A NASA conseguiu examinar uma nuvem do quinto estado da matéria no espaço

Desde o ensino fundamental, fomos apresentados aos estados da matéria: sólido, líquido e gasoso. Essa era a resposta que todo mundo acertava. Aprendemos isso mais especificamente com a água, que é facilmente encontrada e visível nesses três estados. É fácil de explicar e de mostrar aos alunos.

No entanto, esses são apenas os três estados básicos da matéria. Quando a matéria é exposta a situações extremas ou quando é manipulada em laboratório, muitas são as mudanças que podem ser causadas em suas moléculas, e com isso, ela pode ter no mínimo outros cinco estados.

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Em julho de 2018, a NASA tinha anunciado uma conquista incrível. Eles tinham conseguido criar o ponto mais frio do espaço na própria Estação Espacial Internacional.

Para conseguir esse feito, eles pegaram átomos de um metal macio chamado rubídio e então o resfriaram a temperaturas cerca de 100 nano-kelvin, que é um dez-milionésimo de um kelvin acima do zero absoluto.

Como resultado, eles tiveram uma nuvem super fria, chamada condensado de Bose-Einstein, que é o exótico quinto estado da matéria. Ele poderia ajudar os cientistas a entenderem as propriedades quânticas estranhas dos átomos ultra frios. Mas a pesquisa não parou só nisso.

No Laboratório de Átomo Frio do Jet Propulsion Laboratory, os cientistas fizeram condensados de Bose-Einstein com menos de um nanokelvin acima do zero absoluto. Com isso, eles exploraram as condições de microgravidade, já que estavam a bordo da Estação Espacial, para conseguir aprender mais sobre esse estado da matéria do que é possível na Terra.

Condensados

Esses condensados de Bose-Einstein são bem estranhos e são formados a partir de bósons resfriados somente uma fração acima do zero absoluto. Isso faz com que eles afundem em seu estado de menor energia. Por isso, eles se movem lentamente e se aproximam o suficiente para se sobreporem. Assim, produzindo uma nuvem de átomos de alta densidade que se comporta como um super átomo ou uma onda de matéria.

Na mecânica quântica, cada partícula pode ser descrita como uma onda, e por isso, é mais fácil observá-la em uma escala atômica. E os condensados de Bose-Einstein dão aos cientistas a oportunidade de estudar o comportamento quântico em uma escala bem maior, ao invés de estudar os átomos individuais.

Os condensados podem ser criados na Terra por meio de uma combinação de resfriamento a laser, campos magnéticos e resfriamento evaporativo. A última técnica é o passo final. Nele os átomos são mantidos em uma armadilha magnética e a radiação de radiofrequência é suada para “evaporar” as partículas que são mais energéticas. Isso deixa as partículas frias e lentas para formar o condensado.

Quando essa separação acontece, a armadilha é desligada e os cientistas podem fazer os seus experimentos. Mas eles precisam ser rápidos. Isso porque a força repulsiva natural entre os átomos fará com que a nuvem se expanda e dissipe.

A gravidade faz com que esse processo aconteça muito rápido. Então, quando esse impacto é diminuído  o condensado pode se formar em um prato mais raso. E foi isso que deu aos pesquisadores um tempo maior para observar essa nuvem.

Observações

E foi isso que os pesquisadores conseguiram com o Laboratório de Átomo Frio. E quando analisaram os condensados, viram efeitos que não poderiam acontecer na Terra.

“Descobrimos que o resfriamento evaporativo induzido por radiofrequência revela resultados marcadamente diferentes em microgravidade”, escreveram os pesquisadores.

“Observamos um aumento na órbita de quase três vezes o número de átomos. Através da aplicação de variados gradientes de campo magnético, confirmamos que aproximadamente metade dos átomos estão no estado magneticamente insensível | 2, 0⟩, formando uma auréola semelhante a uma auréola de nuvem ao redor da localização da armadilha magnética”, continuaram.

A capacidade de produção de condensados de Bose-Einstein mais frios e que duram mais significa que os cientistas poderão começar a pensar em outras formas de estudá-los. Como formas de armadilhas que não são possíveis na Terra. Mas que podem ser criadas para ver se diferentes comportamentos quânticos podem ser observados.