26 d’oct 2020

Anar al contingut

PUBLICAT A 'NATURE'

El cinquè estat de la matèria, creat per primera vegada a l'espai

L'anomenat 'condensat de Bose-Einstein' s'ha observat durant un experiment realitzat pels astronautes a l'Estació Espacial Internacional

L'estudi podria ajudar a comprendre el funcionament intern de la naturalesa

El Periódico

El cinquè estat de la matèria, creat per primera vegada a l'espai

Un dels llocs més freds de l’univers conegut, el Cold Atom Lab (CAL), a bord de l’Estació Espacial Internacional (EEI), ha permès crear per primera vegada a l’espai el cinquè estat de la matèria.  Els estats més comuns són líquid, gasós, sòlid i plasma, i n’hi ha d’altres que no es produeixen de forma habitual, com el condensat fermiònic, el supersòlid o el que els astronautes acaben de comprovar a l’EEI.

Els primers resultats del treball van ser publicats aquest dijous a la revista ‘Nature’.

Els condensats de Bose-Einstein (BEC), l’existència dels quals va ser predita per Albert Einstein i el matemàtic indi Satyendra Nath Bose, fa gairebé un segle –els científics els van observar per primera vegada en un laboratori fa 25 anys–, es formen quan els àtoms de certs elements es refreden fins a gairebé el zero absolut (0 Kelvin, menys 273,15 Celsius).

En aquest punt, els àtoms es converteixen en una entitat única amb propietats quàntiques, on cada partícula també funciona com una ona de matèria.

Cambra ultrafreda

La idea general al fer un BEC és injectar àtoms (en el cas de CAL, rubidi i potassi) en una cambra ultrafreda per reduir la velocitat. Després es crea una trampa magnètica a la cambra amb una bobina electrificada, que s’utilitza juntament amb un làser i altres eines per moure els àtoms a un núvol dens. En aquest punt, els àtoms «es confonen entre si», diu en un comunicat David Aveline, físic del Laboratori de Propulsió a Raig de la NASA i autor principal del nou estudi.

Per executar experiments amb un BEC, ha de rebutjar o alliberar la trampa magnètica. El núvol d’àtoms atapeïts s’expandirà, cosa que és útil perquè els BEC han de mantenir-se freds i els gasos tendeixen a refredar-se a mesura que s’expandeixen. Però si els àtoms en un BEC se separen massa, ja no es comporten com un condensat. Aquí és on entra en joc la microgravetat de l’òrbita terrestre baixa.

Si s’intenta augmentar el volum a la Terra, diu Aveline, la gravetat simplement arrossegarà els àtoms al centre del núvol BEC cap al fons de la trampa fins que es vessin, i distorsionarà el condensat o l’arruïnarà per complet. Però en microgravetat, les eines en l’ACL poden mantenir units als àtoms fins i tot quan augmenta el volum de la trampa.

Més durada que a la Terra

Això genera un condensat de vida més llarga, que al seu torn permet als científics estudiar-lo més temps del que podrien a la Terra (aquesta demostració inicial va durar 1,118 segons, tot i que l’objectiu és poder detectar el núvol fins a 10 segons).

Tot i que només és un primer pas, l’experiment ACL podria algun dia permetre que els BEC formin la base d’instruments ultrasensibles que detecten senyals febles d’alguns dels fenòmens més misteriosos de l’univers, com les ones gravitacionals i l’energia fosca. Des d’una perspectiva més pràctica, Aveline creu que el treball de l’equip podria aplanar el camí per a millors sensors d’inèrcia. «Les aplicacions van des d’acceleròmetres i sismòmetres fins a giroscopis», diu.