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La NASA creerà il punto più freddo nell'universo conosciuto

Hai mai avuto così freddo da trasformarti in un condensato di Bose-Einstein?

di Becky Ferreira
13 marzo 2017, 2:55pm

Quest'estate, gli scienziati della NASA creeranno la zona più fredda nell'universo conosciuto all'interno di un'apparecchiatura grossa quanto un frigo, giustamente chiamata Cold Atom Laboratory (CAL). Il piccolo gruppo di strumenti verrà lanciato verso la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) ad agosto, a bordo della missione CRS-12 di SpaceX, e sfrutterà l'ambiente in micro-gravità della stazione per generare le temperature più basse mai create o osservate nella storia della scienza umana. 

Quindi, di che razza di gelo stiamo parlando? Un freddo cane, direi. Una volta attivato nello spazio, il CAL si raffredderà fino a raggiungere la temperatura mai vista di 100 pico-Kelvin. Si tratta di un miliardesimo di grado sopra lo zero assoluto, o zero Kelvin, il punto più basso della scala di temperatura della termodinamica tradizionale. 

un grafico del Cold Atom Laboratory. Immagine: NASA/JPL

Dentro al CAL farà così freddo che gli atomi presenti all'interno del laboratorio formeranno una rara configurazione della materia conosciuta come condensato di Bose-Einstein. Il team di CAL, che arriva dal Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA, ha in programma di studiare gli effetti di questo ambiente insolito sugli isotopi di potassio e di rubidio. 

"Otterremo un regime di temperatura che nessuno ha mai visto prima," ha spiegato Anita Sengupta, ingegnere aerospaziale del JPL e project manager del CAL, in un'intervista YouTube per TMRO rilasciata questo sabato. "Non abbiamo idea di ciò che scopriremo circa il comportamento della materia a queste temperature."

Il CAL crea questi isotopi ultrafreddi di rubidio e potassio vaporizzandoli con dei laser, e dopodiché intrappolando magneticamente il gas su un apparato grande quanto un atomo. Da qui, gli isotopi saranno ulteriormente raffreddati da un "coltello" elettromagnetico che taglierà via gli atomi più caldi e attivi, rendendo così il resto del materiale quasi privo di attività — E di conseguenza, estremamente freddo. Questi gas vengono quindi sigillati all'interno di una camera pressurizzata, dove possono essere studiati senza interferenze da fonti termiche esterne. 

È difficile anche solamente pensare alle temperature generate dalla suite di strumenti del CAL. Per capirci, le condizioni climatiche più fredde che la maggior parte degli umani vive sulla Terra sono tra i -45 e i -51 gradi Celsius. Il vuoto dello spazio è circa nove volte più freddo di questo valore, circa -246,15 gradi Celsius, 2.7 gradi Kelvin — Anche se questo valore oscilla in maniera considerevole in base alla prossimità a entità termicamente conduttive come pianeti o stelle. 

Visto che l'interno del CAL sarà solo una frazione sopra lo zero assoluto, o 459,67 gradi Fahreneit, gli atomi dentro al laboratorio avranno energia così bassa che cominceranno a muoversi all'unisono e sviluppare proprietà a forma d'onda," come ballerini in sincrono," secondo Sengupta. 

Ci sono stati tentativi simili, sulla Terra, per la generazione di temperature così basse, ma il nostro pianeta interferisce coi risultati attraendo gli atomi verso il proprio pozzo gravitazionale, che limite il tempo di osservazione dei condensati di Bose-Einstein a millisecondi. L'ambiente in caduta libera orbitale della ISS, però, rimuove questo limite, e Sengupta e il suo team si aspettano di poter osservare i condensati di Bose-Einstein per quasi dieci secondi, ben oltre le possibilità presenti sulla Terra.

"Quando hai a disposizione un ambiente in micro-gravità come quello della Stazione Spaziale Internazionale, puoi ottenere temperature decisamente basse e al tempo stesso osservare le osservazioni degli atomi su periodi di interi secondi," ha spiegato. "Si tratta di un bel po' di scienza a disposizione."

L'obiettivo del team di CAL è comprendere meglio questa forma esotica della materia e le sue implicazioni. Sengupta prevede anche che gli esperimenti del laboratorio, la cui durata si protrarrà per almeno un anno, daranno origine a nuove tecnologie, come laser basati sugli atomi.

"Gran parte delle persone conosce i laser fotonici, in cui troviamo un raggio coerente di fotoni," ha spiegato. "Creeremo un atomo che laser atomico che dispone di un raggio coerente di atomi." Tecnologie del genere potranno essere sfruttate in apparecchiature come di precisione come gli interferometri, i sensori quantici e le tecnologie olografiche.

"Non si può sapere con certezza che tecnologie svilupperemo," ha detto. "È per questo che esiste l'ingegneria — L'applicazione di queste misurazioni. Prima crei, prima capisci, e poi sviluppi le applicazioni per le tecnologie, e questo vale per tutto il programma spaziale."

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