La NASA está experimentando con el uso de tecnología cuántica para medir la gravedad, los campos magnéticos y otras fuerzas en el espacio. La agencia espacial acaba de probar una herramienta completamente nueva a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) para medir las vibraciones del laboratorio orbital utilizando átomos ultrafríos.
La herramienta cuántica, llamada interferómetro de átomos, utiliza átomos que son enfriados con láser a millonésimas de grado por encima del cero absoluto para obtener mediciones precisas de las propiedades de los propios átomos. Esto es incluso más frío que el espacio, que exhibe una temperatura ambiente de 2.725 grados Kelvin por encima del cero absoluto.
Aunque los interferómetros de átomos se utilizan en la Tierra, se consideraban demasiado frágiles para funcionar durante períodos prolongados en el espacio. Sin embargo, utilizando el Laboratorio de Átomos Fríos de la NASA, una instalación en la ISS del tamaño de un mini refrigerador, los científicos demostraron que es posible utilizar interferómetros de átomos en el espacio. Los resultados del último experimento se detallan en un estudio reciente publicado en Nature Communications.
Los estudios mediante la temperatura
El Laboratorio de Átomos Fríos aprovecha el entorno de microgravedad a bordo de la ISS para estudiar fenómenos cuánticos. El laboratorio enfría los átomos casi al cero absoluto, o -459 grados Fahrenheit (-273 grados Celsius). A esas temperaturas ultrafrías, los átomos forman un quinto estado de la materia (diferente de sólido, líquido, gas o plasma) llamado Condensado de Bose-Einstein, lo que hace que las propiedades cuánticas de los átomos sean macroscópicas en lugar de microscópicas. Como resultado, las propiedades de los átomos son más fáciles de observar.
En el entorno de microgravedad de la ISS, el estado de los Condensados de Bose-Einstein puede durar más tiempo y alcanzar temperaturas más frías, creando una oportunidad aún mejor para las observaciones. Utilizando un interferómetro de átomos, los científicos aprovechan las propiedades ondulatorias de los átomos, que pueden hacer que un solo átomo viaje simultáneamente por dos caminos físicamente separados. Cuando las ondas del átomo se recombinan e interactúan, los científicos pueden medir la influencia de la gravedad u otras fuerzas que actuaron sobre esas ondas.
Tener un interferómetro de átomos en el espacio que pueda medir la gravedad con extrema precisión puede ayudar a los científicos a comprender mejor la composición de las lunas y otros cuerpos celestes. Diferentes densidades y materiales de lunas y planetas resultan en variaciones sutiles en la gravedad. Las mediciones precisas de la gravedad también pueden ofrecer a los científicos una rara visión de la materia oscura, el material más esquivo del cosmos.
“El interferómetro de átomos también podría usarse para probar la teoría de la relatividad general de Einstein de nuevas maneras”, dijo Cass Sackett, investigador principal del Laboratorio de Átomos Fríos y coautor del nuevo estudio, en un comunicado. “Esta es la teoría básica que explica la estructura a gran escala de nuestro universo, y sabemos que hay aspectos de la teoría que no entendemos correctamente. Esta tecnología podría ayudarnos a llenar esos vacíos y darnos una imagen más completa de la realidad que habitamos”.
El Laboratorio de Átomos Fríos de la NASA fue lanzado a la ISS en 2018 y fue el primero en crear Condensados de Bose-Einstein en órbita. El laboratorio se opera de forma remota desde la Tierra, y los descubrimientos utilizando esta instalación podrían algún día ayudarnos a llegar más lejos en el espacio y comprender mejor nuestro universo circundante.
