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16 de outubro de 2020

Criando um condensado de Bose-Einstein na Estação Espacial Internacional

Um condensado de Bose-Einstein se forma quando um conjunto de átomos bosônicos (isto é, átomos com spin inteiro) é resfriado até temperaturas próximas do zero absoluto. Confinados em armadilhas magnéticas, esses átomos são conduzidos para o estado de mais baixa energia da armadilha que será, então, um estado quântico altamente degenerado.

Experimentalmente, um condensado de Bose-Einstein é obtido confinando-se átomos bosônicos numa armadilha magnética e utilizando radiação de radiofrequências para eliminar, dessa armadilha, os átomos com maior energia, os mais “quentes”. Os átomos remanescentes colidem entre si até atingirem o equilíbrio térmico. O processo é repetido até que se forme o condensado de Bose-Einstein. Os primeiros condensados de Bose-Einstein foram obtidos em 1995.

Quando se retira o campo magnético em torno do condensado, a nuvem de átomos se expande e, em pouco tempo, a densidade fica muito baixa para a manutenção do condensado. A velocidade de expansão do gás pode ser reduzida diminuindo-se a profundidade do poço magnético.

Na Terra, devido à atração gravitacional são necessários poços magnéticos profundos, mas em ambiente de microgravidade, como na Estação Espacial Internacional, poços rasos são suficientes para a obtenção do condensado de Bose-Einstein.

Utilizando átomos de rubídio, Aveline et al. 1 construíram um condensado de Bose-Einstein aproveitando as facilidades do equipamento de pesquisa, o Cold Atom Lab, colocado a bordo da Estação Espacial Internacional pela NASA em junho de 2018.

Eles verificaram que o tempo de expansão livre do gás, após a remoção do campo magnético, era superior a um segundo. Além disso, devido à ausência de gravidade, a distribuição de átomos na armadilha era uniforme.

Os autores esperam que, tornando rotineira a produção de condensados de Bose-Einstein em ambiente de microgravidade, novos desenvolvimentos em Física de poucos corpos, fontes de laser e interferometria sejam alcançados.

 

Referências:

1 David C. Aveline, Jason R. Williams, Ethan R. Elliott, Chelsea Dutenhoffer, James R. Kellogg , James M. Kohel , Norman E. Lay , Kamal Oudrhiri , Robert F. Shotwell , Nan Yu, Robert J. Thompson,  Nature 582, 193–197 (2020).

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2346-1

 

Número de átomos de rubídio em diferentes temperaturas. As áreas nas cores vermelho, amarelo, verde…, azul claro e branco representam átomos com velocidades cada vez menores. Esquerda: Logo antes do aparecimento do condensado de Bose-Einstein. Centro: No instante do aparecimento do condensado. Direita: após a rápida evaporação.

Crédito: Wikipedia

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Instituto de Física de São Carlos - IFSC Universidade de São Paulo - USP
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