Soplar una sopa caliente: un gesto cotidiano llevado a 400 kilómetros de altura
Frente a un tazón de sopa hirviendo, cualquiera sopla de forma instintiva sobre la superficie. Las moléculas más veloces y energéticas se disipan con la brisa, y la temperatura media del líquido desciende poco a poco. En física, este mecanismo cotidiano recibe el nombre de enfriamiento evaporativo.
El congelador de un frigorífico doméstico suele rondar los 18 grados bajo cero. En el corazón de la Antártida, el paraje más gélido del planeta, la temperatura más baja jamás registrada fue de 89 grados bajo cero. Sin embargo, el 5 de noviembre de 2026, un equipo de científicos chinos publicó un logro histórico en la revista Science. Al enviar un equipo de enfriamiento ultrapreciso a una órbita situada a 400 kilómetros de altitud, generaron en el interior de la estación espacial Tiangong la materia más fría producida hasta ahora por la humanidad.
El dispositivo experimental automatizado enfrió los átomos hasta los 9,7 picokelvin. Un picokelvin (la billonésima parte de un kelvin) representa una escala térmica diminuta. La física teórica establece un límite infranqueable denominado cero absoluto (aproximadamente -273,15 °C), en el que las partículas detienen prácticamente todo movimiento térmico. La nube de gas atómico creada en la estación china se situó a apenas una diez billonésima de grado de este umbral definitivo.
La gravedad aplasta las nubes atómicas: la necesidad de buscar refugio en el espacio
¿Por qué tomarse tantas molestias para trasladar instrumental criogénico al espacio exterior? La respuesta está en la constante atracción gravitatoria terrestre. En el microcosmos, la temperatura refleja el grado de agitación cinética de los átomos: a mayor calor, mayor velocidad de oscilación molecular. Enfriar equivale a frenar paulatinamente el movimiento de las partículas.
Para retener y enfriar átomos en el vacío, los físicos emplean láseres con el fin de levantar campos de fuerza invisibles. Estas estructuras de confinamiento se conocen en física como pozos de potencial y actúan de forma similar a un cuenco sin fricción. Cuando la temperatura desciende por debajo de una milmillonésima de grado, este cuenco óptico debe ajustarse para ser extremadamente plano y poco profundo, proporcionando a los átomos espacio para expandirse.
En la superficie terrestre, este método choca contra un obstáculo natural. La gravedad tira constantemente de las partículas hacia abajo. En cuanto el cuenco protector se vuelve plano, la nube de átomos colapsa por su propio peso y se escapa por el fondo. Científicos alemanes construyeron en Bremen una torre de caída de 146 metros de altura para generar ingravidez momentánea durante una caída libre, pero el tiempo disponible para la observación científica apenas rondaba los dos segundos.
Para mantener átomos ultrafríos suspendidos durante periodos prolongados, es imprescindible abandonar el entorno gravitatorio terrestre. El módulo de laboratorio Mengtian de la estación Tiangong opera en microgravedad, un entorno en el que la caída libre orbital anula la compresión del peso propio. Al desaparecer la fuerza descendente, la frágil nube de átomos puede permanecer suspendida en el vacío con absoluta estabilidad.
Figura: La estación espacial Tiangong en órbita. Fuente: CMSA / SCMP
Cuencos de luz tenue: 20.000 átomos más lentos que un caracol
La estación espacial cuenta con el Bastidor de Física de Átomos Fríos (CAPR, por sus siglas en inglés), un módulo experimental científico totalmente automatizado. En su interior, el equipo recurrió a una trampa dipolar óptica (pinzas ópticas basadas en láseres cruzados que retienen átomos mediante fuerzas electromagnéticas). Los haces de luz cruzados atraparon en la cámara de vacío a unos dos millones de átomos de rubidio-87, un isótopo alcalino maleable y idóneo para la manipulación óptica.
Los investigadores activaron inicialmente un láser de 5 vatios para confinar la masa atómica en un espacio diminuto de 54 micrómetros. A continuación, el sistema de control redujo la potencia del láser de forma continua hasta alcanzar solo 0,2 milivatios. Al igual que al soplar sobre el caldo humeante, los átomos más calientes y energéticos escaparon por el borde de la trampa. La temperatura de los átomos restantes cayó a 3,1 nanokelvin, condensándose en un condensado de Bose-Einstein (BEC), un estado cuántico macroscópico donde todos los átomos se comportan al unísono.
Seguidamente, liberaron esta nube dentro de una trampa óptica exterior de 124 micrómetros. En ausencia de perturbación gravitatoria, la nube se expandió con total libertad. A medida que las colisiones entre átomos disminuían con rapidez, su temperatura equivalente se redujo a 9,7 picokelvin. Este dato supera en casi cuatro veces el récord anterior de 38 picokelvin fijado en la torre de caída de Bremen, y pulveriza los 52 picokelvin alcanzados en 2020 por el Laboratorio de Átomos Fríos de la NASA en la Estación Espacial Internacional.
La radiación cósmica de fondo de microondas que baña el universo profundo ronda los 2,7 kelvin. La nube atómica generada en la estación espacial es más de 200.000 millones de veces más fría que el vacío cósmico natural. A 9,7 picokelvin, la velocidad de deriva de los 20.000 átomos de rubidio fue inferior a 200 micrómetros por segundo. Un caracol de jardín tarda cerca de 50 segundos en recorrer un centímetro, lo que equivale a unos 200 micrómetros por segundo. La velocidad de estos átomos ultrafríos coincide con el ritmo de avance de un caracol: tardarían más de medio minuto en atravesar el grosor de un cabello humano.
Figura: Esquema de la trampa óptica por láser para confinar átomos ultrafríos a bordo de la estación espacial. Fuente: Xiaoji Zhou / Universidad de Pekín (vía DongA Science)
Siete segundos de expansión libre: una ventana temporal más valiosa que el propio récord
Para la comunidad de la física cuántica, batir el récord de temperatura más baja es solo el punto de partida. El verdadero salto cualitativo reside en que la nube atómica logró mantenerse en expansión libre durante siete segundos enteros en el espacio, permitiendo a los científicos monitorizarla y captar imágenes de manera continua.
Las torres de caída terrestres están limitadas por la altura de su estructura, ofreciendo apenas dos segundos de ingravidez. Los experimentos anteriores en la ISS tampoco superaban un segundo de observación. Holger Müller, físico de la Universidad de California en Berkeley, destacó públicamente que estos siete segundos constituyen un hito mucho más relevante que la propia marca de los 10 picokelvin. Si bien en la Tierra podrían alcanzarse temperaturas similares en el futuro, mantener átomos suspendidos en caída libre durante siete segundos es casi imposible en tierra firme.
Ampliar la ventana a siete segundos equivale a dotar a los científicos de una cámara de alta velocidad con un tiempo de exposición extraordinario. Cuanto más lento se desplazan los átomos y más tiempo flotan en reposo, más sencillo resulta eliminar las perturbaciones del entorno. La precisión de las mediciones cuánticas se multiplica exponencialmente con cada incremento en el tiempo de análisis.
Ernst Rasel, el físico alemán cuyo equipo ostentaba la marca anterior, felicitó calurosamente a los investigadores chinos. Chen Weibiao, científico del Instituto de Óptica y Mecánica de Precisión de Shanghái (Academia China de Ciencias), declaró que el bastidor de átomos fríos de Tiangong está abierto a la comunidad internacional y dio la bienvenida a científicos de todo el mundo para utilizar esta plataforma ultrafría.
Lejos de la presión gravitatoria: un nuevo estándar para la metrología de precisión
El objetivo de generar temperaturas ultrafrías y lograr suspensiones prolongadas en órbita apunta directamente a la física fundamental. Su principal meta científica es someter a prueba el principio de equivalencia de Einstein, hipótesis que postula que todos los cuerpos caen en un campo gravitatorio con idéntica aceleración, independientemente de su masa o composición.
En futuras fases, el equipo planea liberar al mismo tiempo dos especies atómicas distintas en el espacio. Un intervalo de flotación de siete segundos permitirá comparar la aceleración gravitatoria a escala microscópica con una precisión sin precedentes. Asimismo, estas nubes de átomos ultrafríos pueden funcionar como gravímetros cuánticos de extraordinaria sensibilidad, capaces de percibir fluctuaciones diminutas en la gravedad terrestre para seguir el flujo de aguas subterráneas o monitorizar el deshielo polar.
En la Tierra, la gravedad desmorona sistemáticamente los intentos de mantener nubes ultrafrías en cuencos de luz poco profundos. Gracias a la microgravedad, la estación espacial china enfrió 20.000 átomos de rubidio a 9,7 picokelvin, rebajando al menos cuatro veces el mejor registro anterior. Sus siete segundos de flotación libre ofrecen a la humanidad un instrumento de precisión incomparable para explorar el universo cuántico y las leyes fundamentales de la gravedad.
Referencias:
- Science: Quantum gases below 10 picokelvin in space
- Science News: China space station cold atom experiment creates record low temperature
- SCMP: Chinese scientists chill atoms to record low on Tiangong space station
- DongA Science: Chinese scientists break record for coldest temperature in space
