La temperatura ambiente más baja del planeta Tierra es de 89,2 grados centígrados bajo cero y fue registrada en la Antártida. En laboratorios de distintos puntos del planeta, se trabaja a temperaturas mucho más bajas con el fin de estudiar propiedades de la materia que sólo se manifiestan con el frío extremo. El equipo importado de Holanda que se estrenó recientemente en el Laboratorio de Bajas Temperaturas del Centro Atómico Bariloche (CAB) logra enfriar hasta 0,025 Kelvin. Se trata de la temperatura más cercana al “cero absoluto” que se pueda alcanzar en la Argentina en la actualidad (el cero absoluto en la escala de Kelvin equivale a los 273,15 grados centígrados bajo cero).
Los cuatro docentes del Instituto Balseiro encargados de poner en marcha el nuevo equipo son Hernán Pastoriza, Pablo Pedrazzini, Sergio Encina y Leandro Tosi. Todos estudiaron Física en el Instituto Balseiro, que depende de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo) y la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y que brinda a todos sus ingresantes becas completas financiadas por el Ministerio de Planificación Federal, Inversión Pública y Servicios.
Cerca del “cero absoluto”
“El nuevo equipo se llama crióstato de dilución, y es único en la Argentina. Es una tecnología que importamos de Holanda y que permite enfriar más que los equipos tradicionales”, destacó Hernán Pastoriza, jefe del Departamento de Materia Condensada en el CAB. El docente del Balseiro explicó que usarán este equipo –que alcanza los 0,025 Kelvin o 25 miliKelvin– en combinación con otro equipamiento del mismo laboratorio: un imán superconductor que genera el campo magnético más alto en la Argentina. Con ambos equipos, se están implementando nuevas líneas de investigación y docencia, en el área de la nanociencia y el estudio de materiales.
A medida que la temperatura disminuye, las partículas comienzan a comportarse de manera diferente. Los científicos usan la escala de Kelvin para medir a tan bajas temperaturas, cercanas al “cero absoluto” inalcanzable en la práctica. En el mundo, hay muchos laboratorios que rozan esa codiciada temperatura para estudiar propiedades como, por ejemplo, la superconductividad. Esa propiedad se caracteriza por la anulación de la resistencia en la conducción de corriente eléctrica, sin pérdida de energía.
“Cuando uno enfría un material, todo se va aquietando. Los electrones comienzan a interactuar más, algo que una mayor temperatura no les permitía. Si a ello se le suma la presencia de un campo magnético, emergen cosas muy interesantes. De hecho, la relación entre un mayor campo magnético y bajas temperaturas genera cambios en las estructuras electrónicas o ‘transiciones de fases’ que son muy interesantes para estudiar desde la física”, explicó Pastoriza, que realizó uno de sus posdoctorados en el laboratorio del científico holandés Heike Kamerlingh Onnes, Premio Nobel de Física por ser el descubridor de la superconductividad.
Pastoriza contó que los investigadores del CAB, y los docentes y alumnos del Balseiro, podrán investigar diversos temas gracias a este nuevo equipo. Entre ellos: las propiedades de materiales superconductores de tamaño micro y nanoscópico; los fenómenos de “puntos críticos cuánticos”; y el transporte de electrones por puntos cuánticos. En otras palabras, el gran desafío es ver qué ocurre con los materiales sólidos cuando la temperatura se baja a tales extremos.
“El laboratorio de Bajas Temperaturas fue uno de los grupos que ideó originalmente José Antonio Balseiro, el primer director de este Instituto. Pero en esa época, mediados de los ‘50, no había investigadores que trabajaran en este campo en Argentina, y debió invitar a científicos de otros países para desarrollarlo. Se trajo a James M. Daniels, impulsor junto a Balseiro de este laboratorio. Y más adelante a John Wheatley, que a nivel mundial ayudó a desarrollar los crióstatos de dilución”, contó Pastoriza. Y agregó que Wheatley dirigió tesis doctorales en el Balseiro formando así a varios investigadores argentinos.
Nuevos experimentos, nuevos desafíos
Pablo Pedrazzini, uno de los investigadores que gestionaron y pusieron en marcha este nuevo crióstato, destacó que al extender las posibilidades de estudiar propiedades como el magnetismo o la superconductividad, se abren nuevas posibilidades de colaboración con grupos de Argentina y del exterior. “Es importante destacar que en el mundo hay equipos que llegan a temperaturas más bajas, y que trabajan a 1 o 2 miliKelvin (0,001 o 0,002 K) y con muestras de mayor volumen. De hecho, en agosto se va a realizar una conferencia aquí en Bariloche que reunirá a referentes en ese campo”, contó Pedrazzini.
Leandro Tosi y Sergio Encina, que son recientes graduados de la Maestría en Física y ahora están realizando sus tesis de doctorado en el Instituto Balseiro, remarcaron las posibilidades que se abren en el Laboratorio de Bajas Temperaturas del CAB de llevar a cabo nuevos experimentos. “Trabajo en el campo de la física mesoscópica, que es un mundo intermedio entre la física cuántica y la mecánica clásica. Cuando empecé el doctorado parecía un sueño hacer muchos de estos experimentos y ahora, a partir del nuevo equipamiento, podemos imaginar y diseñarlos”, dijo entusiasmado Tosi. Su colega, Encina, agregó que uno de los desafíos es generar sistemas con nuevas configuraciones de medición, y que en ese tema trabaja en la actualidad.
Los crióstatos de dilución funcionan a través de una mezcla de helio 3 y helio 4, que son isótopos (poseen el mismo número de protones pero difieren en la cantidad de neutrones) de un elemento muy abundante en el universo pero escaso en la superficie terrestre: el helio. Con el nuevo equipo, los científicos buscan enfrentar nuevos desafíos de forma experimental con el fin de generar nuevos conocimientos sobre lo que ocurre en el mundo de las bajas temperaturas.
