La Estación Espacial Internacional es oficialmente el hogar del experimento más genial en el espacio.

El Laboratorio de Átomo Frío (CAL) de la NASA se instaló en el laboratorio de ciencias de la estación de EE. UU. A fines de mayo y ahora está produciendo nubes de átomos ultrafríos conocidos como condensados ​​de Bose-Einstein. Estos "BEC" alcanzan temperaturas justo por encima del cero absoluto, el punto en el que teóricamente los átomos deberían dejar de moverse por completo. Esta es la primera vez que se producen BEC en órbita.

CAL es una instalación multiusuario dedicada al estudio de las leyes fundamentales de la naturaleza utilizando gases cuánticos ultrafríos en microgravedad. Los átomos fríos son longevos, partículas cuánticas controladas con precisión que proporcionan una plataforma ideal para el estudio de los fenómenos cuánticos y las aplicaciones potenciales de las tecnologías cuánticas. Esta instalación de la NASA es la primera de su tipo en el espacio. Está diseñado para mejorar la capacidad de los científicos para realizar mediciones precisas de la gravedad, sondear problemas de larga data en física cuántica (el estudio del universo en las escalas más pequeñas), y explorar la naturaleza ondulatoria de la materia.

"Tener un experimento BEC operando en la estación espacial es un sueño hecho realidad, "dijo Robert Thompson, Científico del proyecto CAL y físico del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. "Ha sido un largo camino difícil para llegar aquí, pero vale la pena luchar por completo, porque hay mucho que podremos hacer con esta instalación ".

Los científicos de CAL confirmaron la semana pasada que la instalación ha producido BEC a partir de átomos de rubidio, con temperaturas tan bajas como 100 nanoKelvin, o una diez millonésima parte de un Kelvin por encima del cero absoluto. (Cero absoluto, o cero Kelvin, es igual a 459 grados Fahrenheit, o menos 273 grados Celsius). Eso es más frío que la temperatura promedio del espacio, que es aproximadamente 3 Kelvin (menos 454 grados Fahrenheit / menos 270 grados Celsius). Pero los científicos de CAL tienen la mira aún más baja, y espere alcanzar temperaturas más frías que las que han logrado los experimentos de BEC en la Tierra.

A estas temperaturas ultra frías, los átomos en un BEC comienzan a comportarse como cualquier otra cosa en la Tierra. De hecho, Los BEC se caracterizan como un quinto estado de la materia, distinto de los gases, líquidos sólidos y plasma. En un BEC, los átomos actúan más como ondas que como partículas. La naturaleza ondulatoria de los átomos normalmente solo es observable a escalas microscópicas, pero las BEC hacen que este fenómeno sea macroscópico, y por tanto mucho más fácil de estudiar. Todos los átomos ultrafríos asumen su estado de energía más bajo, y asumir la misma identidad de onda, volviéndose indistinguibles unos de otros. Juntos, las nubes de átomos son como un solo "superátomo, "en lugar de átomos individuales.

No es un simple instrumento

"CAL es un instrumento extremadamente complicado, "dijo Robert Shotwell, ingeniero jefe de la dirección de astronomía y física del JPL, que ha supervisado el desafiante proyecto desde febrero de 2017 ". Por lo general, Los experimentos BEC involucran suficiente equipo para llenar una habitación y requieren un monitoreo casi constante por parte de los científicos. mientras que CAL tiene aproximadamente el tamaño de un refrigerador pequeño y se puede operar de forma remota desde la Tierra. Fue una lucha y requirió un esfuerzo significativo para superar todos los obstáculos necesarios para producir la sofisticada instalación que está operando en la estación espacial hoy ".

Los primeros BEC de laboratorio se produjeron en 1995, pero el fenómeno fue predicho por primera vez 71 años antes por los físicos Satyendra Nath Bose y Albert Einstein. Eric Cornell, Carl Wienman y Wolfgang Ketterle compartieron el Premio Nobel de Física de 2001 por ser los primeros en crear y caracterizar BEC en el laboratorio. Cinco grupos de ciencia, incluidos los grupos liderados por Cornell y Ketterle, realizará experimentos con CAL durante su primer año. Cientos de experimentos BEC se han operado en la Tierra desde mediados de la década de 1990, y algunos experimentos de BEC incluso han realizado breves viajes al espacio a bordo de cohetes sonoros. Pero CAL es la primera instalación de este tipo en la estación espacial, donde los científicos pueden realizar estudios diarios de BEC durante largos períodos.

Los BEC se crean en trampas de átomos, o contenedores sin fricción hechos de campos magnéticos o láseres enfocados. En la tierra, cuando estas trampas se cierran, la gravedad tira de los átomos ultrafríos y solo pueden estudiarse durante fracciones de segundo. La microgravedad persistente de la estación espacial permite a los científicos observar BEC individuales durante cinco a 10 segundos a la vez. con la capacidad de repetir estas mediciones hasta seis horas al día. A medida que la nube de átomos se descomprime dentro de la trampa de átomos, su temperatura desciende naturalmente, y cuanto más tiempo permanezca la nube en la trampa, cuanto más frío hace. Este fenómeno natural (que una caída de presión también significa una caída de temperatura) es también la razón por la que una lata de pintura en aerosol se enfría cuando se rocía la pintura:la presión interna de la lata está disminuyendo. En microgravedad, los BEC pueden descomprimirse a temperaturas más frías que cualquier instrumento terrestre. Las operaciones diarias de CAL no requieren la intervención de los astronautas a bordo de la estación.

Además de los BEC hechos de átomos de rubidio, el equipo de CAL está trabajando para producir BEC utilizando dos isótopos diferentes de átomos de potasio.

CAL se encuentra actualmente en una fase de puesta en servicio, en el que el equipo de operaciones lleva a cabo una larga serie de pruebas para comprender completamente cómo funciona la instalación CAL en microgravedad.

"Hay un equipo de científicos de todo el mundo listo y emocionado de utilizar esta instalación, "dijo Kamal Oudrhiri, Gerente de misión de JPL para CAL. "La diversa gama de experimentos que planean realizar significa que hay muchas técnicas para manipular y enfriar los átomos que necesitamos adaptar para la microgravedad, antes de que entreguemos el instrumento a los investigadores principales para que comiencen las operaciones científicas. "Se espera que la fase científica comience a principios de septiembre y dure tres años.

El Laboratorio de Átomo Frío se lanzó a la estación espacial el 21 de mayo, 2018, a bordo de una nave espacial Cygnus Northrop Grumman (anteriormente Orbital ATK) de la instalación de vuelo Wallops de la NASA en Virginia. Diseñado y construido en JPL, CAL está patrocinado por el Programa de la Estación Espacial Internacional en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston, y la División de Investigación y Aplicaciones de Ciencias Físicas y de la Vida Espacial (SLPSRA) de la Dirección de Misiones de Exploración Humana y Operaciones de la NASA en la Sede de la NASA en Washington.