Os materiais mais frios do mundo não estão na Antártida.
Não estão no topo do Monte Evereste
nem enterrados sob um glaciar.
Estão nos laboratórios de Física:
nuvens de gases mantidos a frações de um grau acima do zero absoluto.
São 395 milhões de vezes mais frios do que os nossos frigoríficos,
cem milhões de vezes mais frios do que o azoto líquido
e quatro milhões de vezes mais frios do que o espaço exterior.
Temperaturas tão baixas permitem
que os cientistas estudem o funcionamento interior da matéria
e permitem que os engenheiros criem instrumentos extremamente sensíveis
que nos revelam mais sobre todas as coisas
da nossa posição exata no planeta
do que acontece nos locais mais longínquos do universo.
Como criamos essas temperaturas extremas?
Resumindo, abrandando as partículas em movimento.
Quando falamos da temperatura, estamos a falar sobre movimento.
Os átomos que nos tornam sólidos, líquidos ou gases,
estão sempre em movimento.
Quando os átomos se movem mais rapidamente,
sentimos que a matéria está quente.
Quando se movem mais devagar, sentimo-la fria.
Habitualmente, para arrefecer um objeto ou um gás quente,
colocamo-lo num ambiente mais frio, como um frigorífico.
Parte do movimento atómico do objeto quente
é transferido para o meio envolvente
o que o arrefece.
Mas há um limite para isso:
até o espaço exterior é demasiado quente para criar temperaturas demasiado baixas.
Por isso, os cientistas arranjaram forma de abrandar diretamente os átomos,
com um raio laser.
Na maior parte das circunstâncias,
a energia de um raio laser aquece as coisas.
Mas, se for usado de forma muito precisa,
o ímpeto do raio pode fazer parar os átomos em movimento, arrefecendo-os.
É o que acontece num aparelho chamado armadilha magneto-ótica.
Injetam-se átomos numa câmara de vácuo
onde um campo magnético os atrai para o centro.
Um raio laser direcionado para o meio da câmara
é afinado para a frequência adequada
para que um átomo que se move na sua direção
absorva um fotão do raio laser e abrande.
O efeito de abrandamento provém da transferência da energia
entre o átomo e o fotão.
Um total de seis raios, numa disposição perpendicular,
assegura que os átomos que viajam em todas as direções sejam intercetados.
No centro, onde os raios se intercetam,
os átomos movem-se lentamente, como envolvidos num líquido espesso
— um efeito que os investigadores que o inventaram
descreveram como "melaço ótico".
Uma armadilha magneto-ótico como esta
pode arrefecer átomos até a poucos microkelvins
— cerca de 273 graus negativos Celsius.
Esta técnica foi desenvolvida nos anos 80
e os cientistas que contribuíram para tal
ganharam o Prémio Nobel da Física em 1997, por essa descoberta.
Desde então, o arrefecimento por laser tem sido melhorado
para obter temperaturas ainda mais baixas.
Mas porque é que queremos arrefecer átomos a temperaturas tão baixas?
Primeiro que tudo, os átomos frios podem ser detetores muito bons.
Com uma energia tão baixa,
são extremamente sensíveis às flutuações no meio ambiente.
Assim, são usados em aparelhos
que encontram depósitos subterrâneos de petróleo e de minerais
e também nos relógios atómicos de alta precisão,
como os que se usam em satélites de localização.
Em segundo lugar, os átomos frios têm um potencial enorme
para explorar as fronteiras da Física.
A sua extrema sensibilidade torna-os candidatos
para detetar as ondas gravitacionais em futuros detetores espaciais.
Também são úteis no estudo de fenómenos atómicos e subatómicos
que requerem medições de flutuações extremamente diminutas de energia.
Os átomos são mergulhados em temperaturas normais,
quando a velocidade dos átomos é de centenas de metros por segundo.
O arrefecimento a laser abranda os átomos até poucos centímetros por segundo,
o suficiente para que o movimento provocado pelos efeitos atómicos quânticos
se torne óbvio.
Os átomos ultrafrios já permitiram que os cientistas estudassem fenómenos
tais como a condensação Bose-Einstein,
em que os átomos são arrefecidos quase ao zero absoluto
e se tornam num novo estado de matéria muito raro.
Assim, enquanto os investigadores
continuam a tentar compreender as leis da Física,
e a decifrar os mistérios do Universo,
fá-lo-ão com a ajuda dos átomos mais frios que ele contém.