Quest'estate, una scatola delle dimensioni di una ghiacciaia volerà verso la Stazione Spaziale Internazionale, dove creerà il punto più cool dell'universo.

Dentro quella scatola, laser, una camera a vuoto e un "coltello" elettromagnetico verranno utilizzati per annullare l'energia delle particelle di gas, rallentandoli finché non sono quasi immobili. Questa suite di strumenti è chiamata Cold Atom Laboratory (CAL), ed è stato sviluppato dal Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California. CAL è nelle fasi finali di assemblaggio presso JPL, prima di un viaggio nello spazio questo agosto su SpaceX CRS-12.

I suoi strumenti sono progettati per congelare gli atomi di gas a un semplice miliardesimo di grado sopra lo zero assoluto. È più di 100 milioni di volte più freddo delle profondità dello spazio.

"Lo studio di questi atomi iperfreddi potrebbe rimodellare la nostra comprensione della materia e della natura fondamentale della gravità, " ha detto lo scienziato del progetto CAL Robert Thompson del JPL. "Gli esperimenti che faremo con il Cold Atom Lab ci daranno informazioni sulla gravità e sull'energia oscura, alcune delle forze più pervasive nell'universo".

Quando gli atomi vengono raffreddati a temperature estreme, come saranno all'interno di CAL, possono formare uno stato distinto della materia noto come condensato di Bose-Einstein. In questo stato, le regole familiari della fisica recedono e la fisica quantistica comincia a prendere il sopravvento. Si può osservare che la materia si comporta meno come particelle e più come onde. File di atomi si muovono di concerto l'uno con l'altro come se cavalcassero un tessuto in movimento. Queste misteriose forme d'onda non sono mai state viste a temperature così basse come quelle raggiunte da CAL.

La NASA non ha mai creato o osservato condensati di Bose-Einstein nello spazio. Sulla terra, l'attrazione gravitazionale fa sì che gli atomi si depositino continuamente verso il suolo, il che significa che in genere sono osservabili solo per frazioni di secondo.

Ma sulla Stazione Spaziale Internazionale, gli atomi ultrafreddi possono mantenere le loro forme ondulatorie più a lungo mentre sono in caduta libera. Ciò offre agli scienziati una finestra più lunga per comprendere la fisica al suo livello più elementare. Thompson ha stimato che CAL consentirà ai condensati di Bose-Einstein di essere osservabili per un massimo di 5-10 secondi; lo sviluppo futuro delle tecnologie utilizzate su CAL potrebbe consentire loro di durare per centinaia di secondi.

I condensati di Bose-Einstein sono un "superfluido", un tipo di fluido con viscosità zero, dove gli atomi si muovono senza attrito come se fossero tutti uno, sostanza solida.

"Se avessi dell'acqua superfluida e la facessi girare in un bicchiere, girerebbe per sempre, " ha detto Anita Sengupta di JPL, Responsabile del progetto Cold Atom Lab. "Non c'è viscosità per rallentarlo e dissipare l'energia cinetica. Se riusciamo a capire meglio la fisica dei superfluidi, possiamo forse imparare a usarli per un trasferimento di energia più efficiente."

Cinque squadre scientifiche hanno in programma di condurre esperimenti utilizzando il Cold Atom Lab. Tra questi c'è Eric Cornell dell'Università del Colorado, Boulder e l'Istituto nazionale per gli standard e la tecnologia. Cornell è uno dei vincitori del Premio Nobel che per primo ha creato i condensati di Bose-Einstein in un laboratorio nel 1995.

I risultati di questi esperimenti potrebbero potenzialmente portare a una serie di tecnologie migliorate, compresi i sensori, computer quantistici e orologi atomici utilizzati nella navigazione spaziale.

Particolarmente interessanti sono le applicazioni relative al rilevamento dell'energia oscura, ha detto Kamal Oudrhiri di JPL, il vicedirettore del progetto CAL. Ha notato che gli attuali modelli di cosmologia dividono l'universo in circa il 27% di materia oscura, Il 68% di energia oscura e circa il 5% di materia ordinaria.

"Ciò significa che anche con tutte le nostre attuali tecnologie, siamo ancora ciechi al 95% dell'universo, " disse Oudrhiri. "Come una nuova lente nel primo telescopio di Galileo, gli atomi freddi ultrasensibili nel Cold Atom Lab hanno il potenziale per svelare molti misteri oltre le frontiere della fisica conosciuta."

Il Cold Atom Lab è attualmente in fase di test che lo preparerà prima della consegna a Cape Canaveral, Florida.

"I test che faremo nei prossimi mesi a terra sono fondamentali per assicurarci di poter operare e sintonizzarlo a distanza mentre è nello spazio, e alla fine imparerai da questo ricco sistema di fisica atomica per gli anni a venire, " ha detto Dave Aveline, il capo del banco di prova al JPL.