Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

… Y Einstein tenía razón

A las 10 horas 54 minutos del pasado día 5 de junio, un equipo de físicos de la Universidad de Colorado, en Boulder, hizo realidad la creación de una nueva forma de la materia hasta ahora desconocida, inexistente previamente, de forma natural, en el universo. Con propiedades completamente diferentes a las de cualquier otra manifestación de la materia, su existencia había sido prevista hace décadas por Albert Einstein y el físico indio Satyendra Nath Bose.

Satyendra Nath Bose nació en Calcuta en 1894. Destacado físico, tradujo en su país el trabajo de Einstein sobre la relatividad general y a los 27 años escribió una famosa contribución sobre la estadística de los fotones, conocida desde entonces como estadística de Bose y que, actualmente, es una parte integral de la Física. Tras trabajar, en París, con madame Curie, se desplazó a Berlín, donde conoció personalmente a Einstein. Fue precisamente Einstein, quien, en 1925, basado en el trabajo de Bose, predijo que con ciertas condiciones, que adjetivó de exóticas por lo inalcanzables, un gas de bosones podría llegar a condensarse hasta una forma de energía cinética cero

En esa época, la mecánica cuántica era un campo nuevo y controvertido. Era una gran novedad la afirmación de que los átomos y otras partículas elementales también podían considerarse como ondas, que realmente eran ondas de probabilidad, es decir, que señalan el lugar donde existe más probabilidad para que una partícula esté situada en un determinado momento. Este concepto de probabilidad se derivaba del principio de incertidumbre de Heisenberg, que indicaba la imposibilidad de saber con total precisión la localización exacta en un momento determinado.

LA MATERIA. Los científicos categorizan la materia de varios modos. Uno de ellos, muy conocido, es el de clasificar la materia como fermiones (por ejemplo, los protones y electrones) o como bosones (por ejemplo, fotones y fonones). Los fermiones sufren la repulsión cuántica, es decir, dos fermiones no pueden ocupar el mismo nivel de energía, tal como expresa un principio muy famoso en Física, el principio de exclusión de Pauli. En cuanto a los bosones, se caracterizan por su atracción cuántica, es decir, que tienden a congregarse en el mismo nivel de energía. De todo ello se derivaba, según Einstein, que cuando un gas de bosones se acercase al cero absoluto de temperatura, las ondas se extenderían y se superpondrían de modo que alcanzarían un nuevo estado de la materia, el estado cuántico.

Setenta años tras esa predicción, los físicos Eric Cornell y Carl Wieman han encabezado el equipo que ha conseguido lo que tantos otros científicos han intentado vanamente antes. Durante tres días los investigadores no se atrevieron a volver a comprobar en su ordenador las pruebas de lo sucedido, hasta que, finalmente, se convencieron de que realmente habían tenido el éxito. Para ello, tuvieron que enfriar átomos de rubidio hasta una temperatura casi coincidente con la del cero absoluto, que corresponde a 273,15 grados centígrados bajo cero. En realidad, la temperatura usada fue tan solo superior al cero absoluto en unas dos cienmillonésimas partes de grado absoluto, una temperatura nunca alcanzada antes. Aún en las más remotas regiones del espacio interestelar, las frías temperaturas existentes son muy superiores a ésta, del orden de mil millones superiores, debido a la existencia de la pequeñísima radiación de fondo, que aun resta del Big Bang. Mientras que, a la temperatura ambiente, los átomos gaseosos se mueven, a velocidades del orden de 2000 kilómetros por hora, al ir enfriándose el gas la velocidad se va reduciendo, por lo que, al alcanzarse las condiciones del condensado Bose-Einstein, los átomos gaseosos carecen de movimiento medible.

El equipo investigador enfrió, primeramente, los átomos de rubidio con una combinación de aparatos enfriadores de tipo láser y magnéticos, que ellos mismos habían diseñado en los pasados años. Así capturaron los átomos, en una especie de trampa, donde fueron bombardeados por rayos láser infrarrojos procedentes de todas las direcciones, con una longitud de onda especial. De ese modo, consiguieron enfriar los átomos hasta unas 10 millonésimas de grado sobre el cero absoluto, atrapando a los más fríos, tras lo cual, los colocaron en una especie de botella magnética, que permitía que escapasen los átomos más calientes, de una manera similar a cómo, desde una taza de café caliente, va escapando el vapor más caliente. De un modo parecido a unas pequeñas bolitas que tienden a caer y salir por un embudo, los átomos más fríos se dirigen a "caer" hacia el centro de una especie de agujero del recipiente. El éxito de los investigadores consistió en modificar el campo magnético, de modo que el efecto conseguido era como el de mover el "agujero" a mayor velocidad de la que podían responder esos átomos más fríos que, por tanto, no lograban escapar, mientras si lo hacían los átomos más calientes.

EL CONDENSADO. De esta forma, a partir de unos diez millones de átomos de rubidio procedentes de la primera trampa, se pudieron enfriar, hasta el límite antes indicado, unos dos mil átomos. Estos átomos condensaron en el centro de la nube gaseosa formada por el resto de los átomos ultrafríos, en una forma única, ultradensa, en la que todos los átomos tenían el mismo estado mecánico cuántico. Era la desconocida y nueva forma de la materia predicha por Einstein. Esta situación duró tan solo una fracción de segundo ya que, inmediatamente, se produjo la evaporación de los átomos. Esta nueva forma de materia promete poseer propiedades de gran interés, aunque en su gran mayoría aun son desconocidas. En todo caso, cabe recordar que los rayos láser están constituidos por un gran número de fotones iguales, con la misma energía y dirección. La materia, en forma de condensado de Bose-Einstein está también formada por átomos idénticos, con el mismo estado cuántico, por lo que cabría decir que el condensado es respecto a la materia ordinaria lo mismo que un rayo láser es respecto a la luz de una bombilla.

Como los aparatos y tecnologías utilizados no son excesivamente complicados se espera que, pronto, estarán trabajando sobre este tema otros muchos laboratorios del mundo. Todo ello abre nuevas perspectivas respecto al estudio del comportamiento fundamental de la materia pero, además, ya se están sopesando utilidades prácticas, en relación con las predicciones teóricas existentes sobre sus posibles propiedades semiconductoras o de superfluidos. Se piensa que rayos de este nuevo tipo de materia podrían utilizarse para inscribir delicadísimos pequeños circuitos sobre chips electrónicos ultracompactos o que fuesen parte de los relojes atómicos ultraprecisos. En todo caso, como ha comentado un destacado científico, sucede al igual que al comienzo de la tecnología láser: "se trata de una solución en búsqueda de problemas a solucionar".