La estación espacial de China enfrió átomos a 9.7 picokelvin, un récord de frío

Una nube de átomos de rubidio a bordo de la estación espacial china Tiangong ha sido enfriada a menos de diez billonésimas de grado por encima del cero absoluto, la temperatura más baja jamás reportada para un gas de átomos. Esto es aproximadamente cuatro veces más frío que el mejor resultado obtenido antes, ya sea en la Tierra o en órbita.

El récord importa menos por el número que por lo que permite. A ese frío, los átomos se separan tan lentamente que el equipo pudo observar la nube durante siete segundos después de soltarla, una ventana lo suficientemente larga para probar la gravedad, el comportamiento cuántico y posiblemente la materia oscura con una precisión que ningún laboratorio terrestre puede alcanzar.

Los átomos formaron un condensado de Bose-Einstein, un estado de la materia en el que miles de átomos pierden su individualidad y se comportan como una única onda cuántica. Investigadores de la Universidad de Pekín, el Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Shanghái y el Centro de Ingeniería y Tecnología para la Utilización del Espacio de la Academia de Ciencias de China realizaron el experimento en el módulo de física de átomos fríos del laboratorio Mengtian de la estación, y lo reportaron en la revista Science.

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La nube contenía 20,000 átomos de rubidio-87. Su temperatura equivalente resultó ser de 9.7 picokelvin, con una incertidumbre que va de 7.0 a 12.9 picokelvin. La cifra más baja anterior para un sistema de este tipo era de 38 picokelvin, y el Laboratorio de Átomos Fríos de la NASA en la Estación Espacial Internacional había alcanzado los 52.

Cómo se metió un laboratorio de diez toneladas en un módulo de la estación

Enfriar átomos significa frenarlos. El equipo atrapó el rubidio con haces láser cruzados, una disposición llamada trampa dipolar óptica, y luego redujo la potencia del láser paso a paso para que los átomos más energéticos pudieran escapar. Este es el enfriamiento evaporativo, el mismo principio que enfría una taza de café cuando las moléculas más calientes se escapan en forma de vapor.

En microgravedad, ese truco funciona peor, porque los átomos ya no se asientan hacia el fondo de la trampa donde está la ruta de escape. Los investigadores añadieron un débil gradiente magnético para dirigir la evaporación y obtener un condensado. Una etapa final, una expansión no adiabática repentina de la trampa, frenó aún más los átomos.

Todos los demás récords de este tipo utilizaron trampas magnéticas construidas sobre chips de átomos. Los láseres son más difíciles de operar en órbita, pero son menos sensibles a la interferencia magnética, dejan más espacio para el acceso óptico y pueden atrapar átomos que ignoran por completo los campos magnéticos. “El desafío de ingeniería fue concentrar múltiples tecnologías de punta bajo estrictos requisitos aeroespaciales”, dijo Li Tang, investigador del instituto de Shanghái, según Xinhua.

La versión terrestre del experimento ocupa unos 20 metros cúbicos y pesa alrededor de 10 toneladas. El módulo de vuelo ocupa 0.7 metros cúbicos y media tonelada, con su sistema de ultra alto vacío, láseres de fibra de alta potencia y óptica de frecuencia estabilizada funcionando de forma automática, bajo estrictos límites de energía.

Cientos de miles de millones de veces más frío que el espacio profundo

El cero absoluto, -273.15 grados Celsius, es el punto donde el movimiento atómico se detendría por completo. El espacio vacío no está tan frío: el tenue resplandor del Big Bang lo mantiene a unos 2.7 grados por encima del cero absoluto. Medida en la escala kelvin, la nube de Tiangong estaba unas 280 mil millones de veces más fría que eso.

El mejor resultado anterior, 38 picokelvin, provino de un equipo alemán que dejó caer un experimento con chip de átomos por la torre de caída de Bremen para obtener unos segundos de ingravidez. Las torres de caída se quedan sin altura. Una estación en órbita está en caída libre permanente, por lo que el experimento puede continuar mientras los átomos se mantengan coherentes.

El tiempo de observación es donde la brecha se amplía más. Los experimentos terrestres pueden seguir una nube liberada durante unos 0.05 segundos antes de que caiga fuera de vista; la Estación Espacial Internacional logra aproximadamente un segundo; y la estación china ahora alcanza los siete, según el equipo. “En la Tierra, caería unos 250 metros, por lo que en realidad se estrellaría contra el suelo a menos que tengas una cámara de vacío de 250 metros de altura”, dijo Wolfgang Ketterle, el físico del MIT que compartió el Premio Nobel por crear los condensados de Bose-Einstein, hablando con la CGTN china.

Qué significa y qué no significa la temperatura equivalente

Los 9.7 picokelvin no son una lectura de un termómetro. Los investigadores la infieren de la lentitud con la que la nube se expande tras ser liberada, convirtiendo esa velocidad de expansión en la temperatura que necesitaría un gas para moverse tan lentamente. La cifra describe solo a los átomos: los investigadores señalan que el equipo y su entorno nunca se acercaron a esa temperatura.

El margen de error es amplio, aproximadamente un 30% a cada lado, y el resultado proviene de una sola instalación y aún no ha sido reproducido de forma independiente. Las comparaciones con récords anteriores también mezclan métodos: las torres de caída, los chips magnéticos y ahora las trampas láser alcanzan sus cifras mediante diferentes métodos de captura y enfriamiento final, por lo que la brecha es una guía, no una clasificación precisa.

La nube también es pequeña. Veinte mil átomos son suficientes para un condensado limpio, pero los instrumentos de precisión ganan sensibilidad con muestras más grandes. La cuestión técnica abierta es si el sistema puede ofrecer tanto más átomos como una coherencia prolongada de forma rutinaria.

Por qué siete segundos importan más que el récord

Un interferómetro de átomos divide la onda cuántica de cada átomo en dos caminos y los recombina, convirtiendo pequeñas diferencias en la aceleración en una señal medible. Su sensibilidad crece con el cuadrado del tiempo que los átomos pasan dentro de él. “Los interferómetros de átomos se benefician enormemente de fuentes que proporcionan un gran número de átomos en un conjunto ultrafrío y largos tiempos de observación”, dijo Ernst Rasel, físico de la Universidad Leibniz de Hannover, en comentarios difundidos por CGTN.

Dichos instrumentos podrían mapear el campo gravitatorio de la Tierra desde la órbita y probar si objetos de diferente composición realmente caen al mismo ritmo, una piedra angular de la relatividad de Einstein. Las trampas láser también pueden moldearse en redes ópticas, rejillas de luz que mantienen los átomos como un cristal y permiten a los físicos simular materiales que son difíciles de estudiar directamente. “Cuanto más tiempo podamos observar, más probable es que encontremos fenómenos físicos nuevos y más débiles”, dijo Xiong Wei de la Universidad de Pekín, coautor principal del artículo, según Xinhua.

Preguntas frecuentes sobre la temperatura más baja jamás registrada

¿Cuál es la temperatura más baja jamás registrada?

Para un gas de átomos, la temperatura equivalente más baja reportada hasta ahora es de 9.7 picokelvin, alcanzada a bordo de la estación espacial china Tiangong. Esto es 9.7 billonésimas de grado por encima del cero absoluto. El récord anterior era de 38 picokelvin.

¿Qué es un condensado de Bose-Einstein?

Es un estado de la materia que se forma cuando un gas de ciertos átomos se enfría cerca del cero absoluto. Los átomos caen en el mismo estado cuántico y actúan como una sola onda, lo que hace que los efectos cuánticos sean visibles en una escala lo suficientemente grande como para fotografiarlos.

¿Por qué los experimentos con átomos fríos funcionan mejor en el espacio?

En la Tierra, la gravedad saca a los átomos de las trampas débiles y hace que una nube liberada caiga en una fracción de segundo. En órbita, los átomos flotan, por lo que la trampa puede hacerse más suave, lo que los enfría aún más, y la nube puede ser observada durante varios segundos.

¿Se puede alcanzar el cero absoluto?

No. Las leyes de la termodinámica prohíben alcanzar exactamente cero kelvin, por lo que los experimentos solo pueden acercarse cada vez más. Cada paso hacia abajo se vuelve más difícil, por lo que pasar de 38 a menos de 10 picokelvin cuenta como un gran salto.

Un laboratorio en órbita abierto a equipos externos

El módulo de átomos fríos se lanzó con el módulo Mengtian en 2022, después de un proyecto cuyos primeros estudios de viabilidad comenzaron en 2011, y el récord se publicó en línea en Science el 5 de noviembre de 2026. Rasel ve el próximo paso como interferómetros en órbita que mantengan los átomos divididos coherentemente durante varios segundos. Lyu Congmin, diseñador jefe del sistema de aplicación espacial del programa espacial tripulado de China, dijo que el módulo está abierto a científicos de todo el mundo que quieran realizar sus propios experimentos en él.

Referencia: Xiong et al., “Quantum gases below 10 picokelvin in space,” Science, 2026. DOI: 10.1126/science.aea5324

Etiquetas: física, Academia China de Ciencias, cero absoluto, condensado de Bose-Einstein, física cuántica, Mengtian

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