La Organización Educativa, Científica y Cultural de las Naciones Unidas (UNESCO) ha denominado 2025 el año internacional de ciencia y tecnología cuántica, en honor a 100 años de investigación en el campo de la mecánica cuántica. El hito provoca la pregunta: “¿Por qué deberíamos estudiar el mundo que no vemos?”
Vivimos en un mundo cuántico, en el reino del muy pequeño. Compuesto por partículas atómicas y subatómicas, o los bloques de construcción de toda la materia, la investigación cuántica nos ayuda a comprender mejor la naturaleza conectada de un universo, pero incluso con la mecánica cuántica, Los científicos solo pueden explicar menos del 5% de la masa y la energía en el universo conocido.
Como una rama de la física, La mecánica cuántica explica lo que la física clásica no puede: Cómo se comportan las partículas como ondas a nivel atómico. La investigación cuántica permite explicar el comportamiento y las interacciones entre estas partículas, así como las fuerzas que mantienen juntos los átomos y dan estructura a nuestro universo. Subyace a dispositivos cotidianos como teléfonos celulares, computadoras, dispositivos médicos y GPS, sin mencionar láseres, fibra óptica y LED.
La división de ciencias biológicas y físicas (BPS) de la NASA utiliza las condiciones únicas del espacio para sumergirse en el comportamiento de estos átomos y, al mismo tiempo, para descubrir si Albert Einstein tenía razón sobre cómo se comporta el universo. En la teoría de Einstein, el tiempo no pasa al mismo ritmo para todos. El espacio y el tiempo están deformados por la materia.
Validar la teoría de la relatividad general de Einstein profundiza nuestra comprensión de la gravedad y puede proporcionar ideas en la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura, que comprende el 95% de la masa y la energía del cosmos. Además, solo podemos detectar estos fenómenos en escalas cosmológicas; Es decir, a través de sus efectos en la escala de las galaxias y en todo el universo, no localmente desde nuestro punto de vista en la Tierra.
Los astrónomos llaman a Dark Matter el “andamio” de la galaxia, no podemos verlo, pero podemos sentir su atracción gravitacional. La energía oscura, mientras tanto, es como un globo que se infla en el espacio, una influencia misteriosa que impulsa la expansión acelerada del universo.
BPS está empujando los límites de los misterios de Quantum en tres misiones y experimentos innovadores:
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El laboratorio de átomos fríos
Lanzado a la Estación Espacial en mayo de 2018, sirve como una instalación de primera especie para estudiar átomos ultra frenos en la microgravedad. El tamaño aproximado de un pequeño refrigerador, el laboratorio de átomo frío a menudo se etiqueta como el “lugar más frío en el universo conocido”, debido a su capacidad para enfriar átomos a cero casi absoluto. Estos átomos casi inmóvil, llamados condensados de Bose-Einstein, se enfrían tanto que comienzan a actuar como una sola partícula grande, lo que permite a los científicos observar los efectos cuánticos.
Si bien los científicos demostraron el primer condensado de Bose-Einstein en 1995, el entorno de microgravedad del espacio evita las limitaciones terrestres, lo que permite estudios de materia cuántica que no pueden realizarse en la Tierra. Los experimentos que está realizando la NASA utilizando el laboratorio de átomos fríos algún día permitirá a los científicos medir la gravedad con una precisión sin precedentes.Las mediciones precisas de la gravedad podrían subyacentes a las futuras tecnologías que mejoran la navegación por la nave espacial, rastrean el agua en la Tierra, exploran la composición de las lunas y otros planetas de la órbita, y sondean misteriosos fenómenos cósmicos, como la materia oscura y la energía oscura.
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El enredo espacial y el experimento cuántico de recocido (SEAQUE)
Seaque se desplegó en noviembre de 2024 en el Experimento de la Estación Espacial Internacional de Materiales. Este experimento tiene como objetivo demostrar la comunicación de nivel cuántico en el espacio a través del enredo, un principio fundamental en la física cuántica donde las partículas permanecen conectadas incluso cuando están separadas por una gran distancia. Seaque es tecnologías de prueba que podrían permitir una comunicación cuántica segura de larga distancia utilizando fotones enredados, potencialmente allanando el camino para las redes cuánticas en el espacio y en la tierra.
Este avance, en última instancia, podría dar lugar a una mayor seguridad para la transmisión de datos entre las naves espaciales y las capacidades mejoradas para las aplicaciones de computación y detección de la Tierra.
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Conjunto de reloj atómico en el espacio (ases)
Ases, Una investigación de la Agencia Espacial Europea para la cual BPS está proporcionando soporte de tierra y relojes atómicos en el terreno para comparar, se ve afectado de lanzarse a la Estación Espacial Internacional en 2025. Este experimento demostrará una nueva generación de relojes atómicos en el entorno espacial para probar la teoría de la relatividad general de Einstein midiendo el tiempo con extrema precisión en el espacio.
La red ACES permitirá a los científicos comparar los relojes terrestres a alta resolución en todo el mundo utilizando enlaces de microondas y ópticos.
Aunque han pasado 100 años desde el desarrollo de la mecánica cuántica, mucho se desconoce sobre los fenómenos cuánticos. Sin embargo, usar el espacio como laboratorio ha llevado a avances científicos que podrían desbloquear misterios del universo y contribuir a nuevas tecnologías más allá de nuestra imaginación.
Cómo esto beneficia a la exploración espacial:
Las ideas de la investigación cuántica podrían avanzar en la exploración del espacio de la humanidad al permitir mediciones muy precisas de fenómenos en el espacio, mejorar la navegación y mejorar la conciencia del espacio.
Cómo beneficia a la humanidad:
La investigación cuántica ha contribuido a las tecnologías utilizadas en la vida cotidiana, incluida la navegación por GPS, las imágenes médicas, los teléfonos celulares, las computadoras y más. La investigación cuántica de la NASA también avanza el conocimiento científico, abriendo nuevas carreras profesionales e inspirando a nuevas generaciones de físicos.
Saltos cuánticos
Obtenga más información sobre cómo desentrañar los misterios del universo.
Acerca de BP:
División de Ciencias Biológicas y Biológicas de la NASA El descubrimiento científico de los pioneros y permite la exploración mediante el uso de entornos espaciales para llevar a cabo investigaciones que no son posibles en la Tierra. Estudiar fenómeno biológico y físico en condiciones extremas permite a los investigadores avanzar el conocimiento científico fundamental requerido para ir más lejos y permanecer más tiempo en el espacio, al tiempo que beneficia la vida en la Tierra.
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