Pesquisadores revelam as vantagens de estudar quinto estado da matéria no espaço
Nuvens de átomos extremamente frios conhecidas como condensados de Bose-Einstein foram produzidas pela primeira vez no espaço em julho de 2018 no Cold Atom Laboratory da Nasa, instalado na Estação Espacial Internacional. Além de ser um marco tecnológico, também pode melhorar a compreensão da física fundamental. O constante estado de queda livre da estação espacial oferece novos métodos para estudar condensados de Bose-Einstein e permite medições de alta precisão.
Nos condensados de Bose-Einstein os átomos se comportam diferente de qualquer coisa conhecida na Terra. Diferente de líquidos, gases, sólidos ou plasma, esses condensados são caracterizados como o quinto estado da matéria. Os átomos de elementos, nesse caso rubídio, são resfriados até próximo a zero absoluto, que equivale a menos 273 graus Celsius ou zero Kelvin.
No condensado de Bose-Einstein os átomos se portam mais como ondas do que como partículas. Esse fenômeno, que normalmente é observado em escala microscópica, passa a ser macroscópico e, portanto, mais fácil de ser estudado.
Relevância de estar no espaço
Em estado extremamente frio os átomos, em estado de energia mais baixo, assumem a mesma identidade de onda e se tornam indistintos. As nuvens de átomos se assemelham a um superátomo, em vez de átomos individuais. Eles se tornam uma única entidade com propriedades quânticas.
Os condensados de Bose-Einstein borram a linha entre as forças que regem o mundo macroscópico (como a força da gravidade) e o mundo microscópico governado pela mecânica quântica. Os cientistas acreditam que eles contêm pistas essenciais sobre fenômenos como a matéria escura.
Mas a mínima interação com o mundo exterior pode aquecê-los o suficiente para que passem do limite de condensação. Como a gravidade interfere nos campos magnéticos necessários para manter os condensados de Bose-Einstein em posição para a observação, é mais difícil estudá-los na Terra.
Diferenças
Agora, os cientistas publicaram na Nature artigo que relata diferenças nas propriedades dos condensados de Bose-Einstein criados na Terra e aqueles criados na Estação Espacial Internacional. Uma delas é que enquanto nos laboratórios do planeta os condensados de Bose-Einstein duram milissegundos, no espaço eles demoram mais do que um segundo para se dissipar. Isso permite que os pesquisadores estudem suas propriedades.
Essa diferença de duração está relacionada ao fato de que a microgravidade permitiu aos pesquisadores criar condensados de Bose-Einstein de rubídio em espaço bem mais raso do que na Terra. Além disso, na microgravidade os átomos podem ser manipulados por campos magnéticos mais fracos. Isso acelera o resfriamento e permite imagens mais claras.
Para o líder da pesquisa, David Aveline, estudar condensados de Bose-Einstein em microgravidade criou oportunidades de pesquisa. Entre elas estão aplicações em teses de relatividade geral, procura por energia escura e ondas gravitacionais para navegação de naves espaciais, além de prospecção de minerais na superfície lunar e outros corpos planetários. [Phys, Science Alert, Nasa, Nature]
