A Estação Espacial Internacional é oficialmente o lar do experimento mais legal do espaço.

O Cold Atom Laboratory (CAL) da NASA foi instalado no laboratório de ciências da estação nos EUA no final de maio e agora está produzindo nuvens de átomos ultracold conhecidos como condensados ​​de Bose-Einstein. Esses "BECs" atingem temperaturas um pouco acima do zero absoluto, o ponto em que os átomos deveriam teoricamente parar de se mover inteiramente. Esta é a primeira vez que BECs são produzidos em órbita.

CAL é uma instalação multiusuário dedicada ao estudo das leis fundamentais da natureza usando gases quânticos ultracold em microgravidade. Os átomos frios têm vida longa, partículas quânticas precisamente controladas que fornecem uma plataforma ideal para o estudo de fenômenos quânticos e aplicações potenciais de tecnologias quânticas. Esta instalação da NASA é a primeira de seu tipo no espaço. É projetado para aprimorar a capacidade dos cientistas de fazer medições precisas da gravidade, sondar problemas de longa data na física quântica (o estudo do universo em escalas muito pequenas), e explorar a natureza ondulatória da matéria.

"Ter um experimento BEC operando na estação espacial é um sonho que se tornou realidade, "disse Robert Thompson, Cientista do projeto CAL e físico do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia. "Já faz muito tempo, caminho difícil para chegar aqui, mas vale a pena lutar, porque há muito que poderemos fazer com esta instalação. "

Os cientistas do CAL confirmaram na semana passada que a instalação produziu BECs a partir de átomos de rubídio, com temperaturas tão baixas quanto 100 nanoKelvin, ou um décimo milionésimo de um Kelvin acima do zero absoluto. (Zero absoluto, ou zero Kelvin, é igual a no mínimo 459 graus Fahrenheit, ou menos 273 graus Celsius). Isso é mais frio do que a temperatura média do espaço, que é cerca de 3 Kelvin (menos 454 graus Fahrenheit / menos 270 graus Celsius). Mas os cientistas do CAL têm seus objetivos ainda mais baixos, e esperar atingir temperaturas mais frias do que qualquer experimento BEC alcançou na Terra.

Nessas temperaturas ultracold, os átomos em um BEC começam a se comportar de maneira diferente de qualquer outra coisa na Terra. Na verdade, BECs são caracterizados como um quinto estado da matéria, distinto de gases, líquidos, sólidos e plasma. Em um BEC, os átomos agem mais como ondas do que como partículas. A natureza de onda dos átomos é normalmente observável apenas em escalas microscópicas, mas os BECs tornam esse fenômeno macroscópico, e, portanto, muito mais fácil de estudar. Todos os átomos ultracold assumem seu estado de energia mais baixo, e assumir a mesma identidade de onda, tornando-se indistinguíveis um do outro. Juntos, as nuvens de átomos são como um único "superatomo, "em vez de átomos individuais.

Não é um instrumento simples

"CAL é um instrumento extremamente complicado, "disse Robert Shotwell, engenheiro-chefe da diretoria de astronomia e física do JPL, que supervisiona o projeto desafiador desde fevereiro de 2017. "Normalmente, Os experimentos de BEC envolvem equipamento suficiente para encher uma sala e exigem monitoramento quase constante por cientistas, enquanto CAL tem o tamanho de um pequeno refrigerador e pode ser operado remotamente da Terra. Foi uma luta e exigiu um esforço significativo para superar todos os obstáculos necessários para produzir a sofisticada instalação que está operando na estação espacial hoje. "

Os primeiros BECs de laboratório foram produzidos em 1995, mas o fenômeno foi previsto pela primeira vez 71 anos antes pelos físicos Satyendra Nath Bose e Albert Einstein. Eric Cornell, Carl Wienman e Wolfgang Ketterle compartilharam o Prêmio Nobel de Física de 2001 por serem os primeiros a criar e caracterizar BECs em laboratório. Cinco grupos de ciência, incluindo grupos liderados por Cornell e Ketterle, irá conduzir experimentos com CAL durante seu primeiro ano. Centenas de experimentos BEC foram operados na Terra desde meados da década de 1990, e alguns experimentos de BEC até mesmo fizeram breves viagens ao espaço a bordo de foguetes de sondagem. Mas CAL é a primeira instalação desse tipo na estação espacial, onde os cientistas podem conduzir estudos diários de BECs por longos períodos.

BECs são criados em armadilhas atômicas, ou recipientes sem atrito feitos de campos magnéticos ou lasers focalizados. Na terra, quando essas armadilhas são desligadas, a gravidade atrai os átomos ultracold e eles só podem ser estudados por frações de segundo. A microgravidade persistente da estação espacial permite que os cientistas observem BECs individuais por cinco a 10 segundos de cada vez, com a capacidade de repetir essas medições por até seis horas por dia. À medida que a nuvem de átomos se descomprime dentro da armadilha de átomos, sua temperatura cai naturalmente, e quanto mais tempo a nuvem permanece na armadilha, mais frio fica. Esse fenômeno natural (que uma queda na pressão também significa uma queda na temperatura) também é a razão pela qual uma lata de tinta spray esfria quando a tinta é borrifada:a pressão interna da lata está caindo. Na microgravidade, os BECs podem descomprimir a temperaturas mais frias do que qualquer instrumento ligado à terra. As operações diárias do CAL não requerem intervenção dos astronautas a bordo da estação.

Além dos BECs feitos de átomos de rubídio, a equipe CAL está trabalhando para fazer BECs usando dois isótopos diferentes de átomos de potássio.

CAL está atualmente em fase de comissionamento, em que a equipe de operações conduz uma longa série de testes para entender completamente como a instalação de CAL opera em microgravidade.

"Há uma equipe global de cientistas pronta e entusiasmada para usar esta instalação, "disse Kamal Oudrhiri, Gerente de missão do JPL para CAL. "A ampla gama de experimentos que eles planejam realizar significa que existem muitas técnicas para manipular e resfriar os átomos que precisamos adaptar para microgravidade, antes de entregarmos o instrumento aos pesquisadores principais para iniciar as operações científicas. "A fase científica está prevista para começar no início de setembro e durará três anos.

O Cold Atom Laboratory foi lançado na estação espacial em 21 de maio, 2018, a bordo de uma espaçonave Northrop Grumman (anteriormente Orbital ATK) Cygnus da instalação de vôo Wallops da NASA na Virgínia. Projetado e construído no JPL, CAL é patrocinado pelo Programa da Estação Espacial Internacional no Johnson Space Center da NASA em Houston, e a Divisão de Pesquisa e Aplicações da Vida Espacial e Ciências Físicas (SLPSRA) da Diretoria de Missão de Exploração e Operações Humanas da NASA na Sede da NASA em Washington.