Científicos lograron la temperatura más
baja registrada en el universo
Alcanzaron un registro 3 mil millones de veces
más fría que la del espacio interestelar.
Por: Alejandra Martins - BBC News Mundo
¿Cuál es la temperatura más baja que puedes
imaginar? La menor registrada en la Tierra es de -89,2℃ en la Antártida. En algunos sitios de la Luna
puede caer por debajo de los -200 ℃.
Pero un equipo internacional de científicos
logró una temperatura aún menor, la más baja jamás medida en el universo.
Investigadores de la Universidad de Rice, en
Estados Unidos, y de la Universidad de Kioto, en Japón, obtuvieron en
laboratorio una temperatura 3 mil millones de veces más fría que la del espacio
interestelar.
Los científicos usaron rayos láser para
enfriar átomos hasta una temperatura de apenas una mil millonésima de grado por
encima de -273,15 ℃, el cero absoluto en
la escala de Kelvin. Esta es la temperatura en la que cesa por completo todo
movimiento de los átomos.
El experimento no es sólo un gran logro a
nivel de laboratorio. También "abre las puertas al desarrollo de nuevos
materiales con propiedades inimaginables", señaló a BBC Mundo Francisco
José Torcal-Milla, profesor del departamento de Física Aplicada de la
Universidad de Zaragoza.
A temperaturas cercanas al cero absoluto, el
helio, por ejemplo, "se vuelve superfluido, un estado caracterizado por la
ausencia total de viscosidad. Esto hace que pueda atravesar paredes y cualquier
tipo de material, poroso o no, y trepar por las paredes de los recipientes que
lo contienen", agregó el experto español.
Uno de los autores del experimento y del
estudio que lo describe es el especialista en física atómica mexicano Eduardo
Ibarra García Padilla, quien luego de completar su doctorado en la Universidad
de Rice es ahora investigador postdoctoral en la Universidad de California
Davis.
Ibarra explicó a BBC Mundo que hay fases de la
materia que sólo son accesibles a las temperaturas más bajas.
Y acceder a esas temperaturas y a esas fases
permitirá comprender mejor problemas de la física como "la
superconductividad en los óxidos de cobre, que tendrán importantes aplicaciones
tecnológicas".
¿Cómo se realizó el experimento?
Los investigadores de Estados Unidos y Japón
bajaron la temperatura a niveles extremos de átomos de iterbio, una tierra rara
que es un elemento químico de la tabla periódica con el símbolo Yb. Para
lograrlo, utilizaron "técnicas de enfriamiento con láseres y enfriamiento
evaporativo", explicó Ibarra.
"El enfriamiento evaporativo es como
cuando uno tiene una sopa muy caliente. Lo que uno hace es soplarle a la sopa;
al hacer eso uno remueve las partículas más calientes y de esta manera enfria
la sopa", señaló el físico mexicano.
"Lo mismo hacen los experimentos: uno
juega con la trampa de luz donde se atrapan los átomos y uno va removiendo los
átomos más calientes y por ende enfria al sistema".
¿En qué consisten esas trampas de luz?. Torcal-Milla,
quien escribió un artículo de divulgación sobre el experimento, señaló a BBC
Mundo que el procedimiento está rodeado de la más alta tecnología.
"Comienza por sublimar (convertir
directamente de sólido a gas sin pasar por el estado líquido) átomos de
iterbio. Este procedimiento se suele llevar a cabo haciendo incidir un láser de
alta potencia sobre un bloque de iterbio sólido, haciendo que se evapore una
pequeña cantidad del mismo".
"Una vez que se obtiene el gas diluido,
se mantiene en una cámara donde se ha hecho un vacío extremo y se atrapan los
átomos mediante trampas ópticas, que son como una especie de lazos hechos de
luz".
"Después se incide sobre ellos con haces
láser desde distintas direcciones. Los fotones del láser, al interactuar con
los átomos de gas, que están agitándose, los frenan, disminuyendo su velocidad
promedio y, como consecuencia, su temperatura".
El laboratorio donde se alcanzó la temperatura
récord se encuentra en la Universidad de Kioto. Allí trabajó el grupo liderado
por Yoshiro Takahashi y Shintaro Taie.
"Nosotros proporcionamos la parte teórica
y numérica del estudio, que nos permite extraer las temperaturas a las cuales
se realizaron los experimentos", señaló Ibarra.
Uno de los sitios más conocidos por sus
pruebas de bajas temperaturas es el Laboratorio de Átomos Fríos, CAL por sus
siglas en inglés, en la Estación Espacial Internacional.
CAL tiene la ventaja de la ausencia de
gravedad, aunque Ibarra señaló que para los estudios realizados en esta ocasión
la gravedad cero no era necesaria.
Torcal Milla cree que sería interesante
realizar estos experimentos a bordo de la Estación Espacial Internacional,
"ya que a pesar de que la interacción gravitatoria que sufren los átomos
individualmente debida a la Tierra es minúscula, esta cobra más importancia
cuanto menores sean el resto de interacciones".
¿Cómo cambia el comportamiento de la materia?
Ibarra explicó que "en la naturaleza
existen dos tipos de partículas, los bosones (como los fotones de un láser) y
los fermiones (como los electrones en un sólido), los cuales a muy bajas
temperaturas exhiben diferentes comportamientos".
Los científicos usaron un isótopo del iterbio
llamado 173Yb, que es un fermión.
A temperaturas tan bajas como la alcanzada en
el experimento, la materia se comporta de una forma extraordinaria.
Torcal-Milla explicó que en el caso de los
bosones, todos caen a un estado mínimo de energía llamado estado fundamental en
el que se hacen indistinguibles, llamado Condensado de Bose- Einstein.
Si por el contrario, son fermiones (partículas
fundamentales que conforman la materia) se convierten en lo que se conoce como
un gas o líquido de Fermi, capaz de ascender paredes o incluso atravesarlas.
Los ejemplos más conocidos de comportamiento
extraños a bajas temperaturas son la superconductividad y la superfluidez. La
superconductividad ocurre cuando una sustancia es capaz de transmitir la
electricidad sin oponer resistencia.
Por otro lado, la superfluidez consiste en la
pérdida total de viscosidad de una sustancia. Este estado de la materia puede
ser alcanzado por un líquido de Fermi a temperaturas extremadamente bajas, muy
cerca del cero absoluto.
A estas temperaturas casi todo se congela,
excepto algunos isótopos de helio, que adquieren superfluidez. En este estado,
el fluido es capaz de ascender las paredes del recipiente que lo contiene.
¿Qué aplicaciones futuras podría tener este
tipo de experimento?
Ibarra señaló a BBC Mundo que conforme
alcancemos temperaturas menores, diferentes fases exóticas de la materia
aparecerán. Estas pueden tener propiedades magnéticas o de transporte
completamente diferentes a las de otros materiales. En el caso de una futura
superconductividad de los óxidos de cobre, por ejemplo, una posible aplicación
según el experto mexicano es la propuesta de usar superconductores para los
trenes que levitan.
"Un ejemplo son los trenes maglev. Pero
yo considero que probablemente serán de utilidad para otras aplicaciones puesto
que implica poder tener una corriente eléctrica sin pérdidas".
Para Torcal-Milla, "todo experimento que
avance en el conocimiento es de importancia, por pequeño que sea el avance. Si
pudiéramos contar a nuestros abuelos que con un aparatito que llevo en el
bolsillo puedo acceder a cualquier información que necesite y además hablar e
incluso ver de forma instantánea a una persona que se encuentra en las
antípodas, nos tratarían de locos o charlatanes".
"Algunos descubrimientos deben esperar
para ser aplicados y quizá este sea el caso, pero no cabe duda que nos
revelarán nueva física, que no podemos ni siquiera prever", agregó el
experto español a BBC Mundo.
"Quién sabe si el estudio de estos sistemas
podría desvelarnos nueva física que nos dirija a la teoría definitiva que
unifique todas las fuerzas fundamentales, o nos desvele propiedades de la
materia a niveles microscópicos, todavía desconocidas".
