Douglas Osheroff nació en Aberdeen, Washington, el 1 de agosto de 1945. No creció planeando estudiar mecánica cuántica. Simplemente le gustaba la física. Esa curiosidad finalmente lo llevó al corazón de la ciencia de las bajas temperaturas. También le valió un lugar entre los físicos más famosos de su generación.
En 1996, Osheroff compartió el Premio Nobel de Física. No lo ganó solo. Dividió el honor con David Lee y Robert Richardson. El trío recibió el premio por un único descubrimiento alucinante. Encontraron superfluidez en el helio-3.
La mayoría de la gente piensa que el helio es el gas que hace flotar los globos. Es ligero. Es inerte. Es aburrido. Pero el helio-3 es diferente. Es un isótopo raro. Se comporta de maneras que desafían la lógica cotidiana. Cuando se enfría hasta cerca del cero absoluto, deja de actuar como un líquido normal. Se vuelve superfluido.
El misterio de la superfluidez
La superfluidez no se trata sólo de fluir suavemente. Se trata de fluir sin ninguna resistencia. Imagínese verter miel. Se arrastra. Crea fricción. Ahora imagina verter agua a través de una tubería de manera tan perfecta que nunca disminuye su velocidad. Eso es superfluidez.
Osheroff, Lee y Richardson no se limitaron a observar esto. Demostraron que esto sucedió en helio-3. Esto fue enorme. Ya se sabía que el helio-4 era un superfluido. ¿Pero helio-3? Nadie esperaba que se comportara de esa manera. Es un fermión. Los fermiones normalmente no se emparejan. No se condensan. No se vuelven superfluidos. Al menos eso es lo que decía la teoría.
El equipo demostró que la teoría estaba equivocada. O incompleto. Demostraron que los átomos de helio-3 podían emparejarse. Actuaron como parejas de Cooper. Estos pares son los mismos que se encuentran en los superconductores. ¿Pero verlos en un líquido? Eso era nuevo. Eso fue innovador.
Por qué esto es importante más allá del laboratorio
Quizás se pregunte por qué a alguien le importa el helio-3 líquido. La respuesta es sencilla. Se trata de comprender la materia. La mecánica cuántica no es sólo matemática abstracta. Describe cómo funciona el universo en sus escalas más pequeñas.
La superfluidez del helio-3 abrió las puertas a otros campos. Ayudó a los físicos a comprender los superconductores de alta temperatura. Dio pistas sobre las estrellas de neutrones. Esos densos restos estelares podrían contener materia superfluida. Si podemos modelarlo en un laboratorio, podemos modelarlo en el espacio.
El trabajo de Osheroff también allanó el camino para mejores sensores cuánticos. Estos dispositivos detectan pequeños cambios en la gravedad o los campos magnéticos. Se utilizan en todo, desde la exploración minera hasta la navegación. Los principios comenzaron con un frasco de helio-3 enfriado a una fracción de grado por encima del cero absoluto.
El lado humano del descubrimiento
Osheroff no fue un genio solitario. Trabajó en equipos. La colaboración fue clave. Lee y Richardson no fueron sólo co-ganadores. Eran piezas esenciales del rompecabezas. El Premio Nobel a menudo destaca a individuos, pero la ciencia rara vez es un acto en solitario.
El descubrimiento tardó años. Requirió paciencia. Requería fracasar. Fue necesario enfriar las cosas a temperaturas más frías que las del espacio exterior. Pero la recompensa valió la pena. Un nuevo estado de la materia. Una nueva forma de pensar sobre cómo interactúan las partículas.
El avance del He-3 en Cornell
El camino de David Osheroff hacia un importante descubrimiento en física comenzó en el aula y terminó en un laboratorio criogénico. Obtuvo su título universitario en Caltech en 1967. Luego se mudó a Ithaca, Nueva York, para realizar un doctorado en la Universidad de Cornell. Fue allí, en 1972, donde trabajó junto a Lee y Richardson en su laboratorio de baja temperatura.
Estaban estudiando el helio-3. Las condiciones eran extremas. La muestra se encontraba a sólo unas milésimas de grado por encima del cero absoluto. Eso es -273° Celsius. El equipo buscaba cambios sutiles en el comportamiento del líquido.
Osheroff vio algo que otros podrían haber pasado por alto. Saltos de minutos en la presión interna. Pequeñas desviaciones. Los señaló.
El equipo profundizó más. Se dieron cuenta de que el helio-3 estaba cambiando de estado. Se había convertido en un superfluido. Esto no es sólo un líquido frío. Es una transición de fase donde los átomos pierden su aleatoriedad. Se mueven al unísono. Coordinado.
“Una sustancia así carece de fricción interna, fluye sin resistencia y se comporta según las leyes de la mecánica cuántica”.
Esto importa. La mecánica de fluidos clásica no podía explicarlo. La mecánica cuántica sí podría. Por primera vez, los científicos pudieron observar efectos cuánticos en un sistema macroscópico. Visible a los ojos. Antes de esto, estos efectos estaban ocultos dentro de moléculas o partículas subatómicas. Había que inferirlos indirectamente. Ahora puedes verlos suceder a mayor escala.
De Cornell a los laboratorios Bell
El descubrimiento no se quedó en la universidad. Osheroff se mudó a Bell Telephone Laboratories en 1972. Permaneció allí durante una década. En 1982, dirigía la división de investigación de estado sólido y baja temperatura. Dirigió ese esfuerzo hasta 1987.
Después de Bell Labs, ocupó un puesto docente en la Universidad de Stanford. El trabajo continuó. Se profundizó la comprensión de los sistemas cuánticos en la materia a granel. Y las implicaciones para la tecnología y la teoría siguieron creciendo.
