La Estación Espacial Internacional, hogar de experimentos de física de vanguardia
NASA
Los físicos están a punto de realizar las pruebas más precisas jamás realizadas de las ideas de Einstein sobre la gravedad. Su experimento, el primero de su tipo, implica el uso de dos tipos de átomos extremadamente fríos a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS).
Un principio clave de la teoría de Einstein, y que los investigadores han estado probando durante décadas, es el principio de equivalencia. Esto establece que todos los objetos caen con la misma aceleración cuando la gravedad es la única fuerza que actúa sobre ellos.
Una de las pruebas más sensibles del principio hasta ahora se basó en poner átomos de rubidio muy fríos en caída libre en una instalación especial en California; Otra prueba implicó explorar los efectos de la gravedad en materiales de masa medida con precisión que fueron lanzados al espacio. en un satélite.
Naceur Gaaloul En la Universidad Leibniz de Hannover (Alemania) y sus colegas han construido un experimento que combina elementos de ambas pruebas anteriores mediante el uso de átomos ultrafríos en el espacio.
Ellos usaron el Laboratorio de Átomos Fríos (CAL) en la ISS, que se lanzó en 2018 y se construyó para examinar los efectos cuánticos que se notan en los átomos solo cuando están extremadamente fríos y cuando la gravedad es extremadamente baja. Dentro del CAL, los átomos son confinado a un chip y se enfrían mucho al ser empujados, tirados y golpeados por fuerzas magnéticas y láseres.
A temperaturas de sólo una billonésima parte de… un grado por encima del cero absoluto, los efectos cuánticos hacen que estos átomos se comporten como una colección de “ondas de materia” superpuestas en lugar de partículas distintas. En el nuevo experimento, los investigadores enfriaron átomos de potasio y rubidio en el mismo chip y luego los manipularon de una manera que efectivamente convirtió el chip en dos átomos separados. dispositivos llamados interferómetros.
Interferómetros medir la aceleración basados en patrones formados en su interior por el choque de ondas de materia. La ISS siempre está en caída libre (siempre está acelerando debido a la gravedad), por lo que si los dos interferómetros registran valores de aceleración diferentes, se violaría el principio de equivalencia.
Si bien los investigadores han fabricado con éxito los dos interferómetros en el CAL, necesitan optimizar aún más los dos dispositivos antes de poder usarlos para probar completamente el principio de equivalencia.
“El principio de equivalencia es la base de nuestra comprensión de la gravedad, pero estos experimentos podrían ir más allá de simplemente probar la relatividad general. Podrían haber nuevas partículas que no estén incluidas en el Modelo Estándar y que se manifiesten rompiendo este principio”, dice Timothy Kovachy en la Universidad Northwestern en Illinois. Dice que la precisión de los interferómetros atómicos aumenta cuanto más tiempo pasan los átomos en caída libre, y dado que existen limitaciones de tiempo sobre cuánto tiempo se puede mantener esa caída libre en la Tierra, alcanzar una precisión extrema requiere ir al espacio.
Y hacerlo es un campo creciente y competitivo, dice Gaaloul. En 2017, formó parte de un equipo patrocinado por la Agencia Espacial Alemana, o DLR, que logró la interferometría atómica utilizando átomos de rubidio ultrafríos, pero no átomos de potasio. a bordo de un cohete de investigación. El equipo del DLR lanzará otro cohete en los próximos meses, esta vez con átomos de potasio y rubidio a bordo.
Se espera que los experimentos CAL arrojen resultados cientos de veces más precisos que los obtenidos con pruebas satelitales, y cientos de miles de veces más precisos que los resultados de los experimentos terrestres, pero Gaaloul dice que, en última instancia, será necesario ir también más allá de la ISS. “Debido a las vibraciones de los astronautas en bicicleta y otras cosas que suceden, la ISS no es perfecta para experimentos de precisión”, dice. “Pero aquí nos aseguraremos de las técnicas para las pruebas del principio de equivalencia que finalmente se realizarán en un satélite dedicado”.
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