Átomos resfriados a 9,7 picokelvins em estação espacial chinesa

Pesquisadores alcançaram um novo recorde ao resfriar átomos a uma temperatura equivalente a apenas 9,7 picokelvins (pK), o que equivale a cerca de 9,7 trilionésimos de Kelvin ou -273,15 °C. O feito, realizado a bordo da estação espacial Tiangong, da China, aproxima-se do limite teórico do zero absoluto e abre novas fronteiras para experimentos em física quântica e o desenvolvimento de sensores de alta precisão.

Publicado na revista científica Science, o estudo envolveu cerca de 20 mil átomos de rubídio. A temperatura alcançada é aproximadamente quatro vezes inferior ao recorde anterior de 38 pK, estabelecido em microgravidade, e supera a marca de 52 pK registrada anteriormente na Estação Espacial Internacional (ISS). Além disso, a equipe conseguiu observar a expansão da nuvem de átomos por sete segundos, um avanço significativo em relação aos períodos de observação anteriores.

Como atingiram temperaturas tão baixas no espaço?

O experimento explorou as vantagens da microgravidade, onde a ausência de efeitos gravitacionais significativos permite um confinamento mais eficaz das partículas. Na Terra, a gravidade interfere no controle de átomos ultrafrios, dificultando o alcance de temperaturas extremamente baixas e limitando o tempo de observação.

Para isso, os cientistas utilizaram armadilhas ópticas, que empregam feixes de laser para controlar os átomos. O processo envolveu resfriamento a laser, resfriamento evaporativo — que remove as partículas mais energéticas — e uma etapa adicional de expansão não adiabática. Um gradiente de campo magnético também auxiliou no resfriamento inicial, culminando na formação de um condensado de Bose-Einstein, um estado da matéria onde átomos se comportam como uma única entidade quântica.

O que significa chegar perto do zero absoluto?

O zero absoluto, a -273,15 °C (ou 0 Kelvin), é o limite inferior teórico de temperatura, onde a energia térmica de um sistema é mínima. A unidade picokelvin é extremamente pequena, representando um trilionésimo de Kelvin. Portanto, os 9,7 pK indicam uma temperatura equivalente extraordinariamente próxima desse limite.

É crucial notar que essa temperatura se refere à energia de expansão da nuvem de átomos, calculada a partir da velocidade de dispersão após serem liberados. Essa medida permite estimar a temperatura equivalente do conjunto, pois a temperatura termodinâmica convencional não se aplica diretamente a esses experimentos. Quanto menor a velocidade de expansão, menor a energia cinética do sistema.

Aplicações e próximos passos da pesquisa

Além de estabelecer um novo recorde, a pesquisa abre caminhos para investigações sobre fenômenos quânticos complexos. Entre as aplicações futuras estão experimentos com estados exóticos da matéria, simulações quânticas e o desenvolvimento de interferômetros atômicos espaciais.

Esses instrumentos, que utilizam as propriedades ondulatórias dos átomos para medições de alta precisão, poderão ser empregados para estudar o campo gravitacional da Terra e testar princípios fundamentais da física, como o princípio da equivalência. Temperaturas extremamente baixas e longos períodos de observação também podem auxiliar na detecção de fenômenos quânticos difíceis de observar em condições normais.

O resultado atual é um passo importante para expandir as capacidades da pesquisa quântica em ambientes espaciais, embora as aplicações práticas ainda dependam de novos experimentos e do desenvolvimento de instrumentos específicos.

O que diz a pesquisa

Um estudo publicado na revista Science em 2026, intitulado "Quantum gases below 10 picokelvin in space", relata a criação de um condensado de Bose-Einstein a bordo da Estação Espacial China. Utilizando uma armadilha de dipolo óptico (ODT), os pesquisadores alcançaram uma temperatura equivalente de 9,7 picokelvins (com uma margem de erro de +3,2 e -2,7 pK), contendo 2,0 × 10^4 átomos. Este feito, com um tempo de expansão livre de 7,0 segundos, estabelece um novo recorde de temperatura ultrabaixa em microgravidade.

O estudo destaca que plataformas de átomos ultracold em microgravidade são cruciais para testes de física fundamental e interferometria atômica. Sistemas ODT oferecem melhor acesso óptico e flexibilidade para condensar diferentes tipos de átomos, sendo esta a primeira vez que um gás quântico degenerado é preparado em microgravidade usando essa tecnologia. A temperatura recorde pode impulsionar uma nova geração de experimentos baseados em ODT para simulação quântica e medições de precisão no espaço.