Todo el mundo sabe que el espacio es frío. En la gran distancia entre las estrellas y las galaxias, la temperatura de la materia gaseosa cae rutinariamente a 3 grados Kelvin o 270 grados Celsius bajo cero. Estamos a punto de lograr un frío mayor

Investigadores de la NASA están planeando crear el lugar más frío del universo conocido dentro de la Estación Espacial Internacional. «Vamos a estudiar la materia a temperaturas mucho más frías que las que se encuentran en forma natural», dice Rob Thompson, del JPL. Él es el científico del proyecto para Cold Atom Lab de la NASA, un ‘refrigerador’ atómico programado para ser lanzado a la EEI en el 2016. «Nuestro objetivo es bajar la temperatura efectivamente hasta 100 pico-Kelvin.»

100 pico-Kelvin es sólo una diez mil millonésima de grado sobre el cero absoluto, donde, en teoría, toda la actividad térmica de los átomos se detiene. A temperaturas tan bajas, los conceptos ordinarios de sólido, líquido y gas ya no son relevantes. Los átomos que interactúan justo por encima del umbral de energía cero crean nuevas formas de materia que son esencialmente … cuánticas.

La mecánica cuántica es una rama de la física que describe las extrañas reglas de la luz y la materia a escalas atómicas. En ese ámbito, la materia puede estar en dos lugares a la vez, los objetos se comportan como partículas y ondas, y nada es seguro: en el mundo cuántico rige la probabilidad.

Es en este extraño reino que los investigadores que utilizan el Lab Cold Atom se zambullirán.

«Vamos a comenzar», dice Thompson, «con el estudio de los condensados de Bose-Einstein.»

En 1995, los investigadores descubrieron que si se toma unos millones de átomos de rubidio y se les enfría cerca del cero absoluto, se fusionarían en una sola onda de materia. El truco funcionó con el sodio, también. En 2001, Eric Cornell, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y Carl Wieman, de la Universidad de Colorado, compartieron el Premio Nobel con Wolfgang Ketterle del MIT por su descubrimiento independiente de estos condensados, que Albert Einstein y Satyendra Bose habían pronosticado a principios del siglo 20.

Si se crean dos condensados de Bose-Einstein (CBE) y se los junta, no se mezclan como un gas ordinario. En cambio, pueden «interferir» como las olas: delgadas capas paralelas de materia son separados por finas capas de espacio vacío. Un átomo en un CBE puede sumarse a un átomo en otro CBE y producir… ningún átomo en absoluto.

«El Cold Atom Lab nos permitirá estudiar estos objetos a, tal vez, las temperaturas más bajas de la historia», dice Thompson.

El laboratorio es también un lugar donde los investigadores pueden mezclar gases atómicos súper enfriados y ver qué pasa. «Mezclas de diferentes tipos de átomos pueden flotar juntos casi completamente libres de perturbaciones», explica Thompson, «lo que nos permite realizar sensibles mediciones de interacciones muy débiles. Esto podría llevar al descubrimiento de interesantes y novedosos fenómenos cuánticos».

La estación espacial es el mejor lugar para hacer esta investigación. La microgravedad permite a los investigadores enfriar materiales a temperaturas mucho más frías que son posibles en tierra.

Thompson explica por qué: «Es un principio básico de la termodinámica que cuando se expande un gas, se enfría. La mayoría de nosotros tenemos experiencia de primera mano con esto. Si usted rocía una lata de aerosol, la lata se enfría».

Los gases cuánticos se enfrían en gran parte de la misma manera. En lugar de una lata de aerosol, sin embargo, tenemos una «trampa magnética.

«En la EEI, estas trampas se pueden hacer muy débiles debido a que no tienen que sostener los átomos en contra de la fuerza de la gravedad. Las trampas débiles permiten que los gases que se expandan y enfríen a temperaturas más bajas que los que se puede en la superficie terrestre».

Nadie sabe a dónde conducirá esta investigación fundamental. Incluso las aplicaciones «prácticas» que lista Thompson: sensores cuánticos, interferómetros de onda de materia y láseres atómicos, sólo por nombrar unos pocos, suenan como ciencia ficción. «Estamos entrando en lo desconocido», dice.

Los investigadores como Thompson piensan en el Cold Atom Lab como una puerta hacia el mundo cuántico. ¿Podría la puerta oscilar en ambos sentidos? Si la temperatura baja lo suficiente, «vamos a ser capaces de ensamblar paquetes de ondas de átomos tan anchos como un cabello humano… Es decir, lo suficientemente grandes como para que el ojo humano los vea». Una criatura de la física cuántica ya habrá entrado en el mundo macroscópico.

Y entonces comienza la verdadera emoción.

Para obtener más información acerca del Cold Atom Lab, visite coldatomlab.jpl.nasa.gov

Fuente: NASA. Aportado por Eduardo J. Carletti

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