Conceptos tan cotidianos como el frío y el calor están profundamente relacionados con la estructura más intima de la materia. Siglos de experimentación nos permitieron prever la existencia de una frontera, la del frio absoluto. Explotarla requirió avanzar en nuestro conocimiento en todos los ámbitos, desde los puramente técnicos hasta los que llevaron a la reformación del marco conceptual que utilizamos para describir la naturaleza. Cerca del cero absoluto, los aspectos más fascinantes de la física cuántica cobran un protagonismo inusitado.
CERO ABSOLUTO
El cero absoluto es la temperatura más baja posible. A esta temperatura el nivel de energía interna del sistema es el más bajo posible, por lo que las moléculas, según la mecánica clásica, carecen de movimiento; no obstante, según la mecánica cuántica, el cero absoluto debe tener una energía residual, llamada energía de punto cero, para poder así cumplir el principio de indeterminación de Heisenberg. El cero absoluto sirve de punto de partida tanto para la escala de Kelvin como para la escala de Rankine. Así, 0 K (o lo que es lo mismo, 0 R) corresponden, por definición según acuerdo internacional, a la temperatura de −273,15 °C o −459,67 °F. Según el tercer principio de la termodinámica, el cero absoluto es un límite inalcanzable. En septiembre de 2014, los científicos de la colaboración CUORE en el Laboratori Nazionali del Gran Sasso en Italia enfriaron un recipiente de cobre con un volumen de un metro cúbico a 0,006 kelvin (−273,144 °C) durante 15 días, estableciendo un récord para la temperatura más baja registrada en el universo conocido sobre un volumen contiguo tan grande. La dificultad para llegar a una temperatura tan baja en una cámara de enfriamiento es el hecho que las moléculas de la cámara, al llegar a esa temperatura, no tienen energía suficiente para hacer que esta descienda aún más. La entropía de un cristal ideal puro y perfecto sería cero. Si los átomos que lo componen no forman un cristal perfecto, su entropía debe ser mayor que cero, por lo que la temperatura siempre será superior al cero absoluto y el cristal siempre tendrá imperfecciones inducidas por el movimiento de sus átomos, necesitando un movimiento que lo compense y, por lo tanto, teniendo siempre una imperfección residual. Cabe mencionar que a 0 K absolutamente todas las sustancias conocidas se solidificarían y que según el actual modelo del calor, las moléculas perderían toda capacidad de moverse, vibrar o rotar. Hasta ahora la temperatura más cercana al cero absoluto ha sido obtenida en laboratorio por científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts en junio del 2015. Se obtuvo enfriando un gas en un campo magnético hasta 500 nanokelvin (5·10−9 K) por encima del cero absoluto.
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Autor(es): Bruno Julia Díaz. Es investigador Ramón y Cajal en la Universidad de Barcelona e investigador visitante del Instituto de Ciencias Fotónicas del Castelldefels (Barcelona)
Editorial: RBA
Páginas: 126
Tamaño: 16 x 23,5 cm
Año: 2021
