Post Format

Los humanos acaban de crear el lugar más frío del espacio.

Leave a Reply

A pesar de décadas de investigación en curso, los científicos están tratando de entender cómo las cuatro fuerzas fundamentales del Universo y espacio encajan. Mientras que la mecánica cuántica puede explicar cómo tres de estas fuerzas funcionan juntas en las escalas más pequeñas (electromagnetismo, fuerzas nucleares débiles y fuertes), la relatividad general explica cómo se comporta la cosa en la escala más grande (es decir, la gravedad). En este sentido, la gravedad sigue siendo el holdout.

Para comprender cómo la gravedad interactúa con la materia en las escalas más pequeñas, los científicos han desarrollado algunos experimentos verdaderamente innovadores. Uno de estos es el Laboratorio de Átomos Fríos (CAL) de la NASA, ubicado a bordo del ISS, que recientemente logró un hito al crear nubes de átomos conocidas como condensados ​​de Bose-Einstein (BEC).

Esta fue la primera vez que los BEC se han creado en órbita y ofrece nuevas oportunidades para investigar las leyes de la física.

Originalmente predicho por Satyendra Nath Bose y Albert Einstein hace 71 años, los BEC son esencialmente átomos ultrafríos que alcanzan temperaturas justo por encima del cero absoluto, el punto en el que los átomos deberían dejar de moverse por completo (en teoría).

Partículas duraderas y controladas.

Estas particulas se convierten en la plataforma ideal para estudiar los fenómenos cuánticos siendo este el propósito de la instalación de CAL, que es estudiar gases cuánticos ultrafríos en un entorno de microgravedad. El laboratorio se instaló en el Laboratorio de Ciencias de EE. UU. A bordo del ISS a fines de mayo y es el primero de su clase en el espacio.

Está diseñado para avanzar en la capacidad de los científicos para realizar mediciones de precisión de la gravedad y estudiar cómo interactúa con la materia en las escalas más pequeñas.

Como Robert Thompson, científico del proyecto CAL y físico del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, explicó en un reciente comunicado de prensa.

Un sueño hecho realidad

“Tener un experimento BEC operando en la estación espacial, ha sido un camino largo y difícil llegar hasta aquí, pero vale la pena la lucha, porque hay mucho que podemos hacer con esta instalación.”

Hace aproximadamente dos semanas, los científicos de CAL confirmaron que la instalación había producido BEC a partir de átomos de rubidio, un elemento metálico blando de color blanco plateado en el grupo de álcalis.

De acuerdo con su informe, habían alcanzado temperaturas tan bajas como 100 nanoKelvin, un diez millones de un Kelvin por encima del cero absoluto (-273 grados Celsius; -459 Fahrenheit). Esto es aproximadamente 3 K más frío que la temperatura promedio del espacio (-270 grados Celsius; -454 Fahrenheit).

 BEC y átomos

Debido a su comportamiento único, los BEC se caracterizan como un quinto estado de la materia, distinto de los gases, líquidos, sólidos y plasma.

En los BEC, los átomos actúan más como las ondas que las partículas en la escala macroscópica, mientras que este comportamiento generalmente solo es observable a escala microscópica.

Además, todos los átomos asumen su estado de energía más bajo y adquieren la misma identidad de onda, haciéndolos indistinguibles el uno del otro.

En resumen, las nubes atómicas comienzan a comportarse como un solo “súper átomo” en lugar de átomos individuales, lo que los hace más fáciles de estudiar.

Los primeros BEC fueron producidos en un laboratorio en 1995 por un equipo de científicos compuesto por Eric Cornell, Carl Wieman y Wolfgang Ketterle, quienes compartieron el Premio Nobel de Física en 2001 por su logro.

Desde ese momento, cientos de experimentos de BEC se han llevado a cabo en la Tierra y algunos incluso han sido enviados al espacio a bordo de cohetes de sonido.

INSTALACIÓN

La instalación de CAL es única ya que es la primera de su clase en la ISS, donde los científicos pueden realizar estudios diarios durante largos períodos. La instalación consta de dos contenedores estandarizados, que consisten en el “armario cuádruple” más grande y el “armario individual” más pequeño.

El armario cuádruple contiene el paquete de física de CAL, el compartimento donde CAL producirá nubes de átomos ultrafríos.

Esto se hace mediante el uso de campos magnéticos o láser enfocados para crear contenedores sin fricción conocidos como “trampas de átomos”. A medida que la nube atómica se descomprime dentro de la trampa del átomo, su temperatura cae naturalmente, haciéndose más fría cuanto más tiempo permanece en la trampa.

En la Tierra, cuando estas trampas se apagan, la gravedad hace que los átomos comiencen a moverse nuevamente, lo que significa que solo pueden estudiarse durante fracciones de segundo.

Funciones del BEC

A bordo de la ISS, que es un ambiente de microgravedad, las BEC puede descomprimir a temperaturas más frías que con cualquier instrumento en la Tierra y los científicos son capaces de observar las BEC individuales durante cinco a diez segundos a la vez y repetir estas mediciones durante un máximo de seis horas por día.

Y dado que las instalaciones están controladas remotamente desde el Centro de Operaciones de Misiones en órbita terrestre en el JPL, las operaciones diarias no requieren la intervención de los astronautas a bordo de la estación.

Robert Shotwell, ingeniero en jefe de la dirección de astronomía y física del JPL, ha supervisado el proyecto desde febrero de 2017. Como indicó en un reciente comunicado de prensa de la NASA:

    “CAL es un instrumento extremadamente complicado. Típicamente, los experimentos de BEC involucran suficiente equipo para llenar una habitación y requieren un monitoreo casi constante por parte de los científicos, mientras que la CAL es del tamaño de un refrigerador pequeño y puede operarse de forma remota desde la Tierra”.

    “Fue una lucha y requirió un esfuerzo significativo para superar todos los obstáculos necesarios para producir las sofisticadas instalaciones que operan hoy en la estación espacial”.

Que se espera en un futuro..

De cara al futuro, los científicos de CAL quieren ir aún más lejos y lograr temperaturas que son más bajas que cualquier cosa lograda en la Tierra. Además del rubidio, el equipo CAL también está trabajando para hacer BECS usando dos isótopos diferentes de átomos de potasio.

Por el momento, CAL todavía está en una fase de puesta en marcha, que consiste en que el equipo de operaciones realice una larga serie de pruebas para ver cómo operará la instalación CAL en microgravedad.

Sin embargo, una vez que esté en funcionamiento, cinco grupos científicos, incluidos grupos liderados por Cornell y Ketterle, realizarán experimentos en la instalación durante su primer año.

Se espera que la fase de ciencia comience a principios de septiembre y durará tres años. Como dijo Kamal Oudrhiri, gerente de misión de JPL para CAL:

    “Hay un equipo de científicos que abarca todo el mundo listo y entusiasmado para utilizar esta instalación”.

    “La amplia gama de experimentos que planean realizar significa que hay muchas técnicas para manipular y enfriar los átomos que debemos adaptar para la microgravedad, antes de entregar el instrumento a los investigadores principales para que comiencen las operaciones científicas”.

Con el tiempo, el Cold Atom Lab (CAL) puede ayudar a los científicos a entender cómo funciona la gravedad en las escalas más pequeñas.

Combinado con experimentos de alta energía realizados por el CERN y otros laboratorios de física de partículas en todo el mundo, esto podría conducir a una Teoría del Todo (ToE) y una comprensión completa de cómo funciona el Universo.

 

0

Leave a Reply

Required fields are marked *.