Ni ilusionismo ni hechicería: el quinto estado de la materia

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Ni ilusionismo ni hechicería: el quinto estado de la materia

Redacción / Milenio

Desde 1995 se puede construir en laboratorio un agregado de átomos al que se ha llamado condensado de Bose-Einstein. En este nuevo material los átomos abandonan su individualidad para entregarse al conjunto. El conglomerado se comporta entonces como si fuera uno solo, más grande, pero con las mismas propiedades. Los átomos adquieren las mismas velocidades y ocupan el mismo lugar, se apropian todos de una posición espacial como si negaran su naturaleza corpuscular en un juego mágico de interpenetración. Éste es el quinto estado de la materia y sus propiedades son tan extravagantes que parecen insinuar actos de hechicería e ilusionismo.

Casi en su totalidad, el Universo es un plasma. Tenemos plasmas en la llama de una vela o en el interior de un tubo de luz de neón. Las auroras boreales, las estrellas lejanas, el medio interplanetario e intergaláctico, nuestro Sol, los relámpagos de una tormenta y en general el 99 por ciento del cosmos se encuentra en estado de plasma. Una fracción más pequeña está formada por los sólidos, líquidos y gases que abundan en nuestro pequeño planeta. Ahora se pueden construir pequeñas cantidades de un material insólito distinto de todo lo que conocíamos. En él, los átomos danzan al mismo ritmo, en coordinación perfecta, como si fueran un solo cuerpo.

Para formar una pequeña gota se usan unos pocos, alrededor de mil átomos de rubidio, que durante quince segundos se transforman en esta singular sustancia. Para eso es necesario bajar la temperatura a niveles extremos.

Los condensados de átomos que se construyen en los laboratorios podrían vivir más tiempo en la ausencia de gravedad y es por eso que se propuso su fabricación en la Estación Espacial Internacional, a 400 kilómetros de altitud. Hace unas semanas se pudo verificar la ventaja de encontrarse en un ambiente de microgravedad. Para hacerlo, se transportó un pequeño refrigerador con el que se alcanzan temperaturas tan bajas como 0.000 000 02 Kelvin, es decir 20 mil millonésimas de grado por encima del cero absoluto que se encuentra a -273.15 grados Celsius.

El tercer principio de la termodinámica establece que el cero absoluto es una temperatura inalcanzable, de manera que 20 nano grados por encima de la temperatura límite es una proeza tecnológica.

Para fabricar este material pueden usarse átomos de diferentes elementos químicos, la condición es sólo que se comporten como “bosones”, es decir que la manera como esos átomos giran se describa con un número entero y no con un semientero, como ocurre con los fermiones. Las propiedades que definen si un átomo es bosón o fermión son descritas por la mecánica cuántica, la teoría que permite entender los objetos muy pequeños.

Se ha podido observar que cuando se emplean átomos de sodio para formar el condensado, éste se vuelve translúcido, es decir, deja de absorber la luz atrapándola en su interior. De una velocidad de 300 mil kilómetros por segundo que tiene la luz en el vacío se reduce a tan sólo 17 metros por segundo en un condensado. Esto significa que la velocidad de la luz disminuye 20 millones de veces al entrar en la pequeña brizna de átomos a baja temperatura. Algunos grupos de investigación que trabajan con este material reportan haber contenido la luz por completo y dicen que pueden atraparla para abrir nuevos horizontes en el prometedor campo de la computación cuántica.

Las posibilidades que ofrece este nuevo estado de la materia son muchas, algunas realmente asombrosas. Así, por ejemplo, los condensados de Bose-Einstein nos permitirán crear nanoestructuras de gran precisión con el uso de luz láser. Permitirán también medir la intensidad gravitacional con exactitud nunca lograda.

Ahora se podrán fabricar relojes más precisos y estables que los que actualmente tenemos. Para tener una idea de lo que significa la precisión en la medición del tiempo diremos que los relojes mecánicos tienen desviaciones típicas de un segundo cada día; un reloj de cuarzo se retrasa un segundo al mes mientras que los relojes atómicos se desalinean un nanosegundo al día, es decir, un segundo cada 30 millones de años. Con la ayuda de los condensados de Bose-Einstein se podría llegar a construir relojes que se desvíen un segundo cada 500 billones de años. Este avance en la precisión con que se mide el tiempo tendrá muchas consecuencias en la ciencia, la tecnología y la industria.

En México dos grupos de investigadores trabajan en el área de los condensados de Bose-Einstein: uno en el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN (Cinvestav) y otro en la Universidad Nacional Autónoma de México, de manera que nuestro país está en la vanguardia científica que trae consigo un futuro interesante que partiría del quinto estado de la materia.