Stația spațială a Chinei a răcit atomi la 9,7 picokelvin, un record de frig

Un nor de atomi de rubidiu de la bordul stației spațiale chineze Tiangong a fost răcit la mai puțin de zece bilionimi de grad deasupra zero absolut, cea mai scăzută temperatură raportată vreodată pentru un gaz de atomi. Este de aproximativ patru ori mai rece decât cel mai bun rezultat obținut anterior, pe Pământ sau pe orbită.

Recordul contează mai puțin pentru cifră și mai mult pentru ceea ce aduce. La această răceală, atomii se îndepărtează atât de încet încât echipa a putut observa norul timp de șapte secunde după ce l-a eliberat, o fereastră suficient de lungă pentru a testa gravitația, comportamentul cuantic și, posibil, materia întunecată cu o precizie pe care niciun laborator terestru nu o poate atinge.

Atomii au format un condensat Bose-Einstein, o stare a materiei în care mii de atomi își pierd individualitatea și se comportă ca o singură undă cuantică. Cercetători de la Universitatea Peking, Institutul de Optică și Mecanică Fină din Shanghai și Centrul de Tehnologie și Inginerie pentru Utilizarea Spațiului al Academiei Chineze de Științe au realizat experimentul în raftul de fizică a atomilor reci al modulului de laborator Mengtian al stației și l-au raportat în jurnalul Science.

Norul conținea 20.000 de atomi de rubidiu-87. Temperatura sa echivalentă a fost de 9,7 picokelvin, cu o incertitudine cuprinsă între 7,0 și 12,9 picokelvin. Cea mai scăzută valoare anterioară pentru un astfel de sistem a fost de 38 picokelvin, iar Cold Atom Lab al NASA de pe Stația Spațială Internațională ajunsese la 52.

Cum a fost înghesuit un laborator de zece tone într-un raft al stației

Răcirea atomilor înseamnă încetinirea lor. Echipa a capturat rubidiul cu fascicule laser încrucișate, un aranjament numit capcană dipolară optică, apoi a redus treptat puterea laserului, astfel încât cei mai energici atomi să poată scăpa. Aceasta este răcirea prin evaporare, același principiu care răcește o ceașcă de cafea atunci când cele mai fierbinți molecule pleacă sub formă de abur.

În microgravitație, acest truc funcționează mai puțin bine, deoarece atomii nu se mai așează spre fundul capcanei, acolo unde se află calea de ieșire. Cercetătorii au adăugat un gradient magnetic slab pentru a direcționa evaporarea și a obține un condensat. O etapă finală, o expansiune bruscă neadiabatică a capcanei, a încetinit apoi și mai mult atomii.

Toate celelalte recorduri de acest tip au folosit capcane magnetice construite pe cipuri atomice. Laserele sunt mai greu de operat pe orbită, dar sunt mai puțin sensibile la interferențe magnetice, lasă mai mult loc pentru acces optic și pot reține atomi care ignoră cu totul câmpurile magnetice. „Provocarea inginerească a fost să concentrăm multiple tehnologii de vârf sub cerințe aerospațiale stricte”, a declarat Li Tang, cercetător la institutul din Shanghai, potrivit Xinhua.

Versiunea terestră a experimentului ocupă aproximativ 20 de metri cubi și cântărește în jur de 10 tone. Raftul de zbor ocupă 0,7 metri cubi și jumătate de tonă, cu sistemul său de vid ultra-înalt, lasere cu fibră de mare putere și optică cu frecvență stabilizată funcționând automat, sub limite stricte de putere.

De sute de miliarde de ori mai rece decât spațiul cosmic

Zero absolut, minus 273,15 grade Celsius, este punctul în care mișcarea atomică s-ar opri complet. Spațiul gol nu este atât de rece: strălucirea slabă rămasă de la Big Bang îl menține la aproximativ 2,7 grade deasupra zero absolut. Măsurată pe scara kelvin, temperatura norului de pe Tiangong a fost de aproximativ 280 de miliarde de ori mai mică decât aceasta.

Cel mai bun rezultat anterior, 38 picokelvin, a venit de la o echipă germană care a lăsat să cadă un experiment pe cip atomic în turnul de cădere din Bremen pentru a obține câteva secunde de imponderabilitate. Turnurile de cădere rămân fără înălțime. O stație pe orbită se află în cădere liberă permanentă, astfel încât experimentul poate continua atâta timp cât atomii rămân coerenți.

Timpul de observație este locul unde diferența se lărgește cel mai mult. Experimentele terestre pot urmări un nor eliberat timp de aproximativ 0,05 secunde înainte de a cădea din câmpul vizual, Stația Spațială Internațională reușește aproximativ o secundă, iar stația chineză ajunge acum la șapte, potrivit echipei. „Pe Pământ, ar cădea aproximativ 250 de metri, așa că s-ar prăbuși efectiv pe sol, dacă nu ai o cameră de vid înaltă de 250 de metri”, a declarat Wolfgang Ketterle, fizicianul de la MIT care a împărțit Premiul Nobel pentru crearea condensatelor Bose-Einstein, vorbind pentru CGTN din China.

Ce înseamnă și ce nu înseamnă temperatura echivalentă

Cei 9,7 picokelvin nu reprezintă o citire termometrică. Cercetătorii o deduc din cât de încet se extinde norul după eliberare, convertind acea viteză de expansiune în temperatura pe care ar trebui să o aibă un gaz pentru a se mișca atât de lent. Cifra descrie doar atomii: cercetătorii subliniază că echipamentul și împrejurimile sale nu s-au apropiat niciodată de acea temperatură.

Bara de eroare este largă, aproximativ 30 la sută în ambele sensuri, iar rezultatul provine de la o singură instalație și nu a fost încă reprodus independent. Comparațiile cu recorduri mai vechi amestecă și metode: turnuri de cădere, cipuri magnetice și acum capcane laser își ating cifrele prin metode diferite de captare și răcire finală, astfel încât diferența este un ghid, nu o clasificare precisă.

Norul este, de asemenea, mic. Douăzeci de mii de atomi sunt suficienți pentru un condensat curat, dar instrumentele de precizie câștigă sensibilitate din mostre mai mari. Dacă sistemul poate livra atât mai mulți atomi, cât și o coerență lungă în mod obișnuit, este întrebarea inginerească deschisă.

De ce șapte secunde contează mai mult decât recordul

Un interferometru atomic împarte unda cuantică a fiecărui atom în două căi și le recombina, transformând diferențe minuscule de accelerație într-un semnal măsurabil. Sensibilitatea sa crește odată cu pătratul timpului pe care atomii îl petrec în interior. „Interferometrele atomice beneficiază enorm de pe urma surselor care oferă un număr mare de atomi într-un ansamblu ultra-rece și timpi lungi de observație”, a declarat Ernst Rasel, fizician la Universitatea Leibniz din Hanovra, în comentarii preluate de CGTN.

Astfel de instrumente ar putea cartografia câmpul gravitațional al Pământului de pe orbită și ar putea testa dacă obiectele cu compoziție diferită cad într-adevăr cu aceeași viteză, o piatră de temelie a relativității lui Einstein. Capcanele laser pot fi, de asemenea, modelate în rețele optice, grile de lumină care țin atomii ca un cristal și le permit fizicienilor să simuleze materiale greu de studiat direct. „Cu cât putem observa mai mult, cu atât este mai probabil să găsim fenomene fizice noi și mai slabe”, a declarat Xiong Wei de la Universitatea Peking, co-primul autor al lucrării, potrivit Xinhua.

Întrebări frecvente despre cea mai scăzută temperatură înregistrată vreodată

Care este cea mai scăzută temperatură înregistrată vreodată?

Pentru un gaz de atomi, cea mai scăzută temperatură echivalentă raportată până acum este de 9,7 picokelvin, atinsă la bordul stației spațiale chineze Tiangong. Adică 9,7 bilionimi de grad deasupra zero absolut. Recordul anterior era de 38 picokelvin.

Ce este un condensat Bose-Einstein?

Este o stare a materiei care se formează atunci când un gaz de anumiți atomi este răcit aproape de zero absolut. Atomii cad în aceeași stare cuantică și acționează ca o singură undă, ceea ce face efectele cuantice vizibile la o scară suficient de mare pentru a fi fotografiată.

De ce experimentele cu atomi reci funcționează mai bine în spațiu?

Pe Pământ, gravitația trage atomii afară din capcanele slabe și face ca un nor eliberat să cadă în mai puțin de o fracțiune de secundă. Pe orbită, atomii plutesc, astfel încât capcana poate fi făcută mai blândă, ceea ce îi răcește și mai mult, iar norul poate fi observat timp de câteva secunde.

Poate ceva să atingă zero absolut?

Nu. Legile termodinamicii interzic atingerea exactă a zero kelvin, așa că experimentele pot doar să se apropie din ce în ce mai mult. Fiecare pas în jos devine mai dificil, motiv pentru care trecerea de la 38 la sub 10 picokelvin contează ca un salt mare.

Un laborator pe orbită deschis echipelor externe

Raftul cu atomi reci a fost lansat odată cu modulul Mengtian în 2022, după un proiect ale cărui prime studii de fezabilitate au început în 2011, iar recordul a fost publicat online în Science pe 5 noiembrie 2026. Rasel vede următorul pas ca fiind interferometre pe orbită care mențin atomii divizați coerent timp de câteva secunde. Lyu Congmin, proiectantul șef al sistemului de aplicații spațiale al programului spațial cu echipaj uman al Chinei, a declarat că raftul este deschis oamenilor de știință din întreaga lume care doresc să își desfășoare propriile experimente pe el.

Referință: Xiong et al., „Quantum gases below 10 picokelvin in space,” Science, 2026. DOI: 10.1126/science.aea5324

Etichete: știri, fizică, fizica cuantică, Academia Chineză de Științe, condensat Bose-Einstein, Mengtian