¿Dónde está el lugar más frío del universo? No en la luna, donde la temperatura cae a un mero menos 378 Fahrenheit. Ni siquiera en el espacio exterior más profundo, que tiene una temperatura de fondo estimada de aproximadamente menos 455 ° F. Según los científicos, las temperaturas más bajas jamás alcanzadas se observaron recientemente aquí en la Tierra.
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Los mínimos récord se encuentran entre las últimas hazañas de la física ultrafría, el estudio de laboratorio de la materia a temperaturas tan increíblemente frías que los átomos e incluso la luz misma se comportan de maneras muy inusuales. La resistencia eléctrica en algunos elementos desaparece por debajo de menos 440 ° F, un fenómeno llamado superconductividad. A temperaturas aún más bajas, algunos gases licuados se convierten en "superfluidos" capaces de exudarse a través de paredes lo suficientemente sólidas como para contener cualquier otro tipo de líquido; incluso parecen desafiar la gravedad a medida que se arrastran hacia arriba y hacia afuera de sus contenedores.
Los físicos reconocen que nunca pueden alcanzar la temperatura más fría imaginable, conocida como cero absoluto y hace mucho tiempo calculada como menos 459.67 ° F. Para los físicos, la temperatura es una medida de qué tan rápido se mueven los átomos, un reflejo de su energía, y el cero absoluto es el punto en el que no queda absolutamente ninguna energía calorífica para extraer de una sustancia.
Pero algunos físicos tienen la intención de acercarse lo más posible a ese límite teórico, y fue para obtener una mejor visión de las competencias más raras que visité el laboratorio de Wolfgang Ketterle en el Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge. Actualmente posee el récord, al menos según Guinness World Records 2008, para la temperatura más baja: 810 billonésimas de grado F por encima del cero absoluto. Ketterle y sus colegas lograron esa hazaña en 2003 mientras trabajaban con una nube, aproximadamente una milésima de pulgada de ancho, de moléculas de sodio atrapadas en su lugar por imanes.
Le pido a Ketterle que me muestre el lugar donde establecieron el récord. Nos ponemos gafas para protegernos de ser cegados por la luz infrarroja de los rayos láser que se utilizan para reducir la velocidad y, por lo tanto, enfriar las partículas atómicas de rápido movimiento. Cruzamos el pasillo desde su oficina soleada a una habitación oscura con una mezcla de cables interconectados, pequeños espejos, tubos de vacío, fuentes láser y equipos informáticos de alta potencia. "Justo aquí", dice, su voz se eleva con entusiasmo mientras señala una caja negra que tiene un tubo envuelto en papel de aluminio que conduce a ella. "Aquí es donde hicimos la temperatura más fría".
El logro de Ketterle surgió de su búsqueda de una forma de materia completamente nueva llamada condensado de Bose-Einstein (BEC). Los condensados no son gases estándar, líquidos o incluso sólidos. Se forman cuando una nube de átomos, a veces millones o más, todos entran en el mismo estado cuántico y se comportan como uno solo. Albert Einstein y el físico indio Satyendra Bose predijeron en 1925 que los científicos podrían generar tal materia sometiendo los átomos a temperaturas cercanas al cero absoluto. Setenta años después, Ketterle, trabajando en el MIT, y casi simultáneamente, Carl Wieman, trabajando en la Universidad de Colorado en Boulder, y Eric Cornell, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología en Boulder, crearon los primeros condensados de Bose-Einstein. Los tres rápidamente ganaron un Premio Nobel. El equipo de Ketterle está utilizando BEC para estudiar las propiedades básicas de la materia, como la compresibilidad, y comprender mejor los fenómenos extraños de baja temperatura, como la superfluidez. En última instancia, Ketterle, como muchos físicos, espera descubrir nuevas formas de materia que puedan actuar como superconductores a temperatura ambiente, lo que revolucionaría la forma en que los humanos usan la energía. Para la mayoría de los ganadores del Premio Nobel, el honor corona una larga carrera. Pero para Ketterle, que tenía 44 años cuando recibió el suyo, la creación de BEC abrió un nuevo campo que él y sus colegas explorarán durante décadas.
Otro contendiente para el lugar más frío está al otro lado de Cambridge, en el laboratorio de Lene Vestergaard Hau en Harvard. Su mejor marca personal es unas pocas millonésimas de grado F por encima del cero absoluto, cerca de la de Ketterle, que ella también alcanzó al crear BEC. "Hacemos BEC todos los días ahora", dice mientras bajamos las escaleras a un laboratorio repleto de equipos. Una plataforma del tamaño de una mesa de billar en el centro de la habitación se parece a un laberinto construido con pequeños espejos ovales y rayos láser delgados de plomo. Aprovechando los BEC, Hau y sus compañeros de trabajo han hecho algo que puede parecer imposible: han reducido la luz a un punto muerto virtual.
La velocidad de la luz, como todos hemos escuchado, es constante: 186, 171 millas por segundo en el vacío. Pero es diferente en el mundo real, fuera del vacío; por ejemplo, la luz no solo se dobla sino que también se ralentiza ligeramente cuando pasa a través del vidrio o el agua. Aún así, eso no es nada comparado con lo que sucede cuando Hau proyecta un haz de luz láser en un BEC: es como lanzar una pelota de béisbol contra una almohada. "Primero, redujimos la velocidad a la de una bicicleta", dice Hau. "Ahora se está arrastrando, y podemos detenerlo: mantener la luz embotellada por completo dentro del BEC, mirarlo, jugar con él y luego soltarlo cuando estemos listos".
Es capaz de manipular la luz de esta manera porque la densidad y la temperatura del BEC disminuyen los pulsos de luz. (Recientemente llevó los experimentos un paso más allá, deteniendo un pulso en un BEC, convirtiéndolo en energía eléctrica, transfiriéndolo a otro BEC, luego soltándolo y enviándolo de nuevo.) Hau usa BEC para descubrir más sobre la naturaleza de luz y cómo usar la "luz lenta", es decir, la luz atrapada en los BEC, para mejorar la velocidad de procesamiento de las computadoras y proporcionar nuevas formas de almacenar información.
No toda la investigación ultrafría se realiza con BEC. En Finlandia, por ejemplo, el físico Juha Tuoriniemi manipula magnéticamente los núcleos de los átomos de rodio para alcanzar temperaturas de 180 billonésimas de grado F por encima del cero absoluto. (A pesar del registro Guinness, muchos expertos atribuyen a Tuoriniemi el logro de temperaturas aún más bajas que Ketterle, pero eso depende de si está midiendo un grupo de átomos, como un BEC, o solo partes de átomos, como los núcleos).
Puede parecer que vale la pena intentar alcanzar el cero absoluto, pero Ketterle dice que lo sabe mejor. "No lo estamos intentando", dice. "Donde estamos es lo suficientemente frío para nuestros experimentos". Simplemente no vale la pena, por no mencionar, según la comprensión de los físicos sobre el calor y las leyes de la termodinámica, imposible. "Aspirar toda la energía, hasta el último bit, y lograr energía cero y cero absoluto, eso llevaría la edad del universo para lograrlo".
Tom Shachtman es el autor de Absolute Zero and the Conquest of Cold, la base de un futuro documental de PBS "Nova".
