Una nueva técnica de enfriamiento lleva una nube de átomos en la estación espacial Tiangong hasta una temperatura equivalente de solo 9,7 picokelvin, rozando el cero absoluto. El avance permite seguir su expansión durante siete segundos y podría facilitar pruebas más precisas de la teoría de la gravedad de Einstein.
Por Enrique Coperías, periodista científico
La microgravedad de la estación Tiangong permite enfriar átomos hasta temperaturas récord. Cortesía: China Manned Space Agency/Xinhua vía ZUMA Press.
En el interior de la estación espacial china Tiangong, una nube de átomos de rubidio se expande con una lentitud extraordinaria. Un equipo de científicos ha reducido su movimiento hasta alcanzar una temperatura equivalente de 9,7 picokelvin, apenas 0,0000000000097 grados por encima del cero absoluto. El resultado, publicado en la revista Science, reduce a aproximadamente una cuarta parte la anterior marca de 38 picokelvin y establece un nuevo récord de frío.
Esta expansión tan lenta permite seguir la evolución de la nube durante más tiempo y estudiar con mayor detalle el comportamiento cuántico de la materia. También podría facilitar futuros experimentos para responder una pregunta fundamental sobre la teoría de Einstein: ¿actúa la gravedad exactamente igual sobre todos los tipos de átomos?
Antes de abordar este interrogante, conviene detenerse en la cifra del récord: ¿qué significa alcanzar una temperatura de apenas 9,7 picokelvin? El cero absoluto, situado en −273,15 °C, marca el límite del frío, y es el punto de partida de la escala térmica creada en 1848 por el físico y matemático británico William Thomson, primer barón de Kelvin. Un picokelvin es una billonésima de grado en esa escala: 10⁻¹² K. Para medir valores tan pequeños, los científicos observan cómo se mueve la materia: al enfriar un gas, se reduce la agitación de sus átomos. En este experimento, los físicos liberan la nube y miden la rapidez con la que se dispersa. A partir de esa expansión, extraordinariamente lenta, calculan una temperatura equivalente de 9,7 picokelvin. La cifra expresa, por tanto, lo poco que se mueven los átomos unos respecto a otros.
El instrumento que lo ha conseguido se llama Cold Atom Physics Rack (CAPR), y llegó a la estación espacial china en 2022. Su objetivo es fabricar y manipular gases ultrafríos, en los que aparecen fenómenos que normalmente quedan ocultos por la agitación térmica. «Estoy muy impresionado», declara en la revista Science Ernst Rasel, físico de la Universidad Leibniz de Hannover y miembro del equipo que estableció la anterior marca.
Qué es un condensado de Bose-Einstein
En el centro del experimento hay un condensado de Bose-Einstein, un estado de la materia que aparece al enfriar ciertos gases hasta temperaturas extremadamente bajas. En esas condiciones, muchos átomos pasan a compartir el mismo estado cuántico y la nube comienza a comportarse como una única onda de materia. Esto permite observar en el conjunto de la nube —un gas de partículas llamadas bosones— fenómenos cuánticos que normalmente asociamos con el mundo de las partículas microscópicas. Es como ampliar ese mundo diminuto para poder estudiarlo con mayor facilidad.
La idea nació de los trabajos del físico indio Satyendra Nath Bose y Albert Einstein en 1924 y 1925. Hubo que esperar hasta 1995 para obtener los primeros condensados en gases atómicos diluidos, un logro que valió el Nobel de Física de 2001 a Eric Cornell, Carl Wieman y Wolfgang Ketterle. Desde entonces, estas nubes se han convertido en laboratorios para estudiar la materia y construir instrumentos de precisión.
El espacio ofrece una ventaja decisiva para enfriar los átomos. En un laboratorio terrestre, la gravedad tira de ellos hacia abajo, por lo que las trampas de luz o campos magnéticos que los retienen deben ser suficientemente intensas para impedir que escapen. Esto limita cuánto pueden debilitarse para favorecer el enfriamiento. En Tiangong, la gravedad también actúa, pero la estación y todo su contenido se encuentran en caída libre continua: avanzan a gran velocidad mientras la atracción terrestre curva su trayectoria y los mantiene en órbita. Por eso los átomos flotan respecto al aparato, como los astronautas dentro de la estación.
Esta situación, llamada microgravedad, permite utilizar trampas mucho más débiles y alcanzar temperaturas aún más bajas.
Visualización informática de un condensado de Bose-Einstein en rotación. Algunas formas simétricas, como el anillo central, se deben a un error de análisis posteriormente corregido: un ejemplo de cómo estas imágenes también ayudan a detectar fallos en las simulaciones científicas. Crédito: NIST.
Cómo funciona el experimento de átomos ultrafríos de Tiangong
El Cold Atom Physics Rack utiliza dos trampas ópticas superpuestas, una estrecha dentro de otra más ancha. Los haces láser crean regiones que atraen y retienen los átomos. El enfriamiento se realiza en dos fases.
Primera etapa: enfriar dejando escapar a los átomos más energéticos
En un primer momento, los investigadores reducen de manera progresiva la potencia de la trampa interior. Así pueden escapar las partículas más energéticas y las que permanecen enjauladas tienen, en promedio, menos energía. Es el principio del enfriamiento por evaporación, aplicado a un gas atómico.
Esta etapa reduce la temperatura hasta unos tres nanokelvin. Aunque ya es un frío extremo, esa cifra sigue siendo unas trescientas veces mayor que los 9,7 picokelvin del resultado final.
Segunda etapa: permitir una expansión controlada
Después, la nube se expande hacia la trampa exterior. Al disminuir su densidad, se reduce la energía asociada a las interacciones entre los átomos. «Solo cambia la energía de interacción», explica a Science Xuzong Chen, físico de la Universidad de Pekín (China) y responsable científico de CAPR.
Finalmente, la expansión corresponde a velocidades inferiores a unos 200 micrómetros por segundo. La combinación de evaporación y expansión permite reducir todavía más la energía de movimiento de los átomos.
Las trampas ópticas también ofrecen flexibilidad. A diferencia de las magnéticas habituales, permiten trabajar con una variedad mayor de estados internos y especies atómicas. Según destaca en Science Hélène Perrin, de la Universidad Sorbona París Norte (Francia), eso facilita el estudio de interacciones entre partículas y, en ciertas especies, ajustarlas mediante campos magnéticos.
El equipo chino que ha enfriado una nube de átomos de rubidio hasta una temperatura equivalente de 9,7 picokelvin en la estación Tiangong. Cortesía: CGTN.
Para qué sirve el récord de frío: sensores y pruebas de la gravedad
El avance chino prolonga una trayectoria internacional. El anterior récord de 38 picokelvin se publicó en 2021 tras unos experimentos en una torre de caída en Alemania. También hay un precedente orbital: el Cold Atom Lab de la NASA, instalado en la Estación Espacial Internacional desde 2018, alcanzó energías de expansión equivalentes a unos 50 picokelvin en un trabajo publicado en 2022. Estas investigaciones mostraron que los gases cuánticos podían prepararse y controlarse con precisión fuera de los laboratorios terrestres.
Sin embargo, para algunos especialistas el dato más valioso del CAPR es otro: los siete segundos durante los que se ha seguido la expansión libre de la nube. Mantener los átomos juntos y observarlos durante más tiempo permite acumular señales muy pequeñas. Holger Müller, de la Universidad de California en Berkeley (Estados Unidos), considera, en declaraciones a Science, que ese tiempo de observación importa incluso más que la temperatura récord.
Una aplicación son los interferómetros atómicos: instrumentos que separan y recombinan ondas de materia para medir cómo han influido sobre ellas fuerzas o aceleraciones. Comparando distintos tipos de átomos, se puede comprobar si todos caen de la misma manera.
Esa universalidad de la caída libre forma parte del principio de equivalencia, uno de los pilares de la relatividad general de Einstein. El experimento de CAPR mejora las condiciones para desarrollar futuras pruebas; el resultado que presenta es la preparación y observación de la nube ultrafría.
Dos investigaciones de 2026 muestran hacia dónde avanza el campo
Un estudio publicado en agosto de este año en Science Advances utilizó otro instrumento de Tiangong para comparar la caída de dos isótopos de rubidio, el 85 y el 87. Tras reunir datos durante 280 días, obtuvo un resultado compatible con el principio de equivalencia y mejoró en tres órdenes de magnitud —un factor de mil— las anteriores pruebas de este tipo con interferometría atómica en microgravedad.
Y en julio, otro equipo publicó en Nature Communications mediciones de cómo varían los campos magnéticos de un punto a otrs con interferómetros del Cold Atom Lab. Estas mediciones son útiles para caracterizar perturbaciones que pueden introducir errores en futuros ensayos gravitatorios, además de demostrar la capacidad de los átomos ultrafríos como sensores en órbita.
El siguiente objetivo: simular materiales con redes de luz
El equipo del CAPR quiere confinar los átomos en redes ópticas, estructuras periódicas creadas con luz láser. Estos sistemas permiten construir modelos controlables de ciertos comportamientos de la materia, con los que investigar fenómenos complejos relacionados, por ejemplo, con la superconductividad.
Es una línea de trabajo que deberá evaluarse con sus propios resultados. El artículo del récord demuestra una nueva capacidad para preparar gases cuánticos extremadamente fríos en órbita. Ahora los físicos disponen de una nube que se dispersa más despacio y de siete segundos para interrogarla.▪️(6 de noviembre de 2026)
El frío de Tiangong, en cuatro respuestas
Qué significa rozar el cero absoluto, cómo se mide una temperatura tan baja y por qué este avance interesa a quienes estudian la gravedad.
¿China ha alcanzado el cero absoluto?
El experimento ha alcanzado una temperatura equivalente de 9,7 picokelvin por encima del cero absoluto. El cero absoluto corresponde a 0 kelvin, o −273,15 °C.
¿Cómo se mide una temperatura tan baja?
Se estudia la rapidez con la que se expande la nube de átomos al liberarla. Su energía de expansión permite calcular una temperatura equivalente.
¿El experimento confirma de nuevo la teoría de Einstein?
El resultado principal de CAPR es la preparación de una nube ultrafría. Esa capacidad puede ayudar a desarrollar interferómetros atómicos para futuras pruebas del principio de equivalencia.
¿Los siete segundos son el tiempo que dura la temperatura récord?
Los siete segundos indican el tiempo durante el que se ha seguido la expansión libre de la nube. No deben confundirse con una temperatura mantenida constante durante todo ese intervalo.
FÍSICA CUÁNTICA
Fuente: Wei Xiong et al. Quantum gases below 10 picokelvin in space. Science (2026). DOI: 10.1126/science.aea5324
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