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Si tratta del cosiddetto ‘condensato di Bose-Einstein’, un particolare stato della materia che si ottiene portando dei bosoni a temperature vicine allo zero assoluto. Creato in condizioni di microgravità sulla Iss
Ai profani piace chiamarlo ‘quinto stato della materia’. I fisici, più prosaicamente, lo definiscono ‘condensato di Bose-Einstein’, in omaggio ai due fisici che lo predissero nel 1925. Per realizzarlo e osservarlo sperimentalmente, tuttavia, si è dovuto aspettare il 1995: si tratta di un composto che si ottiene portando un insieme di bosoni (a seconda del valore di una particolare grandezza, lo spin, tutte le particelle elementari sono classificate in fermioni e bosoni) a temperature molto vicine allo zero assoluto, ossia -273,15 °C.
Il condensato di Bose-Einstein è estremamente interessante, dal momento che presenta comportamenti quantistici che si verificano su scale macroscopiche, anziché su scale microscopiche come avviene negli altri stati della materia. Oggi la comunità scientifica è riuscita nella considerevole impresa di produrre il condensato di Bose-Einstein a bordo della Stazione spaziale internazionale, in condizioni di microgravità, il che potrà aiutare i ricercatori a scandagliare ancora più in profondità le proprietà di questo elusivo stato della materia. I dettagli del lavoro sono raccontati sulle pagine di Nature da un’équipe di scienziati del Jet PropulsionLaboratory al California Institute of Technology e di altri istituti di ricerca.
Anzitutto un ripasso di fisica. Quando ci si avvicina allo zero assoluto, i bosoni tendono a “congelarsi” e aggregarsi fino a diventare una sorta di entità macroscopica unica, che però conserva le sue proprietà quantistiche. In questo senso, il condensato di Bose-Einstein si trova esattamente a cavallo del confine che separa il mondo microscopico, governato dalle leggi della meccanica quantistica, e quello macroscopico, in cui valgono le leggi della fisica classica. Già in condizioni ‘normali’, portare un insieme di bosoni a temperature molto basse non è cosa da poco: per raffreddarli, si utilizza di solito una combinazione di luce e campi magnetici; gli atomi vengono confinati in una cosiddetta ‘trappola magnetica’ e poi, mediante un fascio laser, vengono via via estratti quelli che hanno energie più alte. La difficoltà sta nel fatto che, appena si ‘allentano’ le maglie della trappola, il condensato tende a diluirsi e a non essere più rilevabile dagli strumenti. In parte questo fenomeno avviene anche per colpa della presenza della forza di gravità, che – per dirla in parole semplici – costringe gli scienziati a creare trappole molto “profonde” per confinare il condensato.
In condizioni di microgravità, come per l’appunto sulla della Stazione spaziale internazionale le cose però cambiano. E in meglio, come ha confermato lo studio appena pubblicato. In particolare, gli scienziati si sono serviti del Cold Atom Lab, l’apparato sperimentale a bordo della Stazione, per preparare il condensato in orbita e confrontarne le caratteristiche con quelle dei composti analoghi creati sulla Terra. E hanno ottenuto risultati molto interessanti: “Per esempio”, si legge su Nature, “il tempo di espansione libera, cioè quanto a lungo il condensato rimane rilevabile dopo aver ‘spento’ le trappole, in orbita è pari a circa un secondo, mentre sulla Terra non si riescono a superare le poche decine di millisecondi, il che vuol dire che in orbita si possono compiere misure molto più precise e affidabili. Inoltre, in condizioni di microgravità le forze necessarie a confinare gli atomi sono molto minori, il che rende possibile arrivare a temperature ancora più vicine allo zero assoluto, alle quali gli effetti quantistici sono ancora più evidenti e interessanti”.
Il successo di questo primo esperimento è un chiaro indicatore delle grandi potenzialità dei laboratori orbitanti per lo studio di gas atomici ultrafreddi: “La creazione di condensati di Bose-Einstein in orbita”, si legge nel commento al lavoro a fima di Maike Lachmann e Ernst Rasel dello Institute of Quantum Physicsalla Leibniz Universitydi Hannover, “spiana la strada a nuove opportunità per la ricerca nel campo dei gas quantistici e dell’interferometria atomica, verso missioni ancora più ambiziose”.[Fonte]
