¿Qué sucede cuando se alcanza la temperatura cero absoluta?

Un grupo de investigadores de la Universidad de Kyoto, en Japón, y la Universidad de Rice, en Estados Unidos, han conseguido obtener en laboratorio la temperatura más baja jamás alcanzada3 mil millones de veces más frío que el espacio profundo, que todavía se está calentando con la resplandor del big bang, que está a 4,2 kelvin. Para conseguirlo, han enfriado un gas fermi de núcleos de iterbio, que se comporta como una materia SU(6), donde SU representa grupo de unidad especialuna forma matemática de describir la simetría, y N=6 denota los posibles estados de espín de las partículas en el modelo, usando refrigeración por láser.

Este hito abre las puertas para desarrollar Nuevos Materiales con propiedades inimaginables y observar sistemas físicos que no se pueden explicar con las leyes de la termodinámica. Debemos recurrir a la mecánica cuántica para acercarnos a su comprensión. Esta es la temperatura más baja jamás alcanzada en todo el universo a menos que una civilización extraterrestre esté realizando estos mismos experimentos en algún lugar del cosmos y tengan alguna ventaja, pero ¿qué le sucede a la materia a temperaturas tan bajas? ? Lo que sabemos es que la actividad de los átomos se detendrá por completo y sucederán cosas extrañas.

Por ejemplo, a temperaturas cercanas al cero absoluto, el helio se vuelve superfluido, estado caracterizado por la ausencia total de viscosidad. Esto significa que puede atravesar paredes y cualquier tipo de material, poroso o no, y trepar por las paredes de los recipientes que lo contienen. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de los artículos, no se congela.

Dime como te mueves y te dire a que temperatura estas

La temperatura es una medida macroscópica del grado de agitación atómica y/o molecular que tiene la materia. Cuanto mayor sea la agitación, mayor será la temperatura. En el caso de un gas de un solo átomo, como el helio, la agitación se reduce a movimiento browniano. En los gases biatómicos, como el oxígeno, al estado de agitación hay que añadirle vibraciones u oscilaciones internas, etc.

La primera persona en establecer una escala de temperatura objetiva fue el astrónomo y físico sueco anders celsius en 1742. Celsius creó la escala que lleva su nombre (escala de temperatura Celsius), que divide el rango de temperatura entre los puntos de fusión y ebullición del agua a presión atmosférica en 100 divisiones o grados.

En España, hasta 1948, esta escala se denominaba escala centígrada y, aunque muchos la seguimos utilizando, ya no es estrictamente correcto hacerlo. Un siglo después de la aparición de la escala Celsius, Señor Kelvin propuso la escala de temperatura absoluta, cuyo cero es, efectivamente, el cero absoluto, correspondiente a -273,15 ℃. Esta escala tiene un mayor fundamento físico ya que a cero kelvin la materia deja de temblar.

La temperatura a la que es posible la vida

La temperatura promedio en tierra es de aproximadamente 14 ℃, con la temperatura más baja registrada de -89,2 ℃ en la Antártida y la más alta de 54,4 ℃ en Death Valley, California.

En realidad, si ubicamos los rangos de temperatura en los que es posible la vida tal como la conocemos dentro de la escala de temperatura absoluta, nos daremos cuenta de que estamos más cerca del cero absoluto que de las temperaturas más altas del universo. Como ejemplo, la superficie de nuestra estrella, el Sol, es de aproximadamente 5600 ℃. No así su centro, cuya temperatura se estima en 15 millones de grados Kelvin.

¡Todo el mundo tranquilo! cero kelvin está cerca

A muy altas temperaturas, todo tipo de materia se convierte en gas y adquiere altísimas velocidades de agitación. Por el contrario, a temperaturas cercanas al cero absoluto, la materia se comporta de una forma muy especial. Estrictamente, a cero kelvin, todo movimiento se detiene, incluso los electrones que orbitan alrededor de los núcleos de los átomos.

Uno de estos comportamientos muy especiales, que se da en un tipo de materia (formada por bosones como núcleos atómicos de espín entero o partículas encargadas de transmitir una de las cuatro fuerzas fundamentales: fotones, gluones, etc.), fue predicho hace algún tiempo. . más de un siglo para Albert Einstein y el experto en física matemática Satyendra Nathan Bosé.

Cuando un conjunto de bosones alcanza este estado, todos caen al nivel de energía más bajo posible. Este estado de la materia se llama Condensado de Bose-Einsteinen homenaje a los dos físicos que lo predijeron.

Si en lugar de materia bosónica, estamos tratando con materia fermiónica, como núcleos de espín semientero, protones, electrones, etc., el estado de la materia que se alcanza cerca del cero absoluto se llama liquido fermisimilar a un gas de Fermi.

En algunos casos de temperatura extremadamente baja, un líquido de Fermi puede comportarse como un superfluidoes decir, un fluido de viscosidad estrictamente nula, que es capaz de ascender por una pared vertical como ocurre con el helio.

durante el s. XIX la ciencia vivió un frenético carrera para alcanzar el cero absoluto. Y la búsqueda continúa. Pero ahora, con las técnicas de enfriamiento por láser, estamos muy cerca.