Grafè superconductor
El grafè amb electrons esdevé un material superconductor, mentre que el grafè bicapa esdevé un aïllant de Mott canviant l’orientació relativa de les dues capes
© AlexanderAlUS
La notícia de l’any en física va ser la demostració que es pot controlar la conductivitat elèctrica de materials bidimensionals bicapa canviant l’orientació relativa de les dues capes. El grup de l’investigador valencià Pablo Jarillo-Herrero del MIT va publicar dos articles en què mostrava, en primer lloc, que el grafè bicapa –un material format per només dues capes de grafè– esdevé un aïllant de Mott quan una de les capes es gira en un “angle màgic” respecte de l’altra. En segon lloc, afegint-hi un petit dopatge d’electrons, el material esdevé superconductor. Malgrat que la temperatura crítica és només d’1,7 K, la molt baixa densitat de portadors indica que la transició es deu a fortes correlacions entre els electrons. Aquests resultats estableixen les bases per a una nova manera de manipular heteroestructures bidimensionals. En el futur, aquesta nova tècnica pot ser que permeti fer que el grafè mostri superconductivitat protegida topològicament.
Seguim parlant de materials superconductors per a ressenyar que el grup de Russell Hemley va observar el que pot ser que sigui el primer material superconductor amb una temperatura crítica per sobre de 0 °C. Segons les seves observacions, el LaH10, un superhidrur de lantani, esdevé superconductor a una temperatura de 7 °C quan està sotmès a una pressió de 200 GPa (uns 2 milions d’atmosferes). Aquestes observacions estan d’acord amb les prediccions de la teoria BCS per a aquest material, cosa que indica la validesa de la teoria en condicions extremes.
De neutrins i quarks: el model estàndard resisteix
Mesures de l’experiment MiniBooNE, del laboratori Fermilab (Chicago, EUA), apunten que els neutrins muònics esdevenen neutrins electrònics més ràpid del que prediu el model estàndard amb tres famílies de leptons (electró, muó i tauó). Aquestes mesures podrien explicar-se si, de fet, hi hagués un quart tipus de neutrí “estèril”, una hipòtesi llançada en la dècada de 1990, quan es va detectar un senyal similar en experiments a Los Alamos. Tanmateix, múltiples experiments fets des de llavors havien descartat aquesta hipòtesi. Així doncs, tenim una situació incerta i, mentre s’acumulen més dades i una estadística més bona, podem pensar si aquestes observacions no són una finestra cap a “nova física” més enllà del model estàndard.
D’altra banda, l’experiment ATLAS, de l’LHC (Gran Col·lisionador d’Hadrons), va observar per primera vegada el decaïment del bosó de Higgs en dos quarks b (bottom). Malgrat ser el principal canal de decaïment del bosó de Higgs, no s’havia vist abans per la dificultat de destriar aquest senyal entre la gran quantitat de quarks b que sol haver-hi en aquest tipus d’experiments. Comptat i debatut, les mesures estan plenament d’acord amb les previsions del model estàndard i, de moment, l’LHC no ha aportat evidències de supersimetria ni altres formes de física més enllà del model estàndard.
Supernoves i la naturalesa de la matèria fosca
Dos investigadors de Berkeley van publicar un estudi de la brillantor de més de 1.300 supernoves a la recerca d’efectes de lent gravitacional deguts al trànsit de forats negres. Els seus resultats descarten que la matèria fosca estigui formada principalment per forats negres primordials amb masses similars a la del Sol o per objectes astrofísics compactes massius de l’halo, MACHO (en contra d’hipòtesis recents, fet que reobre el debat sobre la naturalesa de la matèria fosca).
Un sistema internacional renovat
El 16 de novembre, l’Oficina Internacional de Pesos i Mesures (BIPM) va decidir per unanimitat aprovar noves definicions per a les unitats bàsiques del sistema internacional d’unitats (SI), que entraran en vigor el 20 de maig de 2019. Entre els canvis adoptats, els més destacats fan referència al kilogram, l’ampere, el kelvin i el mol. El kilogram, que fins a l’entrada en vigor de les noves definicions es defineix a partir del patró d’iridi-platí conservat a la seu del BIPM a París, passarà a definir-se a partir del valor de la constant de Planck, que queda fixat en 6,626 070 15 × 10-34 J·s. Amb aquest canvi, s’elimina la darrera referència a un artefacte de construcció humana en les definicions del SI. Pel que fa a l’ampere, des del maig se’l definirà a partir del segon i del valor de la càrrega de l’electró, que queda fixat en 1,602 176 634 × 10-19 C. La constant de Boltzmann queda fixada en 1,380 649 × 10-23 J/K, cosa que estableix el valor del kelvin. Finalment, el mol passarà a definir-se a partir del nombre d’Avogadro, que queda fixat en 6,022 149 76 × 1023. S’ha de destacar que, de moment, el BIPM ha decidit mantenir la definició del segon a partir d’una transició hiperfina de l’àtom de cesi.
Tecnologies quàntiques insígnia
El 29 d’octubre es va donar a Viena el tret de sortida al projecte insígnia europeu de recerca en tecnologies quàntiques Quantum Flagship. Aquest projecte tindrà una durada de 10 anys, durant els quals la Comissió Europea preveu invertir 1.000 milions d’euros per a potenciar una revolució de les tecnologies de comunicacions, càlcul, simulació i detecció, basada en els fenòmens de l’entrellaçament i la coherència quàntics. En la primera ronda de finançament, s’han concedit 20 projectes de recerca, amb un pressupost de més de 130 milions d’euros i que implicaran més de 500 investigadors els propers tres anys. Entre aquests projectes, dos seran coordinats des de l’Institut de Ciències Fotòniques de Castelldefels (ICFO): un relacionat amb telecomunicacions protegides per claus quàntiques i l’altre dirigit a dissenyar nous materials per a produir processadors quàntics que es puguin integrar de manera escalable amb circuits fotònics.
Premis Nobel i comiats
El premi Nobel de física d’enguany va reconèixer treballs relacionats amb l’aplicació de la llum. D’una banda, Arthur Ashkin va ser guardonat pel desenvolupament de la tècnica de les pinces òptiques i la seva aplicació en sistemes biològics. Ashkin, que amb 96 anys és la persona de més edat que ha rebut mai un premi Nobel, ha estat un pioner en el confinament de partícules amb la pressió de radiació de la llum, i el 1987 va demostrar que aquesta mateixa tècnica permetia retenir un bacteri viu sense danyar-lo. L’altra meitat del premi va recaure en Gérard Mourou i Donna Strickland. Tots dos van publicar conjuntament un article el 1985 on descrivien un mètode per a comprimir temporalment un pols làser, cosa que n’incrementa notablement la intensitat, però sense malmetre el medi amplificador. Aquest treball, que és la base de la tesi doctoral de Strickland, ha donat peu a multitud d’avenços posteriors en l’òptica de polsos ultraràpids i ultraintensos, així com a nombroses aplicacions pràctiques, per exemple, en la cirurgia refractiva. Cal destacar que Strickland és tot just la tercera dona que rep el premi Nobel de física, després de Marie Skłodowska-Curie (1903) i Maria Goeppert-Mayer (1963).
Concloem recordant alguns investigadors notables que ens van deixar aquest 2018. El 3 de març ens va deixar Jorge Wagensberg, figura cabdal en la divulgació científica a casa nostra, començant amb el seu paper com a creador de la col·lecció “Metatemas”, de l’editorial Tusquets, i després com a director del CosmoCaixa (1991-2005); en el moment de la seva mort era el director artístic del projecte del Museu Hermitage de Barcelona.
El 14 de març ens va deixar Stephen Hawking, mundialment conegut pels seus llibres de divulgació, en especial A Brief History of Time (1988), així com per la seva recerca en el camp de la teoria quàntica de la gravetat i la termodinàmica dels forats negres, en què va fer la predicció de l’evaporació dels forats negres per l’anomenada radiació de Hawking (1974).
Charles Kao, guanyador del premi Nobel de física el 2009 per les seves contribucions pioneres en la transmissió de llum en fibres òptiques, va traspassar el 23 de setembre. Poc després, el 3 d’octubre, va morir Leon Lederman, als 96 anys. Lederman va ser responsable de diversos experiments clau de física de partícules, incloent-hi la descoberta del neutrí muònic el 1962, per la qual rebria el premi Nobel de física el 1988. També ens va deixar Richard E. Taylor, premi Nobel de física el 1990 pels seus experiments en les dècades de 1960 i 1970 sobre col·lisions inelàstiques d’electrons amb protons i neutrons, que van tenir un paper clau en la formulació de la teoria dels quarks.
Ja a les acaballes de l’any, el 26 de desembre, va morir Roy J. Glauber, als 93 anys. Glauber va ser un dels pares de l’òptica quàntica i va rebre el premi Nobel el 2005 per les seves contribucions a partir de la dècada de 1960 a la teoria quàntica de la coherència òptica. Glauber havia visitat Catalunya diverses vegades, i va ser a Barcelona el darrer juliol en el congrés International Conference on Atomic Physics (ICAP2018), que va portar més de 1.000 físics d’arreu del món, incloent-hi sis premis Nobel.