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AVANCES RECIENTES Y NOVEDADES EN FÍSICA

Premio Nobel de Física 2010

Fue otorgado a dos físicos nacidos en Rusia, Andre Geim, quien tiene actualmente ciudadanía holandesa y Kostya Novoselov, quien tiene doble nacionalidad (británico-rusa), por sus investigaciones sobre el grafeno, un material de gran utilidad para desarrollar dispositivos electrónicos más eficientes.

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Izquierda: Andre Geim (Holanda) - Derecha: Kostya Novoselov (Rusia - Gran Bretaña)

Investigar en lo que se denomina ciencia de frontera puede parecer a primera vista muy costoso y complejo, más aún, si alguien nos dijera que con una simple cinta adhesiva se puede lograr resultados extraordinarios nos resultaría difícil de creer! Sin embargo, los ganadores del premio Nobel de Física 2010, Andre Geim y Kostya Novoselov, trabajando conjuntamente con un grupo de colaboradores en la Universidad de Manchester, Inglaterra, demostraron en el año 2004 que esto era posible! Con la ayuda de una cinta de pegar extrajeron de una muestra de grafito una delicada lámina de carbón cristalino de un átomo de espesor, conocida como grafeno, logrando una hazaña que parecía hasta ese momento imposible. Muchos científicos pensaban que un cristal bidimensional como el grafeno tendería a enrollarse sobre si mismo y nunca permanecería plano, algo que finalmente Geim y su grupo de colaboradores habían logrado, después de años de intentos infructuosos tratando de aislar el grafeno. Este nuevo cristal, es el sólido más delgado del mundo y se puede ver además con un microscopio óptico. El grafeno posee una estructura atómica similar a la de un nido de abejas, es decir formada por celdas hexagonales distribuidas en una fina lámina de una única capa de átomos (ver figura) que es la estructura primaria de todos los sistemas basados en el carbono. El grafito de la mina de un lapiz es simplemente una pila de capas de grafeno, los nanotubos de carbono están hechos de láminas de grafeno enrolladas, las moléculas de fullereno son esferas de tamaño nanométrico de grafeno enrollado.

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Este nuevo material se caracteriza por poseer una alta conductividad térmica y eléctrica, es decir en un muy buen conductor del calor y la electricidad, y por combinar una alta elasticidad y ligereza con una alta densidad y extrema dureza, es más fuerte que el acero, lo que lo sitúa como el material más resistente del mundo. Esto abre enormes posibilidades para el desarrollo de dispositivos electrónicos flexibles y más eficientes, como pantallas táctiles, computadoras y paneles solares. La resistencia eléctrica del grafeno fue predicha en forma teórica en 1986 por el físico argentino Eduardo Fradkin, quien trabaja en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Estados Unidos, y fue observada experimentalmente por Geim y sus colaboradores en el año 2005. Una propiedad extraordinaria del grafeno es que debido a su estructura bidimensional de nido de abeja los electrones se mueven en su interior como si no tuvieran masa! Este efecto fue predicho por el físico teórico canadiense Philip Wallace en 1947. Los electrones en el grafeno se mueven a velocidades 300 veces menores que la velocidad de la luz en el vacío (300.000 km/seg). Como los electrones transportan carga pueden ser manipulados mediante campos electromagnéticos lo cual genera grandes expectativas en cuanto al avance de los dispositivos electrónicos ya que según los expertos los diseños de grafeno serán más rápidos que los de silicio, que se emplean actualmente en la mayoría de aparatos electrónicos.

- 30 de marzo de 2010 - El LHC nuevamente en marcha

El acelerador de partículas más grande del mundo:

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el LHC o gran colisionador de hadrones, comenzó a operar nuevamente en el día de la fecha, continuando con un ambicioso programa para descubrir nuevos detalles acerca del orígen del universo.

Durante la mañana se inició el experimento destinado a producir colisiones entre dos haces de protones cada uno con una energía de 3,5 TeV (teraelectronvoltios. Si bien el primer intento falló, el experimento se reanudó más tarde, consiguiendo finalmente llevar la energía de los haces hasta los 3,5 TeV previstos, y hacerlos colisionar. Poco después los detectores en Atlas registraron alrededor de 30 colisiones por segundo, mientras los físicos e ingenieros continuaban estabilizando los haces para

mejorar los resultados.

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Mientras tanto los científicos se daban por infinitamente satisfechos con el logro de las primeras colisiones. El director general del CERN, Rolf Heuer expresó: Es un momento fantástico para la ciencia, creo que es el principio de un largo y emocionante recorrido de la física de partículas.

Después del accidente del año 2008, provocado por un cortocircuito, que afectó gravemente una parte de los imanes que forman el LHC, el experimento se interrumpió. Se tardó un año en reparar los daños y recién el 20 de noviembre de 2009 el LHC se puso de nuevo en marcha, con el primer haz de partículas circulando a 0,45 TeV. Diez días después, ya la energía de los haces había alcanzado 1,18 TeV. Los ensayos se detuvieron el 16 de diciembre cuando los detectores ya habían registraron más de un millón de colisiones, las que sirvieron para calibrar los equipos pero sin producir descubrimientos científicos.

Tras una parada para realizar ajustes, el LHC se encendió de nuevo el 28 de febrero de 2010, y el 19 de marzo se alcanzaron los 3,5 TeV. Los expertos del CERN dedicaron todo un mes a hacer pruebas y estabilizar los haces antes de las primeras colisiones de hoy.

El plan futuro es tomar datos en forma ininterrumpida durante alrededor de dos años, con una breve parada a finales de este año, en los que se espera hacer los primeros descubrimientos científicos. Después se interrumpirá el funcionamiento del LHC para hacer las mejoras técnicas necesarias para iniciar una nueva fase de trabajo que consistirá en emplear el doble de energía: haces a 7 TeV para provocar colisiones a 14 TeV.

- Noviembre de 2009 - Novedades desde el CERN

Después de una demora de 14 meses, el LHC (Large Hadron Collider) del CERN en Suiza se puso nuevamente en marcha, superados los inconvenientes ocasionados por el derrame de helio, ocurrido en octubre de 2008.

El 24 de noviembre dos haces de protones se hicieron colisionar, viajando casi a la velocidad de la luz, en el interior del detector ATLAS. Este es uno de los dispositivos de medición del LHC, diseñado para investigar la lluvia de partículas producto de las colisiones.

Así se registró el suceso en las pantallas del centro de investigación.

Los protones chocaron con una energía de 900 mil millones de electrón-voltios (900.000.000.000 eV), es decir 900 GeV (1 GeV = 1000 millones de eV), siendo la energía de cada haz de 450 GeV.

El LHC está diseñado para trabajar con energías aún mayores, de hasta 14000 GeV, es decir 14 TeV (1 TeV = 1 billón de eV). Después de Navidad se espera aumentar la energía hasta 1,2 TeV por haz, superando al acelerador Tevatrón, que es el acelerador de partículas del Fermilab ubicado en Batavia, Illinois, Estados Unidos. Este acelera protones y antiprotones a lo largo de un anillo de 6,3 km de circunferencia, con energías de casi 1 TeV en cada haz, de donde proviene su nombre Tevatrón. Véase [1] El CERN espera para mediados de 2010 llegar a 3,5 TeV por haz.

Premio Nobel de Física 2009

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De izquierda a derecha: Charles Kao (China) - William Boyle (Canadá) - George Smith (Estados Unidos)

Tres veteranos científicos que lograron hace varias décadas dominar la luz y dieron lugar a aplicaciones prácticas en la electrónica y las comunicaciones, como los sensores de imagen de las cámaras digitales y la transmisión por fibra óptica a larga distancia, han obtenido el premio Nobel de Física en su edición 2009.

Charles Kao, nacido en China en 1933 y que trabajaba en los laboratorios de Standard, en el Reino Unido, puso las bases para una transmisión eficiente de una enorme cantidad de información a través de la luz por las fibras ópticas, sin la cual no existiría la comunicación casi instantánea como la de Internet. Se lleva la mitad del premio, dotado con 980.000 euros.

William Boyle (nacido en Canadá en 1924) y George Smith (nacido en 1930 en Estados Unidos) crearon en los Laboratorios Bell de Estados Unidos el circuito semiconductor de imagen CCD (Charged Coupled Device), el sensor que es la base de la fotografía digital y ha introducido los píxeles (unidades de información) en el lenguaje habitual. Por ejemplo, el telescopio espacial Hubble toma sus espectaculares imágenes a través de una avanzadísima cámara CCD. Estos científicos comparten la otra mitad del premio.

"Son inventos que han cambiado completamente nuestras vidas y también han proporcionado herramientas para la investigación científica", dijeron los representantes de la Academia de Ciencias sueca durante el anuncio del galardón, a las 11:45 en Estocolmo. La tecnología CCD se basa en el efecto fotoeléctrico que predijo Albert Einstein, y que le valió el Premio Nobel en 1921. Este efecto hace que la luz se transforme en señales eléctricas. El hecho de que permita captar imágenes sin recurrir a la película y en forma digital ha hecho explotar las posibilidades de la fotografía y el video, incluidas las científicas, y facilita la transmisión de las imágenes por las redes mundiales de comunicaciones, basadas en gran parte en la fibra óptica, de la que ya hay instalados 1000 millones de kilómetros.

- Septiembre de 2009 -

Radiación de cuerpo negro

Una ley física bien conocida describe la transferencia de calor entre dos objetos, la ley de la radiación del cuerpo negro de Planck, formulada en 1900 por el físico alemán Max Planck. Pero algunos físicos habían predicho, incluyendo al propio Planck, que tal ley deja de cumplirse cuando los objetos están demasiado cerca uno de otro, y que el nivel de transferencia de calor podría ser distinto, probablemente mayor. Los científicos nunca habían podido confirmar esta hipótesis, ya que medir la forma en que la energía es radiada cuando los objetos están muy cerca presentaba la dificultad mecánica de mantener dos objetos muy próximos entre sí, evitando que se toquen. Ahora, sin embargo, los investigadores Gang Chen y Sheng Shen,del MIT y Arvind Narayaswamy de la Universidad de Columbia, han conseguido resolver este problema, y han determinado que en distancias muy cortas, como las logradas en estos experimentos, el intercambio calórico puede llegar a ser 1000 veces mayor de lo que predice la ley de Planck de radiación del cuerpo negro.

Los resultados de esta observación pionera podrían conducir a nuevas e importantes aplicaciones, incluyendo mejores diseños de los cabezales de los discos duros de ordenador, y nuevos tipos de dispositivos para capturar energía a partir del calor que generalmente se desperdicia.

- Mayo de 2009 -

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) se apagó en septiembre de 2008

Archivo:LHC.jpg

Robert Aymar

La causa fue una conexión defectuosa entre dos imanes que derivó en una fuga de Helio lo que provocó que los superconductores se fundieran. Para repararlo hay que efectuar una soldadura cuyo costo es de 21 millones de dólares! El acelerador se volverá a poner en marcha durante julio de 2009. El responsable del proyecto es Robert Aymar quien finaliza su mandato a fin de este año (ver foto).

- Abril de 2009 -

Se confirma el número total de quarks con el descubrimiento de quarks Top solitarios

Descubrir estos quarks es similar a hallar una aguja en un pajar! Durante años científicos del Fermilab analizaron millones de datos, ya que solo en una de cada 20.000 millones de colisiones entre protones y antiprotones se produce un quark Top solitario. Además la señal producida es pequeña y está inmersa en un ruido de fondo grande, de modo que es tan difícil como hallar el legendario Bosón de Higgs. De hecho se emplea actualmente la misma técnica para hallar éste último que la que se usa para el quark Top solitario. Para producir estos interviene la fuerza nuclear débil y recién después de transcurridos 14 años desde el descubrimiento del quark Top en 1995, se lo ha logrado observar. Anteriormente se habían observado pares de quarks Top que son producidos por la fuerza nuclear fuerte.

- Enero de 2009 -

Consiguen teleportar información entre dos átomos

Por primera vez un equipo de científicos de las universidades de Maryland y Michigan en Estados Unidos consiguen teleportar información entre dos átomos localizados en recintos separados por una distancia apreciable. Este experimento fue publicado en la revista Science, en enero último, y supone un gran paso adelante para el futuro desarrollo de la computación cuántica, ya que los científicos participantes destacaron que la información transferida se recupera con una exactitud de más del 90% en la mayoría de las pruebas realizadas. Este experimento podría ser la base para desarrollar un repetidor cuántico, es decir un dispositivo que permitiría conectar memorias cuánticas separadas por grandes distancias.

- Diciembre de 2008 -

El Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) confirmó el 5 de diciembre, que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) se volverá a poner en marcha durante el verano de 2009, tras el apagón invernal y la reparación de la avería producida el pasado 19 de septiembre. Según se informó la avería se debió a una conexión eléctrica defectuosa entre dos de los imanes del acelerador, lo cual dio lugar a daños mecánicos y a una fuga de helio en el túnel del acelerador.

- Noviembre de 2008 -

El 14 de Noviembre se inauguró oficialmente en Malargüe, Provincia de Mendoza, el Observatorio de Rayos Cósmicos Pierre Auger. Este se compone de un arreglo de detectores sobre una superficie de 3000 kilómetros cuadrados, conformando el experimento astrofísico más grande del mundo. En el trabajan más de 250 científicos. El proyecto Auger intenta averiguar la naturaleza y origen de los rayos cósmicos, las partículas más veloces del universo y con una energía millones de veces superior a la que se produce con la tecnología actual. Para averiguarlo, los científicos emplearán 27 telescopios de fluorescencia, 1660 tanques con agua hiperpura y detectores capaces de registrar el paso de los rayos cósmicos por la atmósfera. Una vez registrados, los datos pasarán a una computadora, desde la cual via internet podrán ser analizados por científicos de todo el mundo.

- Octubre de 2008 -

El premio Nobel de Física 2008 fue otorgado a los físicos Yoichiro Nambu (estadounidense) por el descubrimiento del mecanismo de ruptura espontánea de simetría en la física subatómica y Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa (ambos japoneses) por el descubrimiento del origen de la ruptura de simetría que predice la existencia de al menos tres familias de quarks en la naturaleza.

- Septiembre de 2008 -

El 10 de septiembre comenzarán las primeras pruebas del Gran Colisionador de Hadrones, identificado como LHC, por sus siglas en inglés, y también denominado la máquina de Dios. Con este experimento se espera recrear las condiciones físicas en los primeros instantes del inicio del universo y poder explicar sus orígenes. El colisionador está diseñado para acelerar haces de partículas relativamente pesadas como es el caso de los protones [una de las partículas que componen el núcleo atómico y que son un tipo de Hadrón] a lo largo de un túnel de 27 km, proporcionándoles una energía de 7 trillones de electrón-voltios. Estos haces se harán luego colisionar produciendo una lluvia de partículas con energías muy elevada lo que permitirá reproducir una versión en miniatura del Big Bang. Entre estas partículas producto de las colisiones se espera hallar el llamado Bosón de Higgs, conocido como partícula de Dios, porque sería responsable de explicar el origen de la masa de las partículas y de allí el nombre de máquina de Dios. Los datos serán evaluados por alrededor de 10000 científicos de todo el mundo, entre los que se encuentran también un equipo de físicos argentinos, tres de los cuales trabajan en el Departamento de Física de la UNLP.