Il Cold Atom Laboratory (CAL) arriverà sulla Stazione Spaziale il prossimo mese di agosto con la missione SpaceX CRS-12. Si tratta di un laboratorio che sarà 100 milioni di volte più freddo dello Spazio profondo. Stiamo parlando di una scatola delle dimensioni di un cestello di ghiaccio, in cui gli astronauti cercheranno di creare condizioni mai ottenute finora. Una volta in funzione si auspica apra le porte ad una nuova Fisica.
Al suo interno infatti gli atomi verranno raffreddati a un miliardesimo di gradi sopra allo zero assoluto (100 picokelvin, pari a 0.000 000 000 1 di un kelvin). Robert Thompson del Jet Propulsion Laboratory della NASA ha spiegato che "lo studio di questi atomi iper-freddi potrebbe rimodellare la nostra comprensione della materia e della gravità [...] Gli esperimenti che condurremo ci daranno nuovi indizi sulla gravità e l'Energia Oscura - alcune delle forze più diffuse nell'Universo".
All'interno del CAL si trovano dei laser, una camera a vuoto e una sorta di "coltello" elettromagnetico, che saranno impiegati per rallentare le particelle a un stato di quasi immobilità. Il motivo per cui questo esperimento (che al momento è nelle fasi finali di costruzione) verrà usato sulla ISS e non sulla Terra è che l'ambiente unico di microgravità permetterà ai ricercatori di osservare fenomeni quantistici mai visti prima, e che sono impossibili da rilevare sulla Terra.
Osservato speciale sarà il condensato di Bose-Einstein - uno stato di "superfluido" in cui gli atomi si comportano come forme d'onda che non sono mai state osservate, e in cui alcune delle fondamentali leggi della Fisica - come la teoria della Relatività generale di Einstein - vengono meno e subentra la Fisica quantistica. In altre parole la materia inizia a comportarsi meno come particella e più come onda. La teoria vuole che questo stato abbia una viscosità tale per cui gli atomi possono muoversi senza attrito. Anita Sengupta, responsabile del progetto CAL, spiega che "in questo stato potremo comprendere meglio la Fisica dei superfluidi, e forse a imparare a usarli per il trasferimento più efficiente dell'energia".
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È proprio la comprensione di questo passaggio la chiave per sciogliere una delle più grandi questioni aperte della Fisica moderna: se prese separatamente, la Relatività generale e la teoria quantistica possono spiegare in maniera esaustiva rispettivamente le cose più grandi e quelle più piccole dell'Universo. Però nessun fisico è mai riuscito a unificarle nella tanto ambita "teoria del tutto".
Da qui il grande interesse per i condensati di Bose-Einstein, e il problema che si apre: l'attrazione gravitazionale della Terra accelera lo stato di caduta libera di questa materia esotica, che possiamo osservare solo per qualche frazione di secondo. Il problema non dovrebbe sussistere nell'ambiente di microgravità dello Spazio, dove la NASA stima di poter mantenere i condensati di Bose-Einstein nel CAL per un tempo variabile fra 5 e 10 secondi.
A parte l'utilità nella Fisica teorica, vale la pena sottolineare che questo esperimento potrebbe avere interessanti ripercussioni pratiche: una migliore comprensione dei condensati di Bose-Einstein potrebbe portare a ottenere sensori, telescopi e orologi atomici usati nella navigazione veicoli spaziali più precisi, e potrebbe anche accelerare la corsa verso la costruzione del primo computer quantistico al mondo.
Nota: se non avete capito, il titolo è volutamente ironico!