¿Se puede hacer invisible la materia? Investigadores lo lograrían por un efecto cuántico

Tres equipos independientes de investigación reprodujeron un extraño efecto previsto en la década de 1990. Además de contrariar la “lógica” esperada en el comportamiento de los átomos, el experimento desafía la forma en que entendemos la realidad. Básicamente, enfriaron y condensaron una nube de gas hasta hacerla transparente. Pero los investigadores aseguran que, si logran aproximarse todavía más al cero absoluto, tendrán una nube invisible.

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La propia naturaleza nos muestra que entre más densa es una nube, mayor es su opacidad. Por ejemplo, cuando las nubes de tormenta se posan entre nosotros y el Sol, menor es la cantidad de luz solar que recibimos. Ahora imagina que esas mismas nubes se hacen mucho más densas y alcanzan una temperatura próxima al cero absoluto (-273,15 °C). Según este experimento, el cielo se volvería completamente claro y no bloquearía un solo haz de luz solar.

La nube invisible.

Según una regla llamada exclusión de Pauli, esto se debe a que un electrón no puede pasar a un orbital de menor energía si este se encuentra ocupado. Los orbitales son zonas de la electrosfera de un átomo donde existe mayor probabilidad de localizar electrones. Y partículas con un mismo estado cuántico no pueden existir en el mismo espacio.

Al penetrar cualquier material (como una nube), los fotones de la luz interactúan con un “enjambre” de átomos, haciendo que las partículas choquen y se dispersen como sucede con las bolas de billar. Eventualmente, los fotones se dispersan en todas direcciones y por eso la materia se hace visible. La luz se dispersa de tal modo que termina incidiendo sobre nuestros ojos.

En una nube de gas hay espacio suficiente para que los átomos “salten”, esto significa que existen múltiples niveles de energía disponibles para su ingreso, por lo que su movimiento no se obstaculiza demasiado. Al interior de una nube caliente, cualquier átomo puede interactuar con un fotón de luz, reculando a un nivel de energía diferente y dispersando el fotón.

Pero, las cosas serían completamente distintas si los átomos de esa nube de gas estuvieran próximos al cero absoluto y atiborrados unos contra otros. Recordemos que bajo estas condiciones las partículas pierden energía cinética, desplazándose a menor velocidad. Incapaces de moverse, la luz sería incapaz de transmitirles impulso. En palabras más llanas, el efecto bolas de billar no se produciría pues todas las partículas están “pegadas” a la mesa. Es un fenómeno conocido como Bloqueo de Pauli.

La dispersión de la luz.

Sin ese efecto bolas de billar, la luz no se dispersa ante la incapacidad de las partículas para absorberla. Consecuentemente, los fotones que inciden sobre nuestras células fotorreceptoras no contienen información de la nube. “Un átomo solo puede dispersar un fotón si es capaz de absorber la fuerza del empuje desplazándose a otra silla”, comentó Wolfgang Ketterle empleando otra analogía para explicar los orbitales de los electrones. “Si todas las sillas se encuentran ocupadas, se hace incapaz de absorber el empuje y dispersar el fotón. Entonces, el átomo se vuelve transparente”.

Bloqueo de Pauli

Esta imagen es una representación de la analogía de Ketterle. Cada individuo sentado representa un átomo, mientras que cada silla corresponde a un estado cuántico. Cuando la temperatura aumenta (a), los átomos se colocan aleatoriamente, de modo que cada partícula puede dispersar luz. A bajas temperaturas (b), los átomos se agrupan. La luz solo puede dispersarse cerca del borde, donde hay más espacios.

Los científicos concluyeron que, si la temperatura se aproxima todavía más al cero absoluto, la nube será totalmente invisible. Por supuesto, comprobar esta teoría está lejos de ser simple. Desde hace décadas los científicos buscan métodos efectivos para reducir el calor (movimiento) de las partículas y acercarse lo mayor posible al cero absoluto, pues el cero absoluto es imposible.

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