La Física y el Nobel rompen paradigmas

Carlos Escutia.


Líquido, sólido y gaseoso son los estados de la materia que se han conocido a lo largo de los siglos. Sin embargo, se ha roto este paradigma. Los científicos Michael Kosterlitz, Duncan Haldane y David J. Thouless, ganadores del Premio Nobel de Física 2016, descubrieron que a temperaturas extremas, la materia cambia de propiedad, se organiza de manera diferente. Ellos le llamaron materia exótica.

Este era el paradigma: cada vez que hay una transición de fase, es decir, cuando un cuerpo pasa de estado líquido a gaseoso o sólido existe un cambio en el ordenamiento de las moléculas. En el agua, por ejemplo, cuando se encuentra en forma de hielo, las moléculas están muy juntas. Cuando están en forma de agua, están más separadas y aún más cuando se encuentra en forma de gas.

Este descubrimiento, mostró que a temperaturas extremas, las moléculas no cambian de orden, pero sí de estado. El investigador de la Universidad Nacional Autónoma de México, Gerardo García Naomis, lo explica a partir de vórtices, un punto de fuga.

Los famosos modos topológicos que ellos descubrieron en realidad son vórtices. Tienes tu lavabo y lo destapas, tienes un vórtice. De hecho todos tenemos un defecto topológico en la cabeza, tal vez no lo veamos así. Si te fijas, todas las personas en su cabellera tienen una zona que es un vórtice. Eso viene de un teorema de la topología de que no se puede peinar una esfera. Si a una espera le pones pelo, siempre hay un lugar en el que hay un conflicto. Lo mismo sucede con los vientos en el planeta tierra. Resulta que esos vórtices son los que encontraron Kosterlitz y Thouless.

VÓRTICES Y SUPERCONDUCTORES

Estos científicos encontraron que hay vórtices en la forma en que se ordenan los electrones. Ellos se pueden ver uno a otro, se acoplan. Cuando se calientan cada uno se va por su lado.       

García Naomis, también parte del Instituto de Física de la UNAM, asegura que este descubrimiento se puede materializar en superconductores, materiales que pueden conducir electricidad sin conducir calor.

Cuando nosotros mandamos electricidad por un cable, mucha de esta se pierde en forma de calor y es energía que no podemos usar. Si nosotros pudiéramos ahorrar poquito de esa energía, sería a nivel mundial un ahorro impresionante de energía. Los superconductores son materiales que conducen electricidad sin disipar calor. Esos materiales ya se conocían, pero se pensaba que no podían existir materiales que fueran cercanos a dos dimensiones, que fueran como una lámina. Lo que hicieron Kosterlitz y Thouless fue mostrar que esos materiales sí podían existir, cosa que fue comprobado experimentalmente. La manera que ellos resolvieron ese problema abrió un panorama nuevo en la física.

Otra aplicación tecnológica que tiene este descubrimiento se podrá aplicar en la computación cuántica, al permitir que los electrones no sólo tengan dos valores, es decir, no sólo 0 y 1, sino más valores.

FUNCIONAMIENTO Y BENEFICIOS DE LA SUPERCONDUCTIVIDAD

Miguel Mayorga Rojas, especialista en física estadística fuera de equilibrio de la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma del Estado de México, explica cómo podrá funcionar.

Toda la electrónica y la información que se maneja hoy en día aprovecha esa propiedad de los electrones. Pero si aprovechamos de que el electrón no sólo gira hacia arriba o hacia abajo, sino que forma conos entonces tenemos más bits, en eso está basada la computación cuántica, en controlar cómo los electrones se pueden mover con menor fricción, cosa que hoy en día es un problema. Por eso muchas computadoras tienen ventiladores, o muchas computadoras tienes que tener un sistema de enfriamiento, porque disipa mucha energía el movimiento de los electrones.

Si se aprovechan más valores de los electrones y se pueden mover sobre materiales con menos fricción, con una superconductividad, no se necesitará sistema de enfriamiento. Esto permitirá que se almacene más información y sea más ecológico, porque se necesita menos energía.

NUEVAS FORMAS DE VER LA CIENCIA

A partir de este descubrimiento los estudios han cambiado la forma de realizar ciencia y tecnología. El físico Gerardo García apunta que, en los próximos años las computadoras cuánticas podrán materializarse.

Lentamente esas ideas no fueron aceptadas inmediatamente, pero lentamente han ido permeando en la comunidad científica. Cada vez hay más gente que trabaja en esto. Por ejemplo, en computación cuántica, los trabajos de estos teóricos abrió el camino para que la gente empezara a trabajar en sistemas ya reales, que pudieran hacer computación cuántica con circuitos de estado sólido. Ya se está trabajando mucho sobre este tema, probablemente veamos varios premios Nobel en el futuro sobre ese tema, pero ya aplicado. El trabajo teórico fue el que abrió la puerta a que la gente se animara a estudiar esos temas.

Estos científicos tuvieron la habilidad de conectar avances matemáticos recientes, de la segunda mitad del siglo XX, para hacer una descripción de un mundo físico al cual no tenemos acceso.

No había manera de poder visualizar o experimentar que estaba ocurriendo a esos niveles, sin las matemáticas. El también fundador de laboratorio de radiología, nanofluidos y micro fluidez de la Facultad de Ciencias, Mayorga Rojas, afirma que las matemáticas son parte fundamental para cualquier estudio científico. Esto permitió que este descubrimiento haya roto un paradigma en la ciencia.

El paradigma que se rompe es que la matemática es como un arte, que se usa para describir un fenómeno físico y que en fondo nos ayuda a entender algo que no podemos ver. No tenemos acceso como seres humanos a una situación ultra fría, es un mundo que no conocemos. Pero la matemática nos traduce qué es lo que está ocurriendo en ese mundo. Esa es una parte muy bella que me parece que está dentro de esta teoría, de esta materia exótica. Por supuesto tienen muchos impactos tecnológicos. Yo creo que es una combinación de arte y ciencia.

MOTIVACIÓN POR LA CIENCIA

Miguel Mayorga asegura que estas investigaciones incentivan a que jóvenes se interesen por la ciencia, y abunden para que los estudios científicos ayuden al mundo. Continuar investigando y descubriendo el universo y los elementos que lo componen seguirá siendo tarea de primer orden en la humanidad.

Los premios tienen que ser también para incentivar. Tiene que haber algún propósito para señalar que efectivamente, como ocurre en estos casos, hay descubrimientos que son importantes, que pueden tener un gran impacto. Puede motivar a que mucha gente, joven sobre todo, pueda seguir alguna carrera científica, para motivar vocaciones científicas.

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