{"id":298098,"date":"2019-07-29T17:40:33","date_gmt":"2019-07-29T20:40:33","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=298098"},"modified":"2019-07-29T17:40:33","modified_gmt":"2019-07-29T20:40:33","slug":"el-frio-calido-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-frio-calido-2\/","title":{"rendered":"El fr\u00edo c\u00e1lido"},"content":{"rendered":"

Un equipo internacional coordinado por f\u00edsicos brasile\u00f1os demostr\u00f3 que en un sistema cu\u00e1ntico integrado por part\u00edculas que se mantienen a distintas temperaturas puede ocurrir un fen\u00f3meno no registrado en el mundo macrosc\u00f3pico: un cuerpo fr\u00edo cede energ\u00eda espont\u00e1neamente a otro cuerpo caliente. La part\u00edcula fr\u00eda pierde calor y se enfr\u00eda, mientras que la part\u00edcula caliente gana calor y se calienta. Cuando esto ocurre, se produce una inversi\u00f3n en el sentido natural del flujo de calor, algo a lo que los cient\u00edficos denominan flecha termodin\u00e1mica del tiempo, que normalmente fluye de la materia caliente hacia la fr\u00eda. Este efecto sorprendente se obtuvo mediante la manipulaci\u00f3n \u2212vali\u00e9ndose de la t\u00e9cnica de resonancia magn\u00e9tica\u2212 de las propiedades de los n\u00facleos de \u00e1tomos de carbono y de hidr\u00f3geno en un sistema formado por cloroformo l\u00edquido (CHCl3<\/sub>) diluido en acetona (los tres \u00e1tomos de cloro que tambi\u00e9n forman parte de la mol\u00e9cula del compuesto no son importantes para el experimento). Durante una millon\u00e9sima de segundo, los n\u00facleos de carbono, que estaban m\u00e1s fr\u00edos, cedieron energ\u00eda a los de hidr\u00f3geno, que se calentaron a\u00fan m\u00e1s. Los resultados de este trabajo se dieron a conocer en un art\u00edculo que desde noviembre de 2017 se encuentra disponible en la base de datos arXiv, y que le fue remitido a un peri\u00f3dico cient\u00edfico para su justipreciaci\u00f3n.<\/p>\n

Seg\u00fan el estudio de los f\u00edsicos, la inversi\u00f3n de la flecha termodin\u00e1mica del tiempo ocurre solamente en una condici\u00f3n espec\u00edfica: cuando se determina una correlaci\u00f3n cu\u00e1ntica entre un estado del n\u00facleo de los \u00e1tomos de carbono y de hidr\u00f3geno \u2013el esp\u00edn, una propiedad magn\u00e9tica de las part\u00edculas\u2013 antes de introducirse alteraciones significativas en la temperatura de los componentes del sistema. Sin esa conexi\u00f3n cu\u00e1ntica entre los espines de ambos elementos, el sistema se comporta de la manera tradicional y las part\u00edculas m\u00e1s calientes ceden calor a las m\u00e1s fr\u00edas.<\/p>\n

\"\"<\/a>Una heladera cu\u00e1ntica<\/strong>
\nLa correlaci\u00f3n cu\u00e1ntica es una asociaci\u00f3n similar pero m\u00e1s d\u00e9bil que el fen\u00f3meno al que se conoce como entrelazamiento, un tipo de conexi\u00f3n tan estrecha entre dos (o m\u00e1s) part\u00edculas que resulta imposible referirse a una de ellas sin mencionar a la otra. De todos modos, es lo suficientemente fuerte como para que el n\u00facleo de un elemento qu\u00edmico comparta la informaci\u00f3n sobre el estado de su esp\u00edn con el de otro elemento y viceversa. Este tipo de asociaci\u00f3n cu\u00e1ntica se genera mediante el empleo de pulsos de radio aplicados sobre los \u00e1tomos de carbono e hidr\u00f3geno.<\/p>\n

Este experimento es comparable a una heladera cu\u00e1ntica microsc\u00f3pica. Todo lo que se encuentra dentro del refrigerador se enfr\u00eda, siempre y cuando este aparato se encuentre conectado a una fuente externa de electricidad. \u201cPara que un cuerpo fr\u00edo le ceda calor a uno caliente es necesario abastecer al sistema con energ\u00eda extra\u201d, explica el f\u00edsico Roberto Serra, de la Universidad Federal del ABC (UFABC), uno de los autores del trabajo, que se realiz\u00f3 en el \u00e1mbito del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnolog\u00eda de Informaci\u00f3n Cu\u00e1ntica (INCT-IQ). En este experimento, que se llev\u00f3 a cabo en un laboratorio del Centro Brasile\u00f1o de Investigaciones F\u00edsicas (CBPF, por sus siglas en portugu\u00e9s), en R\u00edo de Janeiro, la energ\u00eda extra se provee mediante la aplicaci\u00f3n de diversos campos magn\u00e9ticos sobre las mol\u00e9culas de cloroformo. De este modo resulta factible volver m\u00e1s calientes en forma selectiva a los n\u00facleos de los \u00e1tomos de hidr\u00f3geno que a los de carbono. Esta preparaci\u00f3n se hace de un modo especial que provoca que el calor fluya desde las part\u00edculas fr\u00edas hacia las calientes.<\/p>\n

El resultado de este trabajo pone en cuesti\u00f3n la endeble frontera existente entre la termodin\u00e1mica cl\u00e1sica y la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. De acuerdo con la segunda ley de la termodin\u00e1mica, el paso del tiempo conduce inexorablemente a un aumento del desorden, a una mayor entrop\u00eda en el mundo macrosc\u00f3pico. En la naturaleza, la energ\u00eda se degenera. Por eso, espont\u00e1neamente, el caf\u00e9 caliente no se calienta en el pocillo, sino que el mismo se enfr\u00eda. Sin embargo, en el l\u00edmite en el que se considera a los \u00e1tomos y a los electrones ocurren fen\u00f3menos raros: el orden del intercambio de calor puede invertirse y la entrop\u00eda del sistema puede disminuir, dando la impresi\u00f3n de que el tiempo fluy\u00f3 en sentido inverso, hacia el pasado. \u201cNuestro trabajo entra en el campo de la termodin\u00e1mica de peque\u00f1os sistemas cu\u00e1nticos\u201d, comenta Kaonan Micadei, primer autor del art\u00edculo y alumno de doctorado en la UFABC.<\/p>\n

La termodin\u00e1mica cl\u00e1sica no considera la existencia de asociaciones iniciales entre part\u00edculas tales como \u00e1tomos y electrones, o aqu\u00e9llas generadas por la correlaci\u00f3n o el entrelazamiento cu\u00e1ntico. Sin embargo, esto es importante y puede ayudar a entender c\u00f3mo disipan energ\u00eda los microsistemas. \u201cEste experimento resulta fundamental para comprender los fen\u00f3menos de la termodin\u00e1mica relacionados con el desarrollo de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica\u201d, comenta Ivan Santos Oliveira, del CBPF, otro coautor del estudio. \u201cEste experimento ampl\u00eda el dominio de la validez de las leyes de la f\u00edsica\u201d, analiza el f\u00edsico te\u00f3rico David Jennings, del Imperial College de Londres, en Inglaterra, quien no particip\u00f3 en el estudio.<\/p>\n

El procesamiento de la informaci\u00f3n genera calor. Se estima que de un 20% a un 30% de toda la energ\u00eda el\u00e9ctrica que se produce en el mundo se utiliza para refrigerar las computadoras. Una de las motivaciones de los que participaron en el experimento consiste en poder limitar la disipaci\u00f3n de la energ\u00eda en las m\u00e1quinas cu\u00e1nticas. \u201cLa producci\u00f3n de un refrigerador cu\u00e1ntico constituye una etapa necesaria para llegar a construir un dispositivo cu\u00e1ntico m\u00e1s complejo\u201d, sostiene Serra.<\/p>\n

Proyecto<\/strong>
\nInstituto Nacional de Ciencia y Tecnolog\u00eda de la Informaci\u00f3n Cu\u00e1ntica (n\u00ba 08\/57856-6<\/a>); Modalidad<\/strong> Proyecto Tem\u00e1tico; Investigador responsable<\/strong> Amir Caldeira (Unicamp); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 1.977.654,30 (para la totalidad del proyecto)<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/strong>
\nMICADEI, K. et al<\/em>. Reversing the thermodynamic arrow of time using quantum correlations<\/a>.\u00a0 arXiv<\/strong>. Online. 9 nov. 2017.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un experimento cu\u00e1ntico hace posible que una part\u00edcula g\u00e9lida le transfiera calor a otra caliente e invierte la flecha termodin\u00e1mica del tiempo","protected":false},"author":476,"featured_media":298103,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304],"coauthors":[786],"class_list":["post-298098","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/298098","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/476"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=298098"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/298098\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":298111,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/298098\/revisions\/298111"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/298103"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=298098"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=298098"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=298098"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=298098"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}