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Cientistas chineses conseguiram produzir uma nuvem de átomos com uma temperatura equivalente de apenas 9,7 trilionésimos de kelvin acima do zero absoluto, em um experimento realizado na estação espacial Tiangong.
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O resultado estabelece um novo recorde de baixa temperatura para gases quânticos ultrafrios. Publicado na revista científica Science em 5 de novembro, o estudo poderá abrir caminho para pesquisas sobre o comportamento da matéria.
A equipe resfriou aproximadamente 20 mil átomos de rubídio, um elemento químico utilizado em experimentos de física. O feito foi alcançado por pesquisadores da Universidade de Pequim e de instituições ligadas à Academia Chinesa de Ciências.
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A temperatura registrada foi de 9,7 picokelvins, quase quatro vezes menor que o recorde anterior, de 38 picokelvins. O valor foi calculado a partir do movimento extremamente lento dos átomos, e não por meio de um termômetro convencional.
Os cientistas também conseguiram observar a expansão da nuvem de átomos durante sete segundos. O recorde anterior permitia acompanhar esse movimento por apenas dois segundos. A diferença pode parecer pequena, mas representa uma vantagem importante para experimentos que exigem medições extremamente precisas.
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Para entender o tamanho da descoberta, é preciso conhecer a escala kelvin, utilizada pelos cientistas para medir temperaturas. Nela, o zero absoluto corresponde a -273,15 °C e representa o limite inferior da temperatura termodinâmica.
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Um picokelvin equivale à trilionésima parte de um kelvin. Assim, os 9,7 picokelvins obtidos pelos pesquisadores correspondem a apenas 0,0000000000097 kelvin, uma temperatura extraordinariamente próxima do zero absoluto.
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Isso não significa, porém, que toda a estação espacial tenha ficado tão fria. A temperatura equivalente descreve a energia associada à expansão da nuvem de átomos. O equipamento e o ambiente ao redor não atingiram esse valor, conforme explica uma reportagem da rede chinesa CGTN, reproduzida pela Academia Chinesa de Ciências.
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Quando os átomos são resfriados a temperaturas tão baixas, eles podem formar um condensado de Bose-Einstein, considerado um estado da matéria. Nessas condições, passam a apresentar um comportamento quântico coletivo, como se compartilhassem uma mesma onda.
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Esse fenômeno permite aos cientistas investigar propriedades da matéria que normalmente são difíceis de observar.
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A gravidade terrestre é um dos principais obstáculos para alcançar e estudar temperaturas tão baixas. Em laboratório, os pesquisadores precisam manter os átomos presos em armadilhas especiais. Quando essas armadilhas são enfraquecidas, a gravidade pode fazer as partículas caírem antes que sejam observadas pelo tempo necessário.
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Na estação espacial, as condições de microgravidade permitem que os átomos permaneçam em expansão livre por períodos maiores. Wolfgang Ketterle, professor de física do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, e vencedor do Nobel de Física de 2001, explicou a importância dessa condição em declaração à CGTN.
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Na Terra, ela cairia cerca de 250 metros, então acabaria atingindo o chão, a menos que você tivesse uma câmara de vácuo com 250 metros de altura [referindo-se à nuvem durante os sete segundos de expansão] Wolfgang Ketterle, professor de física do MIT
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Antes do experimento chinês, pesquisadores haviam alcançado 38 picokelvins utilizando uma torre de queda para produzir condições temporárias de microgravidade. Outro experimento, realizado no Laboratório de Átomos Frios da Estação Espacial Internacional (ISS), havia registrado 52 picokelvins, segundo o portal científico Phys.org.
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Para chegar à temperatura recorde, os pesquisadores utilizaram lasers e diferentes técnicas de resfriamento. Inicialmente, reduziram o movimento dos átomos e depois aplicaram o chamado resfriamento evaporativo, processo que retira as partículas com maior energia, deixando as restantes ainda mais frias.
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A equipe também utilizou campos magnéticos e armadilhas ópticas, que empregam feixes de laser para manter os átomos controlados. Em seguida, transferiu a nuvem para uma armadilha mais ampla e diminuiu o confinamento, reduzindo sua energia de expansão.
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O equipamento foi desenvolvido a partir de 2015 pela Universidade de Pequim e pelo Instituto de Óptica e Mecânica Fina de Xangai. Segundo comunicado da universidade, ele foi enviado à estação espacial em outubro de 2022, a bordo do módulo experimental Mengtian.
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Após mais de três anos de trabalho em órbita, os pesquisadores conseguiram superar dificuldades relacionadas à estabilidade dos lasers, às vibrações dos equipamentos e à precisão das medições.
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O objetivo dos cientistas não é simplesmente produzir a matéria mais fria possível. Temperaturas tão baixas permitem estudar fenômenos quânticos em condições que seriam difíceis de reproduzir na Terra. Uma das aplicações possíveis é o desenvolvimento de interferômetros atômicos, instrumentos que utilizam as propriedades ondulatórias dos átomos para medir efeitos como aceleração e gravidade.
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Os interferômetros atômicos se beneficiam enormemente de fontes que fornecem um grande número de átomos em um conjunto ultrafrio e de longos tempos de observação Ernst M. Rasel, professor de física da Universidade Leibniz de Hannover, à CGTN
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A tecnologia também poderá contribuir para simular o comportamento de materiais, investigar novos estados quânticos e aprimorar medições do campo gravitacional da Terra. Os pesquisadores apontam ainda a possibilidade de utilizar experimentos desse tipo para testar princípios fundamentais da física e, futuramente, investigar modelos relacionados à matéria escura, uma forma de matéria cuja natureza ainda é desconhecida.
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Fonte original: www.uol.com.br
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