Qué ocurre en el cero absoluto?

Las cosas curiosas que ocurren a bajas temperaturas siguen dando sorpresas. La semana pasada, los científicos informaron de que las moléculas de un gas ultrafrío pueden reaccionar químicamente a distancias hasta 100 veces mayores que a temperatura ambiente.

En los experimentos más cercanos a la temperatura ambiente, las reacciones químicas tienden a ralentizarse a medida que la temperatura disminuye. Pero los científicos descubrieron que las moléculas a temperaturas gélidas, apenas unas cientos de mil millonésimas de grado por encima del cero absoluto (-273,15°C o 0 kelvin), aún pueden intercambiar átomos, forjando nuevos enlaces químicos en el proceso, gracias a extraños efectos cuánticos que amplían su alcance a bajas temperaturas.

«Es perfectamente razonable esperar que cuando se pasa al régimen ultrafrío no haya química de la que hablar», dice Deborah Jin, de la Universidad de Colorado en Boulder, cuyo equipo informó del hallazgo en Science (DOI: 10.1126/science.1184121). «Este artículo dice que no, que hay mucha química en marcha».

New Scientist echa un vistazo al extraño y maravilloso reino del ultrafrío.

¿Por qué el cero absoluto (0 kelvin o -273,15°C) es un objetivo imposible?

Prácticamente, el trabajo necesario para eliminar el calor de un gas aumenta cuanto más frío se encuentre, y se necesitaría una cantidad infinita de trabajo para enfriar algo hasta el cero absoluto. En términos cuánticos, se puede culpar al principio de incertidumbre de Heisenberg, que dice que cuanto más exactamente conozcamos la velocidad de una partícula, menos sabremos sobre su posición, y viceversa. Si sabes que tus átomos están dentro de tu experimento, debe haber alguna incertidumbre en su momento que los mantenga por encima del cero absoluto – a menos que tu experimento sea del tamaño de todo el universo.

¿Cuál es el lugar más frío del sistema solar?

La temperatura más baja jamás medida en el sistema solar fue en la Luna. El año pasado, el Orbitador de Reconocimiento Lunar de la NASA midió temperaturas de hasta -240°C en cráteres permanentemente sombreados cerca del polo sur lunar. Eso es alrededor de 10 grados más frío que las temperaturas medidas en Plutón hasta ahora. Brrrrrrr.

¿Cuál es el objeto natural más frío del universo?

El lugar más frío conocido del universo es la nebulosa del Bumerán, a 5.000 años luz de nosotros en la constelación del Centauro. Los científicos informaron en 1997 de que los gases que salen de una estrella central moribunda se han expandido y enfriado rápidamente hasta 1 kelvin, sólo un grado más caliente que el cero absoluto. Normalmente, las nubes de gas en el espacio se han calentado hasta al menos 2,7 kelvin por el fondo cósmico de microondas, la radiación relicta que queda del big bang. Pero la expansión de la Nebulosa del Bumerán crea una especie de refrigerador cósmico que permite que los gases mantengan su inusual frío.

¿Cuál es el objeto más frío del espacio?

Si contamos los satélites artificiales, las cosas se ponen aún más frías. Algunos instrumentos del observatorio espacial Planck de la Agencia Espacial Europea, lanzado en mayo de 2009, están congelados a 0,1 kelvin, para suprimir el ruido de las microondas que, de otro modo, empañaría la visión del satélite. El entorno espacial, combinado con sistemas de refrigeración mecánicos y criogénicos que utilizan hidrógeno y helio, enfrían los instrumentos más fríos hasta 0,1 kelvin en cuatro pasos secuenciales.

¿Cuál es la temperatura más baja jamás alcanzada en el laboratorio?

La temperatura más baja jamás registrada se produjo aquí, en la Tierra, en un laboratorio. En septiembre de 2003, científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts anunciaron que habían enfriado una nube de átomos de sodio hasta un récord de 0,45 nanokelvin. Anteriormente, los científicos de la Universidad Tecnológica de Helsinki (Finlandia) habían logrado una temperatura de 0,1 nanokelvin en un trozo de metal de rodio en 1999. Sin embargo, se trataba de la temperatura de un tipo concreto de movimiento -una propiedad cuántica llamada espín nuclear- y no de la temperatura global de todos los movimientos posibles.

¿Qué extraño comportamiento pueden mostrar los gases cerca del cero absoluto?

En los sólidos, líquidos y gases cotidianos, el calor o la energía térmica surge del movimiento de los átomos y las moléculas cuando giran y rebotan entre sí. Pero a temperaturas muy bajas, reinan las extrañas reglas de la mecánica cuántica. Las moléculas no chocan en el sentido convencional, sino que sus ondas mecánicas cuánticas se estiran y solapan. Cuando se superponen así, a veces forman el llamado condensado de Bose-Einstein, en el que todos los átomos actúan de forma idéntica como un único «superátomo». El primer condensado de Bose-Einstein puro se creó en Colorado en 1995 utilizando una nube de átomos de rubidio enfriados a menos de 170 nanokelvin.

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