Onde é o lugar mais frio do universo? Não na Lua, onde a temperatura mergulha para um mero menos 378 Fahrenheit. Nem mesmo no espaço exterior mais profundo, que tem uma temperatura de fundo estimada de cerca de 455°F. tanto quanto os cientistas podem dizer, as temperaturas mais baixas jamais alcançadas foram recentemente observadas aqui na terra.The record-breaking lows were among the latest feats of ultracold physics, the laboratory study of matter at temperatures so mind-bogglingly frigid that atoms and even light itself behave in highly unusual ways. A resistência elétrica em alguns elementos desaparece abaixo de menos 440 ° F, um fenômeno chamado supercondutividade. A temperaturas ainda mais baixas, alguns gases liquefeitos tornam-se” superfluidos ” capazes de vazar através de paredes sólidas o suficiente para conter qualquer outro tipo de líquido; eles até parecem desafiar a gravidade enquanto se arrastam, sobre e para fora de seus contêineres.
os Físicos reconhecer que nunca pode chegar a mais fria concebível temperatura, conhecida como zero absoluto e há muito tempo calculado para ser menos 459.67°F. Para os físicos, a temperatura é uma medida de quão rápido os átomos estão em movimento, um reflexo de sua energia, e o zero absoluto é o ponto em que não há absolutamente nenhum calor, energia restante a ser extraído a partir de uma substância.
mas alguns físicos estão empenhados em chegar o mais perto possível desse limite teórico, e foi para obter uma melhor visão do que mais rarefeito das competições que eu visitei o laboratório de Wolfgang Ketterle no Massachusetts Institute of Technology em Cambridge. Atualmente detém o recorde—pelo menos de acordo com o Guinness World Records 2008—para a temperatura mais baixa: 810 triliões de um grau F acima do zero absoluto. Ketterle e seus colegas conseguiram esse feito em 2003, enquanto trabalhavam com uma nuvem—cerca de um milésimo de polegada sobre—de moléculas de sódio presas no lugar por ímãs.pedi ao Ketterle que me mostrasse o local onde tinham estabelecido o recorde. Nós colocamos óculos para nos proteger de sermos cegos pela luz infravermelha dos feixes laser que são usados para desacelerar e, assim, arrefecer partículas atômicas de movimento rápido. Atravessamos o corredor do seu escritório ensolarado para uma sala escura com uma mistura interligada de fios, pequenos espelhos, tubos de vácuo, fontes de laser e equipamento de computador de alta potência. “Aqui mesmo”, diz ele, sua voz se elevando com emoção enquanto aponta para uma caixa preta que tem um tubo enrolado em folha de alumínio que leva a ela. “Foi aqui que fizemos a temperatura mais fria.”
Ketterle’s achievement came out of his pursuit of an entirely new form of matter called a Bose-Einstein condensate (BEC). Os condensados não são gases normais, líquidos ou até sólidos. Formam—se quando uma nuvem de átomos—por vezes milhões ou mais-todos entram no mesmo estado quântico e se comportam como um. Albert Einstein e o físico indiano Satyendra Bose previram em 1925 que os cientistas poderiam gerar tal matéria submetendo átomos a temperaturas próximas do zero absoluto. Setenta anos mais tarde, Ketterle, trabalhando em M. I. T., e quase que simultaneamente, Carl Wieman, trabalhando na Universidade de Colorado em Boulder, e Eric Cornell, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, em Boulder, criou o primeiro condensados de Bose-Einstein. Os três prontamente ganharam um Prêmio Nobel. A equipe de Ketterle está usando BECs para estudar propriedades básicas da matéria, como a compressibilidade, e entender melhor fenômenos estranhos de baixa temperatura, como a superfluidez. Em última análise, Ketterle, como muitos físicos, espera descobrir novas formas de matéria que poderiam atuar como supercondutores à temperatura ambiente, o que revolucionaria a forma como os seres humanos usam energia. Para a maioria dos Vencedores do Prêmio Nobel, a honra capta uma longa carreira. Mas para Ketterle, que tinha 44 anos quando foi premiado com o seu, a criação de BECs abriu um novo campo que ele e seus colegas vão explorar por décadas.
outro candidato para o ponto mais frio é através de Cambridge, no laboratório de Lene Vestergaard Hau em Harvard. Seu melhor pessoal é alguns milionésimos de um grau F acima de zero absoluto, perto de Ketterle, que ela, também, alcançou ao criar BECs. “Fazemos BECs todos os dias”, diz ela, enquanto descemos uma escada até um laboratório cheio de equipamento. Uma plataforma de bilhar-Tamanho de mesa no centro da sala parece um labirinto construído de pequenos espelhos ovais e feixes laser finos de chumbo-lápis. Aproveitar BECs, Hau e os seus colegas de trabalho fizeram algo que pode parecer impossível.: eles abrandaram a luz para uma paralisação virtual.
A velocidade da luz, como todos nós ouvimos, é uma constante: 186.171 milhas por segundo em um vácuo. Mas é diferente no mundo real, fora de um vácuo; por exemplo, a luz não só dobra, mas também abranda sempre tão ligeiramente quando passa através do vidro ou da água. Ainda assim, isso não é nada comparado com o que acontece quando Hau lança um raio laser de luz em uma BEC: é como atirar uma bola de beisebol em uma almofada. “Primeiro, reduzimos a velocidade à de uma bicicleta”, diz Hau. “Agora está em um rastejamento, e nós podemos realmente pará—lo-manter a luz engarrafada inteiramente dentro da BEC, olhar para ela, brincar com ela e, em seguida, liberá-la quando estamos prontos.”
ela é capaz de manipular a luz desta forma porque a densidade e a temperatura da BEC retarda pulsos de luz para baixo. (Ela recentemente levou os experimentos um passo mais longe, parando um pulso em um BEC, convertendo-o em energia elétrica, transferindo-o para outro BEC, em seguida, liberando-o e enviando-o em seu caminho novamente.) Hau usa BECs para descobrir mais sobre a natureza da luz e como usar “luz lenta”—isto é, luz presa em BECs—para melhorar a velocidade de processamento dos computadores e fornecer novas formas de armazenar informações.nem toda a investigação ultracold é realizada utilizando BECs. Na Finlândia, Por exemplo, o físico Juha Tuoriniemi manipula magneticamente os núcleos dos átomos de ródio para atingir temperaturas de 180 triliões de um grau F acima do zero absoluto. (Apesar do recorde Guinness, muitos especialistas creditam Tuoriniemi com alcançar temperaturas ainda mais baixas do que Ketterle, mas isso depende se você está medindo um grupo de átomos, como um BEC, ou apenas partes de átomos, como os núcleos.)
pode parecer que o zero absoluto vale a pena tentar alcançar, mas Ketterle diz que ele sabe melhor. “Não estamos a tentar”, diz ele. “Onde estamos é frio o suficiente para as nossas experiências.”Simplesmente não vale a pena o trabalho – sem mencionar, de acordo com a compreensão dos físicos sobre o calor e as leis da termodinâmica, impossível. “Sugar toda a energia, cada pedacinho dela, e alcançar a energia zero e o zero absoluto-que levaria a idade do universo a realizar.”
Tom Shachtman is the author of Absolute Zero and the Conquest of Cold, the basis for a future PBS “Nova” documentary.