05/Abr/09

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Los físicos tienen otro Demonio de Maxwell

Desde que James Clerk Maxwell imaginase su demonio hace casi 150 años, los físicos han disfrutado mucho intentando crear este pícaro diablo.

Los últimos intentos de crear al Demonio de Maxwell proceden de un grupo de investigadores de la Universidad de Oregón que han fabricado un conjunto láser que ordena un puñado de átomos ultrafríos, muy similar al hipotético demonio.

Maxwell imaginó su demonio como una minúscula criatura que puede controlar una trampilla en un gas para segregar átomos calientes a partir del frío. Maxwell ideó este experimento mental debido a que parecía ofrecer una forma simple de violar la segunda ley de la termodinámica reduciendo la entropía en el sistema sin gastar energía.

Interior diabólico

El consenso general entre los físicos es que el demonio —tal y como Maxwell lo había pensado— sería imposible de realizar. En gran parte debido a que, en al ordenar los átomos, el demonio debe abrir y cerrar la trampilla en los momentos precisamente correctos; para hacer esto necesitaría conocer la posición y velocidad de cada átomo en un momento dado. "En cierto sentido, entonces, teniendo tal conocimiento, el demonio ya ha transferido entropía del gas a su cerebro", dijo Daniel Steck, uno de los investigadores de la Universidad de Oregón.

Ahora, arrastrando al demonio al siglo XXI, Stein y sus colegas re-abordan el problema usando técnicas modernas de investigación de átomos ultrafríos. Los investigadores crearon su demonio usando un conjunto láser, el cual se enfocó en un grupo de átomos ultrafríos de Rb-87. Los láseres se ajustaron de forma que sus rayos de luz empujaran de forma distinta a diferentes átomos dependiendo de su espín.

Para empezar, todos los átomos están en un estado en el que el primer rayo láser no los repele, de forma que pueden pasar a través del rayo intactos. No obstante, una vez que cruzan este rayo son golpeados por un segundo rayo láser, el cual altera su estado de espín y hace que sean repelidos por el primer láser. El resultado es que los átomos quedan atrapados en el lado más alejado del láser.

¿Problema resuelto?

"Nuestra barrera unidireccional actúa poniendo todos los átomos en una subsección del contenedor original. En esencia, es lo mismo que hacía el demonio original, desde el punto de vista de que el demonio puede aparentemente reducir la entropía del gas", dijo Steck a physicsworld.com.

Este trabajo es la aplicación del trabajo teórico llevado a cabo durante los dos últimos años por Mark Raizen, e independientemente por Andreas Ruschhaupt y Gonzalo Muga. Estos últimos resultados han sido publicados en el archivo arXiv.

"La motivación original era llegar a una analogía de un diodo para átomos fríos", dijo Steck. "Esto podría llevar a una buena forma de dirigir el movimiento de los átomos, por ejemplo, lanzar los átomos alrededor de una trampa del tamaño de un chip para la potencial creación de computadores cuánticos".

A pesar de las afirmaciones de Steck y sus colegas, otros investigadores aún no están totalmente convencidos de esta última investigación.

"La conexión con el demonio de Maxwell es razonable, pero no debería sorprendernos, dado que el enfriamiento en los experimentos de átomos fríos ya depende de la manipulación óptica para transferir la entropía de los átomos de interés a otras partes del sistema", dijo Jonathon Keeling, investigador de materia condensada en la Universidad de Cambridge.

Fuente: Ciencia Kanija. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard