Noves dades sobre la formació de l’Univers
El cel vist pel satèl·lit Planck de l’ESA quan tenia uns 380.000 anys. Els colors reflecteixen temperatures lleugerament diferents de la mitjana de 2,7 K de la RFM
© ESA / Planck Collaboration
Després de dos anys a l’espai, el satèl·lit Planck de l’Agència Espacial Europea va revelar els seus primers resultats. Destinat a l’estudi de la radiació de fons de microones (RFM), observada amb menor detall anteriorment pels satèl·lits COBE i WMAP de la NASA, el Planck ha ofert una imatge amb una resolució més alta i que reforça les troballes ja conegudes pel que fa a les fluctuacions tèrmiques de la RFM. Les noves observacions ofereixen noves dades sobre les primeres etapes de l’Univers, uns 380.000 anys després de la seva formació, i reforcen la confiança en el model estàndard de la cosmologia que diu que l’Univers va començar amb una gran explosió fa uns 13,8 milers de milions d’anys, després de la qual es va expandir a un ritme exponencial. Les dades aportades pel satèl·lit Planck confirmen la composició coneguda de l’Univers i fixen que en l’actualitat és format pel 4,9% de matèria ordinària, el 26,8% de matèria fosca, i el 68,3% d’energia fosca. Malgrat aquests resultats, encara queden incògnites fonamentals per a resoldre que el model estàndard també té pendents, com ara què són exactament la matèria fosca o l’energia fosca, o per què hi ha més matèria que antimatèria. Tanmateix, s’espera que les noves dades que el Planck anirà recollint els propers anys permetran observar la RFM amb una resolució angular més alta, de manera que s’acabaran mostrant efectes que el model estàndard no podrà descriure i que permetran entendre millor l’Univers de què formem part.
Nuclis deformats
El 2013 es va descriure una important troballa en física nuclear. Dins de la col·laboració ISOLDE del CERN, un grup internacional d’investigadors d’una dotzena de països, entre els quals hi ha l’Estat espanyol, van obtenir per primera vegada dades que indiquen que l’estat fonamental d’alguns nuclis atòmics pesants té una deformació octopolar. Això vol dir que el nucli atòmic no té forma de petita esfera, ni tampoc de pilota de rugbi, sinó que tenen una forma més semblant a la d’un ou o una pera. Aquest fenomen, que va ser predit fa més de 30 anys, s’ha observat ara amb nuclis molt pesants de radi-224. El seu estudi podria aportar llum per a comprendre millor les forces nuclears i per a comprovar prediccions de la física d’altes energies, com ara l’existència i el valor del moment dipolar elèctric de partícules fonamentals, així com aspectes de la simetria CPT (càrrega, paritat, invariància sota inversió temporal) de la natura.
Molècules per recordar la llum
A cavall de la física molecular i el processament de la informació, es va fer públic el resultat dels experiments duts a terme pel grup de Benjamin Sussman del National Research Council del Canadà a Ontàrio. Aquests investigadors han aconseguit emmagatzemar la informació quàntica continguda en un pols de llum d’uns 100 fs de durada en un gas enrarit de molècules d’heli, i recuperar-la 1 ns més tard, això és, 10.000 vegades la durada del pols inicial. Alguns resultats similars s’havien aconseguit prèviament amb gasos atòmics, cristalls dopats amb ions i sòlids, però l’ús de molècules permet realitzar aquest tipus de tasques sobre polsos amb una amplada de banda molt més gran (de l’ordre dels THz, entre mil i un milió de vegades més gran que anteriorment), molt més propera als requeriments de la tecnologia actual i, per tant, amb millors perspectives d’aplicació a curt termini.
Una "papallona" molt esperada
Imatge de la “papallona” de Hofstadter obtinguda pels investigadors de la Universitat de Tohoku del Japó
© P. Moon / M. Koshino
L’any 1976 Douglas Hofstadter va publicar un article sobre el comportament d’un conjunt d’electrons que es mouen sobre un reticle periòdic bidimensional i que estan sotmesos a un intens camp magnètic perpendicular al pla. El punt més sorprenent d’aquest treball era que, a causa d’una competició entre el camp magnètic –que força els electrons a fer cercles en el pla amb una freqüència determinada per la intensitat del camp– i la naturalesa periòdica del reticle, el conjunt d’estats quàntics del sistema hauria de prendre una estructura fractal. Hofstadter ho va mostrar en una figura que ha esdevingut famosa, on apareixia la densitat electrònica en funció del camp aplicat, i que té un aspecte que recorda una papallona. Aquesta "papallona" finalment va poder ser observada l’any 2013 per tres grups de manera independent: un de liderat per les universitats angleses de Manchester i Lancaster, en col·laboració amb el Laboratori Nacional de Camps Grans a Grenoble (França) i l’Institut de Ciència de Materials del CSIC de l’Estat espanyol; el segon format per investigadors de la Universitat de Colúmbia (Nova York), de la Universitat de Tohoku i de l’Institut de Ciència de Materials del Japó, i el tercer format per científics del Massachusetts Institute of Technology (MIT) amb els mateixos investigadors japonesos. En els tres casos, s’ha dipositat una fina capa de grafè sobre un substrat cristal·lí de nitrat de bor, i s’ha estudiat la conductivitat del grafè sota l’efecte de diferents camps magnètics. La importància d’aquesta observació rau no tan sols en la confirmació de la predicció teòrica, sinó que també mostra com es poden manipular materials conductors, com el grafè, posant-los damunt d’altres materials coneguts, en aquest cas el substrat cristal·lí. Al mateix temps, també permet entendre millor el comportament d’unes partícules fonamentals que interaccionen fortament dins d’un material sòlid.
Nova física? Caldrà confirmar-ho
A mitjan 2013 hi va haver força debat en la física d’altres energies, des de l’aparició d’un treball preliminar de científics de la Universitat Autònoma de Barcelona i de la Universitat de París-Sud. A partir de l’anàlisi de les dades obtingudes en l’experiment LHCb del CERN, els investigadors van afirmar que les observacions del decaïment de bosons B en un kaó i dos muons es podrien entendre com una evidència de "nova física", és a dir, una física no continguda en el model estàndard de la física de partícules. Aquest treball va circular en el conegut servidor arXiv, on els investigadors sovint publiquen versions preliminars de la seva recerca abans de la publicació definitiva en revistes científiques. En el mateix servidor també es van publicar el 2013 altres articles amb noves interpretacions basades en la "nova física", així com estudis que discrepen de les noves propostes. La concreció o no de "nova física" la determinarà l’anàlisi de noves dades que l’experiment continua recollint, però la possibilitat d’haver vist quelcom més enllà del model estàndard és, sens dubte, molt interessant.
Premis i comiats
El premi Nobel de física del 2013 va ser atorgat als físics François Englert, de la Universitat Lliure de Brussel·les, i Peter W. Higgs, de la Universitat d’Edimburg, "per la descoberta teòrica d’un mecanisme que contribueix a donar massa a les partícules subatòmiques", és a dir, l’anomenat "mecanisme del bosó de Higgs", observat a l’accelerador LHC del CERN. Aquest guardó va reconèixer els descobridors teòrics, però no ha inclòs la multitud de científics i tècnics que han treballat durant dècades en l’observació experimental del bosó de Higgs. Per les condicions específiques del Nobel, en el reconeixement tampoc ha estat inclòs Robert Brout, col·laborador d’Englert, que va morir l’any 2011.
Finalment, cal esmentar la desaparició de Montserrat Casas i Ametller (1955-2013). Doctorada en física per la Universitat Autònoma de Barcelona, era catedràtica de física atòmica, molecular i nuclear des del 1994 de la Universitat de les Illes Balears (UIB) i rectora d’aquesta des del 2007, i vicepresidenta de la Conferència de Rectors CRUE. En reconeixement, el grup G-9 d’universitats, entre les quals hi ha la UIB, ha posat el seu nom al premi a la millor tesi doctoral sobre desenvolupament sostenible i cooperació internacional. Més enllà de les nostres fronteres, també ens van deixar els destacats investigadors Donald A. Glaser (1926-2013), premi Nobel del 1960 per la invenció de la càmera de bombolles i fundador d’una de les primeres empreses de biotecnologia, de la qual va sorgir el mecanisme de reacció en cadena de la polimerasa i on es va sintetitzar la molècula interferó; Kenneth G. Wilson (1936-2013), premi Nobel del 1982 pel seu treball en la teoria de les transicions de fases mitjançant el mètode del grup de renormalització; Heinrich Rohrer (1933-2013), premi Nobel del 1986 juntament amb Gerd Binnig pel disseny del microscopi d’escaneig per efecte túnel, precursor del microscopi de forces atòmiques; Robert C. Richardson (Washington DC, 1937 – Ithaca, Nova York, 2013), premi Nobel del 1996 amb David Lee i Douglas Osheroff pel descobriment de la superfluïdesa de l’heli-3, i Hugh Huxley (Birkenhead, Cheshire, 1924 – Woods Hole, Massachusetts, 2013), un dels pioners en la biofísica pels seus estudis sobre el funcionament dels músculs iniciats a la dècada de 1950. També va morir el català Oriol Bohigas (1937-2013), un dels més destacats físics teòrics i matemàtics nascuts a casa nostra, per les seves contribucions a la teoria del caos quàntic i les seves aplicacions a la física nuclear i mesoscòpica, que li van valer el premi Alexander von Humboldt (1992) i la Medalla Holweck (1999), entre altres reconeixements.