Un català soluciona el problema que Einstein no va poder resoldre

BarcelonaHi ha molts motius per dedicar-se a la ciència. Entre els més idealistes hi ha la possibilitat de crear nou coneixement, ja sigui descobrint fenòmens desconeguts, explicant noves lleis de la natura o demostrant lleis no demostrades. Això últim és justament el que acaba de fer el físic català Lluís Masanes, que treballa al University College London (UCL). Amb el seu col·lega Jonathan Oppenheim han estat prop de dos anys a preguntar-se fins a quin punt és possible refredar un objecte. A la Terra, per exemple, s’han registrat temperatures de fins a -89 ºC. A la Lluna es pot arribar als -220 ºC i es considera que l’espai exterior està a -270 ºC. ¿Es pot anar més avall?

La resposta és que sí, però no gaire més. Durant el segle XX, s’ha arribat a la conclusió que la temperatura més baixa possible és de -273,15 ºC. Per veure que aquest límit té sentit, es pot entendre la temperatura com un moviment de les partícules que formen un objecte: com més temperatura, més moviment. Quan es toca un objecte i es percep com a calent, en realitat s’està notant que les partícules que el formen es mouen i vibren més ràpidament que en un objecte fred. Si aquesta vibració és molt intensa, els impactes amb la pell poden produir dolor o fins i tot ferides. Això és el que passa en una cremada. Des d’aquest punt de vista, la temperatura de -273,15 ºC, que es coneix com a zero absolut, correspondria a la immobilitat total de les partícules. Però, ¿poden assolir la quietud absoluta?

La resposta a aquesta pregunta ha sigut motiu de controvèrsia des de principis del segle XX. El físic Walther Nernst va conjecturar el 1912 que arribar al zero absolut era impossible, una proposta que es va batejar com a tercera llei de la termodinàmica, una de les lleis fonamentals de la natura. Tot i que l’afirmació semblava enraonada, Nernst no va aconseguir mai aportar cap prova concloent. Molts altres científics, incloent-hi Albert Einstein, han intentat resoldre aquest problema sense èxit.

El futur dels ordinadors

Masanes i Oppenheim n’han trobat ara la solució i han demostrat matemàticament que no es pot arribar al zero absolut de temperatura. El seu treball, publicat a la revista Nature Communications, estableix que “per refredar un objecte qualsevol fins al zero absolut cal una quantitat infinita d’energia”, precisa Masanes. Per arribar a aquesta conclusió, els investigadors han utilitzat tècniques i plantejaments procedents de l’àmbit de la computació. “El nostre resultat és un exemple de com les ciències computacionals poden contribuir a entendre el món físic, un enfocament que pot ser molt fructífer en el futur”, explica Masanes.

La troballa serà especialment rellevant per a aplicacions tecnològiques que requereixen baixes temperatures, com ara la computació quàntica. Els anomenats ordinadors quàntics podrien fer operacions a una velocitat molt superior a la dels ordinadors tradicionals, però construir-ne un és extremament complicat. Perquè siguin viables calen temperatures pròximes al zero absolut. La feina de Masanes i Oppenheim pot ajudar a entendre millor el procés de refredament necessari per fer funcionar ordinadors quàntics, explica el físic català.