Física cuántica

La ciencia detrás del cero absoluto: ¿es posible congelar el tiempo a esa temperatura?

Si bien alcanzar el cero absoluto en la práctica es imposible, los científicos se esfuerzan por explorar los límites cercanos a esta temperatura extrema.

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El cero absoluto representa la temperatura más baja posible. Se define como el punto en el que el movimiento térmico de las partículas de un sistema se detiene por completo. Esto significa que las moléculas y los átomos que componen su materia no tienen carga cinética

A pesar de que en la práctica es imposible alcanzar esta temperatura extrema, los científicos se dedican a explorar límites cercanos. Este interés se fundamenta en la observación de fenómenos cuánticos desconocidos que solo son visibles cuando las partículas se ralentizan.

El límite teórico que podría revolucionar la mecánica cuántica. Fuente: FreePik. 

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Efectos cuánticos a bajas temperaturas

A medida que las partículas experimentan una desaceleración, se desvelan fenómenos cuánticos que escapan a la detección a temperaturas convencionales, proporcionándonos una mejor comprensión de la naturaleza de la materia.

La mecánica cuántica, que describe el comportamiento de partículas a escala subatómica, introduce el principio de dualidad onda-partícula. Según este principio, una partícula puede manifestar tanto comportamientos de onda como de partícula.

De esta manera, a medida que la temperatura se acerca hacia el cero absoluto, el comportamiento ondulatorio de las partículas se vuelve más prominente

A temperaturas muy bajas, la longitud de onda de Broglie, que relaciona la naturaleza de onda de una partícula con su movimiento, se hace más grande. Este cambio favorece la aparición de comportamientos ondulatorios notables, como superfluidez, superconductividad y condensación atómica ultrafría.

La superfluidez es cuando un líquido fluye sin encontrar resistencia, como una onda. La superconductividad es la capacidad de un material para conducir electricidad sin encontrar obstáculos. En la condensación atómica ultrafría, una nube de átomos se comporta como una sola entidad, mostrando propiedades cuánticas a gran escala.

La exploración de temperaturas más bajas continúa debido a la curiosidad científica y la necesidad de desafías ciertos límites teóricos. En el futuro, por ejemplo, se podría lograr detener el tiempo a niveles microscópicos, lo que nos permitiría entender mejor los fundamentos del universo.

Un mundo cuántico en el frío extremo: explorando las fronteras de la materia. Fuente: FreePik. 


Enfriamiento extremo: explorando los límites del cero absoluto

Los científicos diseñaron métodos de enfriamiento, como el enfriamiento láser y la trampa magnética, para llegar a temperaturas extremadamente bajas. El propósito es estudiar los efectos cuánticos, no llegar a la temperatura de cero absoluto. 

En 2021, un equipo en Alemania logró una temperatura de 38 picokelvin, estableciendo el récord de la temperatura más baja registrada en un laboratorio. Esta cifra está en el rango aceptado para observar efectos cuánticos en gases. 

Alcanzar el cero absoluto no es técnicamente posible. Incluso si se lograra, medirlo con precisión sería imposible debido a la naturaleza probabilística de la mecánica cuántica.

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