Astronautas chineses registraram a menor temperatura já medida até hoje

Astronautas da Estação Espacial Chinesa registraram a temperatura mais baixa já alcançada no espaço: 10 trilionésimos de grau acima de zero ou, em algarismos, 0,00000000001. Um estudo que descreve a descoberta foi publicado na revista científica Science, em 5 de novembro.

Vale lembrar que o registro está em escala Kelvin, unidade de medida de temperatura termodinâmica do Sistema Internacional de Unidades (SI). Trata-se de uma escala absoluta, sem valores negativos, o que sustenta a descoberta de ser a temperatura “mais baixa” já medida (pois é, nós não esquecemos dos graus negativos de bater os dentes). O que você, leitor da GALILEU, deve se lembrar é que, na escala Kelvin, há o chamado “zero absoluto”, isto é, a menor temperatura possível dentro dos limites dessa unidade – e que equivale a -273,15 °C.

Frio daqui e esfriada de lá

A questão é “o que há de bom em tanto frio?”, afinal, no espaço, temperaturas abaixo dos 0ºC é o que não faltam. O problema é na escala Kelvin mesmo.

Acontece que, por ser a unidade oficial do SI, diferentes experimentos científicos são feitos com as temperaturas termodinâmicas baseadas nessa marca. Isso inclui as pesquisas e os estudos do comportamento quântico de partículas subatômicas, por exemplo. Elas, por sua vez, são encontradas aos milhares ou milhões de átomos em gases super-resfriados que podem formar Condensados de Bose-Einstein (também considerado o quinto estado da matéria).

O ponto é que temperaturas que tendem ao zero absoluto permitirão que os pesquisadores estudem o mundo quântico de maneiras que, pelo menos até os dias de hoje, são impossíveis. Entre as áreas de aprofundamento está a busca por energia escura, uma forma hipotética de energia que seria a responsável por impulsionar a expansão do universo. Outros experimentos incluem pesquisas avançadas com ondas gravitacionais.

No entanto, o recorde não trouxe apenas expectativas para a comunidade científica. Os 10 trilionésimos de grau acima de zero pode não ser uma temperatura considerada fria o suficiente para os padrões terrestres. Isso porque a gravidade do nosso planeta limita a temperatura alcançável dos átomos quando estes passam por um processo de resfriamento.

Esse processo acontece para neutralizar os efeitos da curvatura gravitacional e reter as partículas. Nesse ínterim, há uma frequência de confinamento finita que nem sempre é atingida, apesar de temperaturas de 3,5x10⁻¹⁰ K serem registradas na Terra.

Foi aí que os cientistas começaram a pensar em soluções para o problema. Uma delas tem sido o uso de ímãs para contrabalancear a gravidade e suspender as moléculas de gás. O problema é que esse método impõem limites ao resfriamento.

Então, eles passaram para outra abordagem. Dessa vez, eles focaram em deixar os átomos caírem de uma torre alta ou flutuarem em uma aeronave de gravidade zero. Esse processo simulou, ainda que temporariamente, a microgravidade e chegou a uma temperatura próxima de 3,8 x 10⁻¹¹ K, bem próxima da 0,00000000001 registrada pelos chineses.

Infelizmente, a técnica também foi ineficaz. Segundo os cientistas, a sua eficácia termina ao atingir o solo ou ao arremeter para cima. Isso quer dizer que a temperatura só foi mantida por apenas 2 segundos e, por consequência, também quer dizer que para prolongar o tempo de permanência de um material super-resfriado, é necessário que ele entre em órbita terrestre baixa.

Para isso, uma equipe enviou seus equipamentos de pesquisa a bordo da Estação Espacial Tiangong. O resultado foi o resfriamento de 20 mil átomos de rubídio a 9,7 picokelvins (9,7 x 10⁻¹² graus acima do zero absoluto).

A equipe utilizou o método de armadilha de dipolo óptico, no qual lasers neutralizam o movimento dos átomos, fazendo com que eles liberem quase toda a sua energia, atingindo uma temperatura de apenas 6 nanokelvins. Em seguida, esses átomos expandiram por 7 segundos, resfriando ainda mais o sistema até o recorde de 9,7 pK. É melhor pensar duas vezes da próxima vez que for reclamar do frio na Terra: fora dela dá pra ser muito, mas muito pior.