Cea mai rece temperatură măsurată vreodată nu a fost obținută într-un laborator de pe Pământ, ci la bordul stației spațiale chineze Tiangong. Cercetători din mai multe instituții din China au anunțat un nou record: doar 9,7 picokelvini, adică 9,7 × 10⁻¹² grade peste zero absolut. Altfel spus, o temperatură de aproximativ zece trilioane dintr-un grad peste limita teoretică sub care nimic nu se mai poate răci.

Recordurile de frig se bat destul de des, dar de data aceasta e prima oară când titlul se mută în spațiu. Noua valoare reprezintă puțin peste un sfert din temperatura recordului anterior, ceea ce arată cât de mare e saltul într-un domeniu unde fiecare fracțiune de grad se câștigă cu eforturi uriașe.

Ce a făcut echipa, concret? Cercetătorii și-au trimis echipamentul pe Tiangong și au răcit aproximativ 20.000 de atomi de rubidiu. Au folosit metoda numită optical-dipole-trap, în care laserele contracarează mișcarea atomilor, astfel încât aceștia își pierd aproape toată energia. În prima etapă, norul de atomi a ajuns la doar 6 nanokelvini, iar un nanokelvin înseamnă o miliardime dintr-un kelvin.

Apoi atomii au fost lăsați să se extindă timp de 7 secunde. Această expansiune a răcit sistemul și mai mult, până la valoarea record de 9,7 picokelvini. Un termometru nu poate fi băgat într-un asemenea nor de atomi, așa că temperatura a fost calculată pe baza energiei de expansiune observate.

De ce contează orice fracțiune de grad? Pentru că la asemenea temperaturi gazele suprarăcite pot forma condensate Bose-Einstein, cunoscute și sub abrevierea BEC. În aceste stări ciudate ale materiei, mii sau milioane de atomi se comportă împreună ca o singură entitate, cu proprietăți cuantice care în mod normal apar doar la nivelul particulelor subatomice. Practic, fenomene care de obicei se văd doar la scară microscopică devin observabile la o scară mult mai mare.

Asta le oferă fizicienilor un mod de a studia lumea cuantică în condiții altfel imposibile. Acest tip de răcire extremă ar putea fi chiar cheia în căutarea energiei întunecate, dar și pentru experimente mai avansate de detectare a undelor gravitaționale. Nu e doar o întrecere pentru titlul de cel mai rece loc din univers, ci o unealtă științifică serioasă.

De ce în spațiu? Aici apare problema pe care Pământul n-o poate ocoli: gravitația. Autorii studiului arată că gravitația terestră ridică obstacole pentru progrese suplimentare. Pentru a împiedica atomii să cadă și pentru a-i menține captivi, în timpul răcirii prin evaporare trebuie folosită întotdeauna o capcană cu o frecvență finită. Tocmai această frecvență limitează temperatura minimă la care se poate ajunge.

Există soluții parțiale pe Pământ, dar fiecare are limite. Una este folosirea magneților pentru a contracara gravitația și a susține atomii, însă autorii spun că metoda introduce o curbură reziduală care impune la rândul ei limite răcirii. Altă abordare este lăsarea atomilor să cadă pe un turn înalt sau să plutească într-un avion cu gravitație zero, care simulează temporar microgravitația. Recordul obținut prin aceste metode era de 3,8 × 10⁻¹¹ kelvini.

Problema e durata. Eficiența acestor tehnici se termină în momentul în care atomii ating solul sau când avionul iese din manevră, așa că recordul anterior a putut fi menținut doar două secunde. Pe orbita joasă a Pământului, microgravitația e permanentă, iar timpul de observație se poate prelungi. Cele 7 secunde de expansiune de pe Tiangong arată avantajul direct al mediului spațial.

Nu e prima dată când temperaturi de ordinul picokelvinilor sunt atinse în spațiu. În 2022, Cold Atom Laboratory de pe Stația Spațială Internațională a reușit o temperatură de 52 de picokelvini, menținută timp de o secundă. Noul rezultat chinezesc coboară de aproape cinci ori sub acea valoare, într-un domeniu unde competiția dintre marile programe spațiale devine tot mai vizibilă.

Ce urmează? Aplicațiile concrete rămân deocamdată deschise, dar direcția generală e clară: cu cât temperaturile sunt mai joase, cu atât fizicienii pot observa mai bine comportamentul cuantic al materiei. Dacă laboratoarele din spațiu devin standard, s-ar putea ca viitoarele experimente de fizică fundamentală să se mute tot mai des pe orbită, iar Tiangong tocmai a arătat de ce.

Studiul a fost publicat în revista Science. Pentru un experiment cu 20.000 de atomi, doar câteva secunde de expansiune și un termometru care nu poate fi folosit, rezultatul arată că cele mai reci locuri din univers nu se află în spațiul adânc, ci într-un laborator care orbitează Pământul.