Un saluto a tutto lo staff che si prodiga attivamente per questo sito! Avrei una curiosit&agrave da chiederle, ho letto una notizia, ormai di qualche settimana fa, in cui si affermava che si &egrave riusciti a raffreddare un gas ad una temperatura molto prossima allo zero assoluto. Ora, la mia domanda &egrave questa, come mai si usa proprio un gas e non un qualsiasi altro materiale in un qualsiasi altro stato? &Egrave un gas specifico tale per cui si riesce facilmente a raffreddarlo? E come fanno materialmente a raffreddarlo e a misurarne l’effettiva temperatura?

L’esperimento di raffreddamento cui fa riferimento la domanda riguarda uno dei tantissimi esperimenti che negli ultimi anni si stanno svolgendo riguardo un fenomeno interessantissimo di meccanica statistica quantistica: la Condensazione di Bose-Einstein.

Questo fenomeno riguarda un solo tipo di sistemi quantistici, i sistemi bosonici. Bosoni sono tutte le particelle, o agglomerati di particelle, che hanno spin (momento angolare intrinseco) totale intero. Una caratteristica dei bosoni risiede nel fatto che a bassissime temperature queste particelle, anche se non interagenti, condensano energeticamente, portandosi tutte nello stesso stato, per cui si osserva la presenza di un singolo stato quantistico macroscopico.

In questo tipo di studi viene usato un gas invece che un solido o un liquido perché l’obiettivo principale dell’esperimento è studiare il comportamento del condensato e non raggiungere basse temperature. Quindi, per poter parlare di condensato di Bose-Einstein, le particelle coinvolte devono essere non interagenti o comunque poco interagenti, in modo che i fenomeni quantistici puri, quelli dovuti solo alla natura quantistica del sistema, siano predominanti rispetto alle interazioni. Se si avesse a che fare con un gas che a basse temperature diventa liquido o peggio solido (per esempio l’anidride carbonica), non si riuscirebbe ad evidenziare il comportamento del condensato, perché il comportamento del sistema sarebbe principalmente dettato dalla natura dello stato della materia (liquido o solido) che il sistema avrebbe raggiunto.

Pertanto non tutti i gas sono adatti a questa serie di esperimenti, anche se esiste tutta una serie di gas, atomici e molecolari, che si prestano perfettamente a questo scopo. Resta inteso che la necessità di rivolgersi a questi gas che non liquefano riguarda solo la necessità di raggiungere lo stato di condesato di Bose-Einstein e non al raggiungimento della temperatura prossima allo zero assoluto.

Le metodologie di raffreddamento sono moltissime, quella utilizzata in questi esperimenti che richiedono temperature molto vicine allo zero assoluto utilizza un fascio laser che in maniera molto complessa raffredda il gas: fondamentalmente si “sparano” dei singoli fotoni laser contro gli atomi in movimento, in modo che nell’urto l’atomo emerga più lento, per cui, urto dopo urto, il gas si raffredda. Misurare la temperatura durante questo procedimento è relativamente facile: conoscendo la temperatura iniziale del gas e l’energia dei fotoni incidenti, basta misurare l’energia dei fotoni che emergono dopo gli urti per sapere di quanto è diminuita l’energia interna del gas e di conseguenza di quanto è calata la temperatura del gas.