Experimento de física atômica será lançado à ISS em agosto. Para criar condensado de Bose-Einstein, ambiente precisa estar muito próximo ao zero absoluto.

Neste inverno, uma pequena caixa voará para a Estação Espacial Internacional (International Space Station, ISS) para criar o ponto mais frio do universo. Dentro desta caixa, lasers, uma câmara de vácuo e uma “faca” eletromagnética serão usados para anular a energia de partículas de gás, desacelerando-as até que fiquem quase totalmente sem movimento.

O Cold Atom Laboratory (CAL) foi desenvolvido pelo Jet Propulsion Laboratory (JPL), em Pasadena, Califórnia, e está nos estágios finais de montagem. Seus instrumentos são projetados para congelar átomos de gás a meros bilionésimos de grau acima do zero absoluto – mais de 100 milhões de vezes mais frio que as profundezas do espaço.

“Estudar estes átomos hiper-frios poderia remoldar nosso entendimento da matéria e da natureza fundamental da gravidade”, disse Robert Thompson, cientista de projeto do CAL no JPL. “Os experimentos que faremos com o Cold Atom Lab nos darão insight sobre gravidade e energia escura – algumas das forças mais difusas do universo.”

Quando átomos forem resfriados a temperaturas extremas, como estarão dentro do CAL, podem formar um estado de matéria conhecido como condensado de Bose-Einstein, no qual as regras familiares da física retrocedem e a física quântica começa a assumir o controle. A matéria pode ser observada comportando-se menos como partículas e mais como ondas. Filas de átomos se movem em conjunto umas com as outras, como se fossem um tecido em movimento. Estas misteriosas formas de onda nunca foram vistas em temperaturas tão baixas como as que o CAL alcançará.

A NASA nunca criou ou observou condensado de Bose-Einstein no espaço. Na Terra, a gravidade faz os átomos continuamente irem para o chão – de forma que geralmente só sejam observados por frações de segundo.

Na ISS, átomos ultra-frios podem manter sua forma de onda por mais tempo em queda livre. Isso proporciona a cientistas uma janela maior para entender a física em seu nível mais básico. Thompson estimou que o CAL permitirá que condensados de Bose-Einstein sejam observados por até dez segundos, mas desenvolvimentos futuros das tecnologias empregadas no CAL poderão permitir centenas de segundos.

Condensados de Bose-Einstein são um “superfluido” – um tipo de fluido com viscosidade nula cujos átomos se movem sem fricção como se fossem uma única substância sólida.

“Se você tivesse água superfluida e a girasse num copo, ela giraria para sempre”, disse a gerente de projeto do CAL, Anita Sengupta, do JPL. “Não há viscosidade para desacelerá-la e dissipar a energia cinética. Se pudermos entender melhor a física dos superfluidos, podemos, podemos talvez aprender a usá-los para transferência de energia mais eficiente.”

Cinco equipes científicas planejam conduzir experimentos com o CAL. Entre estes cientistas, estáEric Cornell, da University of Colorado, em Boulder, e do National Institute for Standards and Technology – um dos ganhadores do Prêmio Nobel que criou o condensado de Bose-Einstein em laboratório pela primeira vez, em 1995.

Os resultados destes experimentos poderiam levar a várias tecnologias melhores, incluindo sensores, computadores quânticos e relógios atômicos usados na navegação de espaçonaves.

Para Kamal Oudrhiri, vice-gerente de projeto, no JPL, as aplicações relacionadas à detecção de energia escura são especialmente animadoras. Ele enfatizou que os modelos cosmológicos atuais dividem o universo em, aproximadamente, 27% matéria escura, 68% energia escura e 5% de matéria comum.

“Isso significa que mesmo com todas as nossas tecnologias atuais, ainda estamos cegos a 95% do universo”, disse. “Como uma nova lente no primeiro telescópio de Galileu, os átomos frios ultra-sensíveis no Cold Atom Lab têm o potencial para destrancar muitos mistérios além das fronteiras da física conhecida.”

Agora, o CAL está passando por uma fase de testes que irá prepará-lo antes da entrega ao Cabo Canaveral, na Flórida, onde sera lançado em agosto pela missão CRS-12, da SpaceX. As missões CRS (Commercial Resupply Service) entregam carga e suprimentos à ISS conforme contratos concedidos pela NASA para o uso de espaçonaves comerciais.

“Os testes que faremos nos próximos meses em terra são críticos para assegurar que podemos operá-lo e afiná-lo remotamente enquanto estiver no espaço e, por fim, aprender com este rico sistema de física atômica pelos próximos anos”, exlicou Dave Aveline, chefe do banco de testes no JPL.

O JPL está desenvolvendo o CAL com patrocínio do International Space Station Program, do Johnson Space Center, em Houston, Texas. A Space Life and Physical Sciences Division do Human Exploration and Operations Mission Directorate, nos Headquarters da NASA, em Washington, gerencia o Fundamental Physics Program. O California Institute of Technology gerencia o JPL para a NASA.

 

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