Nel 2018, un nuovo frigorifero atomico esploderà per la stazione spaziale. Si chiama Cold Atom Lab (CAL), e può refrigerare la materia fino a un decimiliardesimo di grado sopra lo zero assoluto, appena sopra il punto in cui teoricamente si ferma tutta l'attività termica degli atomi.

"A questa temperatura, gli atomi perdono la loro energia e iniziano a muoversi molto lentamente, " spiega Rob Thompson, CAL Project Scientist presso il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA. "A temperatura ambiente, gli atomi rimbalzano l'uno sull'altro in tutte le direzioni a poche centinaia di metri al secondo. Ma in CAL rallenteranno di un milione di volte e si condenseranno in stati unici di materia quantistica".

CAL è una struttura multiutente che supporta molti ricercatori che studiano un'ampia gamma di argomenti.

Eric Cornell, un fisico presso l'Università del Colorado e il National Institute of Standards and Technology, guiderà uno dei primi esperimenti CAL. Cornell e il suo team utilizzeranno CAL per studiare le collisioni di particelle e il modo in cui le particelle interagiscono tra loro. I gas ultrafreddi prodotti dal Cold Atom Lab possono contenere molecole con tre atomi ciascuna, ma che sono mille volte più grandi di una tipica molecola. Ciò si traduce in una bassa densità, Molecola "soffice" che si sfalda rapidamente a meno che non venga mantenuta estremamente fredda. In che modo viene influenzato il comportamento delle particelle quando vengono introdotte più particelle? Cosa si può imparare sugli oggetti quantistici quando più atomi interagiscono contemporaneamente?

Cornell dice, "Il modo in cui gli atomi si comportano in questo stato diventa molto complesso, sorprendente e controintuitivo, ed è per questo che lo stiamo facendo".

Cornell ha condiviso il Premio Nobel per la fisica nel 2001 per la creazione di condensati di Bose-Einstein, un altro stato della materia quantistica che può essere studiato all'interno di CAL.

I condensati di Bose-Einstein sono essenzialmente macchie di materia quantistica che sembrano e si comportano come onde che esistono a queste temperature ultra fredde. Nella caduta libera dello spazio, i condensati possono mantenere le loro forme ondulatorie per cinque-dieci secondi, molto più a lungo che sulla Terra, fornendo ai ricercatori una finestra sul regno quantico.

Thompson dice, "Possiamo usare CAL per testare la relatività generale e la meccanica quantistica. Una delle più grandi domande in fisica oggi è come questi due lavorino insieme".

Nick Bigelow, fisico dell'Università di Rochester, e lo scienziato dell'Università di Berkeley Holger Müller insieme ai loro colleghi hanno in programma di utilizzare CAL per testare una pietra angolare della teoria della relatività di Einstein:il principio di equivalenza, che sostiene che la gravità e l'accelerazione esterna non possono essere distinte sperimentalmente. Hanno in programma di ripetere l'iconico esperimento di Galileo che lancia palle di cannone dalla Torre Pendente di Pisa, ma usando invece gli atomi. Far cadere atomi all'interno di CAL e lasciarli cadere per diversi secondi mentre la stazione orbita attorno alla Terra consentirà ai ricercatori di capire con precisione le differenze tra il modo in cui gli atomi accelerano. Questo esperimento potrebbe rivelare come la gravità e lo spazio-tempo siano intrecciati nel regno quantico.

Anche un ricercatore del JPL di nome Jason Williams prevede di utilizzare molecole ultrafredde a due atomi per sviluppare strumenti per la prossima generazione di test di gravità di precisione con gas quantistici.

Sono previsti molti altri esperimenti per questo nuovo laboratorio "cool" e nessuno sa dove porteranno. "Con CAL, "dice Thompson, "Stiamo entrando nell'ignoto."