El quinto estado de la materia es posible en la Estación Espacial Internacional
11 junio, 2020
En portada: De izq. a derecha se reduce la frecuencia final de una rampa de evaporación forzada aumentando la densidad de espacio de fase (PSD) y formando un condensado Bose-Einstein marcado por un pico característico en la densidad central.
Dentro de la Estación Espacial Internacional (EEI) se realizan distintos experimentos, entre ellos se prueban formas exóticas de materia. Recientemente la revista científica Nature publicó un artículo en que se describen los resultados de un experimento en el que se consiguió una forma conocida como “condensado Bose-Einstein”. Dentro de la Tierra se ha conseguido antes pero las condiciones no permiten observar lo suficiente para comprender lo que ahí pasa y la gravedad cero ofrece condiciones inigualables para estudiar este quinto estado de la materia.
Un comportamiento microscópico en un material macroscópico
Uno de los grandes retos en la física es el estudio del mundo cuántico. El comportamiento de la materia a escala muy pequeña es distinto al de aquella con la que interactuamos habitualmente. La gran ventaja que ofrece el condensado de Bose-Einstein es que se comporta como materia cuántica en grandes dimensiones. Conseguirlo no es fácil y estudiarlo mucho menos.
Para conseguir un condensado Bose-Einstein se requieren temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto (-273°C). Para obtenerlo se usan gases atómicos que deben atraparse aprovechando sus momentos lentos. El experimento que se reporta en Nature produjo un condensado de rubidio Bose-Einstein.
Experimentar con esta forma de materia dentro de la atmósfera terrestre es complicado a causa de la gravedad. Dentro de la atmósfera las partículas caen rápidamente, en cambio, la microgravedad de la EEI permite observar el material resultante por más tiempo; en el experimento referido se alcanzó poco más de 1 segundo. Este es apenas el inicio, ya que las concentraciones Bose-Einstein prometen aplicaciones de gran utilidad a futuro.
El experimento se realizó en el Cold Atom Lab de la EEI. Ahí se encuentran las condiciones adecuadas para producir un estado de la materia que no existe de forma natural. Apenas hace un cuarto de siglo se logró por primera vez; los físicos Eric Cornell y Carl Wieman fueron los primeros capaces de enfriar una nube de átomos para conseguirlo y su trabajo fue tan importante que se les dio el premio Nobel por él.
La misión Cold Atom Laboratory comenzó en 2018. El experimento reciente estuvo a cargo de Robert Thompson, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio (NASA) estadounidense. Como parte de los resultados se reconocieron diferencias en las propiedades del condensado Bose-Einstein que obtuvieron y el que se ha producido en la Tierra.
La microgravedad espacial permite observaciones más largas que aumentan la precisión en las mediciones que se hacen. Se espera que en futuros experimentos se alcance hasta 5 segundos de exposición para estudiar más a fondo las partículas que componen el material experimental. Al no depender de la gravedad es posible realizar experimentos que dentro de la atmósfera terrestre serían imposibles por las variaciones de densidad que provoca la gravedad.
La EEI cuenta con la ventaja de una gravedad mucho menor. Los experimentos ultrafríos ya son posibles y el potencial para seguir con estos experimentos es grande. Entre las aplicaciones a futuro que menciona el equipo de investigación están: topologías de trampas únicas en microgravedad, fuentes de láser atómico, física de cuerpos aislados y técnicas de rastreo para ondas atómicas de interferometría.