El experimento más genial de la estación espacial obtiene una actualización
asistida por astronautas
El Cold Atom Lab está utilizando la
microgravedad para aprender sobre los átomos y el mundo cuántico, lo que podría
allanar el camino para nuevas tecnologías en el espacio y en el suelo.
El Laboratorio Cold Atom de la NASA, una
instalación para experimentos de física fundamental en la Estación Espacial Internacional,
se sometió recientemente a una importante actualización de hardware con la
ayuda de los astronautas Christina Koch y Jessica Meir. Al enfriar las
nubes de átomos hasta justo por encima del cero absoluto,
la temperatura más baja que puede alcanzar la materia, Cold Atom Lab
permite a los científicos observar directamente comportamientos atómicos
únicos, lo que ayuda a responder preguntas sobre cómo funciona nuestro mundo en
las escalas más pequeñas. El nuevo hardware ampliará drásticamente las
capacidades de Cold Atom Lab.
Instalar la actualización en el espacio también fue
algo así como un experimento. En la Tierra, esa tarea recaería en
ingenieros con años de experiencia manejando los componentes. Para evitar
que la instalación vuelva a bajar de la estación espacial, un paso costoso y
lento, el equipo de la misión guió a Koch y Meir a través de la instalación a
través de una videoconferencia en vivo desde el Laboratorio de Propulsión a
Chorro de la NASA en el sur de California.
"Con esta actualización,
estábamos reemplazando efectivamente el corazón de Cold Atom Lab, y todo tuvo
que funcionar perfectamente", dijo
Kamal Oudrhiri, gerente de proyecto de Cold Atom Lab en JPL. "Los
astronautas son personas extremadamente inteligentes y capaces, pero nos
sentimos como cirujanos del corazón tratando de mostrarle a un médico general
cómo hacer la cirugía por primera vez. Hicimos todo lo posible para garantizar
el éxito, pero sinceramente estaba muy nervioso".
¿Por qué tan frío?
Los físicos utilizan instalaciones de átomos
ultrafríos en la Tierra para una variedad de experimentos que investigan los
comportamientos fundamentales de los átomos. Enfriar átomos hasta una diez
billonésima parte de un grado por encima de 0 Kelvin (menos 459,67 grados
Fahrenheit, o menos 273,15 grados Celsius) hace que disminuyan
significativamente, lo que los hace más fáciles de estudiar. A esas
temperaturas, algunos átomos también pueden formar un quinto estado de la
materia, llamado condensado de Bose-Einstein que no existe en la
naturaleza. Los condensados de Bose-Einstein proporcionan una ventana
única al extraño mundo de la mecánica cuántica, que gobierna el universo a
escalas muy pequeñas.
Cold Atom Lab es la primera instalación de átomos ultrafríos en
la órbita de la Tierra. En el entorno sin peso del espacio, los átomos no
son arrastrados por la gravedad, por lo que existen en su estado ultrafresco no
unido durante largos períodos de tiempo. Esta característica permite a los
científicos observar sus comportamientos naturales de una manera que no es
posible en la Tierra.
Cinco grupos científicos han estado realizando
experimentos con Cold Atom Lab desde que comenzó a funcionar en el verano de
2018, y están ansiosos por comenzar a trabajar con el hardware actualizado,
incluido un nuevo instrumento llamado interferómetro atómico. En el
espacio, la interferometría atómica podría tener múltiples aplicaciones,
incluida la realización de mediciones de gravedad exquisitamente sutiles que
son útiles para la investigación física fundamental, la ciencia planetaria y
otros campos.
Por ejemplo, la interferometría atómica podría
usarse para medir cambios en la gravedad a través de la superficie de un
planeta para conocer su composición y las características del subsuelo. La
herramienta también podría usarse para probar la teoría fundamental de la
gravedad de Albert Einstein en un grado sin precedentes.
El equipo de Cold Atom Lab confirmó recientemente
que el interferómetro atómico funciona como se esperaba, lo que lo convierte en
el primer instrumento de este tipo en operar en el espacio.
"Con Cold Atom Lab estamos buscando una nueva
física que aparece solo cuando puedes estudiar el universo a escalas
extremadamente finas", dijo Jason Williams, el científico principal del
interferómetro atómico Cold Atom Lab en JPL.
Sin segunda oportunidad
Cold Atom Lab consta de dos cajas de metal, la
mayor de las cuales se llama Science Instrument y pesa más de 400 libras (180
kilogramos). Dentro hay un compartimento llamado Módulo de Ciencia, que es
donde los átomos se enfrían y la ciencia tiene lugar.
Para completar la actualización, Koch y Meir
tendrían que maniobrar suavemente el considerable instrumento de ciencia fuera
de su ubicación operativa en la estación espacial, quitar el antiguo módulo de
ciencia y reemplazarlo por el nuevo.
Meses antes de la instalación, los miembros del
equipo de Cold Atom Lab trabajaron con el Centro de Operación e Integración de
Carga en el Centro de Vuelo Espacial Marshal de la NASA en Huntsville, Alabama,
para crear instrucciones para Koch y Meir. Dividieron la instalación en
seis sesiones durante ocho días, incluida la práctica para Koch. El tiempo
de la tripulación en la estación es extremadamente valioso, por lo que el
equipo de la misión pasó semanas practicando los pasos en la Tierra para
optimizar el procedimiento.
"Hay tantos detalles que es difícil incluso
explicarlos", dijo Jim Kellogg, líder de integración de
vehículos de lanzamiento y estaciones espaciales para Cold Atom Lab en
JPL. "Teníamos que considerar detalles como qué herramientas
necesitará la tripulación. Si necesitamos pedir prestada una herramienta de
otro grupo en la estación espacial, ¿cómo lo hacemos? ¿Dónde se guardará todo
temporalmente mientras los astronautas están trabajando en nuestro instrumento?
Cada detalle debe ser documentado y firmado, y la gente del Centro Marshall de
Vuelo Espacial nos apoyó en cada paso del camino ".
Para reinstalar el instrumento de ciencia, Koch,
trabajando solo, tendría que inspeccionar y conectar 11 cables de fibra óptica
de precisión. Los núcleos de fibra de vidrio de los cables tienen
aproximadamente una vigésima parte del diámetro de un cabello humano, y si
alguno se rompió, contaminó o arañó, podría provocar fallas en el final de la misión.
"Fue absolutamente fantástica", dijo
Kellog sobre Koch. "Cada vez que estaba a punto de recordarle algo
o avisarle de lo que venía, ella ya estaba al tanto de todo. Estaba muy atenta
a cada detalle en nuestros procedimientos y a la orientación que le estaba
dando. "Ella fue increíble en todos los sentidos".
Koch estaba igualmente entusiasmado con la
experiencia. "Me tomó más de 300 días [desde que llegué a la
estación espacial] para trabajar en Cold Atom Lab, pero valió la pena",
dijo el último día de la actividad.
¿Y cómo resultó la instalación? Hasta ahora,
parece un completo éxito.
"Este fue un esfuerzo extremadamente difícil
que requirió un equipo dedicado en el terreno y dos astronautas comprometidos,
Christina y Jessica", dijo Oudrhiri. "Si esta instalación
no hubiera salido bien, no habría habido una segunda oportunidad. Tendríamos
que devolver todo el instrumento de vuelo a la Tierra, y eso podría habernos
retrasado al menos dos años".
Una vez que las pruebas y el análisis del nuevo
hardware se completen en las próximas semanas, el equipo espera que los grupos
científicos que usan el Cold Atom Lab comiencen a tomar datos nuevamente.
La construcción de una instalación de átomos
ultrafríos que podría resistir el viaje al espacio, operar con poca o ninguna
asistencia de astronautas e incluso actualizarse en órbita llevó años al equipo
de Cold Atom Lab. Ahora esperan que su trabajo haya iniciado una era en la
que la ciencia cuántica se realiza regularmente en órbita.
Diseñado y construido en JPL, Cold Atom Lab está
patrocinado por la división de Investigación y Aplicaciones de Vida Física
y Ciencias Físicas (SLPSRA) de la
Dirección de Misión de Exploración y Operaciones Humanas de la NASA en la sede
de la NASA en Washington y el Programa de la Estación Espacial Internacional en
el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston
Para obtener más información sobre Cold Atom Lab,
visite:
Fuente: NASA Jet Propulsion Laboratory
JPL – CALTECH - 12 de mayo de 2020
Traducción libre de Soca
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