Scienze

Viaggio verso lo zero assoluto: CAL, un esperimento sulla Iss

Un piccolo laboratorio sulla Iss porterà un gas quasi allo zero assoluto, per studiare la materia e l'energia oscura.

In questa presumibilmente calda estate del 2017, una cassa delle dimensioni di una piccola cella frigorifera volerà - a bordo di una navicella di SpaceX - fino alla Stazione spaziale internazionale: all'interno della cassa (dell'esperimento, come si usa dire) si creerà il punto più freddo dell'Universo, letteralmente, perché per quel che sappiamo non ha eguali.

L'esperimento è composto da un gruppo di laser, una camera a vuoto e un coltello elettromagnetico: con questi strumenti si cercherà di abbattere l'energia di un campione di particelle di gas, rallentandole quasi fino a impedire qualsiasi movimento. Il sistema, CAL (Cold Atom Laboratory), è stato progettato e messo a punto dal Jet Propulsion Laboratory della Nasa, a Pasadena (California).

Arrivare vicini allo zero assoluto è molto complesso: sulla Terra è un processo lungo, che procede a piccoli passi. Nello Spazio, uno dei vantaggi è la ridotta gravità. © NASA

Il più freddo dell’Universo. Il sistema del JPL dovrebbe portare il campione di gas a un miliardesimo di grado sopra lo zero assoluto, che è a -273,15 °C, bloccando i suoi atomi - che si troveranno alla temperatura più fredda dell'Universo. Scopo dell'esperimento, spiega Robert Thompson (JPL), è «lo studio del comportamento degli atomi in uno stato di iper-freddo: questo potrebbe rimodellare la nostra comprensione su come è fatta la materia e sulla natura della gravità. Con il CAL potremmo anche avere indicazioni sulle caratteristiche dell'energia oscura, un grande mistero dell'Universo».

Materia come onda. Quando gli atomi vengono raffreddati a temperature estreme, come all'interno del CAL, avviene un passaggio di stato: in questo caso si ottiene un condensato di Bose-Einstein.

È un superfluido, ossia un fluido con viscosità pari a zero, dove gli atomi si muovono senza attrito come se fossero un tutt'uno. In queste condizioni le regole a noi familiari della fisica vengono meno e prende il sopravvento l'idrodinamica quantistica. La materia tende a comportarsi come fosse composta da onde e non da particelle: queste onde non sono mai state osservate a temperature simili a quelle che si otterranno con CAL.

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

Tempi lunghi. Fino a oggi non si era mai osservato e studiato un condensato di Bose-Einstein nello spazio in assenza di gravità, ma solo sulla Terra, dove la forza di gravità cambia le condizioni sperimentali. Sulla Stazione spaziale, invece, gli atomi ultrafreddi possono mantenere le loro forme d'onda più a lungo: questo darà agli scienziati una finestra di tempo sufficiente per studiare la fisica al suo livello fondamentale per un periodo di tempo compreso tra 5 e 20 secondi.

Anche un premio Nobel. Ci sono cinque team di ricercatori che condurranno esperimenti con CAL e, tra questi, il gruppo coordinato da Eric Cornell (università del Colorado), Premio Nobel per la fisica nel 2001 per aver creato il primo condensato di Bose-Einstein in laboratorio, nel 1995.

Gli esperimenti potrebbero portare al miglioramento di numerose tecnologie, tra cui sensori, computer quantistici e orologi atomici: CAL è agli ultimi test e presto verrà portato a Cape Canaveral, in Florida, per essere caricato a bordo di un capsula Dragon destinata a rifornire la Iss.

8 marzo 2017 Luigi Bignami
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