Conocimientos - La divisa del nuevo milenio - ¿Que es el cero absoluto cuando se habla de temperatura?

El cero absoluto es la temperatura más baja posible. Según físico y divulgador James Trefil "la visión clásica la temperatura mas baja posible correspondería a aquella en la que se detiene todo movimiento atómico".

El cero absoluto es de -273.15 grados centígrados. Hoy, con el advenimiento de la mecánica cuantica sabemos que los átomos no pueden dejar de moverse. En vez de ello, se define al cero absoluto como la temperatura a la que los átomos poseen la energía mas baja posible consistentes con las leyes de la mecánica cuantica. Un material del que ya no se puede extraerse mas energía por ningún medio.

Sobre el cero absoluto

Ya a principios del siglo pasado mediante la aplicación simultánea de altas presiones y cambios en la temperatura, varios gases como el CO2, el SO2, NH3 y otros, habían podido licuarse. El llamado "hielo seco" o CO2 sólido se obtenía permitiendo la evaporación del gas altamente comprimido y disminuyendo la temperatura. Cuando el CO2 sólido se mezcla con éter, se llega a obtener temperaturas tan bajas como -110º C, procedimiento que permitió a M. Thilovier (1835) licuar gases como el etileno. Los experimentos de Andrews en 1869 constituyeron las bases sólidas detrás de los criterios necesarios para licuar un gas y de ahí surgieron los principios y las técnicas que permitieron a los químicos polacos Wroblewski y Olszewski en 1883 obtener oxígeno líquido a -136º C y posteriormente licuar el N2 y el CO2 a -152º C. En 1886 Dewar (inventor de los famosos frascos que hoy llevan su nombre) logró la producción continua de oxigeno líquido basándose en las ideas de Olszewski usando un método, llamado en cascadas en el cual cada paso se lleva a cabo por un licuefactor que esencialmente opera como un refrigerador doméstico.

El siguiente paso significativo en las técnicas de bajas temperaturas lo constituyó el famoso experimento de la pared porosa ideado por Joule y perfeccionado por Kelvin se le conoce como el efecto Joule-Kelvin. Este proceso fue la base de la licuefacción del aire llevada a cabo, casi simultáneamente por C. Linde en Alemania en 1895 y por W.Hampson en Inglaterra en 1896. En estos años, Dewar logró también licuar el hidrógeno alcanzando temperaturas cercanas a los -180ºC. Así es que a fines del siglo pasado las técnicas de licuefacción de gases permitían llegar cerca de los -200ºC, o sea 73 K, muy lejos del cero absoluto.

Pero en el año de 1908, usando también el efecto Joule-Kelvin, el gran físico holandés Heike Kammerlingh Onnes licuó el gas de helio alcanzando entonces la temperatura récord de 5.2 K (-267.8º C) y abrió con ello brecha para el desarrollo contemporáneo de la criogenia ( o ingeniería de bajas temperaturas) y de la física de bajas temperaturas. También fue el descubridor de la llamada "superconductitividad", esto es, la propiedad que exhiben varios metales puros y cientos de otros compuestos, de conducir la corriente eléctrica sin presentar prácticamente ninguna resistencia interna. Usando la técnica de K. Onnes para el mes de julio de 1926 todas las sustancias conocidas hasta entonces habían sido licuadas y solidificadas, incluyendo el helio. Decimos esto porque el helio es el único elemento conocido en la naturaleza que se mantiene líquido, a presión atmosférica, aun a temperaturas de 1ºK.

Para solidificarlo hay que someterlo a una presión de 25 atmósferas, a temperaturas menores a 1 K. Este descubrimiento se debió a H. Keesom, quién igualmente esclareció el diagrama de fases (el diagrama p-T) de este sorprendente elemento. En efecto, en 1932 Keesom y sus colaboradores descubrieron que a 2.19 K el helio (isótopo 4) sufre una transición de fase pero no a la fase sólida, sino a otra fase líquida. Entre las muchas propiedades, sorprendentes y fascinantes de esta fase líquida, le ha valido el nombre de "superfluido", se encuentra la de poder circular sin dificultad alguna por los capilares más estrechos concebibles, por donde el agua misma no lo puede hacer. En términos más llanos, es un fluido cuya viscosidad es prácticamente igual a cero.