Nobel Física 2016

El Premio Nobel de Física 2016 ha sido concedido, ex aequo, a David J. Thouless, por un lado, y a F. Duncan Haldane M. y J. Michael Kosterlitz, por otra, por revelar los "secretos exóticos de la materia". En el fallo se destaca que el galardón se les concede a estos tres científicos británicos "por los descubrimientos teóricos de las transiciones de fase topológica y fases topológicas de la materia". Las transiciones de fase suceden cuando la materia cambia de fase, como cuando el hielo se derrite y se convierte en agua o el agua se evapora.

El premio Nobel ha galardonado este año un campo de estudio que trata de comprender el comportamiento de la materia a escalas microscópicas, donde no suelen aplicar las reglas del mundo con el que estamos familiarizados y reinan las normas cuánticas. Según ha explicado la organización del Nobel, en 1972, Kosterlitz y Thouless identificaron un tipo de transición de fase completamente nueva en sistemas bidimensionales en los que los defectos topológicos desempeñan un papel fundamental. Estas teorías ayudan a entender el funcionamiento de algunos tipos de imanes y de fluidos superconductores y superfluidos. Estas teorías también han sido importantes para entender el funcionamiento cuántico de sistemas unidimensionales a temperaturas muy bajas.

Trenes flotantes

     El problema es conseguir que un tren entero levite y permanezca estable. En principio, un imán levitará si lo acercamos a otro. Uno de neodimio de pocos gramos, por ejemplo, genera una fuerza de atracción de varios newtons entre polos opuestos o de repulsión entre polos iguales. Sin embargo, pronto descubriremos que el imán que debería flotar girará nada más soltarlo y se adherirá al que que debía repelerlo. Con independencia de la configuración elegida, la levitación con imanes permanentes (o electroimanes) es siempre inestable.
    En cambio, la levitación de un imán sobre una plaqueta superconductora permanece estable ya que todo material superconductor impide que un campo magnético penetre en él, con lo que será siempre repelido independientemente de su orientación. Por desgracia, dado que la superconductividad a temperatura ambiente sigues siendo una quimera, no parece fácil construir una instalación de varios kilómetros de raíles superconductores.
    No obstante, la materia en estado normal presenta otro tipo de repulsión, llamada diamagnética, por ejemplo el agua. Así fue como, en 1992, André Geim, hizo levitar agua, un pequeño tomate y hasta una rana viva en un campo magnético de 16 teslas.

(Extraído de Investigación y Ciencia, marzo 2015)

Ondas gravitacionales

El observatorio LIGO en EE UU ha conseguido detectar por primera vez las ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo, llamadas ondas gravitacionales. El descubrimiento confirma una predicción de la teoría de la relatividad de Einstein y abre una nueva vía para investigar el universo. La primera onda gravitacional observada se llama GW150914, y los científicos piensan que es fruto de la fusión de dos agujeros negros.

Los rumores se han confirmado. Por primera vez, los científicos han observado ondas gravitacionales, ondulaciones del espacio-tiempo que han llegando a la Tierra procedentes de un evento catastrófico en el distante universo. 

Esto confirma una importante predicción de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein de 1915.

Los físicos han llegado a la conclusión de que las ondas gravitacionales detectadas fueron producidas durante la última fracción de segundo de la fusión de dos agujeros negros para producir un solo agujero negro más masivo en rotación. Esta colisión había sido predicha pero nunca antes se había observado.

Las ondas gravitacionales son oscilaciones del espacio-tiempo originadas en algunos de los fenómenos más violentos del cosmos, como colisiones y fusiones de estrellas masivas compactas. Su existencia fue predicha por Einstein en el año 1916, cuando demostró que los objetos masivos acelerados debían distorsionar el espacio-tiempo en forma de radiación gravitacional que se alejaba de la fuente.

Estas oscilaciones viajan a través del universo a la velocidad de la luz, llevando consigo información sobre sus orígenes, así como inestimables pistas acerca de la naturaleza de la gravedad misma. Estas ondas proporcionan datos sobre los  sus dramáticos orígenes y sobre la naturaleza de la gravedad que no puede obtenerse de otra manera.

Nobel Física 2015 - Neutrinos

El japonés Takaaki Kajita y el canadiense Arthur McDonald han recibido hoy el Premio Nobel de Física por el descubrimiento de la oscilación de los neutrinos, lo que demuestra que estas partículas tienen masa. El hallazgo de ambos físicos “ha cambiado nuestra comprensión del funcionamiento más profundo de la materia y puede ser crucial para nuestra visión del universo”.

Kajita trabaja en el experimento Super Kamiokande y está afiliado a la Universidad de Tokio. McDonald está adscrito a la Queen’s University de Canadá.

Los neutrinos han sido las partículas más misteriosas del universo. Cada segundo, billones de ellos atraviesan nuestro cuerpo, nuestras casas y el resto del planeta sin dejar rastro alguno, lo que les ha valido el apodo de fantasmas. Parte de ellos se crean en la atmósfera terrestre cuando incide en ella la radiación cósmica y otros son producidos en reacciones nucleares dentro del Sol. Los únicos lugares donde son visibles es en descomunales detectores instalados debajo de montañas, en viejas minas y otros lugares naturalmente protegidos contra cualquier tipo de interferencia por parte de otras partículas más pesadas. Los neutrinos son tan rápidos y ligeros que se pensaba que no tenían masa. Hasta los descubrimientos de McDonald y Kajita, se calculaba que gran parte de ellos desaparecen sin explicación posible.

En 1998, Kajita observó la oscilación de los neutrinos gracias al Super Kaiokande, una descomunal piscina con 50.000 toneladas de agua construida a un kilómetro bajo tierra en Japón.. En algunas raras ocasiones, cuando un neutrino atraviesa el agua, interactúa con los electrones de este líquido lanzando un destello de luz que permite estudiar su trayectoria y propiedades. Kajita se centró en los neutrinos que llegan desde la atmósfera y observó que estos oscilan entre dos estados o tipos diferentes. Por su parte, McDonald trabajó a más de dos kilómetros bajo tierra, en una vieja mina de níquel de Ontario (Canadá) reconvertida en el Observatorio de Neutrinos de Sudbury. Gracias a esta instalación, en 2001 comprobó que los neutrinos que se producen en el Sol no estaban desapareciendo en su camino hacia la Tierra, sino que simplemente habían cambiado de tipo, oscilando entre uno y otro igual que los neutrinos atmosféricos detectados en Japón.

Esta metamorfosis se da entre los tres tipos de neutrinos conocidos y explica por qué dos tercios de todas estas partículas, que deberían estar llegando a la Tierra según los cálculos teóricos, no estaban siendo detectadas. Los descubrimientos de ambos físicos explican que estas partículas no desaparecen, sino que oscilan entre tres estados diferentes a los que los físicos llaman sabores y cuya dinámica está regida por la mecánica cuántica.

Los descubrimientos de Kajita y McDonald implican que, a pesar de su fantasmagórica presencia, los neutrinos tienen masa, al contrario de lo que se había pensado durante décadas. Aún se ignora cuál es su masa exacta, especialmenrte porque esta cambia cuando se produce la metamorfosis. Más aún, el modelo estándar, que describe a la perfección el mundo subatómico de la física de partículas y que incluye el bosón de Higgs, se queda corto para explicar al neutrino. Según los cálculos de este modelo, no debería tener masa. Por eso el trabajo de McDonald y Kajita aporta uno de las mayores indicios de que hay una nueva física en el universo que está por descubrir.

 

(Adaptado del El País Digital)

¿Qué es ser Físico?

Dejemos a doctor Cooper que nos lo explique

Campos

Gran vídeo que nos ayuda a introducir el concepto de campo: