IL QUINTO STATO DELLA MATERIA: IL CONDENSATO DI BOSE - EINSTEIN (BEC)

Stazione Spaziale, ottenuto il quinto stato della materia.

Ottenuto il quinto stato della materia da un esperimento condotto sulla Stazione Spaziale. È uno stato distinto da quello liquido, solido, gassoso e dal plasma, possibile solo a temperature vicine allo zero assoluto e nel quale atomi ultrafreddi che si muovono all'unisono comportandosi come onde anziché come particelle. Il risultato, pubblicato sulla rivista Nature, si deve alla ricerca coordinata da Robert Thompson, del California Institute of Technology (Caltech).

Ci siamo riusciti: abbiamo creato il quinto stato della materia nello spazio, e più precisamente a bordo della Stazione spaziale internazionale (Iss). A riuscire nell’impresa sono stati gli scienziati della Nasa, che ci hanno offerto l’osservazione senza precedenti del cosiddetto condensato di Bose-Einstein, fondamentale per riuscire a risolvere alcuni degli enigmi più difficili dell’Universo, come per esempio l’energia oscura. La scoperta è stato appena pubblicata sulle pagine di Nature.

Il quinto stato della materia, in gergo tecnico condensato di Bose-Einstein (Bec), la cui esistenza era stata ipotizzata da Einstein e dal matematico Satyendra Nath Bose quasi un secolo fa, è uno strano stato della materia che si forma quando i bosoni, particelle che hanno un numero uguale di protoni ed elettroni, vengono raffreddati quasi allo zero assoluto (0 Kelvin, pari a -273.15 Celsius). A questo punto, anziché comportarsi come bosoni separati, diventano un’unica entità che mantiene le proprietà quantistiche: si trovano, infatti, esattamente tra il mondo macroscopico governato da forze come la gravità, e quello microscopico, regolato dalla meccanica quantistica.

Sebbene sia fondamentale per poter risolvere fenomeni misteriosi, come l’energia oscura, coinvolta nell’espansione dell’Universo, il quinto stato della materia è davvero molto instabile: la minima interazione con il mondo esterno è sufficiente per riscaldarlo oltre la soglia di condensazione e per questo è molto complesso da studiare sulla Terra, dove la gravità interferisce con i campi magnetici necessari per rendere possibile la sua osservazione. Creare il quinto stato della materia, quindi, non è un’impresa da poco: innanzitutto perché i bosoni vengono raffreddati quasi allo zero assoluto. Gli atomi, poi, vengono bloccati nella cosiddetta trappola magnetica, attraverso luci laser e campi magnetici (più gli atomi si muovono lentamente, più diventano freddi). Tuttavia, nell’attimo in cui viene allentata la trappola magnetica, che consente agli scienziati di studiarlo, il Bec tende a diluirsi e non è più possibile rilevarlo.

Non è la prima volta, tuttavia, che la comunità scientifica riesce a creare il quinto stato della materia nello Spazio. Come vi avevamo raccontato alla fine del 2018, infatti, i ricercatori della Leibniz University, in Germania, erano riusciti a produrre nella spazio un condensato di Bose-Einstein come parte dell’esperimento Matter-Wave Interferometru in Microgravity (Maius 1). Più precisamente, Maius 1 aveva creato un quinto stato della materia a circa 200 chilometri dalla superficie terrestre, permettendo ai ricercatori di svolgere ben 110 esperimenti, tra cui lo studio delle onde gravitazionali.

Servendosi del Cold Atom Laboratory del Jet Propulsion Lab, i ricercatori sono finalmente riusciti a creare dal rubidio un condensato di Bose-Einstein più stabile, sfruttando le condizioni di microgravità presenti sulla Iss. E dal loro esperimento sono emerse differenze davvero sorprendenti tra gli esperimenti svolti sulla Terra e quelli a bordo della Iss. Per prima cosa, i ricercatori hanno osservato che mentre il Bec sulla Terra dura generalmente una manciata di millisecondi prima di dissiparsi, sulla Iss è durato più di un secondo. Un tempo sufficiente, quindi, che ha permesso agli scienziati di studiarne le proprietà come mai prima d’ora.

Inoltre, la microgravità ha permesso agli atomi di essere manipolati da campi magnetici più deboli, rendendo così più veloce il processo di raffreddamento. Studiare il Bec in condizioni di microgravità, concludono i ricercatori, aprirà la strada a una serie di opportunità di ricerca. “Le applicazioni variano dagli esperimenti sulla relatività generale, alle ricerche dell’energia oscura e delle onde gravitazionali passando per lo studio dei minerali presenti sulla Luna e su altri corpi celesti”, ha concluso l’autore principale David Aveline.

Da:

https://www.wired.it/scienza/spazio/2020/06/12/spazio-quinto-stato-materia/

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DI MARCO LA ROSA

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