El bosó de Higgs, finalment
Presentació de la descoberta d'una nova partícula amb relació al bosó de Higgs
© CERN / CMS Collaboration
En el camp de la física, la notícia que sens dubte ha omplert més pàgines de diaris i blocs, i més minuts de televisió, va ser la detecció d'una nova partícula al Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) del Laboratori Europeu de Física Nuclear (CERN) de Ginebra. Les dades recollides durant el 2011 i la primera meitat del 2012 van ser anunciades, enmig d'una gran expectació, mitjançant una conferència científica conjunta dels experiments ATLAS i CMS de l'LHC i una roda de premsa, el dia 4 de juliol, i posteriorment publicats en revistes especialitzades. Segons aquestes dades, s'ha observat un nou bosó amb una massa d'entre 125 i 126 GeV/c2 i spin diferent d'1. D'acord amb el model estàndard de la física de partícules, la previsió teòrica és que el bosó de Higgs tingui spin 0, però les dades disponibles encara no permeten jutjar-ho amb prou precisió.
En tot cas, cal remarcar la rellevància de la descoberta d'una nova partícula fonamental, la primera des de la detecció del quark t el 1995. De confirmar-se que aquesta nova partícula satisfà les expectatives del model estàndard, aquesta hauria de ser la darrera partícula fonamental existent. Tanmateix, molts físics tenen l'esperança que els futurs experiments mostraran alguna discrepància amb aquest model i obri- ran la porta al que de vegades s'anomena nova física , és a dir, física més enllà del model estàndard. Una d'aquestes teories, preferida per molts teòrics, és l'anomenada supersimetria , de la qual, tanmateix, encara no se n'ha observat cap senyal.
Els neutrins no són tan ràpids, però oscil·len
Pel que fa a la possible detecció de neutrins viatjant a velocitats superiors a la de la llum en el buit en l'experiment OPERA, les comprovacions experimentals realitzades aquest 2012 per la mateixa col·laboració OPERA van acabar descobrint dues fonts d'incertesa, en la mesura dels temps de vol dels neutrins entre el seu punt de producció al CERN i el seu punt de detecció sota les muntanyes del Gran Sasso d'Itàlia. Malgrat que encara no s'ha pogut determinar la magnitud de la incertesa que tenen aquests efectes en la mesura, OPERA va retirar oficialment la reivindicació d'haver mesurat neutrins a velocitats superlumíniques, i el coordinador de l'experiment, Antonio Ereditato, dimití. En el que encara no s'ha posat d'acord la comunitat científica és si l'anunci d'OPERA de l'any passat, juntament amb la retractació d'enguany, constitueixen un exemple de transparència i de demostració de com funciona la ciència, o si va ser un error de precipitació potser per cercar un impacte mediàtic.
Per una altra banda, en un experiment menys mediàtic, però amb més ressò entre la comunitat científica, físics del detector de neutrins del reactor de la badia de Daya (Xina) van aportar la mesura fins ara més precisa de l'angle de barreja Ø13, que és una mesura de com es relacionen certs estats de massa i sabor dels neutrins. El valor (relativament) gran obtingut, sin2 2Ø13 = 0.092, obre la porta a realitzar nous experiments de durada més llarga, cosa que a la vegada permetria estudiar amb més detall les diferències entre matèria i antimatèria, i acostar-nos a comprendre per què la primera és preponderant en l'Univers actual.
Propagació de correlacions i relaxació cap a l'equilibri
El fet que la velocitat de la llum en el buit sigui finita ens indica que la informació no pot viatjar infinitament ràpid entre dos punts de l'Univers. Des de fa temps hi ha càlculs que indiquen que també existeix una "velocitat màxima" en certs sistemes unidimensionals de moltes partícules en interacció, si bé fins ara ha estat molt difícil de generalitzar aquest resultat teòric o d'observar-lo experimentalment.
En aquest context, cal cridar l'atenció sobre un experiment realitzat a Alemanya pel grup d'Immanuel Bloch i Stefan Kuhr, que ha construït un sistema unidimensional artificial un conjunt d'àtoms atrapats en una xarxa òptica i ha mesurat com se'n propagaven les excitacions després d'un canvi sobtat en el potencial de confinament. Els resultats confirmen l'existència d'una velocitat màxima de propagació de la informació. Les mesures, a més, estan perfectament d'acord amb les simulacions numèriques realitzades i indiquen que s'entén bé el comportament del sistema en el camp microscòpic. El més interessant, però, és que la versatilitat d'aquests experiments obre la porta en sistemes bidimensionals, per als quals no hi ha resultats teòrics i les simulacions són extremament costoses.
També cal destacar dos experiments que exploren a la vegada conceptes bàsics de la física i els límits dels càlculs teòrics disponibles. En aquest cas, es tracta de conceptes fonamentals de la física estadística, com són l'equilibri i com hi arriba un sistema inicialment fora d'equilibri. Aquestes idees han estat estudiades per dos experiments, un de liderat novament per I. Bloch a Munic (Alemanya) i l'altre per Jörg Schmiedmayer a Viena (Àustria). En el primer experiment, un conjunt d'àtoms han estat confinats per làsers en un potencial amb la forma d'un reticle unidimensional, i ha estat situat en un estat de no-equilibri. S'han realitzat mesures dinàmiques de diverses propietats i s'ha observat una relaxació ràpida com en els valors d'equilibri. La comparació de les dades experimentals amb simulacions teòriques mostra un acord excel·lent, amb l'avantatge que l'experiment permet seguir l'evolució de les propietats d'interès fins a temps molt més llargs que no poden fer les simulacions, per limitacions tècniques dels ordinadors. El sistema experimental apareix, doncs, com un autèntic "simulador quàntic", en el sentit descrit per primera vegada per Feynman. En el segon experiment, s'ha dividit longitudinalment un sistema unidimensional d'àtoms en dos d'iguals i s'ha estudiat la seva interferència quàntica en funció del temps. També aquí s'ha observat una relaxació dels valors mesurats cap a valors estacionaris i compatibles amb un equilibri tèrmic, però a una temperatura efectiva marcadament inferior a la temperatura coneguda del sistema. Es considera que aquestes observacions indiquen la manifestació d'un nou fenomen teoritzat recentment i anomenat "pretermalització", que apareixeria en particular en sistemes (quasi)integrables, per als quals l'autèntic relaxament cap a l'equilibri requereix de temps molt llargs o està prohibit per alguna llei de conservació.
Superconductivitat i antiferromagnetisme: noves evidències
En el camp de la matèria condensada, van destacar les noves evidències aportades sobre la relació entre superconductivitat i antiferromagnetisme, d'acord amb un article publicat pel grup de Y. Matsuda i T. Shibauchi, de la Universitat de Kyoto (Japó). Treballant amb mostres molt homogènies de BaFe2 (As1-xPx)2, aquest grup ha pogut observar un fort increment de la temperatura crítica de la transició superconductora del material prop del valor de la composició x que s'ha identificat com un punt crític quàntic antiferromagnètic. Això constitueix una evidència que les fluctuacions quàntiques antiferromagnètiques reforcen les correlacions d'aparellament entre els electrons, i pot aportar llum a la interrelació entre aquests dos fenòmens quàntics i com contribueix cadascun al fenomen de la superconductivitat d'alta temperatura.
Un fil de matèria fosca
Reconstrucció del filament de matèria fosca entre els cúmuls Abel 223 (part superior de la imatge) i Abel 222 (part inferior)
© Jörg Dietrich / U-M Department of Physics
Tornant al camp de la física més fonamental, cal citar l'observació, per primera vegada, de matèria fosca en la forma d'un filament entre dos cúmuls de galàxies (Abell 222 i Abell 223). S'estima que més de la meitat de la matèria fosca freda de l'Univers es troba prop dels cúmuls de galàxies i els uneix en l'anomenada web còsmica , però les observacions d'aquesta estructura publicades anteriorment constituïen senyals estadísticament poc fiables o havien estat posteriorment descartades.
En el context astronòmic, també cal citar que la Unió Astronòmica Internacional va prendre l'acord de redefinir la unitat astronòmica una unitat de longitud apro- ximadament igual a la distància mitjana entre el Sol i la Terra com exactament 149.597.870.700 m. Aquesta definició en termes del metre (el qual, al seu torn, està definit en termes de la velocitat de la llum en el buit, una constant universal) té l'objectiu d'acabar amb certs problemes de la definició anterior, que no era compatible amb principis de la teoria general de la relativitat.
Premi Nobel per a dos pioners de l'òptica quàntica
El premi Nobel de física del 2012 va ser atorgat a Serge Haroche, de l'École Normale Supérieure de París i el Collège de France, i David J. Wineland, del National Institute of Standards and Technology de Boulder, Colorado, "per mètodes experimentals revolucionaris que permeten la mesura i la manipulació de sistemes quàntics individuals". Haroche ha elaborat treballs fonamentals en el control de la llum i les seves partícules, els fotons, per mitjà de la seva interacció amb àtoms i cavitats òptiques. D'entre els seus treballs més destacats, cal destacar el desenvolupament d'una tècnica per a comptar fotons d'un en un. Per la seva banda, Wineland treballa en el camp dels ions atrapats i ha realitzat contribucions destacades en les tècniques tant de confinament com de mesura i de control d'ions aïllats o en petits grups, la qual cosa ha obert les portes a nous rellotges de més precisió i ha fet passos cap a la construcció d'un ordinador quàntic, ja que el seu grup és un dels pioners en la implementació de portes i protocols quàntics amb ions.
Finalment cal mencionar la desaparició d'Akira Tonomura (1942-2012), el qual va desenvolupar feixos d'electrons prou estables i amb coherència de fase per a realitzar imatges hologràfiques i va dur a la pràctica el famós experiment "mental" de la doble escletxa amb electrons. També la de David Sayre (1924-2012), un desenvolupador clau de la cristal·lografia de raigs X i membre de l'equip que va fer la primera versió del llenguatge FORTRAN, i de Martin Fleischmann (1927-2012), electroquímic de formació que es va fer famós, juntament amb Stanley Pons, quan el 1989 van reivindicar l'observació de fusió freda.