Un equipo de científicos chinos ha logrado una hazaña significativa en la investigación de la física cuántica al alcanzar una temperatura de 9,7 picokelvin en una nube de 20,000 átomos de rubidio a bordo de la estación espacial Tiangong. Este avance, registrado en un estudio publicado en la revista Science, se sitúa a solo 9,7 billonésimas de kelvin por encima del cero absoluto, un umbral inaccesible en el laboratorio terrestre. Alcanzar estas temperaturas extremas permite revelar fenómenos cuánticos que, de otra manera, permanecerían ocultos debido a la agitación térmica.
Para lograrlo, los investigadores emplearon un condensado de Bose-Einstein, donde varios átomos comparten un mismo estado cuántico. La metodología incluyó el uso de láseres para mantener los átomos en una trampa óptica y un enfriamiento evaporativo que eliminó los átomos más energéticos, reduciendo así la temperatura media del resto. Posteriormente, los átomos fueron trasladados a otra configuración óptica, lo que permitió un enfriamiento en dos etapas que culminó en una expansión no adiabática, restringiendo aún más la energía asociada al movimiento.
La microgravedad de Tiangong fue crucial para este logro. En Tierra, la gravedad imposibilita la creación de trampas suficientemente débiles y limita el tiempo de observación. La microgravedad facilitó el estudio de la dispersión de los átomos durante siete segundos, permitiendo así calcular su temperatura cinética equivalente. Este registro supera notablemente un anterior logro realizado por un equipo alemán en 2021, que alcanzó 38 picokelvin en un experimento en caída libre. Aunque la nueva marca china es impresionante, la incertidumbre en los datos se sitúa entre +3,2 y −2,7 picokelvin.
Además, el desarrollo del sistema experimental en la estación espacial fue un reto significativo. Desde 2011, el Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Shanghái trabajó en la viabilidad del proyecto, que requirió adaptar la tecnología de un laboratorio terrestre a un espacio mucho más reducido y ligero, utilizando sistemas de vacío ultraalto y láseres de alta potencia. Estas innovaciones no solo tienen aplicaciones en la investigación actual, sino que también abren puertas a futuras investigaciones sobre la materia oscura y la creación de interferómetros atómicos, herramientas que permiten realizar mediciones precisas.