Imagen conceptual del Cold Atom Lab. Crédito: NASA

La NASA está a punto de poner en órbita el «lugar más frío de la Tierra», el Cold Atom Laboratory (CAL), donde los astronautas lo utilizarán para crear condiciones nunca antes vistas con temperaturas 100 millones de veces más frías que las profundidades del espacio.

El The Cold Atom Lab hará un viaje en un cohete SpaceX a la Estación Espacial Internacional, donde se espera que la caja súper enfriada revele una nueva y extraña física cuando los átomos se enfríen a unos mil millones de grados por debajo del cero absoluto.

«El estudio de estos átomos hiper-fríos podría remodelar nuestra comprensión de la materia y la naturaleza fundamental de la gravedad», dijo el científico del proyecto CAL Robert Thompson, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.

«Los experimentos que haremos con el Cold Atom Lab nos darán una visión de la gravedad y la energía oscura – algunas de las fuerzas más penetrantes en el Universo».

En caso de que nunca haya considerado cuál era el lugar más frío de la Tierra, el Cold Atom Lab de la NASA es una caja de hielo equipada con un láser, una cámara al vacío y un «cuchillo» electromagnético para reducir las partículas a un estado casi inmóvil.

El instrumento está todavía en su fase final de construcción, por lo que esta misión será puesta en marcha en agosto, su primera gran prueba.

El plan es llenar el Cold Atom Lab con partículas de gas a bordo de la Estación Espacial Internacional, donde el ambiente único de microgravedad permitirá a los investigadores observar fenómenos cuánticos nunca antes vistos que son imposibles de detectar en la Tierra.

De particular interés es la forma exótica de la materia llamada Bose-Einstein condensate (condesado de Bose-Einstein) – un estado «superfluido» en el que los átomos se transforman en formas de onda misteriosas que nunca se han observado en las temperaturas del Cold Atom Lab.

Debido a que este estado tiene una viscosidad cero, los átomos son capaces de moverse sin fricción, como si fueran una sola sustancia sólida, explica la NASA.

«Si tuvieras agua superfluida y la hubieras girado en un vaso, giraría para siempre», dice Anita Sengupta, la directora del proyecto Cold Atom Lab.

«No hay viscosidad para ralentizar y disipar la energía cinética, si podemos entender mejor la física de los superfluidos, podemos aprender a usarlos para una transferencia de energía más eficiente».

Los Bose-Einstein condensate son de particular interés para los físicos porque en este estado las reglas de la física clásica cambian -como la teoría de Einstein de la relatividad general- a la física cuántica, y la materia comienza a comportarse menos como partículas y más como ondas.

La comprensión de esta transición es la clave de una de las mayores preguntas abiertas en la física moderna, cuando se usa por separado, la teoría de la relatividad general y del campo cuántico puede explicar las cosas más grandes y más pequeñas del Universo, respectivamente, pero ningún físico ha logrado uniformarlas. Una codiciada «teoría del todo».

Por esa razón, a los físicos les encantaría mirar los Bose-Einstein condensate durante días, pero debido a que la atracción gravitatoria de la Tierra pone un rápido fin al estado de caída libre necesario para mantener esta materia exótica, normalmente sólo es observable por unas pocas fracciones de segundo.

En el ambiente de microgravedad del espacio, sin embargo, los científicos deben ser capaces de obtener una visión mucho más sustancial de las cosas – la NASA predice que será capaz de mantener los Bose-Einstein condensate en el Cold Atom Lab por hasta 5 a 10 segundos en el espacio.

Esto no sólo nos ayudará a averiguar qué es lo que une a la física clásica y cuántica, sino que nos dará una mejor comprensión de los Bose-Einstein condensate, que podría conducir a sensores más precisos, telescopios y relojes atómicos utilizados en la navegación de naves espaciales e incluso acelerar la carrera hacia la primera computadora cuántica del mundo.

«Al igual que una nueva lente en el primer telescopio de Galileo, los átomos fríos ultra sensibles en el Cold Atom Lab tienen el potencial de desbloquear muchos misterios más allá de las fronteras de la física conocida», dice Kamal Oudrhiri, subdirector del CAL.