I ricercatori hanno creato bolle quantistiche ultrafredde sulla stazione spaziale

Nel marzo 2018, i ricercatori hanno lanciato quello che sembra un frigorifero bianco di dimensioni più fredde sulla Stazione Spaziale Internazionale. Quella scatola pesante ospita una struttura da 100 milioni di dollari nota come Cold Atom Laboratory, che consente di eseguire una serie di esperimenti di fisica atomica a temperature di congelamento nello zero-g dello spazio. Con queste condizioni uniche, gli scienziati hanno ora prodotto minuscole bolle di atomi di gas estremamente freddi, mettendoli al limite del territorio della fisica quantistica.

Quel risultato, possibile solo in microgravità ea un milionesimo di grado sopra lo zero assoluto, la temperatura minima dell’universo, sarebbe stato impossibile da raggiungere sulla Terra. Il team di fisici dietro la pietra miliare, che stanno tutti lavorando da remoto, cioè sul campo, hanno pubblicato la loro nuova ricerca sulla rivista Natura la scorsa settimana, dimostrando che hanno creato bolle ultrafredde con un apparato sperimentale che ha irradiato laser in una camera a vuoto sigillata per raffreddare gli atomi di gas. Quindi hanno distribuito campi magnetici e onde radio per lanciarli in blob cavi a forma di uovo. L’esperimento fornisce informazioni sul regno quantistico e ha applicazioni anche per altre aree della fisica.

“È emozionante vedere gli atomi assumere queste nuove forme e vedere nuovi comportamenti quando si disattiva la gravità”, afferma David Aveline, autore dello studio e membro della collaborazione che lavora al Cold Atom Lab, gestito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California.

Atomi ultrafreddi di gas, in questo caso di rubidio, non agiscono come farebbero normalmente a temperatura ambiente, sfrecciando intorno al loro contenitore come microscopiche palle da biliardo. Man mano che il gas si raffredda, si muovono sempre più lentamente, ma senza che gli atomi pigri si trasformino in un liquido o in un solido, come farebbe un vapore. Quando si raffreddano vicino allo zero assoluto, iniziano ad aggregarsi e le lunghezze d’onda associate alle particelle di gas si allungano e iniziano a sovrapporsi.

A temperature così estremamente rigide, gli atomi iniziano a comportarsi in modo strano. Si fondono in una sostanza con proprietà quantistiche, comportandosi sia come particelle che come onde. A quel punto, sono fondamentalmente un paradosso quantistico e quasi come un nuovo stato della materia, chiamato condensato di Bose-Einstein, dal nome dei fisici indiani e tedeschi di un secolo fa. (Tecnicamente, gli atomi ultrafreddi devono essere ulteriormente raffreddati per essere considerati un condensato di Bose-Einstein, ma stanno mostrando segni di essere sull’orlo di questo.) In ogni caso, mentre i fenomeni quantistici di solito necessitano di potenti microscopi per essere osservati , queste bolle possono essere gonfiate a una dimensione molto più grande della larghezza di un capello umano.

“Stiamo prendendo effetti fisici accurati che normalmente si verificano sulla scala degli atomi e li stiamo facendo accadere in oggetti di dimensioni fino a un millimetro, cercando di rendere visibili ad occhio nudo la meccanica quantistica e strani comportamenti fisici, ” afferma Nathan Lundblad, fisico atomico al Bates College nel Maine e autore principale dello studio.

Questa ricerca potrebbe avere applicazioni oltre il mondo della fisica quantistica. Uno dei motivi per cui la NASA è interessata è perché tale lavoro sugli atomi ultrafreddi potrebbe eventualmente aiutare lo sviluppo di giroscopi e accelerometri più precisi, afferma Aveline. Gonfiare una bolla di atomi ultrafreddi potrebbe anche fornire informazioni sull’espansione estremamente rapida dell’universo del bambino una frazione di secondo dopo il Big Bang.