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2003-06-18
Condensados Por El Frío
El Correo, Territorios
Miércoles, 19 de junio de 2003
¿Qué hay más frío que el cero absoluto? Es una pregunta que algunos hacen, quizá porque a la mente nos resulta difícil entender que hay, como cuando hablamos de temperatura, un límite por debajo del cual no hay nada. La medida de la temperatura es una escala que tiene un límite inferior: según la Termodinámica corresponde a un cuerpo en el que todo movimiento se ha detenido, porque el calor, al fin y al cabo, es movimiento, agitación de los constituyentes de la materia.
En condiciones normales, las moléculas vibran y rotan continuamente; dentro de ellas, los átomos también se están desplazando de forma continua; e igualmente, los constituyentes íntimos de los átomos, los electrones y los protones y neutrones también se mueven. Podríamos, al menos como experimento mental, imaginarnos que todos esos movimientos cesan. Según la física, entonces estaríamos en el cero absoluto de temperatura: a unos doscientos setenta y tres grados Celsius por debajo del punto de congelación del agua (exactamente, a -273.16 ºC). Fue William Thomson Kelvin (lord Kelvin, o Primer Barón de Kelvin, por los honores que le fueron dados a este físico por parte de la monarquía británica) quien en 1848 propuso utilizar ese valor por debajo del cual no hay temperatura posible (¿cómo estar más quietos que absolutamente parados?) como base de la escala de temperatura que suele llevar su nombre, y que fue posteriormente adoptada como la escala del sistema internacional de medidas.
De hecho, ni siquiera parece posible llegar a ese cero absoluto: un gas ideal se comprimiría a un volumen cero a esa temperatura (fue precisamente esta extrapolación de la esa ley, llamada ley de Charles de los gases, la que llevó a lord Kelvin a imaginar una temperatura mínima). En la Tierra, de forma natural, no se dan temperaturas por debajo de los 89,2 grados bajo cero registrados en 1983 en la base rusa Vostok II de la Antártida en pleno invierno; en el Universo el lugar más frío conocido es una nebulosa denominada del Bumerán, con una temperatura de 1 K (según pudo medir el telescopio espacial Hubble en febrero de 2003). Los experimentos llevados a cabo en laboratorios especialmente aislados de cualquier vibración han permitido obtener temperaturas bajísimas (extrayendo el calor de un gas conseguimos bajar su temperatura), llegándose a cienmilésimas de Kelvin. Pero la carrera por las bajas temperaturas se disparó en 1995, cuando en la Universidad de Colorado, Eric Cornell consiguió tener materia a unas millonésimas por encima del cero absoluto: una materia extraña, denominada "condensado de Bose-Einstein", por lo que recibió el Nobel de Física del año 2001.
La materia es en lo más esencial mucho más compleja de lo que pensaban los físicos del siglo XIX. La propia naturaleza de la misma, según se conoce a través de la física cuántica establecida en los años 20 del siglo pasado, exige una imprecisión en el estado de movimiento y la posición de cualquier partícula que permite entender que, por más que lo intentemos, no podemos parar completamente la materia y, así, llegar a ese cero extremo. Y ello, entre otras razones, porque todos las partículas elementales son idénticas entre sí, diferenciándose sólo por su estado energético, por su agitación (podríamos decir, simplificando). No hay manera de distinguir entre dos electrones entre sí, o entre dos átomos si colocamos sus estados energéticos en los mismos niveles. Al bajar la temperatura, se limita la posibilidad de tener estados energéticos diferentes, y en cierto modo empezamos a convertir a las partículas en ¡la misma partícula!. La propia naturaleza cuántica de la materia obliga a que, si queremos bajar la temperatura, debemos pasar a un estado de la materia en que el orden sea mayor: si ordenamos esas partículas, cada una en su sitio, podemos distribuirlas formando un condensado.
Para la mecánica cuántica la materia condensada es un lugar extremo, en el que el orden se ha incrementado muchísimo frente a la materia ordinaria, y donde aparecen leyes específicas que regulan lo que se puede o no se puede hacer. Los físicos Satyendra Nath Bose y Albert Einstein predijeron en 1924 el comportamiento de partículas como los fotones de la luz o algunos núcleos atómicos, (cuyo comportamiento energético es similar, por eso se habla de una clase de partículas denominados "bosones") a baja temperatura, aunque no fue hasta 1995 cuando se pudo conseguir en un laboratorio un condensado de Bose-Einstein, utilizando haces de luz laser para frenar los átomos de Rubidio. La indeferenciación cuántica produce que la materia colapsa y muchas partículas se colocan en el estado fundamental, creando una especie de continuo o "superátomo". Cuanto más bajas son las temperaturas, mayor estado de condensación se muestra, siendo también menor el volumen y menor su agitación térmica.
Esta semana pasada, en la revista Physical Review, un equipo de físicos de la Universidad del Estado de Ohio (EEUU) dirigido por Tin-Lun Ho, han presentado experimentos en los que han conseguido analizar cómo se comporta un condensado mantenido a muy baja temperatura gracias a un confinamiento con campos magnéticos. En esas condiciones, la materia ultracondensada forma redes y bandas que pueden ser descritas con ecuaciones mucho más sencillas que las que describen -en física cuántica- la materia ordinaria. Esto es debido al estado de orden extremo que se da a muy bajas temperaturas. La experimentación en este campo está permitiendo entender mejor qué sucede cuando nos acercamos a ese límite inalcanzable del frío absoluto.
Ordenadores Cuánticos
Las características de ordenación de los condensados de Bose-Einstein son teóricamente fabulosas a la hora de poder realizar una computación a una escala increíblemente pequeña. Imaginemos que pudiéramos conseguir desplazar una sola partícula de un lado a otro de una red de materia condensada, según queramos realizar una u otra operación lógica. Esos bits plasmados en una simple partícula podrían ser precisamente la base de ordenadores extremadamente pequeños. Un campo que hace sólo unos años parecía dominio de la ficción, pero que ahora está cada vez más cerca. En las temperaturas altas cotidianas, la propia agitación térmica hace este tipo de ordenamientos imposible, pero utilizando condensados de Bose-Einstein se podría, al menos en teoría, realizar puertas lógicas que son la base de los microprocesadores de tamaño atómico: centenares de miles de veces más pequeños que los superordenadores actuales que emplean también el frío para poder utilizar la superconductividad, una propiedad de la materia que disminuye las pérdidas térmicas y aumentan la velocidad de proceso de información.
2003-06-18
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Condensados Por El Frío
2003-06-18
El Correo, Territorios
Miércoles, 19 de junio de 2003
¿Qué hay más frío que el cero absoluto? Es una pregunta que algunos hacen, quizá porque a la mente nos resulta difícil entender que hay, como cuando hablamos de temperatura, un límite por debajo del cual no hay nada. La medida de la temperatura es una escala que tiene un límite inferior: según la Termodinámica corresponde a un cuerpo en el que todo movimiento se ha detenido, porque el calor, al fin y al cabo, es movimiento, agitación de los constituyentes de la materia.
En condiciones normales, las moléculas vibran y rotan continuamente; dentro de ellas, los átomos también se están desplazando de forma continua; e igualmente, los constituyentes íntimos de los átomos, los electrones y los protones y neutrones también se mueven. Podríamos, al menos como experimento mental, imaginarnos que todos esos movimientos cesan. Según la física, entonces estaríamos en el cero absoluto de temperatura: a unos doscientos setenta y tres grados Celsius por debajo del punto de congelación del agua (exactamente, a -273.16 ºC). Fue William Thomson Kelvin (lord Kelvin, o Primer Barón de Kelvin, por los honores que le fueron dados a este físico por parte de la monarquía británica) quien en 1848 propuso utilizar ese valor por debajo del cual no hay temperatura posible (¿cómo estar más quietos que absolutamente parados?) como base de la escala de temperatura que suele llevar su nombre, y que fue posteriormente adoptada como la escala del sistema internacional de medidas. De hecho, ni siquiera parece posible llegar a ese cero absoluto: un gas ideal se comprimiría a un volumen cero a esa temperatura (fue precisamente esta extrapolación de la esa ley, llamada ley de Charles de los gases, la que llevó a lord Kelvin a imaginar una temperatura mínima). En la Tierra, de forma natural, no se dan temperaturas por debajo de los 89,2 grados bajo cero registrados en 1983 en la base rusa Vostok II de la Antártida en pleno invierno; en el Universo el lugar más frío conocido es una nebulosa denominada del Bumerán, con una temperatura de 1 K (según pudo medir el telescopio espacial Hubble en febrero de 2003). Los experimentos llevados a cabo en laboratorios especialmente aislados de cualquier vibración han permitido obtener temperaturas bajísimas (extrayendo el calor de un gas conseguimos bajar su temperatura), llegándose a cienmilésimas de Kelvin. Pero la carrera por las bajas temperaturas se disparó en 1995, cuando en la Universidad de Colorado, Eric Cornell consiguió tener materia a unas millonésimas por encima del cero absoluto: una materia extraña, denominada "condensado de Bose-Einstein", por lo que recibió el Nobel de Física del año 2001.
La materia es en lo más esencial mucho más compleja de lo que pensaban los físicos del siglo XIX. La propia naturaleza de la misma, según se conoce a través de la física cuántica establecida en los años 20 del siglo pasado, exige una imprecisión en el estado de movimiento y la posición de cualquier partícula que permite entender que, por más que lo intentemos, no podemos parar completamente la materia y, así, llegar a ese cero extremo. Y ello, entre otras razones, porque todos las partículas elementales son idénticas entre sí, diferenciándose sólo por su estado energético, por su agitación (podríamos decir, simplificando). No hay manera de distinguir entre dos electrones entre sí, o entre dos átomos si colocamos sus estados energéticos en los mismos niveles. Al bajar la temperatura, se limita la posibilidad de tener estados energéticos diferentes, y en cierto modo empezamos a convertir a las partículas en ¡la misma partícula!. La propia naturaleza cuántica de la materia obliga a que, si queremos bajar la temperatura, debemos pasar a un estado de la materia en que el orden sea mayor: si ordenamos esas partículas, cada una en su sitio, podemos distribuirlas formando un condensado.
Para la mecánica cuántica la materia condensada es un lugar extremo, en el que el orden se ha incrementado muchísimo frente a la materia ordinaria, y donde aparecen leyes específicas que regulan lo que se puede o no se puede hacer. Los físicos Satyendra Nath Bose y Albert Einstein predijeron en 1924 el comportamiento de partículas como los fotones de la luz o algunos núcleos atómicos, (cuyo comportamiento energético es similar, por eso se habla de una clase de partículas denominados "bosones") a baja temperatura, aunque no fue hasta 1995 cuando se pudo conseguir en un laboratorio un condensado de Bose-Einstein, utilizando haces de luz laser para frenar los átomos de Rubidio. La indeferenciación cuántica produce que la materia colapsa y muchas partículas se colocan en el estado fundamental, creando una especie de continuo o "superátomo". Cuanto más bajas son las temperaturas, mayor estado de condensación se muestra, siendo también menor el volumen y menor su agitación térmica.Esta semana pasada, en la revista Physical Review, un equipo de físicos de la Universidad del Estado de Ohio (EEUU) dirigido por Tin-Lun Ho, han presentado experimentos en los que han conseguido analizar cómo se comporta un condensado mantenido a muy baja temperatura gracias a un confinamiento con campos magnéticos. En esas condiciones, la materia ultracondensada forma redes y bandas que pueden ser descritas con ecuaciones mucho más sencillas que las que describen -en física cuántica- la materia ordinaria. Esto es debido al estado de orden extremo que se da a muy bajas temperaturas. La experimentación en este campo está permitiendo entender mejor qué sucede cuando nos acercamos a ese límite inalcanzable del frío absoluto.Ordenadores Cuánticos
Las características de ordenación de los condensados de Bose-Einstein son teóricamente fabulosas a la hora de poder realizar una computación a una escala increíblemente pequeña. Imaginemos que pudiéramos conseguir desplazar una sola partícula de un lado a otro de una red de materia condensada, según queramos realizar una u otra operación lógica. Esos bits plasmados en una simple partícula podrían ser precisamente la base de ordenadores extremadamente pequeños. Un campo que hace sólo unos años parecía dominio de la ficción, pero que ahora está cada vez más cerca. En las temperaturas altas cotidianas, la propia agitación térmica hace este tipo de ordenamientos imposible, pero utilizando condensados de Bose-Einstein se podría, al menos en teoría, realizar puertas lógicas que son la base de los microprocesadores de tamaño atómico: centenares de miles de veces más pequeños que los superordenadores actuales que emplean también el frío para poder utilizar la superconductividad, una propiedad de la materia que disminuye las pérdidas térmicas y aumentan la velocidad de proceso de información.
2003-06-18 09:50 Enlace
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Comentarios
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Los límites, en ciencia, siempre resultan fascinantes (cero absoluto, velocidad de la luz, etcétera). Me ha encantado el post :) |
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A mi también me ha encantado. La pena es que, por desgracia, todavía veo muy lejanos los ordenadores cuánticos... |
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Hoy por hoy, seria posible tal ordenador, pero sus dimensiones entre el aislamiento, lo necesario para enfriarlo, en fin, el mogollon, harian que fuera monstruoso.
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frío es la distancia, y frío la soledad |
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interesante observación la de lord kelvin eee donde este la física Rodriguez que se quiten las demas...creo ke a kelvin le devemos hasta el aire que respiramos |
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pongan algo bueno estupidos
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pongan algo bueno estupidos
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pongan algo bueno |
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"pongan algo bueno"
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uuuummmmmm......
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ELEMENTALMENTE SE HA DESCRITO EL FRIO Y AL CERO ABSOLUTO (CARENCIA TOTAL DE MOVIENTO ) COMO A LA HINCHADA DE CENTRAL JAJASASAJAJAJAJA |
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