A bordo della stazione spaziale cinese Tiangong, una nube di circa ventimila atomi di rubidio è stata raffreddata a 9,7 picokelvin, un record mai raggiunto prima. Questo risultato, ottenuto da un team di scienziati, supera il precedente primato tedesco del 2021 e rappresenta la temperatura più bassa mai registrata in un gas di atomi. L’osservazione è durata sette secondi, un tempo estremamente lungo per la fisica quantistica. Il lavoro è stato presentato durante un briefing sul programma della stazione spaziale e pubblicato sulla rivista Science.
Un passo avanti nella fisica quantistica
Il freddo, per un fisico, misura l’intensità dell’agitazione degli atomi. Raffreddarli significa rallentarli, portandoli a stati quantistici ordinati. La temperatura di 9,7 picokelvin, equivalente a circa -273,15 gradi Celsius, è così vicina allo zero assoluto che la materia smette di comportarsi come un insieme di particelle impazzite. Gli scienziati hanno utilizzato una trappola fatta interamente di luce, con fasci laser focalizzati, per ottenere questo risultato. La tecnica, più complessa rispetto a quelle precedenti, ha permesso di raggiungere un condensato di Bose-Einstein, uno stato in cui l’intera nube si comporta come un’unica onda.
La natura ondulatoria della materia diventa visibile a temperature estreme. Più un atomo è freddo, più si allunga la sua lunghezza d’onda di de Broglie, fino a raggiungere scale osservabili. Gli effetti quantistici, di solito nascosti, diventano controllabili. Su questo principio si reggono gli orologi atomici di precisione, gli interferometri atomici, i sistemi di misura inerziale e alcune strade del calcolo quantistico.
Le sfide ingegneristiche e la microgravità
Il progetto, che ha richiesto oltre dieci anni di lavoro, ha superato numerose sfide ingegneristiche. Un sistema che a terra occupa una ventina di metri cubi e pesa circa dieci tonnellate è stato compresso in un armadio sperimentale da 0,7 metri cubi e mezza tonnellata. La microgravità ha giocato un ruolo cruciale: permette un confinamento molto più debole, riducendo l’energia con cui gli atomi si espandono. Questo ha permesso di osservare la materia per sette secondi, un tempo significativamente più lungo rispetto ai laboratori terrestri.
La microgravità consente osservazioni più lunghe e precise. Sulla Terra, una nube di atomi ultrafreddi resta osservabile per circa cinque centesimi di secondo, mentre sulla Stazione Spaziale Internazionale si arriva a un secondo. Sulla stazione cinese, invece, il tempo di osservazione è stato esteso a sette secondi. “Più a lungo riusciamo a osservare, più cresce la probabilità di scoprire fenomeni fisici nuovi e più deboli”, ha detto Xiong Wei, uno degli autori dello studio. Il successo ha reso possibile l’osservazione di fenomeni fisici che, sulla Terra, sarebbero difficili da studiare. La piattaforma potrà servire a esplorare transizioni di fase, dinamiche fuori equilibrio e correlazioni quantistiche a temperature estreme. Chen Weibiao, ricercatore dell’istituto di Shanghai, ha espresso interesse per future applicazioni, come la simulazione dell’universo primordiale o la ricerca di tracce di materia oscura ultraleggera.
