En una soleada colina en las montañas de San Gabriel del sur de California, investigadores trabajan en una instalación experimental que podría crear el lugar más frío conocido en el universo.
El Cold Atom Laboratory (CAL), desarrollado en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, probará las maravillas de la física cuántica cuando se lance a la Estación Espacial Internacional. La instalación CAL recientemente alcanzó un hito al producir un gas cuántico ultra-frío con potasio, una hazaña de alta tecnología que le pone en camino para su lanzamiento el próximo año. El plan de vuelo al espacio es en agosto de 2017.
"Estudiar gases que han sido enfriados hasta temperaturas extremas es clave para entender cómo surge la complejidad en el universo, y nos permite probar las leyes fundamentales de la física en una forma totalmente nueva", dijo en un comunicado Robert Thompson, científico del proyecto para el Cold Atom Laboratory en el JPL.
Estos investigadores están interesados en un estado de la materia llamado condensado de Bose-Einstein, que sucede cuando todos los átomos de un gas muy frío tienen los mismos niveles de energía. Al igual que los bailarines en un coro, los átomos se sincronizan y se comportan como una onda continua en lugar de como partículas discretas.
En la Tierra, la gravedad límita el tiempo durante el que los científicos pueden estudiar Bose-Einstein porque esta forma de materia cae a la parte inferior de cualquier aparato utilizado para estudiarlo. En microgravedad, tales condensados pueden ser observados por períodos más largos de tiempo. Esto permitiría a los científicos entender mejor las propiedades de las partículas en este estado y sus usos para las pruebas de la física fundamental. Átomos ultra-fríos en microgravedad también pueden ser la clave para una amplia variedad de sensores cuánticos avanzados, y mediciones exquisitamente sensibles de variables tales como la gravedad, las rotaciones y los campos magnéticos.
Usando láser, trampas magnéticas y un "cuchillo" electromagnético para eliminar las partículas calientes, CAL tomará átomos a las temperaturas más frías nunca alcanzadas.
En febrero, el equipo creó su primer gas cuántico ultra frío hecho de dos especies elementales: rubidio y potasio. Anteriormente, en 2014, los investigadores hicieron en CAL condensados de Bose-Einstein utilizando rubidio, y fueron capaces de crearlo de forma fiable en cuestión de segundos. Esta vez, se utilizó el rubidio enfríado fue usado para producir potasio-39 a temperaturas ultra-frías.
"Este es un paso importante para el proyecto, ya que necesitábamos verificar que el instrumento podría crear estas dos especies de gas ultra-frío en la Tierra antes de hacerlo en el espacio", dijo Anita Sengupta, directora del proyecto, con base en el JPL .
"Hemos sido capaces de enfriar los gases hasta cerca de una millonésima de grado Kelvin por encima del cero absoluto, el punto en el que los átomos estarían cerca de quedarse inmóviles", dijo David Aveline, jefe del banco de pruebas de CAL.
Eso suena inconcebiblemente frío para los simples mortales, pero tales temperaturas son como las tardes de playa tropical en comparación con el objetivo final de CAL. Los investigadores esperan enfriar átomos a una mil millonésima de grado por encima del cero absoluto cuando la instalación experimental se ponga al espacio.
Una de las áreas de la ciencia a la que contribuirá CAL se llama física Efimov, que hace predicciones fascinantes sobre las formas en que interactúan un pequeño número de partículas. Isaac Newton tenía conocimientos fundamentales sobre cómo interactúan dos cuerpos - por ejemplo, la Tierra y la Luna - pero las reglas que los rigen son más complicadas cuando se introduce un tercer cuerpo, como el sol. Las interacciones se vuelven aún más compleja en un sistema de tres átomos, que se comportan de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica.
Bajo las condiciones adecuadas, los gases ultra-fríos que se producen en CAL contienen moléculas de tres átomos cada uno, pero son miles de veces más grandes que una molécula típica. Esto resulta en una molécula 'esponjosa' de baja densidad, que cae rápidamente a menos que se mantenga extremadamente fría.
"La forma en que los átomos se comportan en este estado se vuelve muy compleja, sorprendente y contraria a la intuición, y por eso estamos haciendo esto," dijo Eric Cornell, un físico de la Universidad de Colorado y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. Cornell compartió el Premio Nobel 2001 de Física por la creación de los condensados de Bose-Einstein.
