Enfriar moléculas hasta solo 200 milmillonésimas de grado por encima del Cero Absoluto

Desde hace años, se buscan maneras de enfriar moléculas hasta temperaturas lo más cercanas posible al Cero Absoluto (la temperatura más fría que puede existir). Es posible controlar con precisión el comportamiento cuántico de moléculas si estas se someten a un enfriamiento lo bastante extremo. Esto podría permitir utilizar las moléculas como bits complejos para la computación cuántica, un revolucionario tipo de computación capaz de realizar en minutos cálculos complejísimos que la computación tradicional que venimos usando tardaría décadas en efectuar.

Aunque ya se ha logrado enfriar átomos hasta casi el Cero Absoluto, hacer lo mismo con las moléculas, que son más complejas en su comportamiento y estructura, ha resultado ser un desafío mucho mayor.

Ahora, el equipo integrado, entre otros, por Wolfgang Ketterle y Juliana Park del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, ha encontrado una manera de enfriar moléculas de litio-sodio hasta 200 milmillonésimas de 1 kelvin, o sea casi rozando el Cero Absoluto (0 kelvins o unos 273 grados centígrados bajo cero). Los investigadores lo han conseguido aplicando una técnica descrita como “enfriamiento colisional”, con la que sumergieron moléculas de litio-sodio frío en una nube de átomos de sodio aún más fríos. Los átomos ultracongelados actuaron como refrigerante para enfriar aún más las moléculas.

La nueva técnica enfría moléculas hasta temperaturas del orden de los nanokelvins. (Imagen: José-Luis Olivares, MIT. CC BY-NC-ND 3.0)

Muchos investigadores de este campo intentaron enfriar hasta casi el Cero Absoluto una serie de moléculas diferentes, utilizando para ello el enfriamiento colisional, pero se toparon una y otra vez con una situación no deseada: cuando las moléculas chocaban con los átomos, intercambiaban energía de tal manera que las moléculas se calentaban o se destruían en el proceso. A las colisiones que ejercen este efecto se las llama "malas" en el contexto de dicha técnica.

En sus experimentos, los investigadores del MIT descubrieron que si las moléculas de sodio-litio y los átomos de sodio se hacían girar de la misma manera, podían evitar la autodestrucción, y en su lugar se producían colisiones "buenas", en las que los átomos se llevaban la energía de las moléculas, en forma de calor. El equipo utilizó un control preciso de los campos magnéticos y un intrincado sistema de láseres para “coreografiar” el giro (espín) y el movimiento de rotación de las moléculas. Como resultado, la mezcla átomo-molécula tuvo una alta proporción de colisiones buenas con respecto de las malas y fue enfriada desde los 2 microkelvins hasta los 220 nanokelvins. (Fuente: NCYT Amazings)