Gli scienziati hanno osservato per la prima volta il quinto stato della materia nello spazio, offrendo una visione senza precedenti che potrebbe aiutare a risolvere alcuni degli enigmi più intrattabili dell'universo quantistico, la ricerca ha mostrato giovedì.

I condensati di Bose-Einstein (BEC), la cui esistenza è stata prevista da Albert Einstein e dal matematico indiano Satyendra Nath Bose quasi un secolo fa, si formano quando gli atomi di alcuni elementi vengono raffreddati quasi allo zero assoluto (0 Kelvin, meno 273,15 gradi Celsius).

A questo punto, gli atomi diventano un'unica entità con proprietà quantistiche, in cui ogni particella funziona anche come un'onda di materia.

I BEC si trovano a cavallo della linea tra il mondo macroscopico governato da forze come la gravità e il piano microscopico, governato dalla meccanica quantistica.

Gli scienziati ritengono che i BEC contengano indizi vitali su fenomeni misteriosi come l'energia oscura, l'energia sconosciuta che si pensa sia alla base dell'accelerazione dell'espansione dell'Universo.

Ma i BEC sono estremamente fragili. La minima interazione con il mondo esterno è sufficiente per riscaldarli oltre la soglia di condensazione.

Questo li rende quasi impossibili per gli scienziati da studiare sulla Terra, dove la gravità interferisce con i campi magnetici necessari per tenerli in posizione per l'osservazione.

Giovedì un team di scienziati della NASA ha svelato i primi risultati degli esperimenti BEC a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, dove le particelle possono essere manipolate senza vincoli terrestri.

"La microgravità ci permette di confinare gli atomi con forze molto più deboli, poiché non dobbiamo sostenerli contro la gravità, " Robert Thompson del California Institute of Technology, Pasadena, ha detto all'Afp.

La ricerca pubblicata sulla rivista Natura documenta diverse sorprendenti differenze nelle proprietà dei BEC creati sulla Terra e quelli a bordo della ISS.

Per una cosa, I BEC nei laboratori terrestri in genere durano una manciata di millisecondi prima di dissiparsi.

A bordo della ISS i BEC sono durati più di un secondo, offrendo al team un'opportunità senza precedenti di studiare le loro proprietà.

La microgravità ha anche permesso agli atomi di essere manipolati da campi magnetici più deboli, accelerando il loro raffreddamento e consentendo immagini più chiare.

Svolta "notevole"

Creare il quinto stato della materia, specialmente all'interno dei confini fisici di una stazione spaziale, non è un'impresa da poco.

Primo, i bosoni, particelle che hanno un numero uguale di protoni ed elettroni, vengono raffreddati vicino allo zero assoluto usando i laser per bloccarli in posizione.

Più lentamente gli atomi si muovono, più si raffreddano.

Man mano che perdono calore, viene introdotto un campo magnetico per impedire loro di muoversi e l'onda di ogni particella si espande. Schiacciare molti bosoni in una "trappola" microscopica che fa sì che le loro onde si sovrappongano in un'unica onda di materia, una proprietà nota come degenerazione quantistica.

Il secondo viene rilasciata la trappola magnetica per consentire agli scienziati di studiare il condensato, però, gli atomi iniziano a respingersi l'un l'altro, provocando il distacco della nuvola e il BEC che diventa troppo diluito per essere rilevato.

Thompson e il team si sono resi conto che la microgravità a bordo della ISS ha permesso loro di creare BEC dal rubidio, un metallo tenero simile al potassio, su una trappola molto meno profonda che sulla Terra. Ciò spiegava il tempo notevolmente aumentato in cui il condensato poteva essere studiato prima di diffondersi.

"La cosa più importante è che possiamo osservare gli atomi mentre galleggiano completamente non confinati (e quindi imperturbabili) da forze esterne, "ha detto Thompson.

Precedenti studi che cercavano di emulare l'effetto dell'assenza di gravità sui BEC utilizzavano aeroplani in caduta libera, razzi e persino apparecchi lanciati da varie altezze.

Il leader del team di ricerca David Aveline ha detto all'AFP che lo studio dei BEC in microgravità ha aperto una serie di opportunità di ricerca.

"Le applicazioni spaziano dai test della relatività generale e dalle ricerche di energia oscura e onde gravitazionali alla navigazione di veicoli spaziali e alla prospezione di minerali del sottosuolo sulla luna e altri corpi planetari, " Egli ha detto.

© 2020 AFP