Após uma modernização, a NASA reativou o Laboratório de Átomos Frios a bordo da Estação Espacial Internacional. Trata-se da única instalação orbital do mundo dedicada a experimentos com átomos ultrafrios. Nas condições de microgravidade da ISS, os átomos resfriados retêm suas propriedades quânticas por mais tempo, permitindo que os cientistas os utilizem para explorar ainda mais o mundo quântico e o nosso próprio.
Fonte da imagem: NASA
O equipamento, aproximadamente do tamanho de um mini-refrigerador, opera automaticamente e é controlado da Terra. O novo módulo científico foi entregue à ISS em 11 de abril como parte de uma missão de carga comercial e, em 8 de maio, a astronauta Jessica Meir concluiu a instalação do novo equipamento, incluindo fibras ópticas e instrumentos associados.
O Laboratório de Átomos Frios (Cold Atom Lab) resfria átomos a temperaturas próximas do zero absoluto (-273 °C) — uma faixa de temperatura na qual os conceitos convencionais de matéria deixam de se aplicar. Nessas condições, átomos de rubídio ou potássio, previamente evaporados por aquecimento, formam um condensado de Bose-Einstein: um estado quântico coletivo de muitos átomos, considerado o quinto estado da matéria, juntamente com sólidos, líquidos, gases e plasmas.
Nesse estado, a nuvem atômica se comporta não como uma coleção de partículas individuais, cada uma com seu próprio estado quântico, mas sim como um grande objeto quântico, o que é extremamente conveniente para estudo em comparação com átomos individuais. Além disso, em condições de microgravidade, as propriedades ondulatórias das partículas, incluindo nuvens atômicas, manifestam-se por um período de tempo mais longo. É por isso que a configuração permite o estudo mais detalhado dos efeitos relacionados à natureza ondulatória da matéria, bem como medições ultraprecisas de tempo, gravidade e movimento.
Tecnicamente, o experimento começa com o aquecimento de tiras metálicas de rubídio ou potássio a aproximadamente 400 °C para produzir gás atômico em uma câmara de vácuo. Lasers sintonizados em frequências precisamente definidas então desaceleram os átomos, removendo sua energia vibracional e, assim, resfriando a nuvem. Após o resfriamento a laser, o gás é capturado em uma armadilha magnética, e uma série de manipulações adicionais leva a nuvem atômica a um estado quase estacionário. A microgravidade maximiza sua vida útil. Na Terra, essas nuvens caem rapidamente sob a força da gravidade, enquanto em órbita, elas podem ser estudadas por períodos mais longos, em temperaturas mais baixas e com ondas quânticas maiores.
A atualização atual é a quarta desde que o Laboratório de Átomos Frios foi entregue à Estação Espacial Internacional (ISS) em 2018. As principais inovações incluem uma nova armadilha magnética, que permite a modificação de nuvens de gás quântico e o teste de várias propriedades de sistemas atômicos, bem como fontes de gás atômico metálico reciclado. Além de experimentos diretos com átomos, a NASA está testando a prontidão fundamental das tecnologias quânticas para operações espaciais. Esses avanços podem potencialmente formar a base de interferômetros de ondas para o estudo da física fundamental, navegação, sincronização de tempo e sensoriamento gravitacional da Terra, da Lua e de outros planetas do Sistema Solar.