Los científicos han hecho condensados ​​de Bose-Einstein en el espacio por primera vez

La creación de la materia exótica en la Estación Espacial Internacional es una proeza tecnológica que podría ayudar a develar profundos misterios de la física. 11 de junio de 2020 La Célula Científica del Laboratorio de Átomos Fríos. Los átomos cerca del techo se enfrían y forman un condensado de Bose-Einstein.

La Célula Científica del Laboratorio de Átomos Fríos. Los átomos cerca del techo se enfrían y forman un condensado de Bose-Einstein. NASA



A bordo de la Estación Espacial Internacional desde mayo de 2018 hay una instalación del tamaño de una mini-nevera llamada Cold Atom Lab (CAL), capaz de enfriar átomos en el vacío a temperaturas de una diezmilmillonésima de grado por encima del cero absoluto. Es, a todos los efectos, uno de los lugares más fríos del universo conocido. Y según un nuevo estudio publicado en Nature , los científicos acaban de usarlo para crear un estado raro de la materia por primera vez en el espacio.

Los condensados ​​de Bose-Einstein, a veces llamados el quinto estado de la materia, son nubes gaseosas de átomos que dejan de comportarse como átomos individuales y comienzan a comportarse como un colectivo. Los BEC, como se les llama a menudo, fueron predichos por primera vez por Albert Einstein y Satyendra Nath Bose hace más de 95 años, pero los científicos los observaron por primera vez en el laboratorio hace solo 25 años.



La idea general al hacer un BEC es inyectar átomos (en el caso de CAL, rubidio y potasio) en una cámara ultrafría para ralentizarlos. Luego se crea una trampa magnética en la cámara con una bobina electrificada, que se usa junto con láseres y otras herramientas para mover los átomos a una nube densa. En este punto, los átomos se desdibujan entre sí, dice David Aveline, físico del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y autor principal del nuevo estudio.



Para realizar experimentos con un BEC, debe bajar o liberar la trampa magnética. La nube de átomos abarrotados se expandirá, lo cual es útil porque los BEC deben permanecer fríos y los gases tienden a enfriarse a medida que se expanden. Pero si los átomos en un BEC se separan demasiado, ya no se comportan como un condensado. Aquí es donde entra en juego la microgravedad de la órbita terrestre baja. Si intentas aumentar el volumen en la Tierra, dice Aveline, la gravedad simplemente atraerá los átomos en el centro de la nube BEC hacia el fondo de la trampa hasta que se derramen, distorsionando el condensado o arruinándolo por completo. Pero en microgravedad, las herramientas en CAL pueden mantener unidos los átomos incluso cuando aumenta el volumen de la trampa. Eso hace que el condensado tenga una vida más larga, lo que a su vez permite a los científicos estudiarlo más tiempo que en la Tierra (esta demostración inicial duró 1,118 segundos, aunque el objetivo es poder detectar la nube hasta por 10 segundos).

David Aveline observa CAL en pruebas ambientales en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA antes del lanzamiento.

Aunque es solo un primer paso, el experimento CAL algún día podría permitir que los BEC formen la base de instrumentos ultrasensibles que detecten señales débiles de algunos de los fenómenos más misteriosos del universo, como las ondas gravitacionales y la energía oscura. Desde una perspectiva más práctica, Aveline cree que el trabajo del equipo podría allanar el camino para mejores sensores inerciales. Las aplicaciones van desde acelerómetros y sismómetros hasta giroscopios, dice.



Mientras tanto, los investigadores pueden jugar con CAL, que Aveline describe como un sistema de perillas para girar, para crear condiciones únicas para experimentar con átomos. El equipo ahora sabe que puede crear condensados ​​de Bose-Einstein en el espacio. El siguiente paso es ajustar la configuración para ver qué les sucede cuando las perillas se giran a 11, por así decirlo.

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