L'astronauta Christina Koch ha recentemente dato un caloroso benvenuto a un fantastico arrivo sulla Stazione Spaziale Internazionale:un nuovo componente hardware per il Cold Atom Lab, una struttura di fisica sperimentale che raffredda gli atomi quasi fino allo zero assoluto, o meno 459 gradi Fahrenheit (meno 273 gradi Celsius). È più freddo di qualsiasi luogo conosciuto nell'universo.

Il Cold Atom Lab è stato installato e funzionante nel modulo scientifico della stazione spaziale da luglio 2018 ed è gestito in remoto dal Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California. Cinque gruppi di scienziati sulla Terra stanno usando il Cold Atom Lab per condurre una serie di esperimenti per aiutare a rispondere alle domande su come funziona il nostro mondo su scala più piccola.

Il nuovo hardware include uno strumento chiamato interferometro atomico che consentirà agli scienziati di effettuare misurazioni sottili della gravità e sondare le teorie fondamentali della gravità. L'ulteriore sviluppo di questa tecnologia nello spazio potrebbe portare a sensori di forza d'inerzia migliorati, che potrebbe essere utilizzato per progettare strumenti per una navigazione spaziale avanzata, per sondare la composizione e la topologia dei pianeti e di altri corpi celesti, e studiare il clima della Terra.

Il raffreddamento degli atomi a temperature così basse li rallenta notevolmente, consentendo agli scienziati di studiarli più facilmente. (Gli atomi a temperatura ambiente si muovono più velocemente della velocità del suono, mentre gli atomi ultrafreddi si muovono più lentamente di una lumaca da giardino.) La fisica degli atomi ultrafreddi ha portato a scoperte come la scoperta della superfluidità e della superconduttività, così come la produzione di un quinto stato della materia, chiamato condensato di Bose-Einstein (BEC). Predetto per la prima volta negli anni '20, I BEC consentono agli scienziati di osservare i comportamenti quantistici degli atomi su scala macroscopica.

I fisici utilizzano strutture atomiche ultrafredde nei laboratori terrestri da oltre 20 anni. Ma CAL è la prima struttura del genere nell'orbita terrestre, dove l'ambiente di microgravità fornisce agli scienziati tempi di osservazione più lunghi per singoli gruppi di atomi e può consentire temperature più fredde di quelle che possono essere raggiunte sul terreno.

Gli atomi ultrafreddi forniscono anche una finestra sulla meccanica quantistica, dove le particelle possono comportarsi in modi strani, come passare spontaneamente attraverso barriere fisiche o comunicare istantaneamente su lunghe distanze. Lo studio della meccanica quantistica ha portato allo sviluppo di tecnologie così onnipresenti come laser, semiconduttori e transistor. Facendo il salto nell'orbita terrestre, il Cold Atom Lab potrebbe aprire la porta allo sviluppo di tecnologie quantistiche nello spazio.