdenes de magnitud por debajo de la temperatura ambiente.
La “temperatura equivalente” expresa la energía asociada con la expansión de la nube como temperatura; eso no significa que el equipo circundante se haya enfriado tanto.
Además de alcanzar una temperatura más baja, los investigadores siguieron la expansión libre de la nube, observando cómo se extendía después de liberarse de su trampa, durante siete segundos, en comparación con los dos segundos del experimento anterior que estableció el récord.
Leer más: Probar whisky en el espacio utilizando una lengua artificial podría ayudar a explorar las bases de las fábricas orbitales
Por qué el experimento necesitaba espacio
Según la NASA, la gravedad atrae los átomos liberados hacia el fondo de su cámara experimental en la Tierra, lo que limita el tiempo que los investigadores pueden observarlos. Una estación espacial permite que la nube flote en relación con el equipo, dando a los investigadores más tiempo para examinarla.
La NASA ha llevado a cabo una investigación similar con su Laboratorio de Átomo Frío a bordo de la Estación Espacial Internacional, que produjo un condensado de Bose-Einstein en órbita en 2018. Permitir que una nube se expanda también puede enfriarla aún más, un proceso que se vuelve más fácil sin que los átomos caigan rápidamente al piso de la cámara.
Los investigadores chinos mantuvieron los átomos en una trampa láser, que utiliza rayos de luz enfocados para mantenerlos en su lugar. Al debilitar esa trampa, dejaron escapar átomos de mayor energía, dejando una nube más fría que enfriaron aún más mediante la expansión. Según los anuncios institucionales, las condiciones de casi ingravidez significaban que la luz podía retener los átomos con mayor flexibilidad que en la Tierra.
Los ingenieros del Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Shanghai empaquetaron equipos que originalmente llenaban alrededor de 706 pies cúbicos y pesaban aproximadamente 22.000 libras en un gabinete de alrededor de 25 pies cúbicos y 1.100 libras. Los láseres, la óptica de precisión, los equipos de vacío y los controles tenían que caber en el interior y resistir los vuelos espaciales. El gabinete se lanzó a bordo del módulo Mengtian en 2022 y ha operado en órbita durante unos cuatro años, según el instituto.
Lo que los investigadores podrían medir a continuación
Según la Academia de Ciencias de China, la capacidad de enfriar aún más los átomos y observarlos durante más tiempo podría ayudar a los investigadores a desarrollar instrumentos más precisos para la navegación y la medición del campo gravitacional de la Tierra. Instrumentos más sensibles podrían ayudar a rastrear el movimiento de las naves espaciales y detectar variaciones más pequeñas en la gravedad de la Tierra, mejorando la capacidad de los investigadores para medir nuestro planeta desde su órbita.
El estudio también apunta hacia la simulación cuántica, en la que los investigadores organizan y controlan átomos para investigar cómo se comportan otros sistemas cuánticos. Eso podría convertir las frías nubes atómicas de la estación espacial en experimentos para explorar formas desconocidas de materia, utilizando condiciones que son difíciles de mantener en la Tierra para probar cómo funcionan esos sistemas.
La Academia de Ciencias de China también identifica la búsqueda de materia oscura ultraligera como un posible uso futuro de la plataforma.
Leer más: La primera antena “sable de luz” del mundo utiliza plasma para transmitir ondas de radio
Fuentes del artículo
Nuestros redactores en Discovermagazine.com utilizan estudios revisados por pares y fuentes de alta calidad para nuestros artículos, y nuestros editores revisan la precisión científica y los estándares editoriales. Revise las fuentes utilizadas a continuación para este artículo: