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El quinto estado de la materia podría ayudarnos a medir la energía oscura

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La reciente creación de condensados de Bose-Einstein en el espacio, por primera vez, podría sentar las bases para crear nuevos instrumentos de medición ultrasensibles capaces de detectar las débiles señales de algunos de los fenómenos más misteriosos del universo, como las ondas gravitacionales

  • por Neel V. Patel | traducido por Ana Milutinovic
  • 16 Junio, 2020

Desde mayo de 2018, a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS, por sus siglas en inglés) hay una caja del tamaño de una mininevera denominada Cold Atom Lab (CAL, Laboratorio de Átomos Fríos). Se trata de una máquina capaz de enfriar átomos en el vacío a temperaturas una diezmillonésima de grado por encima del cero absoluto.  A todos los efectos, representa uno de los lugares más fríos del universo conocido. Y según un  nuevo estudio publicado en Nature, los científicos acaban de usarlo para crear un raro estado de materia en el espacio por primera vez.

Los condensados de Bose-Einstein (BEC), a veces denominados como el quinto estado de la materia, son nubes gaseosas de átomos que dejan de comportarse como átomos individuales y empiezan a actuar como un gran colectivo. Los BEC fueron descritos por primera vez por Albert Einstein y Satyendra Nath Bose hace más de 95 años, pero hace solo 25 años que los científicos los observaron por primera vez en un laboratorio.

La idea general sobre la creación de los BEC consiste en inyectar átomos (en el caso de CAL, DE rubidio y potasio) en una cámara ultra fría para reducir su velocidad. Luego se crea una trampa magnética en esa cámara con una bobina electrificada, que se usa junto con un láser y otras herramientas para mover los átomos hacia una densa nube. En este punto, los átomos "se difuminan entre sí", destaca el físico del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y autor principal del nuevo estudio, David Aveline.

Para realizar experimentos con los BEC, hay que desactivar o debilitar la trampa magnética. Esto permite expandir la nube repleta de átomos, algo que resulta útil porque los BEC deben mantenerse fríos y los gases tienden a enfriarse a medida que se expanden.

Pero si los átomos en los BEC se separan demasiado, ya no se comportan como un condensado. Ahí es donde entra en juego la microgravedad de la órbita baja terrestre. Si se intenta aumentar el volumen en la Tierra, según Aveline, la gravedad simplemente arrastra los átomos del centro de la nube de los BEC hacia el fondo de la trampa hasta que se disipan, deformando el condensado o deshaciéndolo por completo. Pero en la microgravedad, las herramientas del CAL pueden mantener unidos a los átomos incluso si el volumen de la trampa aumenta. Eso genera un condensado más duradero, que a su vez permite a los científicos estudiarlo durante más tiempo del que podrían en la Tierra (esta demostración inicial duró 1,118 segundos, aunque el objetivo es conseguir detectar la nube durante hasta 10 segundos).

Foto: David Aveline observa el dispositivo de CAL durante las pruebas ambientales en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA antes del lanzamiento.

Aunque solo representa un primer paso, el experimento de CAL podría algún día permitir que los BEC formen la base de los instrumentos ultrasensibles que detectan las débiles señales de algunos de los fenómenos más misteriosos del universo, como las ondas gravitacionales y la energía oscura. Desde una perspectiva más práctica, Aveline cree que este trabajo podría allanar el camino para crear mejores sensores de inercia. "Las aplicaciones van desde acelerómetros y sismómetros hasta giroscopios", asegura.

Mientras tanto, los investigadores trabajan con CAL, que Aveline describe como un sistema de "ajustes", para crear condiciones únicas para experimentar con los átomos. El equipo ya sabe que puede crear condensados de Bose-Einstein en el espacio. El siguiente paso consistirá en ir ajustando las opciones para ver qué sucede.

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