En el asombroso mundo de la física, lo imposible, aunque no de inmediato, se vuelve posible. Y últimamente, los científicos han logrado lograr cosas realmente super imposibles. La ciencia progresa. Solo un monstruo de la pasta sabe qué más nos espera en sus entrañas más secretas. Hoy analizaremos una docena de cosas, estados y objetos irreales que se han hecho posibles gracias a la física moderna.
Temperaturas increíblemente bajas
En el pasado, los científicos no han podido enfriar objetos por debajo del llamado umbral del "límite cuántico". Para enfriar algo a tal estado, es necesario usar un láser con átomos que se mueven muy lentamente y suprimir las vibraciones generadoras de calor que generan.
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Sin embargo, los físicos han encontrado la solución adecuada. Crearon un tambor vibrante de aluminio ultrapequeño y pudieron enfriarlo a 360 µK, que es 10.000 veces la temperatura en las profundidades del espacio.
El diámetro del tambor es de solo 20 micrómetros (el diámetro de un cabello humano es de 40-50 micrómetros). Fue posible enfriarlo a temperaturas tan ultrabajas gracias a una nueva tecnología de la llamada "luz exprimida", en la que todas las partículas tienen una dirección. Esto elimina las vibraciones que generan calor en el láser. Aunque el tambor se haya enfriado a la temperatura más baja posible, no es el tipo de materia más frío. Este título pertenece al condensado de Bose-Einstein. Aun así, el logro juega un papel importante. Ya que un día un método y tecnología similar puede encontrar su aplicación para crear electrónica ultrarrápida, así como ayudar a comprender el extraño comportamiento de los materiales en el mundo cuántico, acercándose en sus propiedades a los límites físicos.
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La luz mas brillante
La luz del sol es deslumbrantemente brillante. Ahora imagina la luz de mil millones de soles. Fue él quien fue creado recientemente por físicos en el laboratorio, de hecho, después de haber creado la luz artificial más brillante de la Tierra, que, además, se comporta de una manera muy impredecible. Cambia la apariencia de los objetos. Sin embargo, esto no está disponible para la visión humana, por lo que queda tomar la palabra de los físicos.
Agujero negro molecular
Un grupo de físicos creó recientemente algo que se comporta como un agujero negro. Para hacer esto, tomaron la fuente de luz coherente Linac (LCLS) láser de rayos X más poderosa del mundo y la usaron para colisionar moléculas de yodometano y yodobenceno. Inicialmente, se esperaba que el pulso láser eliminara la mayoría de los electrones de la órbita de los átomos de yodo, dejando un vacío en su lugar. En experimentos con láseres más débiles, este vacío, por regla general, se llenó inmediatamente con electrones de los límites más externos de la órbita atómica. Cuando el láser LCLS golpeó, el proceso esperado realmente comenzó, pero luego siguió un fenómeno realmente sorprendente. Habiendo recibido tal nivel de excitación, el átomo de yodo comenzó a devorar literalmente electrones de los átomos de hidrógeno y carbono cercanos. Desde el exterior, parecía un pequeño agujero negro dentro de la molécula.
Los pulsos de láser posteriores eliminaron los electrones atraídos, pero el vacío atrajo más y más. El ciclo se repitió hasta que explotó toda la molécula. Curiosamente, el átomo de la molécula de yodo fue el único que mostró tal comportamiento. Dado que es en promedio más grande que otros, puede absorber una gran cantidad de energía de rayos X y perder sus electrones originales. Esta pérdida deja al átomo con una carga positiva suficientemente fuerte, con la que atrae electrones de otros átomos más pequeños.
Hidrógeno metálico
Se le ha llamado el "Santo Grial de la Física de Alta Presión", pero hasta hace poco nadie había podido conseguirlo. La posibilidad de convertir hidrógeno en metal se anunció por primera vez en 1935. Los físicos de la época sugirieron que tal transformación podría producirse mediante una presión muy fuerte. El problema era que las tecnologías de esa época no podían crear tal presión.
En 2017, el equipo estadounidense de físicos decidió volver a la vieja idea, pero adoptó un enfoque diferente. El experimento se llevó a cabo dentro de un dispositivo especial llamado tornillo de banco de diamante. La presión generada por este tornillo de banco es producida por dos diamantes sintéticos ubicados a ambos lados de la prensa. Gracias a este dispositivo, se logró una presión increíble: más de 71,7 millones de psi. Incluso en el centro de la tierra, la presión es menor.
Chip de computadora con células cerebrales
Dando vida a la electrónica, la luz podría algún día reemplazar la electricidad. Los físicos se dieron cuenta del asombroso potencial de la luz hace décadas, cuando quedó claro que las ondas de luz podían viajar paralelas entre sí y así realizar muchas tareas simultáneas. Nuestra electrónica se basa en transistores para abrir y cerrar los caminos para que viaje la electricidad. Este esquema impone muchas restricciones. Sin embargo, recientemente los científicos han creado un invento asombroso: un chip de computadora que imita el trabajo del cerebro humano. Gracias al uso de haces de luz interactivos que funcionan como neuronas en un cerebro vivo, este chip es capaz de "pensar" realmente muy rápidamente.
Anteriormente, los científicos también podían crear redes neuronales artificiales simples, pero dicho equipo requería varias mesas de laboratorio. Se consideró imposible crear algo con la misma eficiencia, pero en un tamaño mucho más pequeño. Y, sin embargo, tuvo éxito. El chip a base de silicio tiene solo unos pocos milímetros de tamaño. Y realiza operaciones computacionales utilizando 16 neuronas integradas. Sucede así. Se suministra una luz láser al chip, que se divide en varios haces, cada uno de los cuales contiene un número de señal o información que varía en nivel de brillo. La intensidad de salida de los láseres proporciona la respuesta a un problema numérico o cualquier información para la que se requirió una solución.
Forma imposible de la materia
Existe un tipo de materia llamada "sólido superfluido". Y de hecho, este asunto no es tan terrible como podría parecer por el nombre. El hecho es que esta forma muy extraña de materia tiene una estructura cristalina característica de los sólidos, pero al mismo tiempo es un líquido. Esta paradoja permaneció sin darse cuenta durante mucho tiempo. Sin embargo, en 2016, dos grupos independientes de científicos (estadounidenses y suizos) crearon materia, que legítimamente puede atribuirse a las propiedades de un sólido superfluido. Curiosamente, ambos equipos utilizaron enfoques diferentes para crearlo.
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Los suizos crearon el condensado de Bose-Einstein (la materia más fría conocida) enfriando el gas rubidio a temperaturas extremadamente bajas. Luego, el condensado se colocó en una instalación de dos cámaras, en cada una de las cuales se instalaron pequeños espejos dirigidos entre sí. Los rayos láser se dirigieron a las cámaras, lo que provocó la transformación. Las partículas de gas, en respuesta a la acción del láser, formaron la estructura cristalina del sólido, pero en general la materia retuvo sus propiedades fluidas.
Los estadounidenses obtuvieron una materia híbrida similar basada en un condensado de átomos de sodio, que también se enfrió fuertemente y se expuso a un láser. Estos últimos se utilizaron para cambiar la densidad de los átomos antes de la aparición de una estructura cristalina en forma líquida.
Fluido de masa negativa
En 2017, los físicos crearon algo realmente genial: una nueva forma de materia que se mueve hacia la fuerza que la repele. Si bien no es realmente un bumerán, este asunto tiene lo que podríamos llamar masa negativa. Con una masa positiva, todo está claro: le das aceleración a algún objeto, y comienza a moverse en la dirección en la que se transmitió esta aceleración. Sin embargo, los científicos han creado un fluido que funciona de manera muy diferente a cualquier otra cosa en el mundo físico. Cuando se presiona, acelera hasta la fuente de la aceleración que se ejerce.
Y de nuevo el condensado de Bose-Einstein acudió al rescate en este asunto, en cuyo papel estaban los átomos de rubidio enfriados a temperaturas ultrabajas. Así, los científicos han obtenido un líquido superfluido con una masa normal. Luego comprimieron fuertemente los átomos con láseres. Luego, con el segundo conjunto de láseres, excitaron fuertemente los átomos, tanto que cambiaron sus espines. Cuando los átomos se liberaron de la empuñadura del láser, la reacción de un líquido ordinario sería la necesidad de moverse desde el centro de fijación, que de hecho puede interpretarse como un empuje. Sin embargo, el superfluido de rubidio, a cuyos átomos se les dio suficiente aceleración, permaneció en su lugar cuando se soltó de la empuñadura del láser, demostrando así una masa negativa.
Cristales de tiempo
Cuando Frank Wilczek, el premio Nobel, propuso por primera vez la idea de los cristales de tiempo, parecía una locura. Especialmente en la parte en la que se explicó que estos cristales pueden tener movimiento, permaneciendo en reposo, es decir, demostrando el nivel más bajo de energía de la materia. Parecía imposible, ya que se requiere energía para el movimiento, y la teoría, a su vez, decía que prácticamente no había energía en tales cristales. Wilczek creía que el movimiento perpetuo se puede lograr cambiando el estado fundamental del átomo de cristal de estacionario a periódico. Esto iba en contra de las leyes de la física que conocemos, pero en 2017, 5 años después de que Wilczek propusiera esto, los físicos encontraron la manera de hacerlo. Como resultado, se creó un cristal de tiempo en la Universidad de Harvard, donde las impurezas de nitrógeno "rotaban" en los diamantes.
Espejos Bragg
El espejo de Bragg no es muy reflectante y consta de 1000-2000 átomos. Pero es capaz de reflejar la luz, lo que lo hace útil dondequiera que se necesiten espejos diminutos, como en la electrónica avanzada. La forma de tal espejo también es inusual. Sus átomos están suspendidos en el vacío y se asemejan a una cadena de cuentas. En 2011, un grupo de científicos alemanes pudo crear un espejo de Bragg, que en ese momento tenía el nivel más alto de reflexión (alrededor del 80 por ciento). Para hacer esto, los científicos han combinado 10 millones de átomos en una estructura reticular.
Sin embargo, más tarde, equipos de investigación de Dinamarca y Francia encontraron una manera de reducir significativamente la cantidad de átomos necesarios, manteniendo una alta eficiencia reflectante. En lugar de agruparse entre sí, los átomos se colocaron a lo largo de una fibra óptica microscópica. Con la ubicación correcta, surgen las condiciones necesarias: la onda de luz se refleja directamente de regreso a su punto de origen. Cuando se transmite luz, algunos de los fotones salen de la fibra y chocan con los átomos. Las eficiencias reflectantes demostradas por los equipos daneses y franceses son muy diferentes y rondan el 10 y el 75 por ciento respectivamente. Sin embargo, en ambos casos, la luz vuelve (es decir, se refleja) a su punto de origen.
Además de las ventajas prometedoras en el desarrollo de tecnologías, estos espejos pueden ser útiles en dispositivos cuánticos, ya que los átomos utilizan adicionalmente el campo de luz para interactuar entre sí.
Imán 2D
Los físicos han intentado crear un imán bidimensional desde la década de 1970, pero siempre han fallado. Un verdadero imán 2D debe conservar sus propiedades magnéticas incluso cuando se separa a un estado en el que se vuelve bidimensional, o con un solo átomo de espesor. Los científicos incluso empezaron a dudar de que tal cosa fuera posible.
Sin embargo, en junio de 2017, los físicos que utilizaron triyoduro de cromo finalmente pudieron crear un imán bidimensional. La conexión resultó ser muy interesante desde varios lados a la vez. Su estructura de cristal en capas es excelente para ahusar y, además, sus electrones tienen la dirección de giro deseada. Estas importantes propiedades permiten que el triyoduro de cromo conserve sus propiedades magnéticas incluso después de que su estructura cristalina se haya reducido al grosor de las últimas capas atómicas.
El primer imán 2D del mundo podría producirse a una temperatura relativamente alta de -228 grados Celsius. Sus propiedades magnéticas dejan de funcionar a temperatura ambiente, ya que el oxígeno las destruye. Sin embargo, continúan los experimentos.
NIKOLAY KHIZHNYAK
