Atomi ultrafreddi come onde: è il QUINTO STATO della materia, e si trova sulla ISS

E’ una scoperta rivoluzionaria ed arriva dritta dalla Stazione Spaziale Internazionale: è stato ottenuto nello spazio un nuovo stato della materia, il quinto stato.
Già ipotizzato nel 1925 da Albert Einstein sulla base delle ricerche del fisico indiano Satyendra Nath Bose, il quinto stato della materia si chiama appunto condensato di Bose-Einstein ed è stato ottenuto grazie all’esperimento Cold Atom Laboratory della NASA: esso si basa su uno strumento che può essere controllato anche da Terra e nel quale sono stati utilizzati atomi di rubidio.
Si tratta di uno stato distinto da quello liquido, solido, gassoso e dal plasma ed è possibile ottenerlo solo a temperature vicine allo zero assoluto; la sensazionalità del quinto stato è che gli  atomi ultrafreddi  che si muovono in esso all’unisono, si comportano come onde anziché come particelle.
Il quinto stato era stato prodotto per la prima volta in laboratorio nel lontano 1995 da Eric Cornell, Carl Wieman e Wolfgang Ketterle, che per questo nel 2001 hanno ricevuto e condiviso il Nobel per la Fisica; il quinto stato della materia può essere mantenuto sulla Terra solo per pochissime frazioni di secondo; i ricercatori hanno dimostrato che in condizioni di microgravità il condensato di Bose-Einstein sopravvive per circa un secondo e questo si traduce in un tempo di osservazione più lungo.
Nel 2018 poi la NASA annunciò di aver raggiunto un traguardo storico per la ricerca nello spazio: gli scienziati, infatti, erano riusciti a creare un cosiddetto condensato di Bose-Einstein (BEC) a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, ovvero un particolare stato della materia ottenuto con atomi di rubidio, che rende osservabili le caratteristiche delle singole particelle su una scala più ampia grazie al processo di condensazione, che genera una nuvola di particelle chiamate bosoni, raffreddate a tal punto da comportarsi come un singolo “superatomo“.        

Rappresentazione simbolica della produzione del condensato di Bose-Einstein. Credit: JPL/NASA

Per mantenere stabili queste nuvole di bosoni sulla Terra, gli scienziati devono avvalersi dell’utilizzo di laser, trappole magnetiche e altre tecnologie sofisticatissime, le cui capacità sono tuttavia alterate dalla forza di gravità.
È per questo che il Jet Propulsion Laboratory della NASA ha costruito e inviato a bordo della Stazione Spaziale Internazionale lo strumento Cold Atom Laboratory, che ha permesso di effettuare i delicatissimi esperimenti in microgravità e dunque in condizioni ideali per studiare il quinto stato della materia senza i problemi legati alla gravità terrestre.
Sulla Terra la nuvola dei condensati di Bose-Einstein si disperde in pochi millisecondi proprio a causa della gravità mentre nello spazio impiega un secondo al di sotto del nano Kelvin sullo zero assoluto e diversi secondi a temperature leggermente più elevate, in tal modo i  ricercatori hanno la possibilità di attuare tutte le rilevazioni e le analisi quantistiche necessarie con molto più tempo.
Secondo l’esperto Guglielmo Tino, dell’Istituto nazionale di fisica nucleare, il quale  nei primi anni ’90 aveva proposto all’Agenzia spaziale italiana un esperimento con atomi ultrafreddi da inviare nello spazio e che nel ’99 ha ottenuto il primo condensato di Bose-Einstein in Italia, “ Il risultato ottenuto mostra che in futuro si potrà usare il laboratorio spaziale per generare atomi ultrafreddi da utilizzare nei sensori atomici di alta precisione. Inoltre questo può aprire la strada a molte applicazioni, a partire da interferometri atomici da inviare nello spazio per condurre esperimenti molto precisi per verificare la relatività generale, a rivelare le onde gravitazionali e a misurare in modo molto preciso la gravità terrestre per vedere, per esempio, i cambiamenti dei movimenti del magma nei vulcani, lo spostamento dei ghiacciai, le variazioni sottili del livello del mare”.

Articolo di: Teresa Molinaro
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