10 picoKelvin: el récord de frío extremo logrado en la estación Tiangong

El hito, logrado en microgravedad, acerca a los investigadores al cero absoluto, el límite teórico de -273,15 grados Celsius donde las partículas dejan de moverse.

El experimento utilizó pinzas ópticas, conocidas formalmente como trampa de dipolo óptico (ODT), que confinan los átomos en un haz de láser. La ausencia de gravedad en la estación permitió debilitar la trampa lo suficiente como para alcanzar temperaturas imposibles en laboratorios terrestres. Los resultados se publicaron el 5 de noviembre en la revista Science.

La instalación se realizó en el módulo de laboratorio Mengtian, que alberga el bastidor de física de átomos fríos, lanzado en 2022 tras un proyecto iniciado en 2011. El equipo, formado por investigadores de la Universidad de Pekín, el Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Shanghái y el Centro de Tecnología e Ingeniería para el Uso del Espacio (CSU) de la Academia China de Ciencias, logró que la nube se expandiera durante siete segundos tras ser liberada, una ventana mayor que la habitual en la Tierra.

«En la Tierra, caería unos 250 metros, así que chocaría contra el suelo a menos que tengas una cámara de vacío de 250 metros de altura»

Wolfgang Ketterle·profesor de Física del MIT y premio Nobel de Física 2001

Según explicó Ketterle, esa caída es la que impide observar la nube durante tanto tiempo en laboratorios terrestres. En órbita, la microgravedad permite un confinamiento mucho más débil y tiempos de observación más largos, lo que aumenta las posibilidades de detectar fenómenos físicos nuevos y débiles.

Científicos usan gradiente magnético para crear condensado de Bose-Einstein

El proceso combinó enfriamiento por evaporación, que permite escapar a los átomos más energéticos, con una etapa adicional de expansión no adiabática. Como en microgravedad el enfriamiento por evaporación en trampas ópticas es menos eficiente, los científicos desarrollaron un método con un gradiente magnético adicional para producir un condensado de Bose-Einstein. Este estado, en el que los átomos muestran comportamiento cuántico colectivo, permite estudiar fenómenos cuánticos a escalas mayores que un átomo individual.

«Esta temperatura récord podría estimular una nueva generación de experimentos basados en ODT para simulación cuántica y mediciones de precisión en el espacio»

Xiong Wei y Jin Shengjie·coautores principales del estudio en la Universidad de Pekín

Más allá del récord térmico, el sistema óptico abre oportunidades para la simulación cuántica mediante redes ópticas, patrones de luz láser que ordenan los átomos como en un cristal. Al modificar esas configuraciones, los científicos pueden simular aspectos de materiales difíciles de estudiar directamente. Los coautores principales señalaron que los tiempos de observación más largos aumentan las probabilidades de detectar fenómenos físicos inéditos.