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En el Laboratorio de Átomos Fríos de la NASA a bordo de la Estación Espacial Internacional, un equipo internacional de científicos produjo por primera vez en el espacio un gas cuántico que contiene dos tipos de átomos. El logro, descrito en un nuevo estudio publicado en Nature, representa otro paso hacia llevar al espacio las tecnologías cuánticas actualmente disponibles en la Tierra.
Nuevas herramientas ayudarán a explorar la química cuántica a bordo de la Estación Espacial Internacional: el profesor de Rochester, Nicholas Bigelow, ayudó a desarrollar experimentos realizados en el Cold Atom Lab de la NASA para explorar la naturaleza fundamental del mundo que nos rodea.
Rochester, Nueva York | Publicado el 17 de noviembre de 2023
A través de experimentos controlados remotamente en la Tierra, los investigadores crearon condensados de Bose-Einstein, un estado cuántico de la materia que surge de un gas atómico enfriado a temperaturas cercanas al cero absoluto. Nicholas Bigelow, profesor de Física Lee A. DuBridge y profesor de Óptica en la Universidad de Rochester, dice que estas herramientas cuánticas se pueden utilizar para mejorar la investigación sobre la naturaleza de la materia cuántica, ayudar en la navegación entre planetas y mucho más para ayudar a resolver el problema. misterios del universo y profundizar nuestra comprensión de las leyes fundamentales de la naturaleza.
Aprovecha los beneficios de la ingravidez
«Hay muchas cosas en física fundamental en las que la presencia de la gravedad realmente limita la precisión de una medición», dice Bigelow, director del Consorcio para Átomos Ultrafríos en el Espacio, financiado por la NASA. «Al eliminar la gravedad, se puede aumentar significativamente el tiempo de observación para una medición más precisa y se pueden detectar efectos sensibles que pueden quedar oscurecidos por la gravedad».
Con esta nueva capacidad, el Cold Atom Lab ahora puede estudiar no sólo las propiedades cuánticas de átomos individuales, sino también la química cuántica, que se centra en cómo los diferentes tipos de átomos interactúan y se unen entre sí en un estado cuántico. Los investigadores pueden utilizar Cold Atom Lab para realizar una gama más amplia de experimentos y aprender más sobre los matices de realizarlos en microgravedad. Este conocimiento será crucial para utilizar esta instalación única para desarrollar nuevas tecnologías cuánticas basadas en el espacio.
Un enigma que los científicos quieren resolver tiene que ver con el principio de equivalencia, que establece que la gravedad afecta a todos los objetos por igual, independientemente de su masa. Como parte de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, la columna vertebral de la física gravitacional moderna, el principio no coincide exactamente con las leyes de la física cuántica, que describen el comportamiento de objetos pequeños como los átomos. Los científicos ya han experimentado con interferómetros atómicos en la Tierra para comprobar si el principio de equivalencia se aplica a nivel atómico. Sin embargo, el Cold Atom Lab les permite probarlo más de cerca en el espacio.
Un camino para comprender la energía oscura y mejores sensores y relojes
Bigelow dijo que los científicos planean realizar experimentos utilizando un interferómetro de dos átomos y gases cuánticos para medir la gravedad con alta precisión y aprender más sobre la naturaleza de la energía oscura, el misterioso impulsor detrás de la expansión acelerada del universo. Lo que aprendan podría conducir al desarrollo de sensores de precisión para una amplia gama de aplicaciones.
«Podríamos fabricar sensores que sean extremadamente sensibles a pequeñas rotaciones y esencialmente utilizar estos átomos fríos en el condensado de Bose-Einstein para fabricar giroscopios», dice Bigelow. “Estos giroscopios podrían brindarnos un punto de referencia fijo en el espacio que podría usarse para la navegación en el espacio. También estamos desarrollando una serie de cosas que podrían conducir a mejores relojes en el espacio, que son cruciales para tantas cosas en la vida moderna, como Internet de alta velocidad y GPS”.
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