Um experimento conduzido por astronautas chineses na estação espacial Tiangong alcançou 9,7 picokelvins, a menor temperatura já medida até hoje. O valor corresponde a 9,7 trilionésimos de grau acima do zero absoluto, referência equivalente a -273,15 °C. Os resultados foram apresentados em um estudo publicado em 5 de novembro na revista científica Science.

A marca foi obtida em condições de microgravidade, ambiente que permitiu manter os átomos resfriados por mais tempo do que seria possível em experimentos realizados na superfície terrestre. A pesquisa envolveu 20 mil átomos de rubídio, submetidos a um processo de resfriamento capaz de reduzir drasticamente seus movimentos e sua energia.

Zero absoluto é o limite inferior da escala Kelvin

A temperatura registrada é expressa em kelvins, unidade termodinâmica adotada pelo Sistema Internacional de Unidades (SI). Ao contrário da escala Celsius, a escala Kelvin não trabalha com valores negativos. Seu ponto inicial é o zero absoluto, considerado a menor temperatura possível dentro dos limites dessa unidade.

Na conversão para a escala Celsius, o zero absoluto equivale a -273,15 °C. Dessa forma, o recorde chinês não representa apenas uma temperatura inferior às condições normalmente observadas na Terra. O significado do resultado está na distância extremamente reduzida em relação ao limite mínimo teórico da temperatura.

Alcançar esse nível de resfriamento permite investigar o comportamento da matéria em condições extremas. Quando os átomos perdem quase toda a energia associada ao movimento, propriedades quânticas que ficam ocultas em temperaturas mais elevadas podem ser observadas com maior clareza.

Átomos super-resfriados ajudam a investigar fenômenos quânticos

Entre os sistemas que podem ser estudados nessas condições estão os gases compostos por milhares ou milhões de átomos submetidos a temperaturas extremamente baixas. Esses materiais podem formar os chamados Condensados de Bose-Einstein, considerados o quinto estado da matéria.

A proximidade do zero absoluto também é relevante para pesquisas sobre fenômenos ainda não totalmente compreendidos. Entre as possibilidades citadas estão estudos relacionados à energia escura, forma hipotética de energia associada à expansão acelerada do Universo, e experimentos avançados que envolvem ondas gravitacionais.

Na Terra, porém, a gravidade dificulta a obtenção e a manutenção de temperaturas tão baixas. Para impedir que os átomos se dispersem ou sejam afetados pela curvatura gravitacional, os cientistas precisam mantê-los confinados por métodos específicos. Esse confinamento apresenta uma frequência finita, o que limita o tempo disponível para continuar o resfriamento.

Antes do resultado obtido na Tiangong, o menor registro alcançado em experimentos terrestres havia sido de 3,5 × 10^-10 kelvin. Uma das técnicas utilizadas nesses estudos emprega ímãs para compensar a ação da gravidade e manter o gás suspenso. Outra possibilidade é deixar os átomos cair de uma torre alta ou realizar o procedimento em uma aeronave que simula condições de gravidade zero.

Experimento orbital manteve o resfriamento por mais tempo

Essas alternativas terrestres permitiram atingir aproximadamente 3,8 × 10^-11 kelvin, mas apresentavam uma limitação importante: o estado de resfriamento durava cerca de dois segundos. Depois desse intervalo, os átomos chegavam ao solo ou a aeronave retomava o movimento de subida.

Para superar esse obstáculo, os pesquisadores enviaram os equipamentos para a Estação Espacial Tiangong, em órbita terrestre baixa. No laboratório orbital, a ausência de uma influência gravitacional comparável à encontrada na superfície ampliou o período em que o material poderia permanecer em condições extremas.

O resfriamento dos átomos de rubídio foi feito com uma técnica chamada armadilha de dipolo óptico. O procedimento utiliza lasers para diminuir o movimento das partículas, fazendo com que elas liberem quase toda a energia.

Na primeira etapa, o sistema chegou a 6 nanokelvins. Em seguida, os átomos permaneceram em expansão por sete segundos. Durante esse período, a temperatura continuou caindo até atingir 9,7 picokelvins. O resultado estabeleceu o recorde descrito no estudo e reforçou a importância da microgravidade para pesquisas que encontram limites físicos e operacionais na Terra.