En México, el punto más frío del Universo

2020-05-27 06:00:00

(Experimento. El objetivo de enfriar hasta tal punto un gas es estudiar qué ocurre en la materia cuando la temperatura es tan baja. Foto: Especial)

En el Laboratorio de Materia Ultrafría del Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), se logró bajar la temperatura de un gas a solo 20 mil millonésimas (0.00000002) por encima del cero absoluto: -273.15 grados Centígrados o casi el cero grados Kelvin (una temperatura que según confirman estudios recientes, es imposible de alcanzar). Es decir, han conseguido producir el primer condensado de Bose-Einstein en México. Se estima que ni siquiera el débil resplandor del Big Bang, la gran explosión que dio origen a todo, fuera tan gélido. 

“No existe ningún lugar en el universo donde se alcancen temperaturas así de bajas a través de un proceso natural. De hecho, podemos afirmar que las temperaturas más bajas del universo están en el planeta Tierra en laboratorios como el nuestro; nosotros somos los primeros en México en aproximarnos tanto al cero absoluto y en nuestro laboratorio se encuentra la materia más fría en nuestro país”, explica a la Agencia Informativa Conacyt el físico de la UNAM Jorge Amin Seman Harutinian, responsable del proyecto. 

El objetivo de enfriar hasta tal punto un gas es estudiar qué ocurre en la materia cuando la temperatura es tan baja y, como resultado, alcanza su nivel mínimo de energía. En esta situación, los átomos que componen el gas comienzan a comportarse de manera idéntica, lo que da origen a fenómenos como la superfluidez, en la que la viscosidad del gas desaparece y los átomos pueden fluir sin resistencia. 

Cerca del cero absoluto 

Para alcanzar esta temperatura, el primer requerimiento fue que el objeto a enfriar no estuviera en contacto físico con ningún otro elemento, para evitar la transmisión de energía entre ellos. Esto se consiguió construyendo “un sistema de ultra-alto vacío: una cámara hecha de metal que cuenta con ventanas de vidrio que permiten observar lo que ocurre adentro. Esa cámara está conectada a potentes bombas de vacío que extraen por completo el aire de su interior para generar un ambiente totalmente limpio y aislado del exterior”, explica Seman Harutinian. 

En el interior de la cámara colocaron un segundo recipiente para contener el material, que en este caso se trataba de gas de litio (Li). El primer paso del experimento consistió en calentar ese pequeño recipiente para producir un vapor muy tenue que no destruyera la condición de ultra-alto vacío. “Una vez que obtuvimos el vapor compuesto por átomos de litio, lo aislamos en una región de la cámara, una fracción alejada de las paredes del contenedor para implementar las técnicas de enfriamiento”, relata el experto. 

Aislar una fracción del gas, alejada de las paredes del contenedor, permite aplicar las técnicas de enfriamiento solo en aquellas moléculas que no están en contacto con otro objeto, en este caso con el propio contenedor. Para mantener así de aislado al grupo de moléculas, se implementaron campos magnéticos con electroimanes; creando “una especie de botella con campos magnéticos que nos permite contener millones de esos átomos alejados de las paredes del recipiente”, indica. 

Una trampa para los átomos fríos 

La primera etapa de enfriamiento se realizó a través de luz láser, aprovechando la capacidad que existe entre la luz y la materia para intercambiar energía. Normalmente ese intercambio se da de la luz hacia la materia, es decir, la luz calienta la materia; no obstante, controlando sus propiedades (color, polarización y potencia) es posible hacer que la energía fluya en sentido inverso para que la materia transfiera energía a la luz, derivando en un proceso de enfriamiento. Esa combinación de luz láser y campos magnéticos les permitió producir algo que se conoce como trampa magneto-óptica, con la que disminuyeron la temperatura del gas del nivel ambiente a solo unas millonésimas por encima de 0 grados K. 

Pero como la condensación del Bose-Einstein ocurre a temperaturas mil veces más bajas, se utilizó una segunda técnica de enfriamiento que consistió en apagar la luz láser de esta trampa magneto-óptica mientras los átomos permanecen atrapados en la trampa magnética. Al permanecer dentro, los que tienen mayor energía escalan a las partes más altas, mientras que los más fríos se mantienen en la parte baja. El siguiente paso consiste en reducir las dimensiones de la trampa, para ir gradualmente quedándose solo con los más fríos.  

FRASE

“No existe ningún lugar en el universo donde se alcancen temperaturas así de bajas a través de un proceso natural. De hecho, podemos afirmar que las temperaturas más bajas del universo están en el planeta Tierra en laboratorios como el nuestro”: Jorge Amin Seman Harutinian, físico de la UNAM  

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