El cero absoluto es la temperatura teórica más baja, que los científicos han definido como -273,15°C. Eso es incluso más frío que el espacio exterior. Hasta ahora, nada de lo que conocemos ha llegado al cero absoluto. ¿Pero es siquiera posible alcanzar este escalofriante hito?
Para responder a esta pregunta, analicemos qué es realmente la temperatura. Tendemos a pensar en la temperatura como qué tan caliente o frío está algo, pero en realidad es una medida de la energía o vibraciones de todas las partículas de un sistema. Los objetos calientes tienen más energía, por lo que sus partículas pueden vibrar más rápidamente. El punto en el que las partículas no tienen energía alguna (y, por tanto, dejan de moverse) es lo que se define como cero absoluto.
Los científicos están interesados en alcanzar estas bajas temperaturas porque cuando se desaceleran las partículas surgen bastantes efectos cuánticos interesantes. Un principio fundamental de la mecánica cuántica es la dualidad onda-partícula, el fenómeno en el que una partícula como un fotón de luz puede comportarse como partícula o como onda, dijo Sankalpa Ghosh, físico teórico de la materia condensada del Instituto Indio de Tecnología de Delhi.
Cuando se trata de partículas de mecánica cuántica, es importante recordar su “indistinguibilidad”: “no es posible rastrear las partículas u ondas individualmente como podemos hacerlo con objetos más grandes”, dijo Ghosh a Live Science en un correo electrónico. “El origen de esto se remonta al famoso Principio de Incertidumbre de Heisenberg que cuantifica la naturaleza probabilística de la medición mecánica cuántica [lo que significa que cuando la posición de una partícula se mide con precisión, su momento se conoce con menor precisión, y viceversa]. Esta naturaleza probabilística confiere un carácter ondulatorio a una partícula de mecánica cuántica”.
El alcance de este comportamiento ondulatorio cuántico se expresa mediante la relación de distancias entre partículas en el sistema, conocida como longitud de onda térmica de De Broglie. A temperaturas normales, este comportamiento cuántico es insignificante, pero comienzan a surgir efectos extraños a medida que las partículas se enfrían.
“[Esta proporción] aumenta a medida que la temperatura baja y en el cero absoluto en realidad es infinito”, dijo Ghosh. “Los fenómenos cuánticos como la superfluidez (flujo sin fricción), la superconductividad (la corriente fluye sin ninguna resistencia) y la condensación atómica ultrafría ocurren debido a esto”.
Los primeros experimentos ultrafríos realizados en la década de 1990 utilizaron una técnica conocida como enfriamiento por láser para comenzar a investigar estos efectos. “La luz ejerce una fuerza sobre los átomos que los frena hasta temperaturas razonablemente frías, alrededor de 1 kelvin o -272,15°C”, dijo Christopher Foot, físico de ultrafrío de la Universidad de Oxford. “[Eso es lo suficientemente bajo] para ver el comportamiento cuántico en sólidos y líquidos, pero para los gases que estudiamos, necesitamos decenas de temperaturas nanokelvin para obtener estos efectos cuánticos”.
La temperatura más baja jamás registrada en un laboratorio la alcanzó un grupo en Alemania en 2021. El equipo arrojó átomos de gas magnetizados por una torre de 120 metros, encendiendo y apagando constantemente el campo magnético para ralentizar las partículas hasta casi detenerlas por completo. En este tipo de experimento, conocido como enfriamiento por trampa magnética, las partículas gaseosas alcanzaron la increíble cifra de 38 picokelvin (38 billonésimas de grado Celsius por encima del cero absoluto y muy dentro del rango para comenzar a observar efectos cuánticos en los gases).
¿Pero tiene algún sentido intentar enfriar aún más los materiales? Probablemente no, según Foot. “Estamos mucho más interesados en estos efectos cuánticos que en alcanzar el cero absoluto”, afirmó. “Los átomos enfriados por láser ya se utilizan en los estándares atómicos que definen el tiempo universal (relojes atómicos) y en los ordenadores cuánticos. El trabajo a bajas temperaturas todavía está en la fase de investigación y se utilizan estos métodos para probar teorías físicas universales”.
En la actualidad, no es posible enfriar esas últimas 38 billonésimas de grado, y habría que superar varios obstáculos para que esto se convierta en realidad. De hecho, incluso si llegáramos al cero absoluto, podríamos perderlo por completo debido a técnicas de medición imprecisas.
“Con los instrumentos actuales, no se podía decir si era cero o simplemente un número muy, muy pequeño”, dijo Foot. “Para medir el cero absoluto, en realidad se necesitaría un termómetro infinitamente preciso, y eso está más allá de nuestros sistemas de medición actuales”.
Fuente: Live Science.
