direcção de missão científica da NASA
Jan. 30, 2014: todos sabem que o espaço é frio. No vasto Golfo entre estrelas e galáxias, a temperatura da matéria gasosa cai rotineiramente a 3 graus K, ou 454 graus abaixo de zero Fahrenheit.Está prestes a ficar ainda mais frio.Os pesquisadores da NASA estão planejando criar o ponto mais frio do universo conhecido dentro da Estação Espacial Internacional.
“vamos estudar a matéria a temperaturas muito mais frias do que as encontradas naturalmente”, diz Rob Thompson da JPL. Ele é o cientista do projeto do Laboratório de átomo frio da NASA, um ‘frigorífico’ atômico programado para lançamento para a ISS em 2016. “O nosso objectivo é reduzir as temperaturas efectivas para 100 pico-Kelvin.”
100 pico-Kelvin é apenas um bilionésimo de um grau acima do zero absoluto, onde toda a atividade térmica dos átomos teoricamente pára. A temperaturas tão baixas, conceitos comuns de sólido, líquido e gás já não são relevantes. Átomos interagindo pouco acima do limiar da energia zero criam novas formas de matéria que são essencialmente … Quantum.A mecânica quântica é um ramo da física que descreve as regras bizarras da luz e da matéria em escalas atômicas. Nesse reino, a matéria pode estar em dois lugares ao mesmo tempo; os objetos se comportam como partículas e ondas; e nada é certo: o mundo quântico funciona com probabilidade.
é neste estranho reino que os pesquisadores usando o laboratório do átomo frio mergulharão.
“we’ll begin,” says Thompson, ” by studying Bose-Einstein Condensates.”
In 1995, researchers discovered that if you took a few million rubidium atoms and cooled them near absolute zero, they would merge into a single wave of matter. O truque também funcionou com sódio. Em 2001, Eric Cornell do National Institute of Standards (Instituto Nacional de padrões) e Carl Wieman da Universidade do Colorado compartilharam o Prêmio Nobel com Wolfgang Ketterle do MIT por sua descoberta independente desses condensados, que Albert Einstein e Satyendra Bose haviam previsto no início do século XX.
se você criar duas BECs e juntá-las, elas não se misturam como um gás comum. Em vez disso, eles podem “interferir” como ondas: camadas finas e paralelas de matéria são separadas por camadas finas de espaço vazio. Um átomo em um BEC pode adicionar – se a um átomo em outro BEC e produzir-nenhum átomo de todo.
“o laboratório do átomo frio nos permitirá estudar esses objetos às temperaturas mais baixas de sempre”, diz Thompson.
o laboratório também é um lugar onde os pesquisadores podem misturar gases atômicos super-legais e ver o que acontece. “Misturas de diferentes tipos de átomos podem flutuar juntos quase completamente livres de perturbações”, explica Thompson, “permitindo-nos fazer medições sensíveis de interações muito fracas. Isso poderia levar à descoberta de fenômenos quânticos interessantes e novos.”
a estação espacial é o melhor lugar para fazer esta pesquisa. A microgravidade permite que os pesquisadores arrefeçam materiais para temperaturas muito mais frias do que são possíveis no solo.
Thompson explica porque:
” é um princípio básico da termodinâmica que quando um gás se expande, arrefece. A maioria de nós tem experiência prática com isto. Se pulverizares uma lata de aerossóis, a lata arrefece.”
gases quânticos são resfriados da mesma forma. No lugar de uma lata de aerossol, no entanto, temos uma ‘armadilha magnética.’
” na ISS, estas armadilhas podem ser muito fracas porque elas não têm que suportar os átomos contra a atração da gravidade. Armadilhas fracas permitem que os gases se expandam e arrefeçam a temperaturas mais baixas do que as possíveis no solo.”
ninguém sabe onde esta investigação fundamental irá conduzir. Mesmo as aplicações “práticas” listadas pelos sensores Thompson—quantum, interferômetros de onda de matéria, e lasers atômicos, apenas para citar alguns sons como ficção científica. “Estamos a entrar no desconhecido”, diz ele.Pesquisadores como Thompson pensam no laboratório do átomo frio como uma porta para o mundo quântico. A porta pode balançar para os dois lados? Se a temperatura cair o suficiente, ” seremos capazes de montar pacotes de ondas atômicas tão largos como um cabelo humano–isto é, suficientemente grandes para o olho humano ver.”Uma criatura da física quântica terá entrado no mundo macroscópico.
e depois começa a verdadeira excitação.
para mais informações sobre o laboratório do átomo frio, visite coldatomlab.jpl.nasa.gov
Autor: Dr. Tony Phillips / Editor de produção: Dr. Tony Phillips / Credit: Science@NASA
