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Temperatura negativa, infinitamente caliente

Los físicos han descrito una nueva forma de producir uno de los más conocidos fenómenos contraintuitivos: temperatura negativa, que a pesar del nombre significa un sistema que es casi infinitamente caliente 



Temperatura negativa, infinitamente caliente 



Se han visto antes temperaturas negativas, pero sólo en aplicaciones muy limitadas. En un artículo publicado en Physical Review Letters, los teóricos proponen formas más amplias e intrigantes de confirmar las temperaturas negativas, tomando imágenes de los átomos a medida que cambian de temperatura positiva a negativa. 

Temperatura negativa, infinitamente caliente 

Los nuevos planteos, dicen los científicos, podrían revelar formas en las que se comporta la materia a nivel cuántico previamente desconocidas. “Con estos sistemas atómicos se pueden imitar varios estados de la materia y hacer cosas que de otro modo no son posibles”, dice el jefe del equipo, Achim Rosch, un físico de la Universidad de Colonia en Alemania. 

Temperatura negativa, infinitamente caliente 

Para entender la temperatura negativa, hay que pensar en términos de estados de energía en lugar de marcas de un termómetro. Las partículas atómicas qeu están en lo que los físicos consideran temperatura positiva —donde se incluyen las experiencias más comunes, desde la superficie del Sol al hielo de la Antártida— suelen ser en los estados más bajos posibles de energía. Pero en los sistemas con temperatura negativa, las partículas prefieren ocupar los estados de alta energía en vez de los de baja. 

Temperatura negativa, infinitamente caliente 

Los científicos ya han producido sistemas de temperatura negativa, utilizando los espines de los núcleos atómicos. Imagínese una hilera de átomos, cada uno con un espin que puede apuntar hacia arriba o hacia abajo. En el estado de menor energía posible, todos los espines apuntan hacia abajo. Añada energía al sistema y los espines comenzarán a voltearse hacia arriba, llegando a la máxima entropía o desorden, cuando la mitad de los espines están hacia arriba. La adición de más energía hará cambiar el sistema hacia temperatura negativa, cuyos estados de alta energía son la única manera de dar cabida a la energía extra. 

Temperatura negativa, infinitamente caliente 

En lugar de los espines atómicos, el equipo de Rosch propone ahora utilizar átomos ultra-fríos, como los utilizados en muchos laboratorios para estudiar la materia a nivel cuántico. En estas condiciones experimentales extremas, los átomos pierden su identidad colectiva y comienzan a interactuar entre sí de maneras extrañas. Ajustando el ingreso de energía y otros factores, dicen los científicos, los átomos que están a millonésimas de grado sobre el cero absoluto en una escala del termómetro pueden ser empujados hasta sobrepasar la máxima entropía, entrando en el rango de la temperatura negativa. 

Temperatura negativa, infinitamente caliente 

Al haber imágenes de la probabilidad de ubicación de cada átomo, los investigadores proponen que, teóricamente, se podía ver el cambio de átomos que se pegan entre sí a unos que se separan, al cruzar la frontera de temperatura positiva a negativa. Este cambio constituiría “una clara señal” de la temperatura negativa, dice Immanuel Bloch, un físico experimental en la Universidad Ludwig-Maximilians de Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, cerca de Garching. 

Bloch, que trabaja con átomos ultra-fríos, planea tratar pronto de impulsar a los átomos a pasar a la temperatura negativa y medirlos de la manera que propone el equipo de Rosch. “Es una propuesta muy interesante que pone a prueba nuestra percepción de la termodinámica”, dice. 

Temperatura negativa, infinitamente caliente 

Por ejemplo, si se deja un sistema de temperatura negativa junto a uno positivo, el calor de los estados de alta energía van a fluir continuamente desde el sistema negativo al positivo. En ese sentido, la temperatura negativa es infinitamente caliente. 

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