febrero 7, 2023

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Científicos que han alcanzado la temperatura más baja jamás registrada en el universo

  • Alejandra Martín
  • BBC mundo de noticias

Crédito, Ella Maru Studio/Cortesía de E.Ibarra/Rice Univ.

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Ilustración conceptual de las complejas correlaciones magnéticas observadas por los científicos en el innovador experimento. Los diferentes colores representan los seis posibles estados internos de los átomos de iterbio.

¿Cuál es la temperatura más baja que puedes imaginar? El número más bajo registrado en la Tierra fue -89,2 ℃, en la Antártida. En algunos lugares de la Luna, esta medida alcanza los -200 ℃.

Pero un equipo internacional de científicos llegó a un ritmo mucho más lento y alcanzó la temperatura más baja jamás medida en el universo.

Investigadores de la Universidad de Rice en Estados Unidos y de la Universidad de Kyoto en Japón han obtenido en laboratorio una temperatura 3 mil millones de veces más fría que la ya medida en el espacio interestelar.

El grupo alcanzó una temperatura que estaba a menos de una mil millonésima de grado del cero absoluto en la escala Kelvin, o -273,15 °C.

Los científicos utilizaron láseres para enfriar átomos de un elemento químico conocido como iterbio.

El experimento no es solo un gran logro llevado a cabo en una mesa de laboratorio. También “abre la puerta al desarrollo de nuevos materiales con propiedades inimaginables”, dice Francisco José Torcal-Milla, profesor del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Zaragoza, España.

Uno de los autores del experimento y del estudio que lo describe es el físico atómico mexicano Eduardo Ibarra García Padilla quien, tras realizar su doctorado en la Universidad de Rice, ahora es investigador posdoctoral en la Universidad de California en Davis, también en Estados Unidos.

Ibarra explica que hay estados de la materia que solo son accesibles a temperaturas más bajas.

Y alcanzar estas temperaturas y estados nos permitirá comprender mejor problemas físicos como «la superconductividad en óxidos de cobre, que tendrá importantes aplicaciones tecnológicas».

Crédito, Jeff Fitlow/Universidad de Rice

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El físico mexicano Eduardo Ibarra García Padilla (izquierda) con sus colegas de la Universidad Rice Kaden Hazzard (centro) y Hao-Tian Wei

¿Cómo fue la experiencia?

Investigadores de Estados Unidos y Japón han reducido la temperatura de los átomos de iterbio a niveles extremos. Es uno de los elementos químicos presentes en la tabla periódica.

Para ello, utilizaron «técnicas de enfriamiento por evaporación y láser», explicó Ibarra.

“El enfriamiento por evaporación es como cuando tomas una sopa muy caliente. Lo que estás haciendo es soplar la sopa. Con eso, estás eliminando las partículas más calientes”, compara.

«Los experimentos hicieron algo similar: en el primero, usamos una trampa de luz donde quedan atrapados los átomos; en el segundo, eliminamos los átomos más calientes para enfriar el sistema».

Pero, ¿qué son estas trampas de luz?

Torcal-Milla dice que el procedimiento se realiza con la más alta tecnología.

“Una vez obtenido el gas diluido, se mantiene en una cámara donde se ha creado un vacío extremo y los átomos son atrapados por trampas ópticas, que son como una especie de ‘encaje’ de luz”.

“Luego, estas moléculas gaseosas son golpeadas por rayos láser que provienen de diferentes direcciones. Cuando los fotones láser interactúan con los átomos de gas, que están en movimiento, se produce una desaceleración, lo que disminuye la velocidad promedio y, por lo tanto, su temperatura”.

Crédito, Archivo personal

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Francisco Torcal-Milla: la experiencia “abre la puerta al desarrollo de nuevos materiales con propiedades inimaginables”

Dónde se realizó el experimento

El laboratorio donde se alcanzó la temperatura récord se encuentra en la Universidad de Kyoto. El trabajo fue dirigido por los científicos Yoshiro Takahashi y Shintaro Taie.

“Aportamos la parte teórica y numérica del estudio, que nos permite medir las temperaturas a las que se realizaron los experimentos”, explica Ibarra.

Uno de los sitios más conocidos para pruebas de baja temperatura es el Laboratorio de Átomos Fríos (CAL), ubicado en la Estación Espacial Internacional.

CAL tiene la ventaja de trabajar en gravedad cero, aunque Ibarra señala que no fue necesario para los estudios realizados esta vez.

Torcal-Milla cree que sería interesante llevar a cabo estos experimentos a bordo de la Estación Espacial Internacional, ya que, «aunque la interacción gravitatoria que experimentan los átomos individuales con respecto a la Tierra es débil, se vuelve aún más importante que las interacciones con el resto del planeta».

Crédito, NASA

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El Laboratorio de Átomos Fríos de la Estación Espacial Internacional tiene la ventaja de la ingravidez

¿Cómo cambia el comportamiento de la materia?

Ibarra explicó que en la naturaleza «hay dos tipos de partículas, los bosones (como los fotones en un láser) y los fermiones (como los electrones en un sólido), que se comportan de manera diferente a temperaturas muy bajas».

En el último experimento, los científicos utilizaron un isótopo de iterbio llamado 173Yb, que es un fermión.

A temperaturas tan bajas como las alcanzadas, la materia se comporta de manera extraordinaria.

Torcal-Milla explica que, en el caso de los bosones, todos caen a un estado de mínima energía en el que se vuelven indistinguibles. El fenómeno se conoce como condensado de Bose-Einstein.

Los fermiones (partículas fundamentales que componen la materia) se convierten en lo que se denomina un gas o líquido de Fermi, capaz de trepar por las paredes o incluso atravesarlas.

Los ejemplos más conocidos de comportamiento extraño a baja temperatura son la superconductividad y la superfluidez.

La superconductividad ocurre cuando una sustancia es capaz de transmitir electricidad sin resistencia.

La superfluidez es la pérdida completa de la viscosidad de una sustancia. Este estado de la materia puede ser alcanzado por un líquido de Fermi a muy baja temperatura, cercana al cero absoluto.

A estas temperaturas extremas, casi todo se congela, excepto algunos isótopos de helio, que se vuelven superfluidos. En este estado, pueden trepar por las paredes del recipiente que lo contiene.

Crédito, imágenes falsas

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Los materiales superconductores se pueden usar en trenes que levitan, por ejemplo

¿Qué implicaciones futuras puede tener este tipo de experiencia?

Ibarra cree que a medida que alcancemos temperaturas más bajas, aparecerán diferentes fases exóticas de la materia.

Y pueden tener propiedades magnéticas o de transporte completamente diferentes a las que se han observado con otros materiales hasta ahora.

En el caso de una futura superconductividad de los óxidos de cobre, por ejemplo, sería posible utilizar este atributo para la levitación y el movimiento de trenes.

Para Torcal-Milla, “toda experiencia que avanza en el conocimiento es importante, independientemente de la envergadura del descubrimiento”.

“Si pudiéramos decirles a nuestros abuelos que con un pequeño dispositivo en el bolsillo podemos acceder a cualquier información y además hablar e incluso ver instantáneamente a una persona del otro lado del mundo, nos llamarían locos o charlatanes”, agregó. defiende

“Algunos descubrimientos tardarán en encontrar una aplicación práctica, pero no hay duda de que nos revelarán cosas nuevas, que ni siquiera podemos predecir todavía”, añade.

“Quién sabe si el estudio de estos sistemas podrá indicar una nueva Física capaz de guiarnos hacia la teoría definitiva que unifique todas las fuerzas fundamentales, o de revelar las propiedades microscópicas de la materia, aún desconocidas”, concluye.

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