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Scienza atomica fredda, ad un passo dallo zero assoluto

Lo zero assoluto si aggira attorno ai 0 gradi kelvin, precisamente a -273,15 °C. Al di sotto di questa temperatura, teoricamente, è impossibile andare.

Eppure la ricerca del freddo, nel mondo della scienza, si spinge sempre un po’ più in là. Nel 2013, un team di scienziati del Max Planck Institute annunciò di essere giunti un soffio al di sotto dello zero assoluto.

Ma la svolta nel campo della scienza atomica fredda, arrivò nel 2017, quando fu inaugurato il CAL (Cold Atom Laboratory) della NASA, sulla Stazione Spaziale Internazionale.

Alla ricerca del freddo

ISS – luogo più freddo nell’universo conosciuto

La temperatura più bassa mai registrata, in natura, sul pianeta Terra è  di -98°C, che nell’inverno del 2010 colpì l’Antartide. Nel lato nascosto della Luna, invece, le temperature arrivano fino a -170°C.

Ma per sfiorare lo zero assoluto dobbiamo andare nello spazio intergalattico, dove la materia è talmente rarefatta da scendere a pochi atomi di idrogeno per metro cubo.

Qui le temperature sfiorano lo 0 assoluto, a -270°C. Ma sembrerebbe proprio che lo zero assoluto sia irraggiungibile, per lo meno in natura.

L’esperimento del Max Planck Institute portò una nuvola di atomi di potassio al di sotto dello zero assoluto, ma solo per un momento. Sembra quindi essere il laboratorio CAL, a bordo della ISS, l’attuale luogo più freddo dell’Universo, con le temperature che scendono fino a -273°C, ad un passo dallo zero assoluto.

Perché è importante la scienza atomica fredda?

Lo zero assoluto fu teorizzato nel 1850, da Lord Kelvin, il quale gli diede la definizione di temperatura più bassa raggiungibile da un corpo. A quella temperatura le particelle che lo compongono sono al più basso livello d’energia.

Mai si immaginava che quella temperatura potesse essere un giorno raggiunta o, addirittura superata, anche se solo di qualche nano kelvin.

Con temperature così basse è possibile studiare gli atomi come mai prima d’ora. A queste temperature gli atomi si muovono molto lentamente, fino a 200.000 volte più lentamente. Gli ultimi esperimenti poggiano le basi della scienza atomica fredda, quella che in futuro ci aprirà innumerevoli nuove porte.

Per cosa è importante la scienza atomica fredda nel concreto? Essa ci permetterebbe di studiare nuovi sistemi di trasmissione dell’energia.

Ma anche di studiare l’energia oscura, quel grande mistero dell’universo che porta quest’ultimo ad espandersi. Anche i gas portati a temperature attorno allo zero assoluto, infatti, tendono ad espandersi, contrastando qualsiasi forza di gravità, esattamente come l’intero universo stesso.

L’esperimento del Max Planck Institute

Come detto i primi a scendere al di sotto dello zero assoluto furono gli scienziati del Max Planck Institute. Nel 2013, portarono una nuvola di atomi di potassio di alcuni nano kelvin al di sotto dei -273,15°C.

L’esperimento fu la conclusione di un lavoro durato mesi. Gli scienziati hanno intrappolato gli atomi di potassio in una gabbia di raggi laser e campi magnetici ed hanno iniziato a fornirgli energia.

I laser ed i magneti hanno tenuto fermi gli atomi di potassio durante l’esperimento e la temperatura ha iniziato a scendere.

La temperatura è scesa al dì sotto dello zero assoluto solamente per alcuni millisecondi, ma ciò è bastato al team per vedere gli atomi come mai nessuno aveva fatto prima di allora.

Il Cold Atom Laboratory della ISS

Cold Atom Laboratory

Nel 2017 è stato inaugurato il CAL, in orbita terrestre, a bordo della ISS, il quale al momento sembra essere il luogo più freddo dell’universo conosciuto.

Qui si studiano gli atomi a temperature che sfiorano di poco lo zero assoluto. Quello che scienziati ed astronauti studiano all’interno del CAL va ben oltre ciò che è possibile fare sulla Terra.

Abbiamo visto che esistono altri laboratori che riescono a raggiungere tali temperature, ma sul pianeta c’è l’impiccio della gravità.

Quest’ultima impedisce esperimenti di lunga durata. Problema che, invece, nello spazio non c’è, così finalmente è possibile osservare davvero gli atomi muoversi lentamente, non più solamente per una manciata di millisecondi.

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