Científicos crean una forma exótica de materia (quinto estado de la materia) en el entorno de microgravedad de la Estación Espacial Intenacional (ISS) y ahora la están utilizando para explorar el mundo cuántico.

Existen cuatro estados de la materia: gases, líquidos, sólidos y plasmas. Sin embargo, también existe un quinto estado de la materia: los condensados ​​de Bose-Einstein (BEC).

Este quinto estado fue creado por los científicos hace 25 años en laboratorio. Cuando un grupo de átomos se enfría a casi cero absoluto, los átomos comienzan a agruparse, comportándose como si fueran un gran «superátomo».

Condensados ​​de Bose-Einstein

Los condensados ​​de Bose-Einstein se extienden por el límite entre el mundo cotidiano, gobernado por la física clásica, y el mundo microscópico, que sigue las reglas de la mecánica cuántica.

En mecánica cuántica, una partícula puede comportarse como si estuviera girando en dos direcciones opuestas al mismo tiempo, o como si existiera en dos o más ubicaciones simultáneamente.

Crédito: ETH Zurich / Julian Léonard

Debido a que siguen algunos de estos comportamientos cuánticos, los condensados ​​de Bose-Einstein pueden ofrecer a los científicos pistas clave sobre el funcionamiento de la mecánica cuántica, lo que podría ayudar a resolver misterios como cómo crear una «teoría de todo» que pueda explicar el funcionamiento del cosmos a partir de las escalas más pequeñas a más grandes.

Los científicos ahora crean rutinariamente condensados ​​de Bose-Einstein en cientos de laboratorios en todo el mundo. Sin embargo, una limitación que se interpone en el camino de esta investigación es la gravedad. Estos «superátomos» son extraordinariamente frágiles y las configuraciones utilizadas para crearlos son increíblemente delicadas, por lo que el tirón de la gravedad que se siente en la Tierra puede interrumpir a ambos, lo que dificulta aprender mucho sobre ellos.

Para solucionarlo, los investigadores desarrollaron el Cold Atom Lab, que puede generar condensados ​​de Bose-Einstein en la microgravedad que se encuentra en órbita a bordo de la estación espacial.

El Cold Atom Lab fue lanzado en el año 2018, y se caracteriza por tener un pequeño tamaño y requerir solo una cantidad relativamente pequeña de energía, por lo que cumple con las limitaciones específicas a bordo de la estación espacial.

Aunque el audio del siguiente vídeo se encuentra en inglés, usted puede activar los subtítulos en español. En caso desconozca cómo hacerlo, puede consultar esta GUÍA.

Generando un exótico quinto estado de la materia

Utilizando el Cold Atom Lab, los investigadores en un nuevo estudio descubrieron que podían aumentar la cantidad de tiempo que pueden analizar estos condensados ​​después de que las barreras que confinan el material se apagan a más de un segundo. En comparación, en la Tierra, los científicos solo tendrían centésimas de segundo para la misma tarea.

Además, en microgravedad, los científicos descubrieron que necesitaban fuerzas más débiles para atrapar los condensados. Esto, a su vez, significa que podrían crear los condensados ​​a temperaturas más bajas. Y, a estas temperaturas, los efectos cuánticos exóticos serían cada vez más pronunciados.

Distribución de momentos que confirma la creación de un nuevo estado de agregación de la materia, el condensado de Bose-Einstein. Crédito: NIST/JILA/CU-Boulder (Public domain)

Hasta ahora con este estudio, los investigadores han creado condensados ​​de Bose-Einstein utilizando átomos de rubidio. Eventualmente, también apuntan a agregar átomos de potasio para investigar qué sucede cuando se mezclan dos condensados, según informó el autor principal del estudio Robert Thompson, físico del California Institute of Technology en Pasadena. Además, los científicos ahora buscan utilizar el Cold Atom Lab para crear condensados ​​esféricos de Bose-Einstein, que solo pueden crearse en el espacio, agregó Thompson.

Thompson dijo:

“En el pasado, nuestras principales ideas sobre el funcionamiento interno de la naturaleza provienen de aceleradores de partículas y observatorios astronómicos; en el futuro, creo que las mediciones de precisión con átomos fríos jugarán un papel cada vez más importante”.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Nature.

Fuente: Live Science