Olá! Hoje eu vou falar sobre um assunto muito interessante: Como a medição da temperatura mais fria de todos os tempos pode ajudar a entender a mecânica quântica!
A temperatura mais fria (Zero absoluto ou 0 K)
Você já se perguntou qual é a temperatura mais fria possível?
De acordo com a física, é o zero absoluto, que corresponde a -273,15 °C ou 0 K (zero kelvin). Nessa temperatura, as partículas atômicas param de se mover e não há mais energia térmica.
Mas será que é possível atingir o zero absoluto na prática?
A resposta é não. Segundo o princípio da incerteza de Heisenberg, um dos pilares da mecânica quântica, não podemos conhecer simultaneamente a posição e a velocidade de uma partícula com precisão infinita.
Isso significa que sempre haverá uma certa flutuação no movimento das partículas, mesmo que muito pequena. Portanto, nunca podemos ter certeza de que elas estão completamente paradas.
Mecânica Quântica e o princípio da incerteza de Heisenberg
Se você já estudou um pouco de física, deve saber que a mecânica quântica é a teoria que descreve o comportamento das partículas subatômicas, como elétrons, prótons e fótons.
Essas partículas são tão pequenas que não podemos observá-las diretamente, apenas por meio de experimentos que medem algumas de suas propriedades, como posição, energia e momento.
Por mais que pareça estranho essas propriedades não são bem definidas!
Isso mesmo, as partículas quânticas não têm uma posição ou uma energia exata, mas sim uma distribuição de probabilidades de serem encontradas em diferentes lugares ou estados.
E o pior: quanto mais sabemos sobre uma propriedade, menos sabemos sobre outra. Isso é o que chamamos de princípio da incerteza de Heisenberg.
Por exemplo, se quisermos medir a posição de um elétron com muita precisão, teremos que usar uma luz muito intensa e de alta frequência para iluminá-lo. Mas essa luz também vai transferir energia para o elétron, alterando o seu momento.
Então, quanto mais precisamos a posição do elétron, menos precisamos o seu momento, e vice-versa.
Parece confuso, não é?
É aí que a medição da temperatura mais fria de todos os tempos pode ajudar a entender a mecânica quântica!
O que é temperatura?
Antes de mais nada, você sabe o que é temperatura?
Temperatura é uma medida do grau de agitação das moléculas que compõem um corpo (uma medição da energia cinética). Quanto mais agitadas elas estão, mais quente é o corpo. E quanto menos agitadas, mais frio.
A menor temperatura natural já registrada diretamente no nível do solo na Terra é de −89,2 °C (menos oitenta e nove graus célsius) ou 184,0 K (cento e oitenta e quatro kelvins), na então Estação soviética Vostok na Antártida em 21 de julho de 1983 por medições com sensores terrestres.
Podemos atingir temperaturas menores que 184 K?
A resposta é sim, porém apenas em laboratório. Foi desta forma que a equipe de cientistas da Alemanha quebrou o recorde da temperatura mais baixa, chegando extremamente próxima do zero absoluto.
Eles conseguiram atingir 38 pK (trinta e oito picokelvins), ou seja, 38 trilionésimos de um kelvin
(38 x 10-12 K).
Pesquisadores do laboratório do Centro de Tecnologia Espacial Aplicada e Microgravidade da Universidade de Bremen criaram um dos “lugares mais frios do universo” por apenas alguns segundos.
Embora nenhum termômetro possa realmente medir uma temperatura tão baixa, os cientistas foram capazes de calcular o número olhando para o movimento dos átomos no gás recém frio.
Como vimos, a temperatura é, na verdade, uma medição da energia cinética das partículas que compõem um objeto ou espaço, o que permitiu aos pesquisadores calcular o quão frio o gás era.
Temperaturas extremamente baixas, próximas do zero absoluto, têm a propriedade única de fazer átomos e outras partículas agirem de maneiras extremamente estranhas.
A condensação de Bose-Einstein
Você sabe o que é isso? Não? Então vem comigo que eu vou te explicar!
A condensação de Bose-Einstein é um estado da matéria que acontece quando um gás é resfriado a temperaturas próximas do zero absoluto.
Isso significa que os átomos ficam tão frios que param de se mexer e se juntam em um único superátomo, que tem propriedades quânticas incríveis.
Mas como assim propriedades quânticas?
Bom, isso quer dizer que o superátomo pode fazer coisas que parecem mágica, como atravessar paredes, interferir consigo mesmo ou até mesmo teletransportar-se. Não é demais?
Esse fenômeno foi previsto por Albert Einstein em 1925, depois de ler um artigo do físico indiano Satyendra Nath Bose. Mas só foi observado pela primeira vez em 1995, por três cientistas americanos que ganharam o prêmio Nobel de Física por isso.
Para conseguir fazer a condensação de Bose-Einstein, é preciso ter um gás muito rarefeito (com poucos átomos por centímetro cúbico) e um laborátório para resfriar os átomos até quase o zero absoluto. É um processo muito difícil e caro, mas vale a pena para estudar as propriedades da matéria nesse estado tão exótico.
Pesquisadores do laboratório do Centro de Tecnologia Espacial Aplicada e Microgravidade utilizaram a torre de queda na Universidade de Bremen, um laboratório de microgravidade onde os cientistas usam a queda livre para estudar objetos perto da ausência de peso, a fim de estender a duração da condensação de Bose-Einstein por mais tempo do que normalmente seria possível.
A condensação de Bose-Einstein pode ter aplicações práticas no futuro, como na computação quântica, na metrologia ou na simulação de sistemas complexos. Mas por enquanto, é uma forma de explorar os mistérios do universo e se divertir com a física.
Espero que vocês tenham gostado desse post e aprendido algo novo. Se vocês tiverem alguma dúvida ou sugestão, deixem nos comentários. E não se esqueçam de curtir e compartilhar com os amigos! Até a próxima!
FONTES:
Temperatura mais fria criada em laboratório: cientistas estabelecem novo recorde | CTV notícia (ctvnews.ca)
Temperatura mais baixa registrada na Terra – Wikipedia
A maior e a menor temperatura já registradas no universo
