Cero absoluto

El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible. A esta temperatura el nivel de energía del sistema es el más bajo posible, por lo que las partículas, según la mecánica clásica, carecen de movimiento; no obstante, según la mecánica cuántica, el cero absoluto debe tener una energía residual, llamada energía de punto cero, para poder así cumplir el principio de indeterminación de Heisenberg.

El cero absoluto sirve de punto de partida tanto para la escala de Kelvin como para la escala de Rankine.

Así, 0 K (o lo que es lo mismo, 0 R) corresponden, aproximadamente, a la temperatura de −273,15 °C o −459,67 °F.

Según la tercera ley de la termodinámica, el cero absoluto es un límite inalcanzable. La mayor cámara frigorífica actual sólo alcanza los -271 °C. La razón de ello es que las moléculas de la cámara, al llegar a esa temperatura, no tienen energía suficiente para hacer que ésta descienda aún más.

La entropía de un cristal ideal puro y perfecto sería cero. Si los átomos que lo componen no forman un cristal perfecto, su entropía debe ser mayor que cero, por lo que la temperatura siempre será superior al cero absoluto y el cristal siempre tendrá imperfecciones inducidas por el movimiento de sus átomos, necesitando un movimiento que lo compense y, por tanto, teniendo siempre una imperfección residual.

Cabe mencionar que a 0 K absolutamente todas las sustancias se solidificarían y que según el actual modelo del calor, las moléculas perderían toda capacidad de moverse o vibrar.

Hasta ahora la temperatura más cercana al cero absoluto ha sido obtenida en laboratorio por científicos del MIT en 2003. Se obtuvo enfriando un gas en un campo magnético hasta medio nanokelvin (5·10⁻¹⁰ K) por encima del cero absoluto.

Fenómenos cerca del cero absoluto

Condensado de Bose-Einstein en un átomo de rubidio. El color rojo indica una velocidad elevada, y el blanco-azulado una baja velocidad. La imagen de la derecha es la muestra más fría de las tres.

Al aproximarse al cero absoluto se pueden producir en algunos materiales ciertos fenómenos, como el Condensado de Bose-Einstein, o algunos superfluidos como el helio II.

En 1924, Albert Einstein y el físico indio Satyendranath Bose predijeron la existencia de un fenómeno denominado Condensado de Bose-Einstein. En dicho estado, los bosones se agrupan en el mismo estado cuántico de energía. Este fenómeno se confirmó en 1995, y desde entonces se han investigado muchas de sus propiedades.

A temperaturas muy próximas al cero absoluto se pueden formar superfluidos, o incluso frágiles moléculas que no existen a mayores temperaturas para su estudio, entre otros fenómenos.

En la actualidad se puede encontrar una aplicación práctica en el acelerador de partículas LHC del CERN.​ El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) alcanza una temperatura de 1,9 K. Los experimentos que se llevarán a cabo en este acelerador de partículas requieren la criogenización de ciertos circuitos para conseguir superconductores. Esto es posible gracias a la combinación de compresores de Helio alimentados con nitrógeno líquido, el cual entra a los circuitos aproximadamente a 80 K (-193,15 °C) para ir bajando de temperatura en su transcurso por el circuito de los 3 compresores.​ La temperatura más baja alcanzada en el LHC fue de 1,8 K​

Véase también

• Física
• Kelvin
• Rankine
• Termodinámica
• Energía del punto cero

Bibliografía

• Schachtman, Tom (1999). Absolute Zero and the Conquest of Cold. New York: Houghton Mifflin. pp. 272 págs. ISBN 0395938880.