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Em março de 2018, pesquisadores lançaram o que parece ser uma geladeira branca de tamanho mais frio para a Estação Espacial Internacional. Essa caixa pesada abriga uma instalação de US $ 100 milhões conhecida como Chilly Atom Laboratory, que permite que uma série de experimentos de física atômica sejam feitos em temperaturas congelantes no espaço 0 g. Com essas condições únicas, os cientistas agora produziram pequenas bolhas de átomos de gás extremamente frios, colocando-os à beira do território da física quântica.
Essa conquista, só possível em microgravidade e a um milionésimo de grau acima do 0 absoluto, a temperatura mínima do universo, teria sido impossível de realizar na Terra. A equipe de físicos por trás do marco, que está trabalhando remotamente – ou seja, no terreno – publicou sua nova pesquisa na revista Natureza na semana passada, mostrando que eles fizeram as bolhas ultrafrias com um aparato experimental que irradiava lasers em uma câmara de vácuo selada para resfriar átomos de gás. Em seguida, eles implantaram campos magnéticos e ondas de rádio para lançá-los em bolhas ocas em forma de ovo. O experimento fornece informações sobre o reino quântico e também tem aplicações para outras áreas da física.
“É emocionante ver os átomos assumirem essas novas formas e ver novos comportamentos quando você desliga a gravidade”, diz David Aveline, autor do estudo e membro da colaboração que trabalha no Laboratório de Átomo Friooperado pelo Jet Propulsion Laboratory da NASA em Pasadena, Califórnia.
Átomos ultrafrios de gás – neste caso, de rubídio – não agem da maneira que normalmente agiriam à temperatura ambiente, girando em torno de seu recipiente como bolas de bilhar microscópicas. À medida que o gás esfria, eles se movem cada vez mais devagar, mas sem que os átomos lentos se transformem em líquido ou sólido, como um vapor faria. Quando eles são resfriados perto do 0 absoluto, eles começam a se aglomerar e os comprimentos de onda associados às partículas de gás ficam mais longos e começam a se sobrepor.
Em temperaturas extremamente frias, os átomos começam a agir de forma estranha. Eles coalescem em uma substância com propriedades quânticas, comportando-se tanto como partículas e como ondas. Nesse ponto, eles são basicamente um paradoxo quântico e quase como um novo estado da matéria, chamado condensado de Bose-Einstein, em homenagem aos físicos indianos e alemães de um século atrás. (Tecnicamente, os átomos ultrafrios precisam ser resfriados ainda mais para serem considerados um condensado de Bose-Einstein, mas estão mostrando sinais de estar à beira disso.) De qualquer forma, enquanto fenômenos quânticos geralmente precisam de microscópios poderosos para serem observados , essas bolhas podem ser infladas a um tamanho muito maior que a largura de um cabelo humano.
“Estamos pegando efeitos físicos puros que normalmente acontecem na escala de átomos, e estamos fazendo-os acontecer em objetos com até um milímetro de tamanho, tentando tornar a mecânica quântica e o comportamento estranho da física visíveis a olho nu. ” diz Nathan Lundblad, físico atômico do Bates Faculty, no Maine, e foremost autor do estudo.
Esta pesquisa pode ter aplicações além do mundo da física quântica. Uma razão pela qual a NASA está interessada é porque esse trabalho em átomos ultrafrios pode eventualmente ajudar no desenvolvimento de giroscópios e acelerômetros mais precisos, diz Aveline. Inflar uma bolha de átomos ultrafrios também pode fornecer informações sobre a expansão extremamente rápida do universo bebê uma fração de segundo após o Large Bang.
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