Onde está o ponto mais frio do universo? Não na lua, onde a temperatura mergulha a meros 378 graus Fahrenheit. Nem mesmo no espaço exterior mais profundo, que tem uma temperatura de fundo estimada em cerca de 455 ° F negativos. Tanto quanto os cientistas podem dizer, as temperaturas mais baixas já alcançadas foram recentemente observadas aqui mesmo na Terra.
Conteúdo Relacionado
- Rastreando os Bighorns
- Zero absoluto
As mínimas recordes estavam entre as mais recentes proezas da física ultrafriada, o estudo laboratorial da matéria a temperaturas tão espantosamente frígidas que os átomos e até a própria luz se comportam de maneiras muito incomuns. Resistência elétrica em alguns elementos desaparece abaixo de menos 440 ° F, um fenômeno chamado supercondutividade. Em temperaturas ainda mais baixas, alguns gases liquefeitos tornam-se "superfluidos" capazes de escorrer pelas paredes sólidas o suficiente para conter qualquer outro tipo de líquido; Eles até parecem desafiar a gravidade à medida que se arrastam para cima e para fora de seus contêineres.
Os físicos reconhecem que nunca podem alcançar a mais fria temperatura concebível, conhecida como zero absoluto e há muito tempo calculada como sendo 459, 67 ° F negativos. Para os físicos, a temperatura é uma medida de quão rápido os átomos estão se movendo, um reflexo de sua energia - e o zero absoluto é o ponto em que não há absolutamente nenhuma energia térmica remanescente a ser extraída de uma substância.
Mas alguns físicos pretendem chegar o mais perto possível desse limite teórico, e foi para ter uma visão melhor da competição mais refinada que visitei o laboratório de Wolfgang Ketterle, no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, em Cambridge. Atualmente detém o recorde - pelo menos de acordo com o Guinness World Records 2008 - para a temperatura mais baixa: 810 trilhões de graus F acima do zero absoluto. Ketterle e seus colegas conseguiram esse feito em 2003 enquanto trabalhavam com uma nuvem - cerca de um milímetro de uma polegada - de moléculas de sódio presas no lugar por ímãs.
Peço a Ketterle que me mostre o local onde eles gravaram o disco. Nós colocamos óculos de proteção para nos proteger de sermos cegados pela luz infravermelha dos feixes de laser que são usados para desacelerar e, assim, esfriar partículas atômicas em movimento rápido. Atravessamos o corredor de seu escritório ensolarado em uma sala escura com uma confusão interligada de fios, pequenos espelhos, tubos de vácuo, fontes de laser e equipamentos de computador de alta potência. "Bem aqui", ele diz, sua voz se elevando de excitação quando ele aponta para uma caixa preta que tem um tubo embrulhado em papel alumínio. "Aqui é onde nós fizemos a temperatura mais fria."
A conquista de Ketterle surgiu de sua busca de uma forma inteiramente nova de matéria chamada condensado de Bose-Einstein (BEC). Os condensados não são gases padrão, líquidos ou sólidos. Eles se formam quando uma nuvem de átomos - às vezes milhões ou mais - todos entram no mesmo estado quântico e se comportam como um. Albert Einstein e o físico indiano Satyendra Bose previram em 1925 que os cientistas poderiam gerar tal matéria submetendo os átomos a temperaturas próximas do zero absoluto. Setenta anos depois, Ketterle, trabalhando no MIT, e quase simultaneamente, Carl Wieman, trabalhando na Universidade do Colorado em Boulder, e Eric Cornell, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia em Boulder, criaram os primeiros condensados de Bose-Einstein. Os três ganharam prontamente um Prêmio Nobel. A equipe de Ketterle está usando BECs para estudar propriedades básicas da matéria, como compressibilidade, e entender melhor fenômenos estranhos de baixa temperatura, como superfluidez. Em última análise, Ketterle, como muitos físicos, espera descobrir novas formas de matéria que possam atuar como supercondutores à temperatura ambiente, o que revolucionaria a forma como os seres humanos usam a energia. Para a maioria dos ganhadores do Prêmio Nobel, a honra limita uma longa carreira. Mas para Ketterle, que tinha 44 anos quando recebeu a sua, a criação de BECs abriu um novo campo que ele e seus colegas estarão explorando por décadas.
Outro concorrente para o lugar mais frio é em Cambridge, no laboratório de Lene Vestergaard Hau, em Harvard. O seu melhor pessoal é de alguns milionésimos de grau F acima do zero absoluto, próximo do de Ketterle, que ela também alcançou ao criar BECs. "Nós fazemos BECs todos os dias agora", diz ela enquanto descemos uma escada para um laboratório cheio de equipamentos. Uma plataforma do tamanho de uma mesa de bilhar no centro da sala parece um labirinto feito de minúsculos espelhos ovais e feixes de laser finos. Aproveitando BECs, Hau e seus colegas de trabalho fizeram algo que pode parecer impossível: eles reduziram a luz para uma paralisação virtual.
A velocidade da luz, como todos já ouvimos, é uma constante: 186.171 milhas por segundo no vácuo. Mas é diferente no mundo real, fora do vácuo; por exemplo, a luz não só se inclina, mas também diminui levemente quando passa por vidro ou água. Ainda assim, isso não é nada comparado com o que acontece quando Hau lança um feixe de luz em um BEC: é como arremessar uma bola de beisebol em um travesseiro. "Primeiro, conseguimos reduzir a velocidade à de uma bicicleta", diz Hau. "Agora está em um rastejo, e nós podemos realmente pará-lo - mantenha a luz engarrafada inteiramente dentro do BEC, olhe para ela, brinque com ela e depois solte quando estivermos prontos."
Ela é capaz de manipular a luz dessa maneira porque a densidade e a temperatura da BEC retarda os pulsos de luz. (Ela recentemente levou os experimentos um passo adiante, parando um pulso em um BEC, convertendo-o em energia elétrica, transferindo-o para outro BEC, liberando-o e enviando-o novamente.) Hau usa BECs para descobrir mais sobre a natureza de luz e como usar a "luz lenta" - ou seja, a luz presa nos BECs - para melhorar a velocidade de processamento dos computadores e fornecer novas maneiras de armazenar informações.
Nem toda pesquisa ultracold é realizada usando BECs. Na Finlândia, por exemplo, o físico Juha Tuoriniemi manipula magneticamente os núcleos de átomos de ródio para atingir temperaturas de 180 trilhões de graus F acima do zero absoluto. (Apesar do recorde do Guinness, muitos especialistas creditam Tuoriniemi a atingir temperaturas ainda mais baixas do que Ketterle, mas isso depende se você está medindo um grupo de átomos, como uma BEC, ou apenas partes de átomos, como os núcleos.)
Pode parecer que o zero absoluto vale a pena tentar, mas Ketterle diz que sabe melhor. "Não estamos tentando", diz ele. "Onde estamos é frio o suficiente para nossos experimentos." Simplesmente não vale a pena - para não mencionar, de acordo com a compreensão dos físicos do calor e das leis da termodinâmica, impossível. "Para sugar toda a energia, cada gota dela, e alcançar energia zero e zero absoluto - isso levaria a idade do universo para realizar."
Tom Shachtman é o autor do Absolute Zero e da Conquest of Cold, a base para um futuro documentário da PBS "Nova".
