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Bueno, el año realmente comenzó con estilo. Esta investigación es realmente física del siguiente nivel, y para entenderla (aunque sea un poco), vamos a profundizar en física seria.

Bailando alrededor del cero absoluto

A lo largo de los años, los físicos han logrado avances significativos en el enfriamiento de objetos más cerca del cero absoluto (0 Kelvin), la temperatura a la que se detiene todo movimiento molecular porque no hay energía en el sentido clásico. El cero absoluto es el cero absoluto y no se puede alcanzar. , por lo que, en última instancia, estás limitado. Entonces, ¿cómo puedes ir por debajo de 0 Kelvin?

En primer lugar, debe comprender que la termodinámica no define la temperatura como un parámetro físico, sino como una estadística de la distribución de energía presente, por lo que, básicamente, puede crear temperaturas locas con distribuciones inusuales. Por lo tanto, es teóricamente posible tener un valor negativo, solo tenga en cuenta que para este caso particular, por extraño que parezca, negativo no significa menor que cero. Entonces, ¿cómo lo hicieron?

Bueno, primero quiere llevar el gas a una temperatura casi cero; aquí aparecen dos conceptos: atrapamiento láser y enfriamiento evaporativo. Básicamente, tienes un flujo de átomos corriendo en una dirección. Apuntas un láser exactamente hacia ellos, en la dirección opuesta. Al igual que intentaría correr contra una corriente o un viento muy fuerte, los átomos se ralentizan, se detienen o incluso se empujan hacia atrás. Luego pones otro láser en su dirección de flujo original para igualarlo, y prácticamente quedan atascados. Haz lo mismo con los láseres arriba y abajo, y habrás atrapado los átomos que ahora están atrapados en tu trampa. Ahí es cuando entra en juego el enfriamiento por evaporación. Ahora recuerde, la temperatura de los átomos depende estrictamente de su energía, por lo que si pudiéramos eliminar de alguna manera los átomos de alta energía, entonces nos quedaríamos solo con los de menor energía, la temperatura bajaría. , y también la temperatura . Para hacer esto, los investigadores aflojan la trampa solo un poco de esa manera, los átomos de mayor energía pueden escapar. Enjuague y repita, aflojando cada vez más, hasta que se quede atrapado con sólo los átomos de baja energía y la baja temperatura. La cuestión es que incluso una cantidad extremadamente baja de energía es algo de energía, por lo que realmente no puedes hacerlo hasta que llegues a 0 K (elvin). Esto es lo que los investigadores suelen usar cuando quieren bajar las temperaturas cerca de 0, pero para volverse negativo, debe usar algo diferente.

Los físicos

En un sistema de temperatura negativa, las temperaturas descienden a medida que se acumulan más átomos cerca de su energía máxima.

Una vez más, muchos sitios y revistas, incluso los de alta calidad, están dando vueltas sobre el tema aquí, por lo que me gustaría subrayarlo nuevamente: tener temperaturas negativas en la escala Kelvin y estar por debajo del cero absoluto no es lo mismo. De hecho, son fundamentalmente diferentes.

Ulrich Schneider, físico de la Universidad Ludwig Maximilian en Munich, Alemania, alcanzó tales temperaturas bajo cero; después de llevarlos a temperaturas extremadamente bajas, utilizaron un gas cuántico ultrafrío formado por átomos de potasio, utilizando láseres y campos magnéticos para mantener los átomos individuales en una disposición reticular. A temperaturas positivas, los átomos se repelen, haciendo estable la configuración. Luego, el equipo ajustó rápidamente los campos magnéticos, lo que provocó que los átomos se atrajeran en lugar de repelerse entre sí, lo que provocó un cambio importante en los átomos.

Esto cambia repentinamente los átomos de su estado más estable y de menor energía al estado de energía más alto posible, antes de que puedan reaccionar, dice Schneider. Es como caminar por un valle y luego encontrarse instantáneamente en la cima de la montaña.

¿Esperar lo? Aquí hay una explicación relativamente simple que espero aclare las cosas. Para un material típico con temperatura positiva, la adición de energía en forma de calor lo hace más desordenado, aumentando su entropía. La entropía se puede definir libremente como una medida del caos en el sistema, así que imagina este sistema. Digamos que tiene un sistema con átomos igualmente equivalentes, todos los cuales están en un estado de baja energía (prácticamente todos los sistemas tienen la mayoría de los átomos en estados de baja energía). El sistema está perfectamente ordenado. Ahora, digamos que le das al sistema la energía suficiente para elevar un átomo a un estado de energía superior; la entropía ha aumentado, no tienes forma de saber qué átomo se elevará, y el sistema de repente se vuelve más caótico, desordenado. Pero digamos que de alguna manera logras crear un sistema donde todos los átomos menos uno están en un estado de alta energía; cuando agregas la misma cantidad de energía, tu sistema se vuelve más ordenado, ya que sabes exactamente qué átomo se elevará, y nuevamente tendrás un sistema perfectamente ordenado. Esa es la cosa aquí; si le das energía a un sistema, se volverá cada vez más desordenado, hasta el punto en que darle energía en realidad lo hará más ordenado.

El resultado del equipo marca la transición de justo por encima del cero absoluto a unas mil millonésimas de Kelvin por debajo del cero absoluto.

Peculiaridades

Toda la idea es contraria a la intuición y requiere una comprensión firme de los principios termodinámicos para comprender, por lo que es un poco peculiar hablar de lo que es peculiar aquí, pero lo que es bastante extraño es que los gases bajo cero imitan la energía oscura, la forma misteriosa de energía que empuja y expande nuestro Universo cada vez más rápido, contra la propia gravedad del Universo.

Es interesante que esta extraña característica aparezca en el Universo y también en el laboratorio, dice Schneider. Esto puede ser algo que los cosmólogos deberían mirar más de cerca.

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