I materiali più freddi del mondo non si trovano in Antartide.
Non sono in cima all'Everest,
né sepolti in un ghiacciaio.
Sono nei laboratori di fisica:
nubi di gas tenute a qualche frazione di grado sopra lo zero assoluto.
È 395 milioni di volte più freddo dei nostri frigoriferi,
100 milioni di volte più freddo dell'azoto liquido
e 4 milioni di volte più freddo dello spazio.
Tali condizioni permettono agli scienziati di capire il funzionamento della materia
e agli ingegneri di creare strumenti estremamente sensibili
che possono dirci di più su molte cose,
dalla nostra posizione sul pianeta
a che cosa sta succedendo nei più remoti angoli dell'universo.
Come facciamo a produrre temperature così estreme?
In pratica, rallentando le particelle in movimento.
Quando si parla di temperatura, in realtà si parla di movimento.
Gli atomi che compongono i solidi,
i liquidi
e i gas
si muovono in continuazione.
Quando gli atomi si muovono velocemente, percepiamo quella materia come calda.
Quando si muovono lentamente, la percepiamo come fredda.
Per rendere freddo un oggetto o un gas caldo nella vita quotidiana,
lo mettiamo in un ambiente più freddo, come il frigorifero.
Parte del movimento atomico dell'oggetto caldo
è trasferito all'area circostante
e si raffredda.
Ma c'è un limite:
anche lo spazio è troppo caldo per creare temperature bassissime.
Così gli scienziati hanno trovato un modo per rallentare direttamente gli atomi,
cioè con un raggio laser.
Nella maggior parte dei casi,
l'energia del raggio laser riscalda le cose.
Ma utilizzato in modo molto preciso,
il momento del raggio può fermare gli atomi in movimento, raffreddandoli.
Questo è ciò che succede in un dispositivo chiamato trappola magneto-ottica.
Gli atomi vengono immessi in una camera a vuoto
e il campo magnetico li attira verso il centro.
Un raggio laser indirizzato al centro della camera
viene sintonizzato sulla giusta frequenza,
cosicché un atomo diretto lì assorbirà un fotone del raggio e rallenterà.
L'effetto di rallentamento deriva dal passaggio del momento
dall'atomo al fotone.
Un totale di sei raggi, posizionati perpendicolarmente,
garantiscono di poter intercettare atomi che si muovono in tutte le direzioni.
Al centro, dove i raggi si incrociano,
gli atomi si muovono lentamente, come intrappolati in un liquido denso,
un effetto descritto dai suoi inventori come "melassa ottica".
Una trappola magneto-ottica come questa
può raffreddare gli atomi fino a pochi microkelvin,
circa -273 gradi Celsius.
Questa tecnica fu elaborata negli anni '80
e gli scienziati che vi contribuirono
vinsero nel 1997 il premio Nobel per la fisica grazie a questa scoperta.
Oggi il raffreddamento laser è in grado di raggiungere temperature più basse.
Ma perché si vogliono raffreddare gli atomi così tanto?
Prima di tutto, gli atomi freddi possono essere buoni rilevatori.
Con così poca energia,
sono incredibilmente sensibili alle fluttuazioni nell'ambiente.
Sono usati in dispositivi che cercano giacimenti di petrolio e minerali
e fungono anche da orologi atomici estremamente precisi,
come quelli utilizzati nei GPS.
In secondo luogo, gli atomi freddi detengono un enorme potenziale
per esplorare i confini della fisica.
La loro eccezionale sensibilità li rende perfetti
per individuare le onde gravitazionali nei futuri rilevatori spaziali.
Sono utili anche per lo studio di fenomeni atomici e subatomici,
che richiedono la misurazione di minuscole oscillazioni nell'energia degli atomi.
Queste sono sovrastate a temperature normali,
quando gli atomi sfrecciano a centinaia di metri al secondo.
Il raffreddamento laser può rallentare gli atomi a pochi centimetri al secondo,
velocità che rende evidente il movimento dovuto agli effetti del quantum atomico.
Gli atomi ultrafreddi hanno già permesso agli scienziati di studiare fenomeni
come la condensazione di Bose-Einstein,
in cui gli atomi sono raffreddati quasi allo zero assoluto
e diventano un nuovo raro stato della materia.
Finché i ricercatori continueranno a cercare di capire le leggi della fisica
e svelare i misteri dell'universo,
lo faranno con l'aiuto dei suoi atomi più freddi.
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