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martes, 7 de marzo de 2017

Creando el sitio más frío del universo

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Este verano, una pequeñita caja volará hacia la Estación Espacial Internacional, donde se creará el lugar más frío del universo.

Ilustración artística de la caja de átomo para su uso en el Laboratorio de Átomo Frío (CAL) de la NASA, a bordo de la Estación Espacial Internacional. CAL utilizará láseres para enfriar los átomos a temperaturas ultrafríos. Crédito: NASA
Dentro de esa caja, se usarán láseres, una cámara de vacío y un "cuchillo" electromagnético para anular la energía de las partículas de gas, ralentizándolas hasta que estén casi inmóviles. Este conjunto de instrumentos se llama Cold Atom Laboratory (CAL: Laboratorio de Átomo Frío), y fue desarrollado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en Pasadena, California. CAL está en las etapas finales de montaje en el JPL, antes de un viaje al espacio para este mes de agosto, en SpaceX CRS-12.

Sus instrumentos están diseñados para congelar los átomos de gas a una mil millonésima de grado por encima del cero absoluto. Eso significa que será más de 100 millones de veces más frío que las profundidades del espacio.

"El estudio de estos átomos hiper-fríos podría reestructurar nuestra comprensión de la materia y la naturaleza fundamental de la gravedad", señalaba el científico del proyecto CAL, Robert Thompson, de JPL.

Cuando los átomos se enfrían a temperaturas extremas, tal como estarán dentro de CAL, pueden formar un estado distinto de materia conocido como condensado de Bose-Einstein. En este estado, las reglas convencionales de la física retroceden y la física cuántica comienza a asumir el control. Se puede observar que la materia se comporta menos como partícula y más como onda. Las filas de átomos se mueven sintonizadas entre sí como si estuvieran montados en un tejido en movimiento. Estas misteriosas formas de onda nunca se han visto a temperaturas tan bajas como las que alcanzará CAL.

La NASA nunca antes ha creado u observado los condensados ​​de Bose-Einstein en el espacio. En la Tierra, la atracción de la gravedad hace que los átomos se asienten continuamente hacia el suelo, lo que significa que normalmente sólo son observables durante fracciones de segundo.

Pero en la Estación Espacial Internacional, los átomos ultrafrios podrán mantener sus formas de onda más tiempo mientras están en caída libre. Eso ofrece a los científicos la posibilidad de entender la física en su nivel más básico. Thompson estimó que CAL permitirá que los condensados ​​de Bose-Einstein serán observables de cinco a 10 segundos. El desarrollo futuro de las tecnologías utilizadas en CAL permitirán posteriormente que dure cientos de segundos.

Los condensados ​​de Bose-Einstein son un "superfluido", un tipo de fluido con viscosidad cero donde los átomos se mueven sin fricción, como si fueran una sola sustancia sólida. "Si tuvieras agua superfluida y la hicieras girar en un vaso, giraría para siempre", dijo Anita Sengupta de JPL, gerente del proyecto Cold Atom Lab. "No existiría viscosidad que pueda ralentizar y disipar la energía cinética. Si podemos entender mejor la física de los superfluidos, podemos aprender a usarlos para una transferencia de energía más eficiente".

Cinco equipos científicos planean llevar a cabo experimentos utilizando el Laboratorio Cold Atom. Entre ellos está Eric Cornell, de la Universidad de Colorado, Boulder y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. Cornell es uno de los ganadores del premio Nobel que creó por primera vez los condensados ​​de Bose-Einstein en un laboratorio, en 1995.

Los resultados de estos experimentos podrían conducir potencialmente a una serie de tecnologías mejoradas, incluyendo sensores, computadoras cuánticas y relojes atómicos utilizados en la navegación espacial.

Según comentaba Kamal Oudrhiri, de JPL, "igual que la nueva lente del primer telescopio de Galileo, los átomos fríos ultra-sensibles del Laboratorio de Átomo Frío tienen el potencial de desvelar muchos misterios más allá de las fronteras de la física conocida".

Cold Atom Lab está actualmente en una fase de pruebas, preparándose para su entrega a Cabo Cañaveral, Florida. "Las pruebas que haremos durante los próximos meses serán críticas para asegurarnos que podemos operar y ajustar por vía remota mientras está en el espacio, y en última instancia, aprender de este rico sistema de la física atómica en los próximos años", señaló Dave Aveline, jefe del banco de pruebas en JPL.

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Traducido por Pedro Donaire
Ref. Phys.org, 6 de marzo de 2017
"NASA wants to create the coolest spot in the universe"

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