{"id":555623,"date":"2025-06-30T15:10:20","date_gmt":"2025-06-30T18:10:20","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=555623"},"modified":"2025-06-30T15:10:20","modified_gmt":"2025-06-30T18:10:20","slug":"un-misterioso-fenomeno-del-agua-tambien-puede-plasmarse-en-los-sistemas-cuanticos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/un-misterioso-fenomeno-del-agua-tambien-puede-plasmarse-en-los-sistemas-cuanticos\/","title":{"rendered":"Un misterioso fen\u00f3meno del agua tambi\u00e9n puede plasmarse en los sistemas cu\u00e1nticos"},"content":{"rendered":"

En 1966, durante una conferencia, una pregunta de un alumno de ense\u00f1anza media desconcert\u00f3 al f\u00edsico brit\u00e1nico Denis Osborne (1932-2014), de la Universidad de Dar es-Salaam, en la capital de Tanzania. \u201cSi tomamos dos vasos con un mismo volumen de agua, uno a 35 grados Celsius [\u00baC] y otro a 100 \u00baC, y los colocamos en un refrigerador, el que ten\u00eda una temperatura inicial de 100 \u00baC se congela primero. \u00bfPor qu\u00e9?\u201d, le plante\u00f3 Erasto Mpemba, fallecido a principios de esta d\u00e9cada en fecha incierta, al profesor universitario. La pregunta surgi\u00f3 de una observaci\u00f3n del joven tanzano cuando tiempo atr\u00e1s preparaba helados en su casa. El estudiante hab\u00eda notado que, extra\u00f1amente, una mezcla de leche hervida y az\u00facar se congelaba m\u00e1s r\u00e1pido que otra m\u00e1s fr\u00eda, que no hab\u00eda sido calentada. En lugar de desestimar el relato del muchacho, Osborne resolvi\u00f3 ponerlo a prueba. El resultado, que confirm\u00f3 las observaciones iniciales del alumno, fue publicado en 1969 en un art\u00edculo redactado por ambos en la revista Physics Education<\/em>.<\/p>\n

La capacidad del agua caliente y tambi\u00e9n de otros l\u00edquidos de solidificarse antes que hom\u00f3logos m\u00e1s fr\u00edos se denomina efecto Mpemba. El fen\u00f3meno, macrosc\u00f3pico y contradictorio, desaf\u00eda la ley del enfriamiento de Isaac Newton (1643-1727), que afirma que la p\u00e9rdida de calor de un cuerpo es directamente proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del ambiente. El efecto Mpemba ya hab\u00eda sido observado en el agua por Arist\u00f3teles en la antig\u00fcedad, m\u00e1s de 2000 a\u00f1os antes, y posteriormente por el fil\u00f3sofo brit\u00e1nico Francis Bacon (1561-1626) y el matem\u00e1tico franc\u00e9s Ren\u00e9 Descartes (1596-1650). Nunca ha sido explicado en forma convincente por la termodin\u00e1mica, que estudia la transferencia de calor y otras formas de energ\u00eda en un sistema. A\u00fan hoy en d\u00eda no existe consenso sobre las causas que inducen al agua caliente a solidificarse antes que la fr\u00eda.<\/p>\n

En los \u00faltimos a\u00f1os ha surgido un creciente inter\u00e9s por comprender los fen\u00f3menos an\u00e1logos al efecto Mpemba en el campo de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, que estudia el comportamiento de la luz y la materia a escala at\u00f3mica y subat\u00f3mica, en el mundo microsc\u00f3pico. Un estudio publicado en octubre en la revista Physical Review Letters<\/em> propone una explicaci\u00f3n te\u00f3rica de la versi\u00f3n cu\u00e1ntica del fen\u00f3meno y sugiere una forma de manipularlo. \u201cLos estudios previos se centraban en sistemas y condiciones muy restringidos. Nuestro trabajo ampl\u00eda el alcance te\u00f3rico para comprender y activar el efecto Mpemba en cualquier sistema cu\u00e1ntico\u201d, explica la f\u00edsica brasile\u00f1a Krissia Zawadzki, del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IFSC-USP), coautora del art\u00edculo junto a un equipo del Trinity College de Dubl\u00edn, en Irlanda.<\/p>\n

El efecto Mpemba puede entenderse como la aceleraci\u00f3n de un proceso que pugna por llevar el estado inicial de un sistema a otro que se mantendr\u00e1 fijo en el tiempo, denominado estacionario. Si este estado tiene una temperatura bien definida, est\u00e1 en equilibrio. En esta situaci\u00f3n puede conocerse con exactitud la proporci\u00f3n de mol\u00e9culas que est\u00e1n en reposo o en movimiento y el grado de excitaci\u00f3n sigue una distribuci\u00f3n de probabilidades conocida. Cuando el agua se congela o hierve, estos datos se pierden y se considera que el sistema est\u00e1 fuera del equilibrio. Un estado inicial desequilibrado puede ser interesante cuando esta situaci\u00f3n permite tomar una v\u00eda m\u00e1s r\u00e1pida hacia el estado final que se desea alcanzar.<\/p>\n

Para los sistemas cu\u00e1nticos se adopta un razonamiento similar. \u201cLlamamos efecto Mpemba cu\u00e1ntico a cualquier fen\u00f3meno que haga que un sistema cu\u00e1ntico alcance m\u00e1s pronto el equilibrio cuanto mayor fuera el estado inicial de desequilibrio\u201d, explica Zawadzki. Es el mismo principio parad\u00f3jico del efecto Mpemba original, en el que el sistema m\u00e1s caliente se congela antes que el menos caliente. En el mundo cu\u00e1ntico, cuando ocurre este fen\u00f3meno, el m\u00e1s desequilibrado se equilibra antes que el menos desequilibrado.<\/p>\n

\"\"Arissanjaya\/Getty Images<\/span><\/p>\n

Para activar una versi\u00f3n cu\u00e1ntica del efecto Mpemba, el estudio propone seleccionar las partes de un sistema, denominadas modos, que muestren un mayor desequilibrio energ\u00e9tico, es decir, que exhiban propiedades cu\u00e1nticas en un nivel m\u00e1s intenso, como el entrelazamiento o la superposici\u00f3n de estados. Cuantos m\u00e1s modos (partes) en mayor desequilibrio fueran seleccionados, m\u00e1s pronto el sistema puede encaminarse al equilibrio y, como en el universo cl\u00e1sico, literalmente enfriarse.<\/p>\n

\u201cB\u00e1sicamente, nuestro trabajo proporciona una receta para generar el efecto Mpemba en sistemas cu\u00e1nticos, en los que puede llevarse a cabo una transformaci\u00f3n f\u00edsica que efectivamente \u2018calienta\u2019 el sistema cu\u00e1ntico\u201d, dice el f\u00edsico John Goold, del Trinity College, en el material divulgado por el estudio. \u201cEsta transformaci\u00f3n, pues, parad\u00f3jicamente permite que se relaje o se \u2018enfr\u00ede\u2019 exponencialmente m\u00e1s r\u00e1pido vali\u00e9ndose de las caracter\u00edsticas \u00fanicas de la din\u00e1mica cu\u00e1ntica\u201d.<\/p>\n

Este estudio puede ser \u00fatil para desarrollar tecnolog\u00edas que permitan enfriar m\u00e1s r\u00e1pido las computadoras cu\u00e1nticas, que funcionan a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273,15 \u00baC). El art\u00edculo no plantea una t\u00e9cnica de refrigeraci\u00f3n concreta, pero Zawadzki apunta a la manipulaci\u00f3n de campos magn\u00e9ticos en materiales como el alumbre de cromo pot\u00e1sico, por ejemplo, como una t\u00e9cnica actualmente prometedora.<\/p>\n

Zawadzki se muestra cauta en cuanto a asociar el estudio al desarrollo de nuevas tecnolog\u00edas, pero estima posible que el efecto Mpemba sea importante para el desarrollo de bater\u00edas cu\u00e1nticas, que podr\u00edan recargarse mucho m\u00e1s r\u00e1pido y tendr\u00edan mayor capacidad de almacenamiento, aparte del potencial de utiliz\u00e1rselo en los sistemas de refrigeraci\u00f3n necesarios en el campo de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica. \u201cA\u00fan no es posible predecir cu\u00e1n lejos o cerca estamos de la creaci\u00f3n de posibles nuevas tecnolog\u00edas de refrigeraci\u00f3n. Esto podr\u00eda darse de aqu\u00ed a algunas d\u00e9cadas o en un lapso de tiempo menor\u201d, sopesa el f\u00edsico Roberto Serra, de la Universidad Federal del ABC (UFABC), quien no particip\u00f3 en el estudio.<\/p>\n

A corto plazo, el abordaje propuesto en el estudio abre el camino para que la f\u00edsica experimental pueda probarlo bajo diferentes condiciones y en distintos materiales. Para el f\u00edsico Marcelo Terra, del Instituto de Matem\u00e1tica, Estad\u00edstica y Computaci\u00f3n Cient\u00edfica de la Universidad de Campinas (Imecc\/Unicamp), quien tampoco particip\u00f3 en el estudio, la teor\u00eda propuesta es interesante y puede aplicarse en diversos sistemas experimentales. Serra dice que el trabajo es muy convincente y atraer\u00e1 el inter\u00e9s de muchos grupos de investigaci\u00f3n experimental. \u201cSolo es una cuesti\u00f3n de tiempo que alguien realice los experimentos y ponga a prueba estas ideas\u201d, comenta el investigador de la UFABC.<\/p>\n

Este art\u00edculo sali\u00f3 publicado con el t\u00edtulo \u201cCuanto m\u00e1s caliente, m\u00e1s cerca de congelarse<\/strong>\u201d en la edici\u00f3n impresa n\u00b0 345 de noviembre de 2024. <\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos
\n<\/strong>MORODER, M.\u00a0et al<\/em>.\u00a0Thermodynamics of the Quantum Mpemba Effect<\/a>.\u00a0Physical Review Letters<\/strong>. 4 oct. 2024.
\nMPEMBA, E. B. y OSBORNE, D. G.\u00a0Cool?<\/a>\u00a0Physics Education<\/strong>. v. 4, p. 172. 1969.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"El efecto Mpemba hace que l\u00edquidos m\u00e1s calientes se congelen m\u00e1s r\u00e1pido que otros m\u00e1s fr\u00edos","protected":false},"author":630,"featured_media":555628,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","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":[1647],"class_list":["post-555623","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\/555623","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\/630"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=555623"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/555623\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":555632,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/555623\/revisions\/555632"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/555628"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=555623"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=555623"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=555623"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=555623"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}