Beijing, 9 nov (Xinhua) — Cientistas chineses estabeleceram um novo recorde de temperatura mais baixa já alcançada por humanos, resfriando uma nuvem de átomos de rubídio para 9,7 picokelvin, mantendo-a estável para observação por sete segundos.
O resultado, anunciado em uma coletiva sobre o programa da estação espacial da China pela Academia Chinesa de Ciências (ACC), representa um passo importante em direção ao zero absoluto, a temperatura mínima teoricamente possível, gerando a substância artificial mais fria conhecida até hoje. O trabalho foi publicado na sexta-feira passada na revista Science.
O experimento foi realizado no compartimento de física de átomos ultrafrios a bordo da estação espacial da China. O projeto iniciou os estudos de viabilidade em 2011, e seu sistema experimental foi lançado junto com o módulo Mengtian em 2022. Ele foi organizado pelo Centro de Tecnologia e Engenharia para a Utilização Espacial, vinculado à ACC, e executado pela Universidade de Pequim e pelo Instituto de Óptica e Mecânica de Precisão de Shanghai (SIOM, em inglês) da ACC.
“Este é o resultado de uma colaboração próxima entre o sistema como um todo, a equipe científica e a equipe de engenharia”, disse Wang Qiang, comandante-chefe do sistema de aplicação espacial do programa espacial tripulado da China.
Os átomos estão sempre em movimento térmico aleatório, e resfriá-los significa diminuir essa velocidade. Apenas perto do zero absoluto, aproximadamente -273,15 graus Celsius, os átomos ficam quase imóveis, formando estados quânticos ordenados que os cientistas podem estudar. Alcançar esse patamar tem sido um desafio de um século na física. O recorde anterior era de 38 picokelvin, obtido por uma equipe alemã em 2021.
A equipe chinesa usou uma armadilha totalmente óptica para conter a nuvem de átomos, depois reduziu a intensidade do laser para resfriá-la ainda mais por evaporação e, por fim, aplicou uma etapa de resfriamento profundo chamada difusão não adiabática. Comparado com a técnica de armadilha magnética usada internacionalmente, o método chinês é mais difícil de implementar, mas traz vantagens claras: é menos sensível a interferências magnéticas, mais fácil de controlar com precisão no espaço e conta com mais acessos ópticos disponíveis. Por isso, é compatível com uma gama maior de experimentos de simulação quântica. Em microgravidade, os átomos podem ser confinados com uma força muito menor, possibilitando temperaturas mais baixas e tempos de observação mais longos.
Para alcançar tal objetivo, a equipe integrou um sistema experimental terrestre de cerca de 20 metros cúbicos e 10 toneladas em um compartimento de apenas 0,7 metro cúbico e 0,5 tonelada, superando desafios importantes em sistemas de ultra-alto vácuo, lasers de fibra de alta potência, estabilização de frequência a laser de longo prazo e integração óptica de alta precisão.
“O desafio de engenharia era concentrar múltiplas tecnologias de ponta sob rigorosos requisitos aeroespaciais”, disse Li Tang, pesquisador do SIOM.
Resfriar átomos até quase o zero absoluto estica seus comprimentos de onda de Broglie para escalas observáveis, tornando os efeitos quânticos mais visíveis e controláveis. Isso fornece uma plataforma limpa e flexível para simulação quântica e suporta tecnologias como relógios atômicos de alta precisão, medição inercial de interferometria atômica e computação quântica. Tempos de observação mais longos são importantes — experimentos terrestres podem observar átomos por cerca de 0,05 segundo, a Estação Espacial Internacional por cerca de 1 segundo e a estação espacial chinesa agora por 7 segundos.
“Quanto mais tempo pudermos observar, maior a chance de encontrarmos fenômenos físicos novos e mais fracos”, disse Xiong Wei, coautor principal do artigo.
Essa conquista pode ajudar os cientistas a estudar transições de fase, dinâmicas fora do equilíbrio e correlações quânticas de muitos corpos em temperaturas extremamente baixas, além de apoiar pesquisas em simulação do universo inicial e detecção de matéria escura ultraleve, disse Chen Weibiao, pesquisador do SIOM.
Lyu Congmin, projetista-chefe do sistema de aplicação espacial do programa espacial tripulado da China, disse: “Acolhemos cientistas de todo o mundo para conduzir pesquisas experimentais com o compartimento de física atômica ultrafria da estação espacial chinesa, para fazer novas contribuições à comunidade científica.”