Record di freddo in orbita: atomi a 9,7 picokelvin nella stazione spaziale cinese

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, rappresenta un passo avanti significativo nella fisica quantistica e nella ricerca spaziale. La temperatura raggiunta, inferiore a dieci millesimi di miliardesimo di grado sopra il zero assoluto, ha superato il precedente primato tedesco del 2021, che aveva raggiunto 38 picokelvin. L’osservazione dei fenomeni fisici in questa condizione estrema potrebbe aprire nuove porte per la scienza e le tecnologie future.

Un record raggiunto in orbita

La misurazione del freddo estremo è stata effettuata utilizzando una trappola di luce, un sistema innovativo che permette di raffreddare gli atomi senza interferenze magnetiche. Questo approccio ha permesso ai ricercatori di ottenere una temperatura equivalente di 9,7 picokelvin, un valore che si colloca al di sotto di qualsiasi primato precedente. La misura è stata effettuata osservando l’espansione della nube di atomi liberati, con una precisione che ha un margine di incertezza compreso tra 7 e 12,9 picokelvin.

Il lavoro, che ha richiesto oltre dieci anni di studi di fattibilità, ha visto l’installazione di un sistema complesso in orbita nel 2022. L’apparato, 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 sfida ingegneristica è stata notevole, con problemi da risolvere riguardo all’ultra-alto vuoto, ai laser in fibra ad alta potenza e alla stabilità della frequenza laser.

Applicazioni e progetti futuri

La natura ondulatoria della materia, più fredda, permette di allungare la lunghezza d’onda di de Broglie, rendendo visibili effetti quantistici di solito nascosti. Questo principio si basa su tecnologie come gli orologi atomici di precisione, gli interferometri atomici e i sistemi di misura inerziale. La microgravità ha permesso un confinamento molto più debole, permettendo una maggiore osservazione e una temperatura più bassa. Chen Weibiao, ricercatore dell’istituto di Shanghai, ha espresso l’interesse per future applicazioni, come lo studio delle transizioni di fase e delle correlazioni quantistiche a temperature estreme. Il team ha anche indicato un obiettivo ancora più ambizioso: un interferometro atomico in orbita in grado di testare il principio di equivalenza. La stazione spaziale cinese, con il suo laboratorio orbitale, offre un ambiente unico per esperimenti di fisica quantistica. La collaborazione internazionale è stata invitata a partecipare, con l’apertura del laboratorio per esperimenti futuri.