El lugar más frío del universo conocido
Fecha Tuesday, 04 February a las 01:00:00 Tema Interés General
Ciencia@NASA:30 de enero de 2014:
Todo el mundo sabe que el espacio exterior es frío. En la
gran distancia que hay entre las estrellas y las galaxias,
la temperatura de la materia gaseosa cae rutinariamente a
3 Kelvin o 454 grados Fahrenheit bajo cero (270 °C bajo
cero). Pero está a punto de
tornarse aún más frío.
30 de enero de 2014: Todo el
mundo sabe que el espacio exterior es frío. En la gran distancia
que hay entre las estrellas y las galaxias, la temperatura de la
materia gaseosa cae rutinariamente a 3 Kelvin o 454 grados
Fahrenheit bajo cero (270 °C bajo cero). Pero está a punto de tornarse aún más frío.
Investigadores de la NASA planean crear el lugar
más frío del universo en el interior de la Estación Espacial
Internacional (EEI, por su acrónimo en idioma español).
“Vamos a estudiar la materia a temperaturas
mucho más frías que las que se encuentran de manera natural”,
dice Rob Thompson, del Laboratorio de Propulsión a Chorro (Jet
Propulsion Laboratory o JPL, por su sigla en idioma inglés). Él
es el científico del proyecto denominado Laboratorio de Átomos
Fríos (Cold Atom Lab, en idioma inglés), de la NASA, un
“refrigerador” atómico cuyo lanzamiento hacia la EEI está
programado para el año 2016. “Nuestro objetivo es bajar las
temperaturas efectivas hasta 100 pico-Kelvin”.
Cien pico-Kelvin es sólo una diez mil
millonésima de grado sobre el cero absoluto, cifra a la
cual, en teoría, se detiene toda la actividad térmica de los
átomos. A temperaturas tan bajas, los conceptos comunes de
sólido, líquido y gaseoso ya no son relevantes. Los átomos que
interaccionan justo por encima del umbral de energía cero crean
nuevas formas de materia que son esencialmente... cuánticas.
La mecánica cuántica es una rama de la física
que describe las reglas extrañas de la luz y de la materia a
escalas atómicas. En ese ámbito, la materia puede estar en dos
lugares a la vez, los objetos se comportan como partículas y
ondas, y nada es seguro: el mundo cuántico funciona sobre la
base de la probabilidad.
Y los investigadores que utilizan el
Laboratorio de Átomos Fríos se adentrarán en este extraño mundo.
“Vamos a comenzar”, dice Thompson, “con el
estudio de los condensados de Bose-Einstein”.
En 1995, los investigadores descubrieron que
si tomamos un par de millones de átomos de rubidio y los
enfriamos cerca del cero absoluto, se fusionarán en una sola ola
de materia. El truco funcionó con el sodio también. En 2001,
Eric Cornell, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología
(National Institute of Standards & Technology, en idioma
inglés), y Carl Wieman, de la Universidad de Colorado,
compartieron el Premio Nobel con Wolfgang Ketterle, del
Instituto de Tecnología de Massachusetts (Massachusetts
Institute of Tecnology o MIT, por su acrónimo en idioma inglés)
por su descubrimiento independiente de estos condensados, que
Albert Einstein y Satyendra Bose predijeron a principios del
siglo XX.
Si creamos dos BEC (condensados de
Bose-Einstein) y los juntamos, no se mezclan como un gas común.
En cambio, pueden “interferir” como las ondas: las delgadas
capas paralelas de materia están separadas por finas capas de
espacio vacío. Un átomo en un BEC puede sumarse a un átomo en
otro BEC y producir… ningún átomo, en absoluto.
“El Laboratorio de Átomos Fríos nos permitirá
estudiar estos objetos posiblemente a las temperaturas más bajas
de la historia”, dice Thompson.
El laboratorio es también un lugar donde los
investigadores pueden mezclar gases atómicos súper fríos y ver
qué sucede. “Las mezclas de diferentes tipos de átomos pueden
flotar juntas casi completamente libres de perturbaciones”,
explica Thompson, “lo que nos permite realizar mediciones
sensibles de interacciones muy débiles. Esto podría llevar al
descubrimiento de interesantes y novedosos fenómenos cuánticos”.
Y la estación espacial es el mejor lugar para
realizar esta investigación. La microgravedad permite a los
investigadores enfriar materiales a temperaturas mucho más frías
que las que son posibles en el suelo.
Thompson explica por qué:
“Es un principio básico de la termodinámica
que cuando un gas se expande, se enfría. La mayoría de nosotros
tenemos experiencia de primera mano con esto. Si rociamos una
lata de aerosol, la lata se enfría”.
Los gases cuánticos se enfrían en gran parte
de la misma manera. En lugar de una lata de aerosol, sin
embargo, tenemos una ‘trampa magnética’.
“En la EEI, estas trampas se pueden volver
muy débiles debido a que no tienen que soportar los átomos en
contra de la fuerza de la gravedad. Las trampas débiles permiten
que los gases se expandan aun más y se enfríen a temperaturas
más bajas que las que son posibles en el suelo”.
Nadie sabe a dónde conducirá esta
investigación fundamental. Incluso las aplicaciones “prácticas”
enumeradas por Thompson (sensores cuánticos, interferómetros de
ondas de materia y láseres atómicos, sólo para nombrar unas
pocas) suenan a ciencia ficción. “Estamos entrando a lo
desconocido”, dice.
Los investigadores como Thompson ven al
Laboratorio de Átomos Fríos como una puerta hacia el mundo
cuántico. ¿Pero podría la puerta abrir en ambas direcciones? Si
la temperatura desciende lo suficiente, “vamos a poder ensamblar
paquetes de ondas atómicas del grosor de un cabello humano; es
decir, lo suficientemente grandes como para que el ojo humano
los pueda ver”. Una criatura de la física cuántica habrá
ingresado en el mundo macroscópico.
Y entonces comienza la verdadera
diversión.
Para obtener más información sobre el
Laboratorio de Átomos Fríos, visite: coldatomlab.jpl.nasa.gov
Créditos
y Contactos
Funcionaria Responsable de
NASA: Ruth Netting
Editor de Producción: Dr. Tony Phillips
Traducción al Español: Angela
Atadía de Borghetti
Editora en Español: Angela
Atadía de Borghetti
Formato: Angela
Atadía de Borghetti
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