The coldest materials in the world aren’t in Antarctica. They’re not at the top of Mount Everest or buried in a glacier. They’re in physics labs: clouds of gases held just fractions of a degree above absolute zero. That’s 395 million times colder than your refrigerator, 100 million times colder than liquid nitrogen, and 4 million times colder than outer space. Temperatures this low give scientists a window into the inner workings of matter, and allow engineers to build incredibly sensitive instruments that tell us more about everything from our exact position on the planet to what’s happening in the farthest reaches of the universe.
Los materiales más fríos del mundo no están en la Antártida. No están en la cima del Monte Everest o enterrados en un glaciar. Están en laboratorios de física: Nubes de gases con una fracción de grado por encima del cero absoluto. Eso es 395 millones de veces más frío que tu refrigerador, 100 millones de veces más frío que el nitrógeno líquido, y 4 millones de veces más frío que el espacio exterior. A temperaturas tan bajas, los científicos pueden observar características internas de la materia. Y permite a los ingenieros construir instrumentos altamente sensibles que nos informan todo desde nuestra posición exacta en el planeta
How do we create such extreme temperatures? In short, by slowing down moving particles. When we’re talking about temperature, what we’re really talking about is motion. The atoms that make up solids, liquids, and gases are moving all the time. When atoms are moving more rapidly, we perceive that matter as hot. When they’re moving more slowly, we perceive it as cold.
hasta lo que ocurre en los confines del universo. ¿Cómo creamos temperaturas tan extremas? En resumen, ralentizando el movimiento de las partículas. Cuando hablamos de temperatura, en realidad hablamos de movimiento. Los átomos que componen los sólidos, los líquidos y los gases se mueven todo el tiempo. Al moverse los átomos más rápidamente, percibimos que la materia está caliente. Cuando se mueven más despacio, la percibimos como fría.
To make a hot object or gas cold in everyday life, we place it in a colder environment, like a refrigerator. Some of the atomic motion in the hot object is transferred to the surroundings, and it cools down. But there’s a limit to this: even outer space is too warm to create ultra-low temperatures. So instead, scientists figured out a way to slow the atoms down directly – with a laser beam.
Para enfriar un objeto caliente o un gas en la vida cotidiana, lo colocamos en un ambiente más frío, como un refrigerador. Parte del movimiento de los átomos del objeto caliente se trasfiere a los alrededores y se enfría. Pero esto tiene un límite: Incluso el espacio exterior es muy caliente para crear temperaturas ultra bajas. Los científicos aprendieron a reducir la velocidad de los átomos directamente...
Under most circumstances, the energy in a laser beam heats things up. But used in a very precise way, the beam’s momentum can stall moving atoms, cooling them down. That’s what happens in a device called a magneto-optical trap. Atoms are injected into a vacuum chamber, and a magnetic field draws them towards the center. A laser beam aimed at the middle of the chamber is tuned to just the right frequency that an atom moving towards it will absorb a photon of the laser beam and slow down. The slow down effect comes from the transfer of momentum between the atom and the photon. A total of six beams, in a perpendicular arrangement, ensure that atoms traveling in all directions will be intercepted. At the center, where the beams intersect, the atoms move sluggishly, as if trapped in a thick liquid — an effect the researchers who invented it described as “optical molasses.” A magneto-optical trap like this can cool atoms down to just a few microkelvins — about -273 degrees Celsius.
con un rayo láser. En la mayoría de las circunstancias, la energía de un rayo láser calienta las cosas. Pero usado de una manera muy precisa, el impulso del rayo puede detener el movimiento de los átomos y enfriarlos. Eso es lo que sucede en un dispositivo llamado trampa magneto-óptica. Los átomos se inyectan en una cámara de vacío, y un campo magnético los dirige hacia el centro. Un rayo láser dirigido al centro de la cámara se ajusta a la frecuencia correcta de manera tal que un átomo que se mueve hacia él absorberá un fotón del láser y se ralentizará. El efecto de ralentización proviene de la transferencia de impulso entre el átomo y el fotón. Un total de seis haces, en una disposición perpendicular, aseguran que los átomos que viajan en todas direcciones serán interceptados. En el centro, donde los rayos se cruzan, los átomos se mueven lentamente, como atrapados en un líquido espeso... un efecto que sus inventores describieron como "melaza óptica". Una trampa magneto-óptica como esta puede enfriar átomos hasta unas pocos microkelvins...
This technique was developed in the 1980s, and the scientists who'd contributed to it won the Nobel Prize in Physics in 1997 for the discovery. Since then, laser cooling has been improved to reach even lower temperatures.
unos -273 grados Celsius. Esta técnica fue desarrollada en la década de 1980, y los científicos que contribuyeron a ello ganaron el Premio Nobel de Física en 1997 por el descubrimiento. Desde entonces, el enfriamiento láser ha mejorado
But why would you want to cool atoms down that much? First of all, cold atoms can make very good detectors. With so little energy, they’re incredibly sensitive to fluctuations in the environment. So they’re used in devices that find underground oil and mineral deposits, and they also make highly accurate atomic clocks, like the ones used in global positioning satellites.
y llegó a temperaturas aún más bajas. ¿Pero por qué se querría enfriar tanto los átomos? Antes que nada, los átomos fríos pueden ser muy buenos detectores. Con muy poca energía, son increíblemente sensibles a las fluctuaciones en el medioambiente. Se usan para encontrar depósitos subterráneos de petróleo y minerales, y en relojes atómicos de alta precisión,
Secondly, cold atoms hold enormous potential for probing the frontiers of physics. Their extreme sensitivity makes them candidates to be used to detect gravitational waves in future space-based detectors. They’re also useful for the study of atomic and subatomic phenomena, which requires measuring incredibly tiny fluctuations in the energy of atoms. Those are drowned out at normal temperatures, when atoms speed around at hundreds of meters per second. Laser cooling can slow atoms to just a few centimeters per second— enough for the motion caused by atomic quantum effects to become obvious. Ultracold atoms have already allowed scientists to study phenomena like Bose-Einstein condensation, in which atoms are cooled almost to absolute zero and become a rare new state of matter.
como los usados en los satélites de posicionamiento global. En segundo lugar, los átomos fríos tienen un enorme potencial para explorar las fronteras de la física. Su extrema sensibilidad los hace candidatos a detectar ondas gravitacionales en futuros detectores con base en el espacio. También son útiles para el estudio de fenómenos atómicos y subatómicos, que requieren medir fluctuaciones muy pequeñas en la energía de los átomos. A temperatura ambiente, los átomos tienen velocidades de alrededor de cientos de metros por segundo. El enfriado láser puede ralentizar a los átomos a velocidades de unos pocos centímetros por segundo; lo suficiente para que los efectos cuánticos se hagan evidentes. Los átomos ultrafríos ya han permitido a los científicos estudiar fenómenos como la condensación de Bose-Einstein, en la que los átomos se enfrían casi hasta el cero absoluto
So as researchers continue in their quest to understand the laws of physics and unravel the mysteries of the universe, they’ll do so with the help of the very coldest atoms in it.
y se convierten en un raro y nuevo estado de la materia. Conforme los investigadores buscan comprender las leyes de la física y desentrañar los misterios del universo,