¿Cuál es el lugar más frío en el que se puede pensar? Las temperaturas en un día de invierno en la Antártida bajan hasta -120ºF -85ºC. En el lado oscuro de la Luna, alcanzan -280ºF -173ºC. Pero dentro del frío de la NASAAtom Laboratory en la Estación Espacial Internacional, los científicos están creando algo aún más frío.
El Cold Atom Lab CAL es la primera instalación en órbita en producir nubes de átomos "ultrafríos", que pueden alcanzar una fracción de grado por encima del cero absoluto: -459ºF -273ºC, la temperatura más fría que la materia puedeNo se sabe nada en la naturaleza que alcance las temperaturas alcanzadas en laboratorios como CAL, lo que significa que la instalación en órbita es regularmente el lugar más frío conocido en el universo.
El Laboratorio Cold Atom de la NASA en la Estación Espacial Internacional es regularmente el lugar más frío conocido en el universo. Pero, ¿por qué los científicos producen nubes de átomos una fracción de grado por encima del cero absoluto? ¿Y por qué necesitan hacerlo en el espacio? Quantumfísica, por supuesto
Siete meses después de su lanzamiento el 21 de mayo de 2018 a la estación espacial desde la Instalación de Vuelo Wallops de la NASA en Virginia, CAL está produciendo átomos ultrafríos diariamente. Cinco equipos de científicos llevarán a cabo experimentos en CAL durante su primer año, y tres experimentos sonya en marcha.
¿Por qué enfriar los átomos a un nivel tan bajo? Los átomos a temperatura ambiente generalmente se mueven como colibríes hiperactivos, pero los átomos ultrafríos se mueven mucho más lentamente que incluso un caracol. Los detalles varían, pero los átomos ultrafríos pueden ser más de 200,000 veces más lentos que la temperatura ambienteátomos. Esto abre nuevas formas de estudiar los átomos, así como nuevas formas de usarlos para la investigación de otros fenómenos físicos. El objetivo principal de la ciencia de CAL es llevar a cabo una investigación física fundamental, para tratar de comprender el funcionamiento de la naturaleza en los niveles más fundamentales..
"Con CAL estamos comenzando a tener una comprensión muy profunda de cómo se comportan los átomos en la microgravedad, cómo manipularlos, cómo el sistema es diferente de los que usamos en la Tierra", dijo Rob Thompson, un físico de átomos fríosen el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, y el científico de la misión de CAL. "Todo esto es conocimiento que va a construir una base para lo que espero sea un largo futuro de la ciencia de los átomos fríos en el espacio".
Los laboratorios en la Tierra pueden producir átomos ultrafríos, pero en el suelo, la gravedad tira de las nubes de átomos enfriados y caen rápidamente, lo que les da a los científicos solo fracciones de segundo para observarlos. Los campos magnéticos se pueden usar para "atrapar" los átomos ymantenerlos quietos, pero eso restringe su movimiento natural. En microgravedad, las nubes de átomos fríos flotan por mucho más tiempo, dando a los científicos una visión más amplia de su comportamiento.
El proceso para crear las nubes de átomos fríos comienza con láseres que comienzan a bajar la temperatura disminuyendo la velocidad de los átomos. Las ondas de radio cortan a los miembros más cálidos del grupo, bajando aún más la temperatura promedio. Finalmente, los átomos se liberan de untrampa magnética y se deja expandir. Esto provoca una caída de la presión que, a su vez, provoca naturalmente otra caída de la temperatura de la nube el mismo fenómeno que hace que una lata de aire comprimido se sienta fría después del uso. En el espacio, la nube tienemás tiempo para expandirse y, por lo tanto, alcanzar temperaturas aún más bajas que las que se pueden lograr en la Tierra, hasta aproximadamente una diez milmillonésima parte de un grado por encima del cero absoluto, tal vez incluso más bajo.
Las instalaciones de átomos ultrafríos en la Tierra generalmente ocupan una habitación completa, y en la mayoría, el hardware queda expuesto para que los científicos puedan ajustar el aparato si es necesario. La construcción de un laboratorio de átomos fríos para el espacio planteó varios desafíos de diseño, algunos de los cuales cambian elnaturaleza fundamental de estas instalaciones. Primero, estaba la cuestión del tamaño: CAL voló a la estación en dos piezas: una caja de metal un poco más grande que una mini nevera y una segunda del tamaño de una maleta de mano.CAL fue diseñado para ser operado remotamente desde la Tierra, por lo que fue construido como una instalación completamente cerrada.
CAL también presenta una serie de tecnologías que nunca antes se habían volado en el espacio, como las células de vacío especializadas que contienen los átomos, que deben sellarse con tanta fuerza que casi ningún átomo perdido puede filtrarse. El laboratorio necesitaba poderpara resistir la sacudida del lanzamiento y las fuerzas extremas experimentadas durante el vuelo a la estación espacial. A los equipos les llevó varios años desarrollar un hardware único que pudiera satisfacer las necesidades precisas de enfriamiento de átomos en el espacio.
"Varias partes del sistema requirieron un nuevo diseño, y algunas partes se rompieron de una manera que nunca antes habíamos visto", dijo Robert Shotwell, ingeniero jefe de la Dirección de Astronomía, Física y Tecnología Espacial de JPL y gerente del proyecto CAL ". La instalación tuvo queser completamente desgarrado y ensamblado tres veces "
Todo el trabajo duro y la resolución de problemas desde el inicio de la misión en 2012 convirtió la visión del equipo de CAL en realidad en mayo pasado. Los miembros del equipo de CAL hablaron en video en vivo con los astronautas Ricky Arnold y Drew Feustel a bordo de la Estación Espacial Internacional para la instalación delCold Atom Laboratory, la segunda instalación de átomos ultrafríos que ha operado en el espacio, la primera en alcanzar la órbita de la Tierra y la primera en permanecer en el espacio durante más de unos minutos. En el camino, CAL también ha cumplido los requisitos mínimos establecidos por la NASA para considerarmisión es un éxito y proporciona una herramienta única para explorar los misterios de la naturaleza.
Diseñado y construido en JPL, CAL está patrocinado por el Programa de la Estación Espacial Internacional en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston, y la División de Investigación y Aplicaciones de la Ciencia y Vida Física Espacial SLPSRA de la Dirección de Misión de Exploración y Operaciones Humanas de la NASA en la sede de la NASAen Washington.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NASA / Laboratorio de Propulsión a Chorro . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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