L'astronaute Christina Koch a récemment réservé un accueil chaleureux à une arrivée très cool à la Station spatiale internationale :un nouveau matériel pour le Cold Atom Lab, une installation de physique expérimentale qui refroidit les atomes jusqu'au zéro presque absolu, ou moins 459 degrés Fahrenheit (moins 273 degrés Celsius). C'est plus froid que n'importe quel endroit connu dans l'univers.

Le Cold Atom Lab est opérationnel dans le module scientifique de la station spatiale depuis juillet 2018 et est exploité à distance depuis le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie. Cinq groupes de scientifiques sur Terre utilisent le Cold Atom Lab pour mener diverses expériences afin de répondre aux questions sur le fonctionnement de notre monde aux plus petites échelles.

Le nouveau matériel comprend un instrument appelé interféromètre atomique qui permettra aux scientifiques de faire des mesures subtiles de la gravité et de sonder les théories fondamentales de la gravité. Le développement ultérieur de cette technologie dans l'espace pourrait conduire à de meilleurs capteurs de force d'inertie, qui pourraient être utilisés pour concevoir des outils pour une navigation améliorée des engins spatiaux, pour sonder la composition et la topologie des planètes et autres corps célestes, et d'étudier le climat de la Terre.

Refroidir les atomes à des températures aussi basses les ralentit considérablement, permettant aux scientifiques de les étudier plus facilement. (Les atomes à température ambiante se déplacent plus vite que la vitesse du son, tandis que les atomes ultrafroids se déplacent plus lentement qu'un escargot de jardin.) La physique des atomes ultrafroids a conduit à des percées telles que la découverte de la superfluidité et de la supraconductivité, ainsi que la production d'un cinquième état de la matière, appelé condensat de Bose-Einstein (BEC). Prédit pour la première fois dans les années 1920, Les BEC permettent aux scientifiques d'observer les comportements quantiques des atomes à une échelle macroscopique.

Les physiciens utilisent des installations d'atomes ultrafroids dans des laboratoires terrestres depuis plus de 20 ans. Mais CAL est la première installation de ce type en orbite terrestre, où l'environnement de microgravité offre aux scientifiques des temps d'observation plus longs pour des groupes d'atomes individuels et peut permettre des températures plus froides que ce qui peut être obtenu au sol.

Les atomes ultrafroids ouvrent également une fenêtre sur la mécanique quantique, où les particules peuvent se comporter de manière étrange, comme franchir spontanément des barrières physiques ou communiquer instantanément sur de longues distances. L'étude de la mécanique quantique a conduit au développement de technologies omniprésentes telles que les lasers, semi-conducteurs et transistors. En faisant le saut en orbite terrestre, le Cold Atom Lab pourrait ouvrir la porte au développement de technologies quantiques dans l'espace.