Científicos alemanes consiguen una temperatura más baja que el cero absoluto

Físicos alemanes han conseguido una temperatura más baja que el cero absoluto. Anteriormente, esta posibilidad fue pronosticada solo en teoría. Ahora será posible crear motores térmicos de sexta generación, desafiar la gravedad y explorar los misterios del espacio.

El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible. Es una temperatura en la que la entropía llegaría a su valor mínimo. En otras palabras, la energía interna de un sistema alcanzaría su mínimo, por lo que las partículas dentro de este sistema, según la mecánica clásica, perderían toda capacidad de moverse o vibrar. La entropía de un cristal ideal puro y perfecto sería cero. El cero absoluto corresponde, aproximadamente, a una temperatura de −273,15 °C.

Hasta este momento la mayor cámara frigorífica actual solo ha alcanzado los −271 °C. La temperatura mínima conseguida alguna vez en un laboratorio fue 5*10−10 K (medio nanokelvin), lograda por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.). La razón de ello es que al llegar a una temperatura tan baja, las partículas ya no tienen energía suficiente para hacer que esta descienda aún más.

Sin embargo, un grupo de especialistas de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich dirigido por Ulrich Schneider han logrado no solo llegar al cero absoluto, sino también romper esta barrera y conseguir unas «temperaturas absolutas negativas». Para conseguir este resultado, han creado un gas cuántico especial formado por átomos de potasio: según explican, eligieron el potasio por la capacidad de sus partículas de cambiar fácilmente de repulsión a atracción.

Enfriaron unos 100.000 átomos de este gas hasta, aproximadamente, una milmillonésima parte de Kelvin y los colocaron en una red óptica creada por láseres: cada partícula fue fijada en su ‘celda’ óptica personal, aislada de cualquier impacto del ambiente. A estas temperaturas los átomos quedaron como congelados, sin poder moverse (recordemos que la temperatura de un objeto es una medida de cómo se mueven sus átomos: cuanto más frío esté un objeto, más lentos están sus átomos), repeliéndose unos a otros.

Luego, a través de láseres y alternancias de los campos magnéticos, los físicos hicieron que las partículas volvieran a calentarse hasta un cierto grado y empezaran a atraerse. Al mismo tiempo, debilitaron la trampa óptica. Como resultado, los átomos empezaron a moverse e interactuar, aumentando así su energía muy rápidamente. Como resultado, el sistema no tardó casi nada en alcanzar el nivel más alto posible de energía. En consecuencia, recibe calor de forma natural pero se transformó en un conjunto de temperaturas negativas, unas milmillonésimas de Kelvin por debajo del cero absoluto.

Según Schneider, sus experimentos descubrieron un tipo de ‘paradoja’ termodinámica. «Lo que vemos es cómo la temperatura ‘salta’ de una infinidad plus hacia una infinidad ‘minus’ y sigue creciendo. Así que la energía de un sistema crece, crece y crece, hasta que vuelve a alcanzar cero otra vez, pero desde abajo», comentó el físico a la revista Science. Con lo cual, su gas cuántico resultó ser más cálido de lo que sería a una temperatura positiva, cualquiera que esta sea.

Según adelantan Schneider y su equipo, su hallazgo puede revolucionar el futuro de la humanidad. «Las temperaturas absolutas negativas» pueden usarse para crear un nuevo tipo de motores térmicos cuyo rendimiento superará el 100%, lo que hoy en día parece imposible. Tales motores absorberían energía no solo de sustancias más calientes, sino también de las que sean más frías.

Un sistema de temperatura negativa podría desafiar también a la gravedad y alumbrar los puntos más enigmáticos de la teoría del Big Bang. El comportamiento termodinámico de la temperatura negativa tiene paralelos con el comportamiento de la materia oscura, materia que no emite radiación electromagnética y no puede ser observada, pero compone aproximadamente un 70% del Universo y acelera su expansión, a pesar de la atracción gravitatoria de las masas entre sí.

Los átomos dentro de la nube de gas creada por el equipo de Schneider interactúan atrayéndose unos a otros (en vez de repelerse, como sucede con un gas convencional), con lo cual la nube por lógica debería apretarse y colapsar, igualmente que debería hacer el Universo a causa de la gravedad. Sin embargo, las temperaturas negativas de la nube le impiden hacer esto e igualmente que el Universo le protegen de colapsar.