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Los científicos que lograron la temperatura más baja registrada en el universo (y cómo can serve to desarrollar unimaginable tecnologías)

Los científicos que lograron la temperatura más baja registrada en el universo (y cómo can serve to desarrollar unimaginable tecnologías)

  • Alejandra Martins
  • BBC News World

Esferas of different colors representing different states of the material

image source, Ella Maru Studio /Gentileza E.Ibarra/Rice Univ.

Photo Magpie,

An artistic interpretation of the complete magnetic correlations observed by the scientists in his experimento pionero. The different colors represent the seis possible estados internos de los átomos de iterbio.

¿Cuál es la temperatura más baja que puedes imaginar? The minor recorded in La Tierra is -89.2℃ in La Antártida. En algunos sites de la Luna puede caer por debajo de los -200 ℃.

Pero an international team of scientists logró una temperatura aún menor, la más baja jamás medida en el universo.

Investigadores de la Universidad de Rice, en Estados Unidos, y de la Universidad de Kioto, en Japon, obtuvieron en laboratorio una temperatura 3 thousand millones of veces más fría que la del espacio interestelar.

Los científicos usaron laser rays para enfriar átomos hasta una temperatura de apenas una mil millonésima de grado por encima de -273.15 ℃, el cero absoluto en la escala de Kelvin. Esta es la temperatura en la que cesa por completo todo movimiento de los átomos.

El experimento no es sólo un gran logro a nivel de laboratorio. Tambien “abre las puertas al desarrollo de nuevos materials con propiedades unimaginable“, reported to BBC World Francisco José Torcal-Milla, professor of the department of Física Aplicada of the Universidad de Zaragoza.

A temperature certain al cero absoluto, el helio, por ejemplo, “se vulve superfluido, un estado caracterizado por la ausencia total de viscosidad. Esto hace que pueda atravesar paredes y cualquier type de material, poroso o no, y trepar por las paredes de los recipientes que lo contienen”, agregó el experto español.

Uno de los autores del experimento y del estudio que lo describe es el especialista en física atomic mexicano Eduardo Ibarra García Padilla, quien luego de completar su doctoratado en la Universidad de Rice est ahora postdoctoral investigator en la Universidad de California Davis.

Ibarra explained to BBC World that he does material that is only accessible at lower temperatures.

Y acceder a esas temperaturas y a esas fases permitirá to understand more problems of the physics as “superconductivity en los oxides de cobre, que tendrán important tecnológicas applications”.

image source, Jeff Fitlow/Rice University

Photo Magpie,

El físico mexicano Eduardo Ibarra García Padilla (izq), junto a sus colegas en la Universidad de Rice, Kaden Hazzard (centro) y Hao-Tian Wei.

How did the experiment come true?

The investigators of Estados Unidos y Japón bajaron the temperature a niveles extremos de átomos de iterbio, a tierrarara that is a chemical element of the tabla periódica con el símbolo Yb.

Para lograrlo, utilizaron “techniques of enframiiento con láseres y enframiiento evaporativo“, explained Ibarra.

“El enframiiento evaporativo es como cuando uno tiene una sopa muy caliente. Lo que uno hace es soplarle a la sopa; al hacer eso uno remueve las particulas más calientes y de esta manera enfria la sopa”, señaló el físico mexicano.

“Lo mismo hacen los experimentos: uno juega con la trampa de luz donde se atrapan los átomos y uno va removiendo los átomos más calientes y por ende enfria al sistema”.

¿En qué consisten esas trampas de luz?

Torcal-Milla, who wrote a article of divulgación sobre el experimento, reported to BBC World that the process is rodeado de la más alta tecnología.

Comienza por sublimar (convertir directamente de sólido a gas sin pasar por el estado líquido) átomos de iterbio. del mismo”.

“Una vez que se obtiene el gas diluido, se maintiene en una cámara donde se ha hecho un vacío extremo y se atrapan los átomos mediante trampas ópticas, que son como una specie de lazos hechos de luz“.

“Después se incide sobre ellos con haces láser desde distintas direcciones. Los fotones del láser, al interactuar con los átomos de gas, que están agitándose, los frenan, disminuyendo su velocidad average y, como consecuencia, su temperatura”.

image source, Gentileza F. Torcal-Milla

Photo Magpie,

Francisco Torcal-Milla: el experimento “abre las puertas al desarrollo de nuevos materials con unimaginable propiedades”.

Dónde se realizó el experimento

El laboratorio donde se alcanzó la temperature récord se encuentra en la Universidad de Kioto. Allí worked with the group led by Yoshiro Takahashi and Shintaro Taie.

“We are proporcionamos la parte teórica y numérica del estudio, que nos permite extraer las temperaturas a las cuales se realizaron los experimentos”, señaló Ibarra.

Uno de los sites más conocidos por sus pruebas de bajas temperaturas es el Laboratorio de Átomos Fríos, CAL por sus siglas en inglés, en la Estación Espacial Internacional.

CAL tiene la ventaja de la ausencia de gravedad, aunque Ibarra señaló que par los estudios realized en esta ocasión la gravedad cero no era necesaria.

Torcal Milla creates that sería interesting realizar estos experimentos a bordo de la Estación Espacial Internacional, “ya que a pesar de que la interaction gravitatoria que sufren los átomos individually debida a la Tierra es minúscula, esta cobra más importancia cuanto menores sean el resto de interactions “.

image source, NASA

Photo Magpie,

El Laboratorio de Átomos Fríos in the Estación Espacial Internacional holds the sale of the ausencia de gravedad.

How does the behavior of the material change?

Ibarra explained that “in the naturaleza existenten dos tipos de particles, los bosones (como los fotones de un láser) y los fermiones (como los electrones en un sólido), los cuales a muy bajas temperaturas exhiben diferentes comportamientos”.

The scientists used an isotopo of the iterbio level 173Yb, which is a fermion.

At temperatures tan bajas como la alcanzada en el experimento, the material behaved in a forma extraordinaria.

Torcal-Milla explained that in the caso de los bosones, all caen has a minimum energy level called fundamental estado in which there are indistinguishable, called Bose-Einstein Condensado.

If on the other hand, its fermiones (fundamental particles that conform the material) is convierten en lo que se conoce como un gas o líquido de Fermi, capaz de ascender paredes o incluso atravesarlas.

Los ejemplos más conocidos de behavior extraños a bajas temperaturas son the superconductivity and the superfluid. La superconductividad ocurre cuando una sustancia es capaz de transmitir la electricidad sin oponer resistencia.

Por otro lado, the superfluidez consists of the total viscosity loss of a substance. Este estado de la materia puede ser alcanzado por un líquido de Fermi a temperaturas extremadamente bajas, muy cerca del cero absoluto.

At this temperature all things will freeze, except for algunos isótopos de helio, que adquieren superfluidez. In this estado, the fluid is able to ascend the paredes of the recipient that it contains.

image source, Getty Images

Photo Magpie,

Los materials superconductors podrían ser utilizados in trnes that levitan.

¿Qué aplicaciones futuras podría tener este type de experimento?

Ibarra reported to BBC World that according to alcancemos moderate temperatures, different exotic phases of the material will appear. Estas pueden tener propiedades magnetics o de transporte completamente diferentes a las de otros materials.

In this case of a future superconductivity of the oxides of cobre, por ejemplo, a possible application according to the Mexican expert is the propuesta of usar superconductors para los trenes que levitan.

“Un ejemplo son los trenes maglev. Pero yo considero que probably serán de utilidad para otras aplicaciones puesto que implica poder tener una corriente eléctrica sin pérdidas”.

Para Torcal-Milla, “todo experimento que advance en el conocimiento es de importancia, por pequeño que se el avance. including ver de form instantanea a una persona que se encuentra en las antípodas, nos tratarían de locos o charlatanes”.

“Algunos descubrimientos deben esperar para ser aplicados y quizá este sea el caso, pero no cabe duda que nos revelarán nueva física, que no podemos ni siquiera prever“, agregó el experto español at BBC Mundo.

“Quién sabe si el estudio de estos sistemas podría desvelarnos nueva física que nos dirija a la teoría definitiva que unifique todas las fuerzas fundamentales, o nos desvele propiedades de la materia a niveles microscópicos, todavía desconocidas”.

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