Por Hazel Muir
(Imagem: ESA/NASA)
As coisas curiosas que acontecem a baixas temperaturas não param de vomitar surpresas. Na semana passada, cientistas relataram que moléculas em um gás ultra-frio podem reagir quimicamente a distâncias até 100 vezes maiores do que à temperatura ambiente.
Em experimentos mais próximos à temperatura ambiente, as reações químicas tendem a diminuir à medida que a temperatura diminui. Mas cientistas descobriram que moléculas em temperaturas frias apenas algumas centenas de bilhões de graus acima de zero absoluto (-273,15°C ou 0 kelvin) ainda podem trocar átomos, forjando novas ligações químicas no processo, graças a estranhos efeitos quânticos que estendem seu alcance a baixas temperaturas.
“É perfeitamente razoável esperar que quando você vai para o regime ultra-frio não haja química para falar”, diz Deborah Jin da Universidade do Colorado em Boulder, cuja equipe relatou a descoberta em Science (DOI: 10.1126/science.1184121). “Este artigo diz que não, há muita química a acontecer.”
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Novo Cientista olha para o estranho e maravilhoso reino do ultra-frio.
Por que é o zero absoluto (0 kelvin ou -273,15°C) um objectivo impossível?
Praticamente, o trabalho necessário para remover o calor de um gás aumenta o mais frio que se obtém, e uma quantidade infinita de trabalho seria necessária para arrefecer algo até ao zero absoluto. Em termos quânticos, você pode culpar o princípio da incerteza de Heisenberg, que diz que quanto mais precisamente conhecemos a velocidade de uma partícula, menos sabemos sobre a sua posição, e vice-versa. Se você sabe que seus átomos estão dentro de sua experiência, deve haver alguma incerteza em seu momento mantendo-os acima de zero absoluto – a menos que sua experiência seja do tamanho de todo o universo.
Qual é o lugar mais frio do sistema solar?
A temperatura mais baixa já medida no sistema solar foi na Lua. No ano passado, o Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA mediu temperaturas tão baixas quanto -240°C em crateras permanentemente sombreadas perto do pólo sul lunar. Isso é cerca de 10 graus mais frio do que as temperaturas medidas em Plutão até agora. Brrrrrrrrr.
Qual é o objecto natural mais frio do universo?
O lugar mais frio conhecido no universo é a Nebulosa Bumerangue, a 5.000 anos-luz de nós, na constelação Centauro. Cientistas relataram em 1997 que os gases que sopram de uma estrela moribunda central se expandiram e resfriaram rapidamente até 1 kelvin, apenas um grau mais quente que zero absoluto. Normalmente, as nuvens de gás no espaço foram aquecidas a pelo menos 2,7 kelvins pelo fundo de microondas cósmicas, a radiação relíquia que sobrou do big bang. Mas a expansão da Nebulosa Boomerang cria uma espécie de geladeira cósmica, permitindo que os gases mantenham seu frio incomum.
Qual é o objeto mais frio do espaço?
Se você contar satélites artificiais, as coisas ficam mais frias ainda. Alguns instrumentos no observatório espacial Planck da Agência Espacial Europeia, lançado em Maio de 2009, estão congelados até 0,1 kelvin, para suprimir o ruído de microondas que de outra forma embaciaria a visão do satélite. O ambiente espacial, combinado com sistemas de refrigeração mecânicos e criogénicos utilizando hidrogénio e hélio, arrefece os instrumentos mais frios até 0,1 kelvin em quatro etapas sequenciais.
Qual é a temperatura mais baixa alguma vez alcançada no laboratório?
A temperatura mais baixa jamais registrada foi aqui na Terra em um laboratório. Em Setembro de 2003, cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts anunciaram que tinham arrefecido uma nuvem de átomos de sódio para um recorde de 0,45 nanokelvin. Anteriormente, cientistas da Universidade de Tecnologia de Helsinki, na Finlândia, alcançaram uma temperatura de 0,1 nanokelvin em um pedaço de ródio metálico em 1999. No entanto, esta era a temperatura para apenas um tipo particular de movimento – uma propriedade quântica chamada spin nuclear – não a temperatura global para todos os movimentos possíveis.
Que comportamento estranho podem os gases exibir perto de zero absoluto?
Em sólidos, líquidos e gases do dia-a-dia, o calor ou a energia térmica surge do movimento dos átomos e das moléculas enquanto elas se movimentam e ricocheteiam umas nas outras. Mas a temperaturas muito baixas, as estranhas regras da mecânica quântica reinam. As moléculas não colidem no sentido convencional; ao invés disso, suas ondas mecânicas quânticas se esticam e se sobrepõem. Quando se sobrepõem assim, por vezes formam um condensado chamado Bose-Einstein, no qual todos os átomos agem de forma idêntica a um único “super-atom”. O primeiro condensado puro de Bose-Einstein foi criado no Colorado em 1995 usando uma nuvem de átomos de rubídio resfriados a menos de 170 nanokelvin.
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