O experimento que fez uma parte de uma pequena cidade na Alemanha virar o lugar mais frio de todo o universo por 2 segundos

A torre de queda livre, que domina o horizonte do parque tecnológico na cidade de Bremen, no norte da Alemanha, está lá desde 1990, com seus 146 metros. Há alguns anos, pesquisadores criaram o que conhecemos como o lugar mais frio do universo.

Queda de temperatura

Em agosto de 2018, algo comum aconteceu na torre de queda do Centro de Tecnologia Espacial Aplicada e Microgravidade (ZARM): uma cápsula de pesquisa caiu e passou por um breve período de quase ausência de peso. Ela continha uma nuvem de gás extremamente fria: um condensado de Bose-Einstein (BEK). Esse acúmulo exótico de partículas é considerado o quinto estado da matéria (gasoso, líquido, sólido, plasma e BEK).

Como podemos anular a gravidade?

A força gravitacional da Terra não pode ser desligada. Mas podemos escapar dela temporariamente e, assim, atender à chamada preocupação com a microgravidade. Isso é feito por meio da queda livre. Se colocássemos uma balança sob nossos pés na torre de 10 metros de uma piscina e depois pulássemos, não pesaríamos nada – apenas a resistência do ar faria o ponteiro oscilar.

Dentro da torre, os sistemas também bombeiam todo o ar para fora do tubo de queda. Isso cria um vácuo, o que garante condições praticamente ideais para a queda livre. Usando uma catapulta, a duração normal da ausência de gravidade pode ser dobrada de cerca de 4,75 segundos para 9,5. A condição então prevalece igualmente durante a subida e após o retorno da queda (via swb e ZARM).

A gravidade continua a agir, ela nos atrai – mas nossa massa (para simplificar) não colide com nada. Portanto, tudo o que cai livremente está em um estado de quase ausência de gravidade. O mesmo se aplica a satélites ou à Estação Espacial Internacional (ISS). A Terra está constantemente tentando alcançá-los, mas eles estão se deslocando no horizonte tão rápido que estão constantemente caindo além da Terra. Uma queda livre quase eterna permite que eles orbitem sem gravidade (via ingenieur e dlr).

O BEK esfriou para 1/1.000.000.000.000.000.000.000 Kelvin acima do zero absoluto por meio de um experimento realizado na cápsula durante esse período.

Ela manteve essa temperatura por dois segundos e fez história. O BEK na torre de queda era provavelmente o lugar mais frio do universo – pelo menos até onde se sabe. Até então, o recorde (permanentemente mensurável) estava na Nebulosa do Bumerangue, a 5.000 anos-luz de distância: -272,15 graus Celsius. A distância de 1 Kelvin a 2 é exatamente a mesma que a de 1 grau Celsius a 2. Apenas o ponto zero é deslocado. É -273,2 graus Celsius ou 0 Kelvin (via Instituto Max Planck).

38 picokelvin foi quando o termômetro parou de cair – embora isso não deva ser levado ao pé da letra. Porque nenhum método convencional de medição de temperatura poderia ter mostrado esse valor. Isso requer tecnologia de sensores capaz de medir o movimento dos próprios átomos. Porque, no fim das contas, morno, frio ou quente nada mais é do que a percepção da vibração das partículas. Quanto mais alta, mais intenso o movimento e mais quente a matéria.

Recorde como subproduto de mais um desempenho de ponta

Enquanto isso, a baixa temperatura foi apenas um subproduto. Isso porque os pesquisadores queriam criar a nuvem atômica que se propaga na menor velocidade – e sua desaceleração por resfriamento era o meio ideal para isso. No laboratório sob gravidade, ela foi retida por apenas 22 milissegundos até a autodissolução – na torre de lançamento, por 90 vezes mais tempo.

Os cientistas do ZARM construíram a cápsula como parte de um projeto parceiro no qual o Centro Aeroespacial Alemão também está/esteve envolvido, o QUANTUS. Eles foram acompanhados por pesquisadores da Universidade Leibniz de Hannover, da Universidade Humboldt de Berlim e da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz.

Num experimento menos sofisticado, outro tipo de BEK foi observado em órbita a bordo da ISS por apenas um segundo em laboratório. Em 2018, os pesquisadores responsáveis pelo experimento de Bremen especularam que seus métodos poderiam transformar os 2 segundos na torre de lançamento em 17 segundos em órbita, sob condições ideais.

Tal BEK pode servir a uma variedade de propósitos, por exemplo, como componente de instrumentos de medição ultraprecisos ou sistemas de navegação. Eles descrevem seu experimento e o resultado em um periódico científico.