HACIA EL CERO ABSOLUTO por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico numerario

La energía que encierra un sistema atómico se manifiesta, exclusivamente, a través de su energía cinética. No tiene además, como las moléculas, ni estructura, ni posibilidad de almacenar energía en forma de rotación o vibración. Disminuyendo la energía cinética, se podría alcanzar el cero absoluto. No estaba resultando fácil, hasta que irrumpieron en la escena los láseres. Enfriando con láseres se pueden crear y estudiar los condensados de Bose, por ejemplo, que presentan unas propiedades excepcionales, como la superconductividad. El enfriamiento con láser consiste en aprovechar el efecto que tiene sobre la posición y momento de un átomo, la interacción con un fotón (campo electromagnético). Cuando un átomo choca con la radiación y absorbe un fotón, adquiere un momento que es proporcional al momento del fotón. Después de absorberlo, ocurre la emisión espontánea del fotón. Pero este fotón emitido espontáneamente, tiene una dirección aleatoria. Así es, que si usamos un láser en que los fotones tienen un momento definido, los átomos ganan momento en la dirección del fotón incidente, y como consecuencia se calienta el gas debido a la emisión espontánea. Supongamos que aplicamos no uno, sino 6 láseres en direcciones opuestas a un gas que estuviera a 0 grados Kelvin. El gas se calentará por efecto de la radiación. Pero después de que se haya completado el ciclo absorción-emisión, la temperatura será T= 2 Tl, siendo Tl el límite de temperatura por retroceso de un fotón. Para átomos de sodio en resonancia con la primera transición esta temperatura es de 1 microkelvin. Si el átomo se mueve hacia uno de los láseres, por el efecto Doppler, la frecuencia que observa el átomo es mayor, por lo que el láser debe tener una frecuencia menor para ser absorbido. De esta forma, el átomo solamente absorberá los fotones que llevan sentido contrario, y no de los que llevan su mismo sentido. Pero esta absorción frenará al átomo y producirá un enfriamiento. Conforme se va enfriando hay que seguir ajustando el láser, porque la anchura Doppler disminuye. Claro que, al mismo tiempo que se enfría por medio del láser, el sistema se calienta debido a la emisión espontánea. Este equilibrio es el que determina la temperatura mínima a alcanzar. Para átomos de sodio se ha alcanzado una temperatura de 200 microKelvin, muy cerca ya del cero absoluto.