Curiosidades sobre el cero absoluto

Las curiosas cosas que suceden a temperaturas ultrabajas sorprenden a los científicos. La semana pasada, científicos informaron que las moléculas de un gas ultrafrío pueden reaccionar químicamente a distancias más de 100 veces mayores de lo que lo hacen a temperaturas ordinarias.

A temperaturas normales se observa que al disminuir la temperatura las reacciones tienden a decrecer. Sin embargo, los científicos descubrieron que las moléculas situadas a unas pocas billonésimas de grado por encima del cero absoluto (-273º C o O Kelvin) todavía pueden intercambiar átomos y forjar nuevos enlaces químicos en el proceso, gracias a los extraños efectos cuánticos que se producen a temperaturas tan bajas.

Es perfectamente razonable esperar que "cuando cuando existen temperaturas ultrafrías no habría ningún proceso químico del que hablar", señala Deborah Jin de la Universidad de Colorado en Boulder, cuyo equipo informó de este descubrimiento en Science. "Este artículo dice que suceden muchos procesos químicos."

Embarquémonos ahora en una apasionante expedición hacia el maravilloso umbral del ultrafrío.

¿Por qué llegar al está cero absoluto (-273º C o O Kelvin) es una meta imposible?

En la práctica, la energía necesaria para eliminar el calor de un gas se hace mayor cuanto menor es la temperatura, y sería necesaria una energía infinita para enfriar algo al cero absoluto. En términos cuánticos, podemos culpar al principio de incertidumbre de Heisenberg, que nos dice que sólo se puede conocer con precisión la velocidad de la partícula o su posición, pero no ambas a la vez. Los átomos de tu experimento, tiendrán algo de incertidumbre en su momento al mantenerlos por encima del cero absoluto, a menos que tu experimento fuera del tamaño del universo entero.

¿Cuál es el lugar más frío del sistema solar?

La temperatura más baja medida la obtuvo la sonda Lunar Reconaissance Orbiter (LRO) de la NASA el pasado año. LRO midió temperaturas de -240º C cerca del polo sur lunar. Unos 10 grados más frío que las temperaturas de Plutón. Sin embargo, en los confines del sistema solar exterior en la nube de Oort las temperaturas podría caer aún más, hasta tal vez a 10 Kelvin.

¿Cuál es el objeto natural más frío en el universo?

El lugar más frío conocido en el universo es la Nebulosa Boomerang, a 5000 años-luz de distancia. Los científicos informaron que los gases que se expandían de la estrella central agonizante lo hacían tan rápidamente que alcanzaban tan sólo 1 kelvin, tan sólo 1º C por encima del cero absoluto. Normalmente, las nubes de gas en el espacio se calientan a temperaturas de 2,7 kelvin debido a la temperatura residual del fondo cósmico de microondas, esta radiación fósil remanente del Big Bang constituye un congelador cósmico, que permite que los gases mantengan esta tremenda frialdad.

¿Cuál es el objeto más frío en el espacio?

Si contamos a los satélites artificiales, podemos esperar cosas aún más frías. Algunos instrumentos del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea, lanzado en mayo de 2009, están a tan sólo 0,1 kelvin, para suprimir el ruido de microondas que de otra forma nublaría la visión del satélite. El ambiente espacial, combinado con sistemas de refrigeración criogénica que utilizan hidrógeno y helio a temperaturas ultrabajas, mantienen a los instrumentos a temperaturas de 0.1 Kelvin en cuatro pasos secuenciales.

¿Cuál es la mínima temperatura conseguida hasta ahora?

Las temperatura más baja fue registrada en un laboratorio en la Tierra. En septiembre de 2003 los científicos del Massachusetts Institute of Technology (MIT) anunciaron que habían enfriado una nube de átomos de sodio a una temperatura récord de 0,45 nanokelvins. Anteriormente en el Universidad de Tecnología de Finlandia se consiguió una temperatura de 0,1 nanokelvin en un trozo de rodio en 1999. Sin embargo, esta fue una temperatura para un tipo particular de movimiento (una propiedad cuántica llamada spin nuclear) no la temperatura mínima para todos los movimientos posibles.

¿Qué extraño comportamiento muestran los gases cerca del cero absoluto?

En los sólidos, líquidos y gases ordinarios, el calor o energía térmica es el resultado del movimiento de los átomos y moléculas que chocan unas contra otras. A temperaturas muy bajas, las extrañas leyes que rigen el mundo cuántico son las que mandan. Las moléculas no pueden colisionar en sentido convencional; en lugar de eso sus ondas mecánicas cuánticas se estiran y se solapan. Cuando se solapan forman lo que se llama un condensado Bose-Einstein, en el cual todos sus átomos actúan de forma idéntica como un único superátomo. La primera imagen de un condensado Bose-Einstein se creó en Colorado en 1995 usando una nube de átomos de rubidio enfriados a menos de 170 nanokelvins.