A NASA criará o ponto mais gelado do universo a bordo da Estação Espacial Internacional

Você já sentiu tanto frio a ponto de se transformar em um condensado de Bose-Einstein?
15.3.17

Neste ano, cientistas da NASA criarão a zona mais fria do universo dentro de uma carga do tamanho de um cooler chamado muito apropriadamente de Laboratório do Átomo Gelado (CAL, na sigla em inglês). Adoramos tanto o nome que estamos chamando o ar condicionado de nossa redação assim. Mas isso não é o principal. O pequeno pacote de instrumentos está programado para subir à Estação Espacial Internacional (ISS, na sigla em inglês) em agosto, na missão SpaceX CRS-12, e irá alavancar o ambiente de microgravidade da estação a fim de criar as temperaturas mais baixas já registradas ou observadas na história da ciência humana.

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Mas de que tipo de frieza estamos falando? Estonteantemente frio, cara. Uma vez ativada no espaço, a CAL vai vibrar a 100 pico (10-12) Kelvin. Isso significa aproximadamente um bilionésimo de grau abaixo do zero absoluto, ou zero Kelvin, que é o limite da escala de temperatura termodinâmica tradicional.

Diagrama do Laboratório do Átomo Gelado: Imagem: NASA/JPL.

Isso é tão rigoroso que os átomos dentro do laboratório formarão uma forma rara de matéria conhecida como condensado de Bose-Einstein. A equipe do CAL, com base no Laboratório de Propulsão a Jato (JPL), planeja estudar os efeitos desse ambiente inusitado nos isótopos de potássio e rubídio, que fornecerão insights para a física fundamental, a superfluidez e as novas tecnologias.

"Alcançaremos um regime de temperaturas jamais visto antes", afirmou Anita Sengupta, engenheira aeroespacial e gerente de projeto do CAL, sábado, em uma entrevista para o TMRO via YouTube. "Basicamente, desconhecemos o que iremos descobrir em termos de comportamento da matéria nessas temperaturas."

O CAL criará os isótopos ultrafrios de rubídio e potássio por meio da vaporização laser e, em seguida, prende magneticamente o gás em um aparato de chip extremamente pequeno. Daí os isótopos serão congelados por meio de um dispositivo semelhante a uma "faca" eletromagnética que talhará os átomos mais quentes e ativos, cessando a atividade do material remanescente – logo, extremamente frios. Esses gases serão selados em uma câmara a vácuo, de onde serão estudados sem a interferência de demais fontes térmicas.

É difícil estimar as temperaturas criadas nesse pacote de instrumentos do CAL. Para contextualizar, a temperatura mais fria já sentida pelos seres humanos na Terra é cerca de -50 ou -60°F (ou -10 a -15°C). O vácuo do espaço é cerca de nove vezes mais frio do que isso, estando próximo de 2,7°K, ou -455°F (ou -235°C), embora esse número varie na proximidade de entidades termicamente condutoras como planetas ou estrelas.

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Como dentro do CAL estará apenas uma fração acima do zero absoluto, ou -459,7°F (-237,6°C), os átomos dentro do laboratório terão tão pouca energia que começarão a se movimentar em uníssono e adquirir propriedades ondulatórias, "como bailarinos em uma fila", de acordo com Sengupta.

Tentativas similares à criação dessas temperaturas superfrias já foram feitas aqui na Terra, porém, nosso planeta interfere nos resultados ao colocar átomos em seu campo de gravidade, o que limita as observações de condensados de Bose-Einstein em milissegundos. O ambiente de queda livre orbital da Estação Espacial Internacional, entretanto, remove essa limitação, e Sengupta e sua equipe esperam testemunhar os condensados Bose-Einstein por até 10 segundos, muito além do que é possível aqui na Terra.

"Quando se está em um ambiente de microgravidade como a Estação Espacial Internacional, é possível atingir ordens de magnitude de frio, e também observar os átomos se desenvolverem em um período de segundos", ela afirmou. "É possível fazer mais ciência."

O objetivo da equipe do CAL é compreender melhor essa forma exótica de matéria e suas implicações para questionamentos puramente científicos. Porém, Sengupta também prevê que os experimentos do laboratório, programados para durar pelo menos um ano, desenvolverão novas tecnologias, incluindo lasers baseados em átomos.

"As pessoas estão familiarizadas com lasers de fótons, que se dispõe de um feixe coerente de fótons", afirmou. "Vamos criar um de átomos, que dispõe de um feixe coerente de átomos." Aplicações possíveis para essa pesquisa incluem interferômetros de precisão, sensores quânticos e tecnologia holográfica. Além disso, Sengupta acredita que haverá muito avanço tecnológico para outros campos.

"Não é possível saber com antecedência quais tecnologias você vai criar", afirmou. "Isso é a engenharia: a aplicação das medições observacionais. Primeiro você cria, depois compreende e então as aplicações tecnológicas se desenvolvem e acabam servindo para todo o programa espacial e além."

Tradução: Amanda Guizzo Zampieri