¿Dónde está el lugar más frío del universo? No en la luna, donde la temperatura baja a solo 378 Fahrenheit. Ni siquiera en el espacio exterior más profundo, que tiene una temperatura de fondo estimada de alrededor de menos 455 ° F. Por lo que los científicos pueden decir, las temperaturas más bajas jamás alcanzadas se observaron recientemente aquí en la Tierra.
Los mínimos récord fueron una de las últimas hazañas de la física ultracélida, el estudio de laboratorio de la materia a temperaturas tan alucinantemente frías que los átomos e incluso la luz misma se comportan de maneras muy inusuales. La resistencia eléctrica en algunos elementos desaparece por debajo de aproximadamente -440 ° F, un fenómeno llamado superconductividad. A temperaturas aún más bajas, algunos gases licuados se convierten en «superfluidos» capaces de exudar a través de paredes lo suficientemente sólidas como para contener cualquier otro tipo de líquido; incluso parecen desafiar la gravedad a medida que se arrastran hacia arriba, hacia arriba y hacia fuera de sus recipientes.
Los físicos reconocen que nunca pueden alcanzar la temperatura más fría imaginable, conocida como cero absoluto y calculada hace mucho tiempo para ser menos de 459,67 ° F. Para los físicos, la temperatura es una medida de la velocidad con la que los átomos se mueven, un reflejo de su energía, y el cero absoluto es el punto en el que no queda absolutamente ninguna energía calorífica para extraer de una sustancia.
Pero algunos físicos están decididos a acercarse lo más posible a ese límite teórico, y fue para obtener una mejor visión de la más rara de las competiciones que visité el laboratorio de Wolfgang Ketterle en el Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge. Actualmente tiene el récord, al menos de acuerdo con los Récords Mundiales Guinness de 2008, de temperatura más baja: 810 billones de grados F por encima del cero absoluto. Ketterle y sus colegas lograron esa hazaña en 2003 mientras trabajaban con una nube, de aproximadamente una milésima de pulgada de ancho, de moléculas de sodio atrapadas en su lugar por imanes.
Le pido a Ketterle que me muestre el lugar donde establecerían el récord. Nos ponemos gafas para protegernos de ser cegados por la luz infrarroja de los rayos láser que se utilizan para reducir la velocidad y, por lo tanto, enfriar las partículas atómicas que se mueven rápidamente. Cruzamos el pasillo desde su soleada oficina hacia una habitación oscura con un revoltijo interconectado de cables, pequeños espejos, tubos de vacío, fuentes de láser y equipos informáticos de alta potencia. «Justo aquí», dice, su voz se eleva de emoción mientras señala una caja negra que tiene un tubo envuelto en papel de aluminio que conduce a ella. «Aquí es donde hicimos la temperatura más fría.»
El logro de Ketterle surgió de su búsqueda de una forma completamente nueva de materia llamada condensado de Bose-Einstein (BEC). Los condensados no son gases, líquidos o sólidos estándar. Se forman cuando una nube de átomos, a veces millones o más, todos entran en el mismo estado cuántico y se comportan como uno solo. Albert Einstein y el físico indio Satyendra Bose predijeron en 1925 que los científicos podrían generar tal materia sometiendo a los átomos a temperaturas cercanas al cero absoluto. Setenta años más tarde, Ketterle, trabajando en el MIT, y casi simultáneamente, Carl Wieman, trabajando en la Universidad de Colorado en Boulder, y Eric Cornell del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología en Boulder crearon los primeros condensados de Bose-Einstein. Los tres ganaron rápidamente un Premio Nobel. El equipo de Ketterle está utilizando BECs para estudiar las propiedades básicas de la materia, como la compresibilidad, y comprender mejor fenómenos extraños de baja temperatura, como la superfluidez. En última instancia, Ketterle, al igual que muchos físicos, espera descubrir nuevas formas de materia que podrían actuar como superconductores a temperatura ambiente, lo que revolucionaría la forma en que los humanos usan la energía. Para la mayoría de los ganadores del Premio Nobel, el honor culmina una larga carrera. Pero para Ketterle, que tenía 44 años cuando recibió el suyo, la creación de BECs abrió un nuevo campo que él y sus colegas explorarán durante décadas.
Otro aspirante al lugar más frío es al otro lado de Cambridge, en el laboratorio de Lene Vestergaard Hau en Harvard. Su mejor marca personal es unas millonésimas de grado F por encima del cero absoluto, cerca del de Ketterle, que también alcanzó mientras creaba BECs. «Ahora hacemos BECs todos los días», dice mientras bajamos por una escalera hacia un laboratorio lleno de equipos. Una plataforma del tamaño de una mesa de billar en el centro de la habitación parece un laberinto construido de pequeños espejos ovalados y rayos láser delgados de lápiz y plomo. Aprovechando a BECs, Hau y sus compañeros de trabajo han hecho algo que puede parecer imposible: han reducido la luz a un punto muerto virtual.
La velocidad de la luz, como todos hemos escuchado, es una constante: 186,171 millas por segundo en el vacío. Pero es diferente en el mundo real, fuera de un vacío; por ejemplo, la luz no solo se dobla, sino que también se ralentiza ligeramente cuando pasa a través del vidrio o el agua. Sin embargo, eso no es nada comparado con lo que sucede cuando Hau proyecta un rayo láser de luz en un BEC: es como lanzar una pelota de béisbol en una almohada. «Primero, bajamos la velocidad a la de una bicicleta», dice Hau. «Ahora está a rastras, y en realidad podemos detenerlo: mantener la luz embotellada por completo dentro del BEC, mirarlo, jugar con él y luego liberarlo cuando estemos listos.»
Es capaz de manipular la luz de esta manera porque la densidad y la temperatura del BEC ralentizan los pulsos de luz. (Recientemente llevó los experimentos un paso más allá, deteniendo un pulso en un BEC, convirtiéndolo en energía eléctrica, transfiriéndolo a otro BEC, luego liberándolo y enviándolo de nuevo en su camino. Hau utiliza BECs para descubrir más sobre la naturaleza de la luz y cómo usar la «luz lenta», es decir, la luz atrapada en BECs, para mejorar la velocidad de procesamiento de las computadoras y proporcionar nuevas formas de almacenar información.
No todas las investigaciones ultracoldadas se realizan utilizando BECs. En Finlandia, por ejemplo, el físico Juha Tuoriniemi manipula magnéticamente los núcleos de átomos de rodio para alcanzar temperaturas de 180 billones de grados F por encima del cero absoluto. (A pesar del récord Guinness, muchos expertos atribuyen a Tuoriniemi el logro de temperaturas aún más bajas que el Ketterle, pero eso depende de si estás midiendo un grupo de átomos, como un BEC, o solo partes de átomos, como los núcleos.)
Puede parecer que vale la pena intentar alcanzar el cero absoluto, pero Ketterle dice que lo sabe mejor. «No lo estamos intentando», dice. «Donde estamos es lo suficientemente frío para nuestros experimentos.»Simplemente no vale la pena la molestia, sin mencionar, de acuerdo con la comprensión de los físicos del calor y las leyes de la termodinámica, imposible. «Succionar toda la energía, hasta el último pedacito de ella, y lograr cero energía y cero absoluto, eso tomaría la edad del universo para lograrlo.»
Tom Shachtman es el autor de Absolute Zero y the Conquest of Cold, la base para un futuro documental de PBS «Nova».