Lo spazio della NASA

Un membro del team di missione del Cold Atom Lab lavora sul modulo Quantum Observer. Il laboratorio è una struttura di scienza quantistica che opera sulla Stazione Spaziale Internazionale dal 2018. Questo modulo è un aggiornamento delle capacità scientifiche del laboratorio.

Il Cold Atom Lab, una struttura di scienza quantistica che opera sulla Stazione Spaziale Internazionale, ha le dimensioni di un piccolo frigorifero. Gestito in remoto dal JPL nel sud della California, ha ospitato dozzine di esperimenti sulla natura quantistica di atomi e particelle.

Il Cold Atom Lab dell'agenzia sta ottenendo il suo secondo importante aggiornamento e lo utilizzerà per esplorare il regno quantistico.

Martedì 1 agosto, un importante aggiornamento hardware per il Cold Atom Lab della NASA è decollato a bordo di un veicolo spaziale di rifornimento Northrop Grumman Cygnus diretto alla Stazione Spaziale Internazionale. Grande all'incirca quanto un piccolo frigorifero, il laboratorio è talvolta definito il luogo più fresco dell'universo conosciuto per la sua capacità di raffreddare gli atomi quasi fino allo zero assoluto. Permette a dozzine di scienziati sulla Terra di fare esperimenti nella scienza quantistica, lo studio dei comportamenti fondamentali degli atomi e delle particelle che compongono il mondo che ci circonda.

Il campo della scienza quantistica ha portato allo sviluppo di tecnologie quotidiane come laser, transistor (un componente chiave negli smartphone e nei computer), satelliti GPS e dispositivi medici. I futuri progressi nel campo promettono di migliorare la navigazione e le comunicazioni spaziali.

Una navicella spaziale di rifornimento Northrop Grumman Cygnus - che trasporta oltre 8.200 libbre di indagini scientifiche e carichi per la Stazione Spaziale Internazionale, incluso un aggiornamento hardware per il Cold Atom Lab - decolla dalla Wallops Flight Facility della NASA in Virginia il 1 agosto.

Installato nel 2018, il Cold Atom Lab è la prima struttura del suo genere e il team della missione ha sperimentato una ripida curva di apprendimento mentre cercava di capire come, nell'ambiente senza peso della stazione, eseguire in remoto esperimenti progettati sulla Terra. Il nuovo hardware – che il team chiama Quantum Observer Module – incorpora alcune delle lezioni apprese nei cinque anni di attività del Cold Atom Lab.

"Gli esperimenti che stiamo eseguendo al Cold Atom Lab ci permetteranno un giorno di misurare la gravità con una precisione senza precedenti, e si tratta di uno strumento estremamente prezioso da avere nello spazio", ha affermato Jason Williams, scienziato del progetto Cold Atom Lab presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA, che gestisce la struttura per la NASA.

Un modo per valutare la distribuzione della densità di un pianeta o di una luna è misurare i cambiamenti di gravità sulla superficie, in modo che gli scienziati possano sondare la composizione di diversi mondi dall’orbita o monitorare il movimento dell’acqua sulla Terra. La misurazione della gravità consente inoltre agli scienziati di misurare l'accelerazione di un veicolo spaziale, che potrebbe essere utilizzata nella navigazione spaziale di precisione.

Inoltre, i sensori quantistici potrebbero essere utilizzati nelle missioni spaziali che studiano misteri cosmologici come la materia oscura e l’energia oscura. La materia oscura è un materiale invisibile che unisce la materia in tutto l'universo, mentre l'energia oscura è un fenomeno ancora più misterioso che causa un'accelerazione dell'espansione dell'universo.

Sebbene il Cold Atom Lab non richieda l'assistenza degli astronauti nelle sue operazioni quotidiane, un membro dell'equipaggio installerà il modulo Quantum Observer questo autunno. Gli astronauti hanno supportato precedenti aggiornamenti e riparazioni al laboratorio.

Atomi e particelle sono gli elementi costitutivi di tutta la materia conosciuta nell'universo, ma non sempre si comportano come gli oggetti più grandi che compongono. La loro natura quantistica significa che possono oscillare tra il comportamento di oggetti solidi e il comportamento di onde, quindi a volte sembrano essere in due posti contemporaneamente. Possono anche passare istantaneamente attraverso le barriere fisiche, un fenomeno chiamato tunneling quantistico.

Cold Atom Lab semplifica lo studio dei comportamenti quantistici degli atomi. Un modo è raffreddare gli atomi fino a ridurli a piccole frazioni di grado al di sopra della temperatura più bassa che la materia può raggiungere, lo zero assoluto. Ciò fa sì che gli atomi si muovano più lentamente, il che li rende più facili da studiare. Inoltre, alcuni atomi a questa temperatura possono formare collettivamente un condensato di Bose-Einstein, uno stato della materia in cui i loro comportamenti quantistici, tipicamente microscopici, possono essere osservati su scala macroscopica.