Estação espacial da China resfria átomos a 9,7 picokelvin e bate recorde de frio

Uma nuvem de átomos de rubídio a bordo da estação espacial chinesa Tiangong foi resfriada a menos de dez trilionésimos de grau acima do zero absoluto, a temperatura mais baixa já registrada para um gás de átomos. Isso é aproximadamente quatro vezes mais frio que o melhor resultado alcançado antes, na Terra ou em órbita.

O recorde importa menos pelo número em si do que pelo que ele proporciona. Nesse frio extremo, os átomos se afastam tão lentamente que a equipe conseguiu observar a nuvem por sete segundos após soltá-la, uma janela de tempo suficiente para testar a gravidade, o comportamento quântico e, possivelmente, a matéria escura com uma precisão que nenhum laboratório terrestre consegue atingir.

Os átomos formaram um condensado de Bose-Einstein, um estado da matéria no qual milhares de átomos perdem sua individualidade e se comportam como uma única onda quântica. Pesquisadores da Universidade de Pequim, do Instituto de Óptica e Mecânica Fina de Xangai e do Centro de Tecnologia e Engenharia para Utilização Espacial da Academia Chinesa de Ciências realizaram o experimento no rack de física de átomos frios do módulo de laboratório Mengtian da estação e publicaram os resultados na revista Science.

A nuvem continha 20 mil átomos de rubídio-87. Sua temperatura equivalente foi de 9,7 picokelvin, com uma incerteza variando de 7,0 a 12,9 picokelvin. O recorde anterior para um sistema desse tipo era de 38 picokelvin, e o Cold Atom Lab da NASA na Estação Espacial Internacional havia chegado a 52.

Como um laboratório de dez toneladas foi comprimido em um rack da estação

Resfriar átomos significa desacelerá-los. A equipe prendeu o rubídio com feixes de laser cruzados, uma configuração chamada de armadilha de dipolo óptico, e então reduziu a potência do laser passo a passo para que os átomos mais energéticos pudessem escapar. Isso é resfriamento evaporativo, o mesmo princípio que esfria uma xícara de café quando as moléculas mais quentes saem como vapor.

Na microgravidade, esse truque funciona menos bem, porque os átomos não se acomodam mais no fundo da armadilha, onde fica a rota de escape. Os pesquisadores adicionaram um gradiente magnético fraco para direcionar a evaporação e obter um condensado. Um estágio final, uma expansão súbita não adiabática da armadilha, então desacelerou ainda mais os átomos.

Todos os outros recordes desse tipo usaram armadilhas magnéticas construídas em chips de átomos. Lasers são mais difíceis de operar em órbita, mas são menos sensíveis a interferências magnéticas, deixam mais espaço para acesso óptico e podem prender átomos que ignoram campos magnéticos por completo. “O desafio de engenharia foi concentrar múltiplas tecnologias de ponta sob rígidos requisitos aeroespaciais”, disse Li Tang, pesquisador do instituto de Xangai, segundo a Xinhua.

A versão terrestre do experimento ocupa cerca de 20 metros cúbicos e pesa aproximadamente 10 toneladas. O rack de voo ocupa 0,7 metro cúbico e meia tonelada, com seu sistema de ultra-alto vácuo, lasers de fibra de alta potência e óptica estabilizada em frequência funcionando automaticamente, sob limites rígidos de energia.

Centenas de bilhões de vezes mais frio que o espaço profundo

O zero absoluto, menos 273,15 graus Celsius, é o ponto em que o movimento atômico cessaria completamente. O espaço vazio não é tão frio: o leve brilho residual do Big Bang o mantém a cerca de 2,7 graus acima do zero absoluto. Medida na escala kelvin, a nuvem da Tiangong estava cerca de 280 bilhões de vezes mais fria que isso.

O recorde anterior, de 38 picokelvin, veio de uma equipe alemã que deixou cair um experimento com chip de átomos na torre de queda livre de Bremen para obter alguns segundos de ausência de peso. Torres de queda livre têm um limite de altura. Uma estação orbital está em queda livre permanente, então o experimento pode continuar enquanto os átomos permanecerem coerentes.

O tempo de observação é onde a diferença mais se amplia. Experimentos terrestres podem acompanhar uma nuvem liberada por cerca de 0,05 segundo antes que ela caia fora do campo de visão; a Estação Espacial Internacional consegue aproximadamente um segundo; e a estação chinesa agora chega a sete, segundo a equipe. “Na Terra, ela cairia cerca de 250 metros, então na verdade se chocaria contra o solo, a menos que você tenha uma câmara de vácuo de 250 metros de altura”, disse Wolfgang Ketterle, físico do MIT que dividiu o Prêmio Nobel por criar condensados de Bose-Einstein, em entrevista à CGTN da China.

O que a temperatura equivalente significa e não significa

Os 9,7 picokelvin não são uma leitura de termômetro. Os pesquisadores inferem esse valor a partir da lentidão com que a nuvem se espalha após ser liberada, convertendo essa velocidade de expansão na temperatura que um gás precisaria ter para se mover tão devagar. O valor descreve apenas os átomos: os pesquisadores destacam que o equipamento e seus arredores nunca chegaram perto dessa temperatura.

A margem de erro é ampla, cerca de 30% para cada lado, e o resultado vem de uma única instalação e ainda não foi reproduzido de forma independente. As comparações com recordes anteriores também misturam métodos: torres de queda livre, chips magnéticos e agora armadilhas a laser atingem seus números por diferentes métodos de aprisionamento e resfriamento final, portanto a diferença é um guia, não uma classificação precisa.

A nuvem também é pequena. Vinte mil átomos são suficientes para um condensado limpo, mas instrumentos de precisão ganham sensibilidade com amostras maiores. Se o sistema pode fornecer tanto mais átomos quanto longa coerência de forma rotineira é a questão de engenharia em aberto.

Por que sete segundos importam mais que o recorde

Um interferômetro atômico divide a onda quântica de cada átomo em dois caminhos e os recombina, transformando pequenas diferenças na aceleração em um sinal mensurável. Sua sensibilidade cresce com o quadrado do tempo que os átomos passam dentro dele. “Interferômetros atômicos se beneficiam enormemente de fontes que fornecem um grande número de átomos em um conjunto ultrafrio e longos tempos de observação”, disse Ernst Rasel, físico da Universidade Leibniz de Hannover, em comentários divulgados pela CGTN.

Tais instrumentos poderiam mapear o campo gravitacional da Terra a partir da órbita e testar se objetos de diferentes composições realmente caem na mesma taxa, um pilar da teoria da relatividade de Einstein. Armadilhas a laser também podem ser moldadas em redes ópticas, grades de luz que seguram átomos como um cristal e permitem que físicos simulem materiais difíceis de estudar diretamente. “Quanto mais tempo pudermos observar, maior a probabilidade de encontrarmos fenômenos físicos novos e mais tênues”, disse Xiong Wei, da Universidade de Pequim, co-primeiro autor do artigo, segundo a Xinhua.

Perguntas comuns sobre a temperatura mais baixa já registrada

Qual é a temperatura mais baixa já registrada?

Para um gás de átomos, a temperatura equivalente mais baixa relatada até agora é de 9,7 picokelvin, alcançada a bordo da estação espacial chinesa Tiangong. Isso é 9,7 trilionésimos de grau acima do zero absoluto. O recorde anterior era de 38 picokelvin.

O que é um condensado de Bose-Einstein?

É um estado da matéria que se forma quando um gás de certos átomos é resfriado próximo ao zero absoluto. Os átomos caem no mesmo estado quântico e agem como uma única onda, o que torna os efeitos quânticos visíveis em uma escala grande o suficiente para ser fotografada.

Por que os experimentos com átomos frios funcionam melhor no espaço?

Na Terra, a gravidade puxa os átomos para fora das armadilhas fracas e faz com que uma nuvem liberada caia em frações de segundo. Em órbita, os átomos flutuam, então a armadilha pode ser mais suave, o que os resfria ainda mais, e a nuvem pode ser observada por vários segundos.

Algo pode atingir o zero absoluto?

Não. As leis da termodinâmica proíbem atingir exatamente zero kelvin, então os experimentos só podem chegar cada vez mais perto. Cada passo para baixo se torna mais difícil, e é por isso que ir de 38 para menos de 10 picokelvin conta como um grande salto.

Um laboratório orbital aberto a equipes externas

O rack de átomos frios foi lançado com o módulo Mengtian em 2022, após um projeto cujos primeiros estudos de viabilidade começaram em 2011, e o recorde foi publicado online na Science em 5 de novembro de 2026. Rasel vê o próximo passo como interferômetros em órbita que mantenham átomos divididos de forma coerente por vários segundos. Lyu Congmin, projetista-chefe do sistema de aplicação espacial do programa espacial tripulado da China, disse que o rack está aberto a cientistas de todo o mundo que queiram realizar seus próprios experimentos nele.

Referência: Xiong et al., “Quantum gases below 10 picokelvin in space,” Science, 2026. DOI: 10.1126/science.aea5324

Tags: física, física quântica, Academia Chinesa de Ciências, condensado de Bose-Einstein, Mengtian, Tiangong