Enfrentar el objeto cerca del cero absoluto desafiando la gravedad y la cuántica

Científicos lograron enfriar un objeto de escala humana hasta llevarlo casi a la temperatura del cero absoluto, desafiando la mecánica cuántica

Para comprender un poco más sobre mecánica cuántica científicos han logrado superenfriar objetos cuánticos de escala humana logrando que sus átomos están casi paralizados en un “estado fundamental de movimiento” (cerca del cero absoluto), por lo que aseguran ahora puede observar el efecto de la gravedad en un objeto cuántico masivo.

¿Qué es el cero absoluto?

Para el ojo humano los objetos que se encuentran en reposo pueden parecer sólo eso, objetos quietos y sin aparente movimiento, pero sí en cambio utilizáramos una lente cuántica podríamos notar las partículas vibrantes en movimiento.

- Es por eso que, de acuerdo con el artículo publicado en Science, ahora los científicos se han dado a la tarea de enfriar por primera vez un “objeto” de escala humana, hasta acercarla a su estado fundamental de movimiento. El “objeto” es cuestión no es tangible en el sentido de estar localizado en un lugar, sino que es el movimiento combinado de cuatro objetos separados.

¿Cómo funciona la mecánica cuántica en este experimento?

Enfriaron el movimiento colectivo de los cuatro espejos a 77 nanokelvins (o 77 mil millonésimas de kelvin), justo por encima del cero absoluto. El equipo de físicos asegura que ha conseguido casi congelar por completo el movimiento de varios átomos sobre cuatro espejos suspendidos.

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La temperatura es una medida de cuánto y qué tan rápido se mueven los átomos y moléculas que nos rodean (y de los que estamos hechos). Cuando los objetos se enfrían, sus moléculas se mueven menos.

El "cero absoluto" es el punto en el que los átomos y las moléculas dejan de moverse por completo. Sin embargo, la mecánica cuántica dice que la ausencia total de movimiento no es realmente posible (debido al principio de incertidumbre).

En cambio, en la mecánica cuántica, la temperatura del cero absoluto corresponde a un "estado fundamental de movimiento", que es la cantidad mínima teórica de movimiento que puede tener un objeto.

El cero absoluto es un concepto hipotético en donde las moléculas y átomos pierden toda su energía, es la temperatura más baja que se podría presentar en el universo. Cerca del cero absoluto se presentan fenómenos increíbles como la superconductividad y la superfluidez, además entra en juego la mecánica cuántica. Se dice que es un concepto hipotético debido a que no se sabe si es posible alcanzarlo.

- El trabajo, publicado hoy en Science, es un paso importante en la búsqueda en curso para comprender la brecha entre la mecánica cuántica, la extraña ciencia que gobierna el universo a escalas muy pequeñas, y el mundo macroscópico que vemos a nuestro alrededor.

Ya están en marcha planes para mejorar el experimento en observatorios de ondas gravitacionales más sensibles del futuro. Los resultados pueden ofrecer una idea de la inconsistencia entre la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad general, que describe la gravedad y el comportamiento del universo a escalas muy grandes.

El observatorio de ondas gravitacionales (LIGO) detecta ondas gravitacionales usando láseres disparados por largos túneles y rebotados entre dos pares de espejos de 40 kilogramos, luego combinados para producir un patrón de interferencia. Pequeños cambios en la distancia entre los espejos se manifiestan como fluctuaciones en la intensidad del láser.

El movimiento de los cuatro espejos se controla con mucha precisión, para aislarlos de cualquier vibración circundante e incluso para compensar el impacto de la luz láser que rebota en ellos.

Esta parte puede ser difícil de entender, pero podemos demostrar matemáticamente que las diferencias en el movimiento de los cuatro espejos de 40 kilogramos es equivalente al movimiento de un solo espejo de 10 kilogramos. Lo que esto significa es que el patrón de cambios de intensidad del láser que observamos en este experimento es el mismo que veríamos en un solo espejo de 10 kilogramos.

Aunque la temperatura del espejo de 10 kilogramos está definida por el movimiento de los átomos y las moléculas que lo componen, no medimos el movimiento de las moléculas individuales. En cambio, y en gran parte porque así es como medimos las ondas gravitacionales, medimos el movimiento promedio de todos los átomos (o el movimiento del centro de masa).

Hay al menos tantas formas en que los átomos pueden moverse como átomos hay, pero solo se midió una de esas formas, y ese movimiento de baile particular de todos los átomos juntos es el único se enfrió.

El resultado es que mientras los cuatro espejos físicos permanecen a temperatura ambiente y estarían calientes al tacto (si permitimos que alguien los toque), el movimiento promedio del sistema de 10 kilogramos es efectivamente de 0,77 nanokelvin, o menos de una mil millonésima parte de un grado por encima del cero absoluto.

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