¿Podrá la materia existir en un punto?: el condensado Bose-Einstein

por Julio García.

La Teoría General de la Relatividad será recodada, siempre, como el trabajo más representativo de Albert Einstein, sin embargo, el genio alemán incursionó en otros ámbitos de la física, tal vez menos conocidos, pero igual de relevantes. Nos referimos al trabajo teórico, a una intuición que Einstein, junto con el físico de origen indio, Nath Bose, tuvieron en la décadas de los veinte del siglo XX, partiendo, probablemente, de la siguiente pregunta: ¿qué sucede con los átomos que le dan forma a toda la materia conocida cuando éstos se enfrían a temperaturas extremas como los 273 grados bajo cero?

La temperatura en la Tierra, dependiendo evidentemente de la región en la que nos encontremos, oscila en un rango que va de los -60 grados bajo cero y los 60 grados sobre cero cuando ésta resulta extremadamente alta, por lo que, normalmente, la vida como la conocemos no existiría, no estaría presente, si la temperatura de nuestro planeta rebasara estos límites. Pero esta limitante no es aplicable a los átomos que forman la materia, que pueden sobrevivir perfectamente a tan bajas temperaturas sin ningún inconveniente, pero eso sí, experimentando cambios sustanciales en su estructura. En definitiva, ¿cómo es que en realidad se manifiestan los átomos cuando se acercan a los -273 grados bajo cero?

Primero debemos señalar que la temperatura más baja del universo coincide con la temperatura límite a la que se pueden enfriar átomos, lo que significa que estos -273 grados bajo cero, representan el llamado “cero absoluto” de todo lo conocido. Pero, se preguntarán, ¿qué nos dice la temperatura de la materia? O en otras palabras: ¿qué es eso a lo que llamamos temperatura?

Desde la perspectiva de la física, la temperatura es un valor numérico que se le asigna a la cantidad de energía que tiene un cuerpo, más específicamente, a la cantidad de energía que está presente en átomos y moléculas y que se traduce a su vez en cantidad de calor, donde este volumen de energía dependerá de factores como el movimiento individual que experimenta cada átomo y cada molécula así como a la interacción, al roce, que se produce entre ellos. Por consiguiente, podemos deducir que a mayor temperatura en un cuerpo, mayor será la cantidad de energía que libere, que se a su vez se traducirá en un aumento en la cantidad de calor y movimiento. Mientras que, por otro lado, a menor cantidad de temperatura, menor será la cantidad de energía liberada por átomos y moléculas y, por tanto, menor será la cantidad de energía y movimiento que se produzca en las interacciones.

Este fenómeno puede evidenciarse claramente cuando calentamos un pocillo de agua en la estufa: en el instante en que prendemos fuego, las molécula de agua, que todavía se encontrarán en estado líquido, comenzarán a experimentar, paulatinamente, un aumento en su movimiento, en su energía e interacción; pasados 10 o 15 minutos, notaremos que aquellas moléculas se moverán intempestivamente, sin orden alguno, en una danza caótica que las obligará a salir disparadas del recipiente en forma de vapor. Lo mismo sucede, pero de manera inversa, cuando colocamos agua en un congelador, donde, al contrario que con el fuego, las moléculas de agua tenderán a perder energía, a reducir su movimiento e interacción para convertirse, en unas cuantas horas, en
hielo.

Ahora bien: ¿pero qué sucede cuando sometemos átomos y moléculas a temperaturas extremas?, ¿cuando éstas alcanzan el llamado cero absoluto?

En 1995, un equipo liderado por los estadounidenses Eric Cornell y Carl Wiemann, quienes en 2001 obtuvieron el Premio Nobel de Física por su trabajo, lograron enfriar gas de rubidio a una millonésima de grado por encima del cero absoluto, acercándose no solamente a los -273 grados centígrados, sino pudiendo observar directamente algo todavía más trascendente: la existencia empírica del condensado Bose-Einstein, la prueba directa de que cuando átomos y moléculas son super enfriados y alcanzan el cero absoluto, comienzan a tener un comportamiento cuántico, es decir, se vuelven deslocalizables y pasan de ser partículas a ser ondas, como si aquella danza caótica de partículas que se mueven incesantemente y caóticamente fuera del recipiente que está bajo el fuego de la estufa, se detuvieran de pronto, se sintonizaran en una misma frecuencia y comenzaran así a tocar la misma sinfonía para convertirse en una super estructura atómica que más que una partícula se comporta ahora como una onda.

Evidentemente, el comportamiento de la materia a temperaturas tan bajas no puede ser evidenciado en nuestra vida cotidiana, por lo que la materia, cuando alcanza el condensado Bose-Eintein, manifiesta un nuevo estado que va más allá de las cuatro formas que nos enseñaron en la escuela: sólido, líquido, gaseoso y plasma. En suma, la diferencia entre estos cuatro estados con el condensado Bose-Einstein (al que podríamos definir entonces como un nuevo estado de la materia), es que el segundo nos abre las puertas a esa dimensión cuántica que todavía permanece reservada en muchos aspectos a la razón científica, a nuestra capacidad de entendimiento. Sin embargo, estos fenómenos, aunque parezcan tan ajenos, tan desligados de nuestra realidad, paradójicamente nos determinan y tal vez sin ellos no estaríamos aquí escribiendo estas palabras.

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