Investigadores hicieron burbujas cuánticas ultrafrías en la estación espacial

En marzo de 2018, Los investigadores lanzaron lo que parece una nevera blanca del tamaño de una hielera a la Estación Espacial Internacional. Esa caja pesada alberga una instalación de $ 100 millones conocida como Cold Atom Laboratory, que permite realizar una serie de experimentos de física atómica a temperaturas bajo cero en el cero-g del espacio. Con esas condiciones únicas, los científicos ahora han producido pequeñas burbujas de átomos de gas extremadamente fríos, colocándolos al borde del territorio de la física cuántica.

Ese logro, solo posible en microgravedad y a una millonésima de grado por encima del cero absoluto, la temperatura mínima del universo, habría sido imposible de lograr en la Tierra. El equipo de físicos detrás del hito, que trabajan de forma remota, es decir, en el terreno, publicó su nueva investigación en la revista. Naturaleza la semana pasada, demostrando que hicieron las burbujas ultrafrías con un aparato experimental que emitía láseres en una cámara de vacío sellada para enfriar los átomos de gas. Luego desplegaron campos magnéticos y ondas de radio para convertirlos en gotas huecas con forma de huevo. El experimento da una idea del reino cuántico y también tiene aplicaciones para otras áreas de la física.

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"Es emocionante ver que los átomos toman estas nuevas formas y ver nuevos comportamientos cuando apagas la gravedad", dice David Aveline, autor del estudio y miembro de la colaboración que trabaja en el Cold Atom Lab, operado por el Jet Propulsion Laboratory de la NASA. en Pasadena, California.

Los átomos de gas ultrafríos, en este caso, de rubidio, no actúan como lo harían normalmente a temperatura ambiente, moviéndose alrededor de su contenedor como bolas de billar microscópicas. A medida que el gas se enfría, se mueven cada vez más lentamente, pero sin que los átomos perezosos se conviertan en líquidos o sólidos, como lo haría un vapor. Cuando se enfrían cerca del cero absoluto, comienzan a agruparse y las longitudes de onda asociadas con las partículas de gas se alargan y comienzan a superponerse.

A temperaturas tan extremadamente frías, los átomos comienzan a actuar de manera extraña. Se fusionan en una sustancia con propiedades cuánticas, comportándose como partículas y como ondas. En ese punto, son básicamente una paradoja cuántica y casi como un nuevo estado de la materia, llamado condensado de Bose-Einstein, llamado así por los físicos indios y alemanes de hace un siglo. (Técnicamente, los átomos ultrafríos deben enfriarse aún más para ser considerados un condensado de Bose-Einstein, pero están mostrando signos de estar en la cúspide de eso). En cualquier caso, mientras que los fenómenos cuánticos generalmente necesitan microscopios potentes para ser observados , estas burbujas se pueden inflar a un tamaño mucho mayor que el ancho de un cabello humano.

“Estamos tomando efectos físicos claros que normalmente ocurren a escala de átomos, y los estamos haciendo que sucedan en objetos que tienen un tamaño de hasta un milímetro, tratando de hacer que la mecánica cuántica y el comportamiento extraño de la física sean visibles a simple vista. ”, dice Nathan Lundblad, físico atómico de Bates College en Maine y autor principal del estudio.