Kamerlingh Onnes, Heike (1853-1926). El pionero de la criogenia y la superconductividad

Heike Kamerlingh Onnes, un físico holandés nacido en Groninga el 21 de septiembre de 1853 y fallecido en Leiden en 1926, es una figura clave en el desarrollo de la física moderna, particularmente en el campo de la criogenia y la superconductividad. Su trabajo innovador en el estudio de las propiedades físicas de la materia a bajas temperaturas lo hizo merecedor del Premio Nobel de Física en 1913, un reconocimiento que consolidó su legado como uno de los grandes científicos del siglo XX.

Orígenes y contexto histórico

Heike Kamerlingh Onnes nació en un momento en que la física experimentaba transformaciones fundamentales, gracias a avances en la teoría electromagnética de Maxwell y los descubrimientos sobre la electricidad y el magnetismo. La investigación de los fenómenos a bajas temperaturas se convirtió en una de las fronteras más fascinantes de la ciencia en esa época, y fue en este campo donde Kamerlingh Onnes dejaría una huella imborrable.

Estudió en la Universidad de Groninga, donde comenzó a desarrollar su pasión por la física experimental, y posteriormente amplió sus estudios en la Universidad de Heidelberg. Su interés por la investigación lo llevó a ser ayudante en el Politécnico de Delft, un paso crucial que le permitió ganar experiencia antes de obtener la cátedra de Física en la Universidad de Leiden, puesto que ocupó hasta su muerte.

En la Universidad de Leiden, Kamerlingh Onnes se dedicó intensamente al estudio de las propiedades de la materia a temperaturas extremadamente bajas, un campo de investigación relativamente nuevo en su tiempo. Fue allí donde fundó un laboratorio especializado en criogenia, lo que marcaría el comienzo de su carrera como pionero en la física de bajas temperaturas.

Logros y contribuciones

Uno de los logros más destacados de Kamerlingh Onnes fue su trabajo con la licuefacción de gases, un fenómeno que permitió abrir nuevas puertas en la ciencia y la tecnología. En 1894, se propuso estudiar las propiedades físicas de la materia a temperaturas cercanas al cero absoluto, un desafío que parecía insuperable en su época. La licuefacción de gases se había logrado previamente por científicos como James Dewar, quien había logrado la licuefacción del nitrógeno enfriando hidrógeno con nitrógeno líquido. Kamerlingh Onnes aprovechó y mejoró tanto los instrumentos como los principios utilizados por Dewar para avanzar en la investigación de las propiedades físicas a bajas temperaturas.

En 1908, Onnes logró enfriar helio utilizando hidrógeno líquido, alcanzando una temperatura de 18 K (equivalente a -255,15 °C), lo que representó un hito en la física de bajas temperaturas. En este proceso, utilizó el efecto Joule-Thomson, que implica el enfriamiento de un gas al expandirse a través de una boquilla. De esta manera, Onnes pudo obtener helio líquido y determinar su punto de ebullición, que se encontraba en 4,25 K (-268,9 °C). Este descubrimiento fue crucial porque abrió las puertas a un sinfín de investigaciones sobre las propiedades de los gases a temperaturas tan bajas.

Momentos clave

El trabajo de Heike Kamerlingh Onnes no solo se limitó a la licuefacción de gases, sino que también fue esencial en el descubrimiento de un fenómeno que cambiaría la comprensión de la electricidad: la superconductividad. En 1911, Onnes descubrió que ciertos metales, como el mercurio, el estaño y el plomo, se convirtieron en superconductores a temperaturas extremadamente bajas, alcanzando una resistencia eléctrica casi nula. Este fenómeno fue completamente inesperado, ya que hasta ese momento se pensaba que todos los metales tendrían una resistencia eléctrica proporcional a la temperatura.

El descubrimiento de la superconductividad fue un avance fundamental en la física, ya que explicó la disminución de la velocidad del movimiento de los electrones en el interior de los metales cuando se alcanzaban temperaturas cercanas al cero absoluto. Esto no solo planteó nuevas preguntas sobre la naturaleza de la electricidad y los materiales, sino que abrió nuevas áreas de investigación en la física teórica y experimental.

Además de sus contribuciones a la criogenia y la superconductividad, Onnes fue un defensor de la importancia de los experimentos y la observación directa en la ciencia, un enfoque que sentó las bases para investigaciones futuras en diversas áreas de la física.

Relevancia actual

Hoy en día, los descubrimientos realizados por Heike Kamerlingh Onnes siguen teniendo un impacto significativo en el mundo de la ciencia y la tecnología. La superconductividad, por ejemplo, sigue siendo un área activa de investigación, con aplicaciones potenciales en la fabricación de imanes de alta potencia, sistemas de transporte sin fricción y avances en la computación cuántica. El trabajo de Onnes también sentó las bases para la moderna investigación en criogenia, lo que ha sido esencial en áreas como la tecnología de satélites, la física de partículas y la medicina (en particular, en la resonancia magnética).

El estudio de los fenómenos a bajas temperaturas sigue siendo un campo crucial en la física, y muchos de los avances que se logran hoy en día se basan en los principios establecidos por Onnes a principios del siglo XX. Su capacidad para observar y medir fenómenos en condiciones extremas ha sido fundamental para el desarrollo de nuevas tecnologías y para la expansión del conocimiento científico en general.

Conclusión

Heike Kamerlingh Onnes dejó una huella indeleble en la historia de la ciencia. Su investigación sobre la criogenia y la superconductividad no solo resolvió problemas técnicos complejos de su tiempo, sino que también abrió nuevos campos de estudio que siguen siendo fundamentales en la física moderna. Gracias a sus innovaciones, la humanidad ha podido explorar y aprovechar los fenómenos a bajas temperaturas, llevando la ciencia a nuevas fronteras. Su legado perdura no solo en los resultados concretos de su investigación, sino también en el enfoque riguroso y experimental que inspiró a generaciones de científicos posteriores.