Entropia y el cero absoluto

Trabajo del texto “Demonios, entropía y la búsqueda del cero absoluto” por Mark G. Raizen

Nada en la naturaleza permanece jamás en completo reposo. Cuando más rápido se mueve un cuerpo, más energía posee. La energía colectiva de átomos y moléculas se corresponde con lo que llamamos calor, y como tal lo percibimos.
Aunque la inmovilidad total resulta físicamente inalcanzable, los científicosse han aproximado cada vez más a dicho límite. En tales condiciones extremas, los efectos cuánticos comienzan a manifestarse y aparecen nuevos e inusuales estados de la materia. Al enfriar átomos en estado gaseoso hasta una fracción de grado por encima del cero absoluto, se ha observado el comportamiento ondulatorio de las partículas; gracias a ello se han construido los instrumentos de medidamás precisos de la historia y los relojes atómicos de una exactitud sin precedentes.
El hidrogeno se resistió durante un largo tiempo a ser enfriado. En el siglo XIX el físico escoces James Clerk Maxwell teorizo sobre la posibilidad de un “demonio” que parecía violar las leyes de la termodinámica. La técnica dará lugar a toda una gama de aplicaciones y abriría nuevos caminos en investigaciónbásica. Además, enfriar átomos y moléculas ayudara a explorar la tierra de nadie que se extiende entre la física cuántica y la química ordinaria, o las posibles diferencias entre el comportamiento de la materia y el de la antimateria.
Veloces como balas
Detener y manipular átomos y moléculas no es fácil. En un experimento típico, un sólido se calienta o se vaporiza con un láser para obtener un gasrarificado de algún elemento químico. Después, ese gas debe frenarse, confinarse en una cámara de vacío y mantenerse alejado de las paredes.
El primer paso de este método de enfriamiento se basa en un truco bastante antiguo. A una presión de varias atmósferas, un gas que escapase hacia el vacío a través de un pequeño orificio experimentaba un descenso de temperatura significativo a medida que seexpandía. Una cualidad notable de estos haces es que resultan casi monoenergéticos. Desde el punto de vista termodinámico, que un haz sea casi monoenergético quiere decir que, aunque posea una cantidad sustancial de energía, se encuentra extremadamente frio.
Por tanto, si fuese posible frenar el haz sin arruinar esa pequeña dispersión en la atribución de velocidades, obtendríamos un conjunto deátomos muy fríos, los cuales podríamos atrapar y enfriar aún más. Uzi Even empezó a trabajar en el proyecto, su primer intento consistió en construir un rotor cutas paletas se moviesen a la mitad de la velocidad del haz. Cuando los átomos del gas rebotaran en el rotor, este absorbería toda su energía cinética.
El montaje sin embargo, resulto difícil de manejar, ya que requería un ajuste demasiadofino. Robert Hebner, sugirió un diseño diferente: proyectar el haz sobre la parte posterior de un proyectil que se desplazara a través de un cañón de bobinas. Un cañón de bobinas es un arma experimental que, en lugar de emplear una detonación de pólvora, dispara proyectiles tras acelerarlos en un campo magnético. El proyectil se ve atraído hacia el centro de la bobina por la que está pasando.
Sepuede aplicar la idea de Hebner, pero sin necesidad del proyectil. Se usaría el mismo principio para generar el efecto opuesto; en lugar de acelerar una bala, frenarían las moléculas. Semejante técnica resulta factible gracias a que la mayoría de los átomos poseen cierto magnetismo.
Se construyó el nuevo dispositivo y lo ensayaron primero con átomos de neón excitados y, después, con moléculas deoxígeno. Se logró detener ambas especies. Tras detener átomos de esta manera, fue bastante sencillo atraparlos en campos magnéticos estáticos. El problema consistió en hallar un método para enfriarlos aún más. Aunque 0.01 grados Kelvin (una centésima de grado sobre el cero absoluto) parece frio, la cuota queda muy lejos de los limites alcanzados con otras técnicas.
Un demonio a nuestro...