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Osservato per la prima volta il quinto stato della materia

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.

Il condensato di Bose-Einstein (BEC) – la cui esistenza era stata predetta da Albert Einstein e dal matematico indiano Satyendra Nath Bose quasi un secolo fa – si forma quando gli atomi di alcuni elementi vengono raffreddati quasi allo zero assoluto (-273,15°C).
A questo punto, gli atomi diventano un’unica entità con proprietà quantistiche, in cui ogni particella funziona 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 contengano indizi vitali su fenomeni misteriosi come l’energia oscura, l’energia sconosciuta che si ritiene sia dietro l’espansione accelerata dell’Universo.

Ma i BEC sono anche estremamente fragili. La minima interazione con il mondo esterno è sufficiente per riscaldarli oltre la soglia di condensazione.
Ciò li rende quasi impossibili da studiare per gli scienziati 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 condotti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, dove le particelle possono essere manipolate libere dai vincoli terrestri.

La microgravità ci consente di confinare gli atomi con forze molto più deboli, dal momento che non dobbiamo sostenerli contro la gravità“, ha detto a AFP Robert Thompson del California Institute for Technology, a Pasadena.

La ricerca pubblicata sulla rivista Nature documenta diverse differenze sorprendenti nelle proprietà dei BEC creati sulla Terra e quelli a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

Per prima cosa, i BEC nei laboratori terrestri durano in genere una manciata di millisecondi prima di dissiparsi, mentre nello spazio essi sono durati più di un secondo, offrendo al team una possibilità senza precedenti.

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

Creare il quinto stato della materia, specialmente all’interno dei confini fisici di una stazione spaziale, non è un’impresa da poco.
In primo luogo, i bosoni – atomi che hanno un numero uguale di protoni ed elettroni – vengono raffreddati fino allo zero assoluto usando i laser per bloccarli in posizione. Più gli atomi si muovono lentamente, più diventano freddi; e man mano che perdono calore, viene introdotto un campo magnetico per impedire loro di muoversi, consentendo all’onda di ogni particella di espandersi.

La microgravità a bordo della ISS ha permesso loro di creare il BEC dal rubidio – un metallo morbido simile al potassio – su una trappola molto più superficiale che sulla Terra. Ciò spiegava il tempo notevolmente aumentato in cui la condensa poteva essere studiata prima di diffondersi.

Soprattutto possiamo osservare gli atomi mentre galleggiano completamente non confinati (e quindi non disturbati) da forze esterne“, ha detto Thompson.

Precedenti studi che tentavano di emulare l’effetto dell’assenza di gravità sui BEC utilizzavano aeroplani in caduta libera , missili e persino apparecchi caduti da varie altezze.

Il leader del team di ricerca David Aveline ha dichiarato ad AFP che studiare BEC nella microgravità ha aperto una serie di opportunità di ricerca.

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Renato Sansone: Giornalista scientifico, iscritto all'ordine nazionale dal 2013. Si occupa di cronaca scientifica dal 2011. Contatti: renato.sansone@geomagazine.it
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