Nuovo record di freddo in orbita: atomi a 9,7 picokelvin nella stazione spaziale cinese

La stazione spaziale cinese Tiangong ha registrato un nuovo record di freddo, raggiungendo una temperatura di 9,7 picokelvin. Questo risultato è stato ottenuto raffreddando una nube di circa ventimila atomi di rubidio, un’impresa che supera il precedente primato tedesco del 2021. L’evento è stato presentato durante un briefing sul programma della stazione spaziale e descritto in uno studio pubblicato sulla rivista Science. La temperatura raggiunta rappresenta la più bassa mai registrata in un gas di atomi, con un margine di incertezza compreso tra 7 e 12,9 picokelvin.

Un passo avanti nella fisica quantistica

Il raggiungimento di temperature così basse ha permesso agli scienziati di osservare fenomeni fisici nuovi e più deboli. “Più a lungo riusciamo a osservare, più cresce la probabilità di scoprire fenomeni fisici nuovi e più deboli”, ha detto Xiong Wei, uno dei primi autori dello studio. Gli atomi sono stati seguiti per sette secondi, un tempo considerevole per questa tipologia di esperimenti. Questo periodo di osservazione è stato reso possibile grazie alle condizioni di microgravità presenti nello spazio, che permettono un confinamento molto più debole rispetto a terra.

La tecnologia dietro il record è innovativa e complessa. Il gruppo cinese ha utilizzato una trappola di luce, composta da fasci laser focalizzati, per raffreddare i gas di atomi. Questa tecnica, più complessa rispetto alle trappole magnetiche precedentemente utilizzate, ha permesso di ottenere temperature estremamente basse. Dopo un primo raffreddamento laser, l’intensità della trappola è stata ridotta per lasciare sfuggire gli atomi più energetici, un processo simile al raffreddamento del caffè attraverso l’evaporazione del vapore. Quelli rimasti hanno formato un condensato di Bose-Einstein, uno stato in cui l’intera nube si comporta come un’unica onda.

Un progetto lungo anni

Il progetto ha richiesto oltre dieci anni di studio e sviluppo. Gli studi di fattibilità sono iniziati nel 2011, e l’apparato è stato lanciato in orbita nel 2022 insieme al modulo laboratorio Mengtian. Il progetto è stato organizzato dal Centro di tecnologia e ingegneria per l’utilizzo dello spazio dell’Accademia Cinese delle Scienze e realizzato in collaborazione con l’Università di Pechino e l’Istituto di ottica e meccanica fine di Shanghai.

La sfida ingegneristica è stata notevole. Un sistema che a terra occupa una ventina di metri cubi e pesa circa dieci tonnellate è stato compresso in un armadio sperimentale da 0,7 metri cubi e mezza tonnellata. I tecnici hanno risolto problemi legati all’ultra-alto vuoto, ai laser in fibra ad alta potenza e alla stabilità della frequenza laser nel lungo periodo. Chen Weibiao, ricercatore dell’istituto di Shanghai, ha espresso ottimismo sui prossimi passi: “La piattaforma potrà servire a studiare le transizioni di fase, le dinamiche fuori equilibrio e le correlazioni quantistiche tra molti corpi a temperature estreme, ma anche a simulare l’universo primordiale e a cercare tracce di materia oscura ultraleggera”.