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10 cosas imposibles que los físicos hicieron posible
En el extraño mundo de la física, lo imposible es siempre posible. Pero en los últimos tiempos, muchos científicos han logrado superar incluso esta advertencia y han logrado algunas novedades espectaculares.
10 Frialdad que dobla la ley
En el pasado, los científicos no podían enfriar un objeto más allá de una barrera llamada "límite cuántico". Para hacer algo helado, un láser debe reducir sus átomos y sus vibraciones que producen calor. Irónicamente, la luz láser aporta calidez al trato. A pesar de bajar la temperatura, también evita que caiga por debajo del límite cuántico. Sorprendentemente, los físicos diseñaron un tambor de aluminio vibrante y lograron bajar su temperatura a 360 microKelvin, o 10,000 veces más frío que las profundidades del espacio. El tambor medía 20 micrómetros de diámetro (un cabello humano es de 40 a 50 micrómetros), y el experimento desafió el famoso límite.
Una vez que se pensó que era imposible, el avance fue una nueva técnica de láser que puede "exprimir" la luz, dirigiendo las partículas con una estabilidad más intensa en una dirección. Esto eliminó las fluctuaciones del láser que añadieron calor. El tambor es el objeto mecánico más frío que se haya registrado, pero no la materia más fría, que es un condensado de Bose-Einstein. Aun así, el logro podría algún día desempeñar un papel en la electrónica súper rápida y ayudar a desentrañar los comportamientos extraños del mundo cuántico que aparecen cuando los materiales se acercan a sus límites físicos.
9 La luz más brillante
El resplandor de nuestro propio Sol ya es digno de mención. Ahora, imagine la luz combinada de mil millones de soles. Eso es aproximadamente el equivalente a lo que los físicos recientemente trajeron a la vida en un laboratorio. Oficialmente, la luminosidad más brillante jamás vista en la Tierra, la luz también se comportó de una manera inesperada. Cambió las apariencias de los objetos.
Para entender esto, uno debe mirar cómo funciona la vista. Los fotones necesitan dispersarse de los electrones antes de que la visión sea posible. En circunstancias normales, los electrones golpean un fotón a la vez. Cuando algo se vuelve más brillante, la forma por lo general sigue siendo la misma que en la luz inferior. El potente láser utilizado en el experimento dispersó 1.000 fotones. Dado que la dispersión es igual a la visibilidad, la intensidad con la que se produjo cambió la forma en que se comportaron los fotones y, en consecuencia, cómo se percibe un objeto iluminado. Este extraño efecto se hizo más evidente cuando la super-luz solar se hizo más fuerte. Debido a que la energía y dirección normales de los fotones se modificaron, la luz y los colores se produjeron de formas inusuales.
8 Agujero Negro Molecular
Un equipo de físicos creó recientemente algo que se comportó como un agujero negro. Desplegaron el láser de rayos X más poderoso que existe, la fuente de luz coherente Linac (LCLS), para inyectar moléculas de yodometano y yodobenceno. Los investigadores esperaban que el rayo extrajera la mayor parte de los electrones del átomo de yodo de la molécula, dejando un vacío. En experimentos con láseres más débiles, este vacío luego sacó electrones de la parte más externa del átomo. Cuando LCLS golpeó, sucedió lo esperado, seguido de algo sorprendente. En lugar de detenerse consigo mismo, el átomo de yodo comenzó a comer electrones de los átomos de hidrógeno y carbono vecinos. Era como un pequeño agujero negro dentro de una molécula.
Las explosiones subsiguientes destruyeron los electrones robados, pero el vacío aspiró un poco más. El ciclo se repitió hasta que la molécula entera explotó. El átomo de yodo fue el único átomo que se comportó así. Más grande que el resto, absorbió una enorme cantidad de energía de rayos X, perdiendo sus electrones originales. La pérdida dejó al átomo con una carga positiva lo suficientemente fuerte como para despojar a los electrones de átomos más pequeños.
7 Hidrógeno Metálico
Se le ha llamado el "santo grial de la física de alta presión", pero hasta ahora, ningún científico ha logrado nunca forjar hidrógeno metálico. Como posible superconductor, es una forma muy buscada del elemento normalmente gaseoso. La posibilidad de convertir el hidrógeno en un metal se propuso por primera vez en 1935. Los físicos teorizaron que la presión masiva podría causar la transformación. El problema era que nadie podía producir ese tipo de presión extrema.
En 2017, un equipo de EE. UU. Modificó una técnica antigua y creó el material teórico por primera vez. Los experimentos anteriores se realizaron dentro de un dispositivo llamado una célula de yunque de diamante. La fuerza se genera utilizando dos diamantes sintéticos uno frente al otro, pero siempre se agrietan en el punto crítico. Los físicos utilizaron la cámara celular, pero diseñaron un nuevo proceso de modelado y pulido que impidió las temidas fracturas. El dispositivo fue capaz de producir una presión asombrosa: más de 71.7 millones de libras por pulgada cuadrada. Ni siquiera en el centro de la Tierra uno encuentra tal apretón.
6 chip de computadora con células cerebrales
Cuando se trata de la energía vital de la electrónica, la luz podría algún día reemplazar la electricidad. Los físicos entendieron el potencial de la luz en este sentido hace décadas, cuando quedó claro que sus ondas podían viajar una al lado de la otra y, por lo tanto, realizar una multitud de tareas a la vez. La electrónica tradicional depende de los transistores para abrir y cerrar caminos para la electricidad, lo que limita lo que se puede hacer. Un invento reciente notable fue un chip de computadora que imitaba el cerebro humano. Rápidamente "piensa" usando rayos de luz que interactúan entre sí, de manera análoga a las neuronas.
En el pasado, se creaban redes neuronales más simples, pero el equipo abarcaba varias tablas. Cualquier cosa más pequeña era considerada imposible. Hecho de silicona, el nuevo chip mide un par de milímetros de ancho y se calcula con 16 neuronas.La luz láser ingresa al chip y luego se divide en haces que cada señal de números o información varía en el brillo. La intensidad de los láseres que salen da la respuesta al procesamiento de números o cualquier información para la que se le solicitó una solución.
5 Forma imposible de la materia
Saluda a supersólidos. Este bicho raro no es tan terriblemente difícil como su nombre lo indica. En cambio, el material extraño tiene la estructura cristalina rígida de todos los sólidos mientras que al mismo tiempo parece ser un fluido. Esta paradoja estaba destinada a permanecer sin realizar porque se enfrenta a la física conocida. En 2016, sin embargo, dos equipos científicos independientes produjeron material con las marcas registradas de un supersólido. Increíblemente, ambos utilizaron diferentes enfoques para hacer lo que muchos pensaron, ni una sola técnica podría lograr.
Los científicos suizos crearon un condensado de Bose-Einstein (la materia más fría de la historia) enfriando al vacío el gas de rubidio hasta el extremo helado. El condensado se movió luego a un dispositivo de doble cámara, cada cámara contenía pequeños espejos opuestos. Los láseres alentaron una transformación, y las partículas respondieron organizándose en el patrón cristalino de un sólido, mientras que el material mantuvo su fluidez. Los estadounidenses llegaron a la misma materia híbrida extraña pero crearon su condensado después de tratar los átomos de sodio con enfriamiento evaporativo y láseres. Luego usaron láseres para cambiar la densidad de los átomos hasta que la estructura de cristal apareció en su muestra líquida.
4 fluidos de masa negativa
En 2017, los físicos diseñaron una cosa alucinante: una forma de materia que se mueve hacia la fuerza que la empujó. Si bien no es exactamente un boomerang, tiene lo que uno llamaría masa negativa. La masa positiva es la normalidad a la que la mayoría de las personas está acostumbrada: empujan algo, y el objeto acelerará en la dirección en que fue empujado. Por primera vez, se creó un fluido que se comporta de forma diferente a todo lo que alguien haya visto en el mundo físico. Cuando se empuja, acelera hacia atrás.
Una vez más, un condensado de Bose-Einstein fue congelado fuera de los átomos de rubidio. Los científicos ahora tenían un superfluido con masa regular. Ellos reunieron sus átomos estrechamente juntos con láseres. Luego, un segundo conjunto de láseres hizo que los átomos alteraran la forma en que giraban. Cuando se libera del agarre firme del primer láser, un fluido normal se habría extendido hacia afuera y alejándose de su centro, lo que básicamente es empujar. El superfluido de rubidio alterado, a una velocidad suficientemente rápida, no se propagó cuando se liberó, sino que se detuvo en una pantalla de masa negativa.
3 cristales de tiempo
Cuando Frank Wilczek, un físico ganador de un Premio Nobel, sugirió los cristales de tiempo, la idea sonaba loca, especialmente la parte de que podían producir movimiento en el estado fundamental, el nivel más bajo de energía en la materia. El movimiento es teóricamente imposible porque se necesita energía donde hay poco o nada. Wilczek creía que el movimiento perpetuo se podía lograr moviendo la alineación del átomo de un cristal dentro y fuera del estado fundamental. La estructura atómica de tal objeto se repetiría en el tiempo, produciendo un cambio constante sin necesidad de energía. Esto iba en contra de las leyes de la física, pero en 2017, cinco años después de que Wilczek imaginó la materia extraña, los físicos descubrieron cómo hacer algunas.
Un equipo manipuló diez iones de iterbio interconectados con dos láseres. Uno formó un campo magnético, mientras que el segundo ajustó el giro de los átomos hasta que se produjo el giro de Wilczek. En Harvard, un momento en que el cristal nació cuando las impurezas de nitrógeno se voltearon en diamantes. A pesar de que ahora se aceptan los cristales de tiempo y no solo una teoría insana, deben ser eliminados periódicamente para seguir girando. Puede que no sean los dispositivos perpetuos de Wilczek, pero los cristales de tiempo siguen siendo diferentes a todo lo que los investigadores han estudiado.
2 Espejos Bragg
Un espejo Bragg no puede reflejar mucho y tiene un tamaño de 1.000 a 2.000 átomos. Pero puede reflejar la luz, lo que lo hace útil en lugares donde se necesitan los espejos más pequeños, como dentro de la electrónica avanzada. La forma no es convencional; los átomos cuelgan en el vacío, se asemejan a una cadena de cuentas. En 2011, un grupo alemán creó el más reflexivo hasta la fecha (80 por ciento) mediante el láser de un grupo de diez millones de átomos en un patrón de celosía.
Desde entonces, los equipos daneses y franceses han condensado enormemente la cantidad de átomos necesarios. En lugar de amontonar átomos agrupados, los colocaron junto a fibras ópticas microscópicas. Cuando se espacian correctamente, la condición Bragg aplicada refleja una longitud de onda de la luz directamente a su punto de origen. Cuando se transmitió la luz, algunos escaparon de la fibra y golpearon los átomos. Las cuerdas danesa y francesa reflejaron alrededor del 10 y el 75 por ciento, respectivamente, pero ambas devolvieron la luz a la fibra en la dirección opuesta. Además de prometer avances ilimitados en tecnología, también puede ser útil algún día en dispositivos cuánticos extraños, ya que los átomos además utilizan el campo de luz para interactuar entre sí.
1 imán 2-D
Los físicos han estado tratando de hacer un imán 2D desde la década de 1970, pero siempre se han encontrado con el fracaso. Un verdadero imán 2-D conservará sus propiedades magnéticas incluso después de haber sido reducido al estado que lo hace bidimensional: una capa de un solo átomo de espesor. Los científicos empezaron a dudar si tal imán era incluso posible.
En junio de 2017, los investigadores eligieron triyoduro de cromo en su intento de crear finalmente un imán 2-D. El compuesto era atractivo por varias razones: era un cristal en capas, perfecto para adelgazar y dotado de un campo magnético permanente, y sus electrones tenían una dirección de giro preferida.Estos fueron puntos críticos que ayudaron a que el triyoduro de cromo permaneciera magnético, incluso después de que el cristal se hubiera desprendido hasta su última capa de átomos.
El primer imán 2-D real del mundo emergió a una temperatura sorprendente de -228 grados Celsius (-378 ° F). Dejó de ser un imán cuando se reemplazó una segunda capa, pero volvió a recuperar sus propiedades cuando se agregaron una tercera y una cuarta hoja. Por el momento, no funciona a temperatura ambiente, y el oxígeno lo daña. A pesar de su fragilidad, los imanes 2-D permitirán a los físicos completar experimentos que no son posibles hasta ahora.