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Cómo atrapar un átomo

Cómo atrapar un átomo Caricatura de la máquina de momento

Si construiste una Máquina de Física Newtoniana, has visto cómo podemos descubrir las leyes de la naturaleza con las que convivimos todos los días. Los seres humanos comprenden estas leyes, descubiertas por Isaac Newton hace 300 años. Ahora los científicos tienen nuevos instrumentos para ayudarles a estudiar cómo estas leyes bien conocidas afectan a la naturaleza en los niveles más pequeños y grandes. Y también tienen nuevas herramientas para descubrir leyes de la naturaleza aún desconocidas.

El programa "Física Fundamental en el Espacio" de la NASA utiliza las condiciones especiales de "microgravedad" del espacio para probar nuevas ideas sobre las leyes de la naturaleza.

¡Los científicos que trabajan en estas preguntas hacen algunas cosas muy extrañas! En uno de los experimentos, probarán los relojes más precisos jamás construidos.

Como las pelotas en movimiento de la Máquina de Física Newtoniana, los átomos y las moléculas que componen toda la materia están en constante movimiento. Mientras más rápido se mueven los átomos en un material, éste se torna más caliente.

La trampa magneto-óptica (magneto-optical trap, MOT) usa rayos láser provenientes de todas direcciones para atrapar y enfriar átomos.

Los científicos han descubierto una gran forma de enfriar los átomos decelerándolos mediante rayos láser. Los rayos láser son un tipo particular de luz "bien organizada". La luz actúa de forma similar a partículas que se mueven muy rápidamente con . . . ya lo sabes . . . ¡momento! Las partículas de luz deceleran los átomos que vienen hacia ellas desde la dirección contraria. Si los rayos láser se dirigen hacia un mismo punto desde distintas direcciones, los átomos no tienen mucho lugar adonde ir.

Una vez que los átomos se mueven muy lentamente, es mucho más fácil usar otro tipo de luz, conocida como microondas, para medir el tiempo que tardan los átomos en ir de un estado a otro. ¡Este tiempo es tan diminuto y constante, que si aprendiéramos a medirlo, podríamos fabricar relojes que tuvieran una precisión de 0,000000000000001, o una cuadrillonésima parte de un segundo!

Hay varias razones por las que estos experimentos deben realizarse en el espacio. Se realizarán en la Estación Espacial Internacional. En órbita alrededor de la Tierra, la Estación Espacial y todo lo que hay en ella está en caída libre, por lo que la gravedad no afectará a los átomos durante el experimento. Además, la gravedad de la Tierra realmente es menor mientras más se aleje uno de ella. Como ves, este hecho es una parte importante de estos experimentos.

Reloj Atómico de Referencia Principal en el Espacio (PARCS)

El experimento conocido como Reloj Atómico de Referencia Principal en el Espacio (Primary Atomic Reference Clock in Space, PARCS) colocará un avanzado reloj atómico en la Estación Espacial Internacional (International Space Station, ISS). Este reloj enfriado por láser se utilizará para probar una predicción de la Teoría de la Relatividad de Einstein. Esta predicción dice que los relojes avanzan más lentamente en una gravedad más fuerte que en una más débil.

La Estación Espacial está en órbita a una altura de 360 kilómetros (220 millas), donde la gravedad es levemente inferior que en la superficie de la Tierra. (Recuerda que los astronautas se sienten ingrávidos sólo porque están en caída libre.) Si la teoría de Einstein es correcta, cada 10.000 años un reloj a bordo de la Estación Espacial debería avanzar aproximadamente 1 segundo más rápido que un reloj en la superficie de la tierra. ¡Se necesita un reloj muy preciso para medir esta diferencia tan diminuta!

Experimento de Reloj Atómico de Rubidio (RACE)

El experimento de Reloj Atómico de Rubidio (Rubidium Atomic Clock Experiment, RACE) se basará en el experimento PARCS para crear un reloj aún más preciso. ¡Este reloj será tan preciso que si funcionara durante tres mil millones de años se retrasaría en menos de un segundo!

Los futuros relojes basados en la tecnología desarrollada para el experimento RACE podrían utilizarse para coordinar todos los relojes del mundo, además de usarse en las telecomunicaciones y la navegación--tanto en la Tierra como el espacio.

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