La stazione spaziale cinese custodisce la materia più fredda mai creata
In un laboratorio in orbita a circa 400 chilometri sopra la Terra, una piccola nube di atomi di rubidio è stata raffreddata a 9,7 picokelvin. Si tratta di circa 14 ordini di grandezza in meno rispetto alla temperatura ambiente, e di una temperatura più bassa di qualsiasi altro materiale prodotto dall’uomo mai registrato. Il risultato, ottenuto a bordo della stazione spaziale cinese, ha attirato l’attenzione ben oltre le riviste di fisica: in parte perché il numero è difficile da immaginare, in parte perché l’esperimento poteva avvenire solo in orbita.
Per capire la scala: un picokelvin è un trilionesimo di kelvin. A 9,7 picokelvin gli atomi si muovono appena. Nell’esperimento, una nube di atomi di rubidio ha impiegato sette secondi per spostarsi di circa 500 micrometri — all’incirca la larghezza di un capello umano — un ritmo che sembra un rallentatore ma che è semplicemente lo stato reale della nube atomica a temperature prossime allo zero assoluto.
Perché andare nello spazio per farlo? Sulla Terra la gravità agisce su qualsiasi nube di atomi intrappolata, quindi i ricercatori devono disattivare le trappole magnetiche o ottiche e lasciare che gli atomi cadano mentre li osservano. Questo concede loro una frazione di secondo prima che la nube esca dal campo visivo. In microgravità, la nube galleggia. Il team cinese ha potuto osservarla per secondi anziché millisecondi, ed è per questo che la misura dello spostamento è possibile.
Gli atomi freddi non sono solo una curiosità. A temperature prossime allo zero assoluto, gli effetti quantistici diventano visibili su scala macroscopica: gli atomi si comportano come onde e le figure di interferenza possono essere misurate con straordinaria precisione. Tali sistemi sono alla base di alcuni degli orologi atomici più accurati al mondo, di sensori sensibili alla gravità e ai campi magnetici e di piattaforme per testare la fisica fondamentale. Una finestra di osservazione più lunga nello spazio potrebbe rendere queste misure più nitide.
L’esperimento fa parte di una spinta più ampia nella ricerca sugli atomi freddi. Laboratori in Europa e negli Stati Uniti hanno prodotto gas ultrafreddi a terra e su razzi sonda, e il Cold Atom Lab sulla Stazione Spaziale Internazionale è in funzione dal 2018. Il risultato cinese, annunciato come la materia artificiale più fredda conosciuta, aggiunge un nuovo punto di riferimento a questo sforzo internazionale. I ricercatori del progetto hanno dichiarato che l’obiettivo non è un record fine a se stesso, ma una piattaforma stabile per esperimenti ripetuti.
Per i lettori comuni, il beneficio pratico non è immediato. È improbabile che gli atomi ultrafreddi compaiano presto nei dispositivi di consumo. Ma le tecnologie che rendono possibili — orologi migliori per la navigazione, strumenti più sensibili per mappare le strutture sotterranee e test sul comportamento della materia al limite quantistico — tendono ad arrivare in silenzio, incorporate in sistemi che già dipendono da una temporizzazione e da una sensoristica precise.
Il team dietro il lavoro ha descritto i prossimi passi come il miglioramento della stabilità della nube fredda e l’estensione del tempo di osservazione, il che consentirebbe misure più sensibili. Man mano che gli esperimenti quantistici basati nello spazio maturano, la domanda si sposta dal se tali temperature estreme possano essere raggiunte a cosa si possa fare con esse una volta diventate routine.