Qual é a coisa mais fria do mundo? — Lina Marieth Hoyos

Vejam a lição completa: https://ed.ted.com/lessons/what-is-the-coldest-thing-in-the-world-lina-marieth-hoyos

Os materiais mais frios do mundo não estão na Antártida nem no topo do Monte Evereste. Estão nos laboratórios de física: nuvens de gases mantêm frações de um grau acima do zero absoluto. Lina Marieth Hoyos explica como temperaturas tão baixas abrem uma janela aos cientistas para o funcionamento interno da matéria e permitem aos engenheiros criar instrumentos extremamente sensíveis que nos dão mais informações sobre o universo.

Lição de Lina Marieth Hoyos, animação de Adriatic Animation.

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.