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 probado una nueva herramienta a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) para medir las vibraciones del laboratorio orbital utilizando átomos ultrafríos.
La herramienta cuántica, llamada interferómetro atómico, utiliza átomos enfriados por láser a millonésimas de grado por encima del cero absoluto para obtener mediciones precisas de las propiedades de los átomos mismos. Eso es incluso más frío que el espacio, que exhibiciones una temperatura ambiente de 2,725 grados Kelvin sobre el cero absoluto.
Aunque en la Tierra se utilizan interferómetros atómicos, se consideraban demasiado frágiles para funcionar durante períodos de tiempo más largos en el espacio. Sin embargo, utilizando el Cold Atom Lab de la NASA, una instalación en la ISS del tamaño de una mini nevera, los científicos demostraron que es posible utilizar interferómetros atómicos en el espacio. Los resultados del último experimento se detallan en un reciente estudiar publicado en Comunicaciones de la naturaleza.
El Cold Atom Lab aprovecha el entorno de microgravedad a bordo de la ISS para estudiar fenómenos cuánticos. El laboratorio enfría átomos hasta casi el cero absoluto, o -459 grados Fahrenheit (-273 grados Celsius). A esas temperaturas ultrafrías, los átomos forman un quinto estado de la materia (a diferencia del sólido, líquido, gas o plasma) llamado Condensado de Bose-Einstein, 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 y alcanzar temperaturas más frías, creando una oportunidad aún mejor para las observaciones. Utilizando un interferómetro atómico, los científicos aprovechan las propiedades ondulatorias de los átomos, que pueden hacer que un solo átomo recorra simultáneamente 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 atómico espacial 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. Las diferentes densidades y materiales de las lunas y los planetas dan como resultado sutiles variaciones en la gravedad. Las mediciones precisas de la gravedad también pueden brindar a los científicos una visión poco común de la materia oscura, el material más esquivo del cosmos.
“La interferometría atómica también podría usarse para probar la teoría de la relatividad general de Einstein de nuevas maneras”, dijo en un comunicado Cass Sackett, investigador principal del Cold Atom Lab y coautor del nuevo estudio. “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 puede ayudarnos a llenar esos vacíos y darnos una imagen más completa de la realidad que habitamos”.
El Cold Atom Lab de la NASA se lanzó a la ISS en 2018 y fue el primero en crear condensados de Bose-Einstein en órbita. El laboratorio funciona de forma remota desde la Tierra, y los descubrimientos que utilicen las instalaciones algún día podrían ayudarnos a llegar más lejos en el espacio y comprender mejor el universo que nos rodea.
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