1
00:00:06,716 --> 00:00:10,397
I materiali più freddi del mondo
non si trovano in Antartide.

2
00:00:10,397 --> 00:00:12,201
Non sono in cima all'Everest,

3
00:00:12,481 --> 00:00:14,116
né sepolti in un ghiacciaio.

4
00:00:14,286 --> 00:00:15,737
Sono nei laboratori di fisica:

5
00:00:15,897 --> 00:00:20,382
nubi di gas tenute a qualche frazione
di grado sopra lo zero assoluto.

6
00:00:20,382 --> 00:00:25,367
È 395 milioni di volte più freddo
dei nostri frigoriferi,

7
00:00:25,367 --> 00:00:28,073
100 milioni di volte più freddo
dell'azoto liquido

8
00:00:28,073 --> 00:00:31,240
e 4 milioni di volte
più freddo dello spazio.

9
00:00:31,240 --> 00:00:35,901
Tali condizioni permettono agli scienziati
di capire il funzionamento della materia

10
00:00:35,901 --> 00:00:39,437
e agli ingegneri di creare
strumenti estremamente sensibili

11
00:00:39,437 --> 00:00:41,292
che possono dirci di più su molte cose,

12
00:00:41,292 --> 00:00:43,130
dalla nostra posizione sul pianeta

13
00:00:43,130 --> 00:00:46,135
a che cosa sta succedendo
nei più remoti angoli dell'universo.

14
00:00:46,135 --> 00:00:48,928
Come facciamo a produrre
temperature così estreme?

15
00:00:48,928 --> 00:00:51,989
In pratica, rallentando
le particelle in movimento.

16
00:00:51,989 --> 00:00:55,951
Quando si parla di temperatura,
in realtà si parla di movimento.

17
00:00:55,951 --> 00:00:57,716
Gli atomi che compongono i solidi,

18
00:00:57,716 --> 00:00:58,458
i liquidi

19
00:00:58,458 --> 00:00:59,338
e i gas

20
00:00:59,338 --> 00:01:00,869
si muovono in continuazione.

21
00:01:00,869 --> 00:01:05,616
Quando gli atomi si muovono velocemente,
percepiamo quella materia come calda.

22
00:01:05,616 --> 00:01:09,147
Quando si muovono lentamente,
la percepiamo come fredda.

23
00:01:09,147 --> 00:01:12,563
Per rendere freddo un oggetto 
o un gas caldo nella vita quotidiana,

24
00:01:12,563 --> 00:01:15,960
lo mettiamo in un ambiente
più freddo, come il frigorifero.

25
00:01:15,960 --> 00:01:18,828
Parte del movimento atomico
dell'oggetto caldo

26
00:01:18,828 --> 00:01:20,498
è trasferito all'area circostante

27
00:01:20,498 --> 00:01:22,251
e si raffredda.

28
00:01:22,251 --> 00:01:23,788
Ma c'è un limite:

29
00:01:23,788 --> 00:01:27,865
anche lo spazio è troppo caldo
per creare temperature bassissime.

30
00:01:27,865 --> 00:01:32,823
Così gli scienziati hanno trovato un modo
per rallentare direttamente gli atomi,

31
00:01:32,823 --> 00:01:34,204
cioè con un raggio laser.

32
00:01:34,204 --> 00:01:35,751
Nella maggior parte dei casi,

33
00:01:35,751 --> 00:01:38,464
l'energia del raggio laser
riscalda le cose.

34
00:01:38,464 --> 00:01:40,533
Ma utilizzato in modo molto preciso,

35
00:01:40,533 --> 00:01:44,813
il momento del raggio può fermare
gli atomi in movimento, raffreddandoli.

36
00:01:44,813 --> 00:01:49,403
Questo è ciò che succede in un dispositivo
chiamato trappola magneto-ottica.

37
00:01:49,403 --> 00:01:51,954
Gli atomi vengono immessi
in una camera a vuoto

38
00:01:51,954 --> 00:01:55,415
e il campo magnetico
li attira verso il centro.

39
00:01:55,415 --> 00:01:58,090
Un raggio laser indirizzato
al centro della camera

40
00:01:58,090 --> 00:02:00,623
viene sintonizzato sulla giusta frequenza,

41
00:02:00,623 --> 00:02:06,170
cosicché un atomo diretto lì assorbirà 
un fotone del raggio e rallenterà.

42
00:02:06,170 --> 00:02:09,089
L'effetto di rallentamento deriva
dal passaggio del momento

43
00:02:09,089 --> 00:02:11,108
dall'atomo al fotone.

44
00:02:11,108 --> 00:02:14,208
Un totale di sei raggi,
posizionati perpendicolarmente,

45
00:02:14,208 --> 00:02:18,375
garantiscono di poter intercettare atomi
che si muovono in tutte le direzioni.

46
00:02:18,375 --> 00:02:21,018
Al centro, dove i raggi si incrociano,

47
00:02:21,018 --> 00:02:24,840
gli atomi si muovono lentamente,
come intrappolati in un liquido denso,

48
00:02:24,840 --> 00:02:29,924
un effetto descritto dai suoi inventori
come "melassa ottica".

49
00:02:29,924 --> 00:02:32,315
Una trappola magneto-ottica come questa

50
00:02:32,315 --> 00:02:35,405
può raffreddare gli atomi
fino a pochi microkelvin,

51
00:02:35,405 --> 00:02:38,785
circa -273 gradi Celsius.

52
00:02:38,785 --> 00:02:41,609
Questa tecnica fu elaborata negli anni '80

53
00:02:41,609 --> 00:02:43,913
e gli scienziati che vi contribuirono

54
00:02:43,913 --> 00:02:47,931
vinsero nel 1997 il premio Nobel
per la fisica grazie a questa scoperta.

55
00:02:47,931 --> 00:02:52,751
Oggi il raffreddamento laser è in grado
di raggiungere temperature più basse.

56
00:02:52,751 --> 00:02:55,990
Ma perché si vogliono raffreddare
gli atomi così tanto?

57
00:02:55,990 --> 00:02:59,786
Prima di tutto, gli atomi freddi
possono essere buoni rilevatori.

58
00:02:59,786 --> 00:03:01,530
Con così poca energia,

59
00:03:01,530 --> 00:03:04,961
sono incredibilmente sensibili
alle fluttuazioni nell'ambiente.

60
00:03:04,961 --> 00:03:09,562
Sono usati in dispositivi che cercano
giacimenti di petrolio e minerali

61
00:03:09,562 --> 00:03:12,203
e fungono anche da orologi atomici
estremamente precisi,

62
00:03:12,203 --> 00:03:14,653
come quelli utilizzati nei GPS.

63
00:03:15,103 --> 00:03:18,152
In secondo luogo, gli atomi freddi
detengono un enorme potenziale

64
00:03:18,152 --> 00:03:20,243
per esplorare i confini della fisica.

65
00:03:20,243 --> 00:03:22,662
La loro eccezionale sensibilità
li rende perfetti

66
00:03:22,662 --> 00:03:27,300
per individuare le onde gravitazionali 
nei futuri rilevatori spaziali.

67
00:03:27,300 --> 00:03:31,624
Sono utili anche per lo studio
di fenomeni atomici e subatomici,

68
00:03:31,624 --> 00:03:35,894
che richiedono la misurazione di minuscole
oscillazioni nell'energia degli atomi.

69
00:03:35,894 --> 00:03:38,046
Queste sono sovrastate
a temperature normali,

70
00:03:38,046 --> 00:03:41,090
quando gli atomi sfrecciano
a centinaia di metri al secondo.

71
00:03:41,090 --> 00:03:45,265
Il raffreddamento laser può rallentare
gli atomi a pochi centimetri al secondo,

72
00:03:45,265 --> 00:03:49,122
velocità che rende evidente il movimento
dovuto agli effetti del quantum atomico.

73
00:03:49,122 --> 00:03:53,599
Gli atomi ultrafreddi hanno già permesso
agli scienziati di studiare fenomeni

74
00:03:53,599 --> 00:03:56,150
come la condensazione di Bose-Einstein,

75
00:03:56,150 --> 00:03:59,631
in cui gli atomi sono raffreddati
quasi allo zero assoluto

76
00:03:59,631 --> 00:04:02,200
e diventano 
un nuovo raro stato della materia.

77
00:04:02,200 --> 00:04:05,851
Finché i ricercatori continueranno 
a cercare di capire le leggi della fisica

78
00:04:05,851 --> 00:04:07,925
e svelare i misteri dell'universo,

79
00:04:07,925 --> 00:04:11,296
lo faranno con l'aiuto
dei suoi atomi più freddi.

80
00:04:17,539 --> 00:04:22,030
Per vedere altre Lezioni TED-Ed, 
visita ed.ted.com