Bajas temperaturas en La Plata

Manuel Carlevaro. Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (CONICET).

En la oficina vecina a la que ocupo en el IFLYSIB trabaja Santiago Grigera, responsable de la flamante instalación y puesta en marcha del Laboratorio de Bajas Temperaturas (BT La Plata). Aprovechamos una pausa durante una tarde de junio para charlar sobre esta singularidad térmica en el Universo.

CN: -¿Qué actividad se realiza en el BT La Plata?

SG: -La idea básica es que en el Laboratorio se pueden alcanzar temperaturas muy bajas y campos magnéticos muy altos. Las temperaturas que alcanzamos son realmente bajas, la menor de 260 mK (-273 °C), que es más baja que la del espacio exterior (aproximadamente 2.7 K). Estas temperaturas muy bajas se alcanzan en un volumen relativamente pequeño, de forma cilíndrica de 30 mm de diámetro por 100 mm de alto. Los campos que podemos alcanzar son de hasta 9 T (esto es, unas 200 mil veces el campo magnético de la Tierra en su superficie).

CN: -¿Cuál es el propósito de medir algo a tan baja temperatura?

SG: -La temperatura de un sistema se puede pensar en términos de la agitación térmica de los átomos y moléculas que componen un material. Esta agitación destruye el orden que existe en estos sistemas, así que al enfriarlo se pueden observar las propiedades del mismo con la menor perturbación posible, recuperando el orden que no se puede observar a mayores temperaturas. En especial, ganan relevancia a bajas temperaturas los efectos cuánticos.

CN: -¿Qué tipos de muestras analizan?

SG: -Se puede analizar lo que uno quiera, siempre y cuando haya alguna propiedad de interés que se pueda manifestar a baja temperatura. Por ejemplo, se pueden analizar gases, que se licúan a esas temperaturas tan frías, y es entonces cuando aparecen propiedades cuánticas que no se observan a temperaturas más altas. Una de esas propiedades conocidas es la superfluidez del helio. Nosotros apuntamos a mirar sistemas electrónicos y magnéticos. Nos gustaría entender cómo funciona un sistema de muchas partículas (aproximadamente 1024, esto es, un uno seguido de veinticuatro ceros) con interacciones fuertes entre sí a un nivel cuántico, que están muy correlacionadas. Decimos que están muy correlacionadas en el sentido de que una perturbación de una partícula, afecta no solo a ella y sus vecinas inmediatas, sino también al resto del sistema.

Uno de los casos que uno puede pensar como sistema con comportamiento cuántico colectivo es el de los electrones dentro de un metal. Lo mismo se puede pensar con otra de las propiedades fundamentales de interés, en este caso magnética y de origen relativista, como es el espín. Dentro de los sistemas magnéticos, un caso de interés para nosotros son los sistemas frustrados. Estos sistemas tienen, además de una interacción fuerte, una o varias interacciones adicionales no compatibles con las primeras. Cada "individuo" del sistema está sujeto a muchas condiciones y no puede satisfacer todas al mismo tiempo. Se pueden analizar y comparar las propiedades clásicas y cuánticas de estos sistemas, y ver cómo se resuelven estas frustraciones y qué tipo de fenómeno colectivo emerge en cada caso. A bajas temperaturas, la frustración evita la aparición de los estados simples ya conocidos, y quedan en evidencia comportamientos nuevos y complejos. La descripción de estos sistemas se complementa con modelos teóricos cuyos resultados y predicciones se ponen a prueba con las mediciones que realizamos.

CN: -Además de realizar investigación básica, ¿es posible que el Laboratorio tenga alguna vinculación con el desarrollo tecnológico?

SG: - Nosotros en este momento estamos trabajando en problemas de ciencia básica. A veces mirando este tipo de problemas nos encontramos con materiales que tienen propiedades de interés tecnológico (como ha sido el caso histórico de los semiconductores). Por otra parte, en principio, el Laboratorio también es una herramienta, que puede ser utilizada para estudiar otros tipos de problemas con interés más aplicado. Nuestro objetivo es justamente ampliar gradualmente nuestro ámbito de investigación para incluir problemas aplicados y desarrollo tecnológico en criogenia (la producción de bajas temperaturas).

CN: -¿Quiénes trabajan en el Laboratorio?

SG: -Actualmente somos tres investigadores, tres becarios doctorales y un estudiante de grado que está haciendo su tesis de licenciatura.

CN: -El Laboratorio es nuevo, recién poniéndose en marcha. ¿Cómo fue posible su construcción?

SG: -Como es usual, lo primero es conseguir el financiamiento. Más del 90% del mismo provino de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, con un subsidio para grandes equipamientos. La Agencia misma puso dinero también para acondicionar el lugar. Algunas donaciones de equipamiento más pequeño llegaron desde la Universidad de Saint Andrews de Escocia.

CN: -Una vez obtenido el financiamiento, ¿qué dificultades hubo para llevar a cabo la construcción?

SG: -Parece que obtener el dinero es la parte difícil, pero en realidad es más complicado llevar el proyecto a la realización. Una de las dificultades es que los mecanismos para ello, pese a las buenas intenciones, no están pensados para proyectos de gran alcance o larga duración. También hay algunas incoherencias como que podés recibir dinero para comprar el equipamiento pero no para su funcionamiento. Otra dificultad es la forma que tienen las unidades administrativas (en este caso la Universidad Nacional de La Plata) para contratar los servicios de construcción o instalación eléctrica. Son mecanismos complejos y tortuosos, y uno siente que pierde tiempo y dinero.

Hay otra cuestión que afecta seriamente, y que surge del hecho que Argentina es un país que no está desarrollado industrialmente. Comprar insumos sencillos es muy difícil, por ejemplo conectores o tornillos de precisión. A veces se consigue algo en Buenos Aires, o hay que comprar cosas usadas. No hay demanda para ingeniería de precisión, por lo que no hay muchos comercios que vendan esos insumos. Determinados materiales tampoco se consiguen, así como servicios. Hay poco conocimiento en el país de determinadas implementaciones técnicas. Nosotros compramos muchas veces las cosas básicas, y al resto lo hacemos porque no lo conseguimos en el mercado, y este aprendizaje puede ser útil para problemas de bajas temperaturas en la industria, como en el desarrollo electrónico y en ámbitos más lejanos a los que nos movemos. De algún modo, esto también es un producto de nuestro Laboratorio, porque para armarlo es necesario desarrollar cierto conocimiento técnico que también es exportable. Nosotros vemos con buenos ojos esta iniciativa de CONICET de acercar los laboratorios a la industria, y que exista un ida y vuelta de demanda y oferta de soluciones.

CN: -¿Cuál es la perspectiva para el Laboratorio en el largo plazo?

SG: -El BT La Plata recién empieza. Cuando uno recibe algo tiene que justificar lo recibido, lo que significa que lo que se invirtió en nosotros tenemos que justificarlo con resultados. No queremos ampliarnos hasta no demostrar que estamos construyendo sobre una báse sólida, por lo que no vamos a incorporar más equipamiento hasta no tener suficientes resultados obtenidos con lo que ya tenemos funcionando. Esperamos poder hacer contribuciones interesantes a la ciencia básica, pero que además, que el BT La Plata funcione como punto de consulta para temas que estén relacionados con lo que hacemos.

Nota del Editor: La ironía de publicar una nota sobre temperaturas extremadamente bajas en La Plata justo cuando una ola de calor récord golpea la ciudad es producto del deseo del autor que tal inclemencia climática cese de inmediato.