Em 2018, uma nova geladeira atômica vai explodir para a estação espacial. É chamado Cold Atom Lab (CAL), e pode refrigerar matéria a um décimo bilionésimo de grau acima do zero absoluto, logo acima do ponto onde toda a atividade térmica dos átomos teoricamente pára.

"Nessa temperatura, átomos perdem sua energia e começam a se mover muito lentamente, "explica Rob Thompson, Cientista do Projeto CAL no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (JPL). "À temperatura ambiente, os átomos ricocheteiam uns nos outros em todas as direções a algumas centenas de metros por segundo. Mas em CAL eles vão desacelerar um milhão de vezes e se condensar em estados únicos de matéria quântica. "

CAL é uma instalação multiusuário que dá suporte a muitos pesquisadores que estudam uma ampla variedade de tópicos.

Eric Cornell, um físico da Universidade do Colorado e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, estará conduzindo um dos primeiros experimentos de CAL. Cornell e sua equipe usarão CAL para investigar colisões de partículas e como as partículas interagem umas com as outras. Gases ultracongelados produzidos pelo Cold Atom Lab podem conter moléculas com três átomos cada, mas que são mil vezes maiores do que uma molécula típica. Isso resulta em uma baixa densidade, Molécula "fofa" que se desfaz rapidamente, a menos que seja mantida extremamente fria. Como o comportamento das partículas é afetado à medida que mais partículas são introduzidas? O que pode ser aprendido sobre objetos quânticos quando vários átomos estão interagindo ao mesmo tempo?

Cornell diz, "A forma como os átomos se comportam neste estado fica muito complexa, surpreendente e contra-intuitivo, e é por isso que estamos fazendo isso. "

Cornell compartilhou o Prêmio Nobel de Física de 2001 pela criação de condensados ​​de Bose-Einstein - outro estado da matéria quântica que pode ser estudado dentro do CAL.

Os condensados ​​de Bose-Einstein são essencialmente bolhas de matéria quântica que se parecem e se comportam como ondas que existem nessas temperaturas ultra-frias. Na queda livre do espaço, os condensados ​​podem manter suas formas ondulatórias por cinco a dez segundos - muito mais do que na Terra - fornecendo aos pesquisadores uma janela para o reino quântico.

Thompson diz, "Podemos usar o CAL para testar a relatividade geral e a mecânica quântica. Uma das maiores questões da física hoje é como os dois funcionam juntos."

Nick Bigelow, físico da Universidade de Rochester, e o cientista Holger Müller da Universidade de Berkeley, juntamente com seus colegas, planejam usar o CAL para testar uma pedra angular da teoria da relatividade de Einstein - o princípio de equivalência, que sustenta que a gravidade e a aceleração externa não podem ser distinguidas experimentalmente. Eles planejam repetir a experiência icônica de Galileu lançando balas de canhão da Torre Inclinada de Pisa, mas usando átomos em vez disso. Soltar átomos dentro de CAL e deixá-los cair por vários segundos enquanto a estação orbita a Terra permitirá aos pesquisadores descobrir com precisão as diferenças entre como os átomos se aceleram. Este experimento pode revelar como a gravidade e o espaço-tempo são tecidos no reino quântico.

Um pesquisador do JPL chamado Jason Williams também planeja usar moléculas ultracold de dois átomos para desenvolver ferramentas para a próxima geração de testes de gravidade de precisão com gases quânticos.

Muitos mais experimentos estão planejados para este novo laboratório "legal" - e ninguém sabe aonde eles levarão. "Com CAL, "diz Thompson, "Estamos entrando no desconhecido."