Un hallazgo espa?ol, entre los principales avances de la f¨ªsica

Una investigaci¨®n con liderazgo espa?ol, del profesor del departamento de F¨ªsica Aplicada de la Universidad de Sevilla Ad¨¢n Cabello (Madrid, 53 a?os), ha sido seleccionada como uno de los 10 hallazgos m¨¢s relevantes del a?o reci¨¦n concluido en el campo de la f¨ªsica. Su medici¨®n del estado cu¨¢ntico de un ion de estroncio, no solo al principio y al final del proceso, sino tambi¨¦n durante el mismo, de tan solo una millon¨¦sima de segundo, ha abierto una puerta enorme a la f¨ªsica cu¨¢ntica, rama en la que muchos te¨®ricos asum¨ªan hasta ahora la imposibilidad de las mediciones ideales como una circunstancia inevitable.

La publicaci¨®n cient¨ªfica Physics World ha seleccionado el hallazgo de Cabello, realizado en colaboraci¨®n con Matthias Kleinmann, Fabian Pokorny, Chi Zhang, Gerard Higgins y Markus Hennrich, f¨ªsicos de las universidades de Estocolmo, Siegen (Alemania) y del Pa¨ªs Vasco, como uno de los avances m¨¢s destacados de 2020. ¡°Ha sido una sorpresa. Para Matthias y para m¨ª era una obsesi¨®n demostrar que las mediciones ideales son posibles. Ya no es la entelequia que todo el mundo pensaba¡±, afirma Cabello tras conocer la distinci¨®n.

La selecci¨®n de los m¨¢s importantes descubrimientos de la f¨ªsica, seg¨²n explica el editor de la publicaci¨®n cient¨ªfica, Hamish Johnston, se ha centrado en tres premisas: que supongan un ¡°avance significativo en el conocimiento¡±, que sean ¡°relevantes para el progreso cient¨ªfico y con aplicaciones en el mundo real¡± y que hayan suscitado el inter¨¦s de la comunidad investigadora. Estos son los 10 hallazgos seleccionados:

Emisor de luz basado en silicio. Esta investigaci¨®n ha sido considerada como la m¨¢s relevante del a?o por Physics World. Elham Fadaly, Alain Dijkstra y Erik Bakkers, de la Universidad Tecnol¨®gica de Eindhoven (Holanda); y Jens Ren¨® Suckert, de la Friedrich-Schiller-Universit¨¦t Jena de Alemania, han creado un material, a partir de la aleaci¨®n de silicio y germanio con una estructura de cristal hexagonal, que emite luz en longitudes de onda utilizadas para las telecomunicaciones ¨®pticas. Adem¨¢s de tener aplicaciones en telecomunicaciones y computaci¨®n ¨®ptica, el nuevo material podr¨ªa utilizarse para crear sensores qu¨ªmicos.

La pel¨ªcula jam¨¢s tomada de una secuencia cu¨¢ntica en una millon¨¦sima de segundo. Gerhart L¨¹ders (Hamburgo, 1920- Gotinga, 1995) estableci¨® que, para que la mec¨¢nica cu¨¢ntica fuese consistente, las mediciones ideales ten¨ªan que existir. Y esta ha sido la obsesi¨®n de Ad¨¢n Cabello y su equipo. Hasta el experimento liderado por el investigador espa?ol, muchos f¨ªsicos asum¨ªan que la medici¨®n cambia el estado (cu¨¢ntico) del sistema que se mide y que este es instant¨¢neo. Pero la investigaci¨®n de este equipo europeo, publicada en Physical Review Letters, ha demostrado que no es as¨ª, que existe una sucesi¨®n, que es medible y que esta deja el sistema en un estado, quiz¨¢ diferente, pero tambi¨¦n de m¨¢xima informaci¨®n.

¡°Hemos demostrado que lo que puede ocurrir en la naturaleza sucede desde el punto de vista l¨®gico y que se puede avanzar con mediciones ideales, que no son imposibles, que se puede tener un gran control de un proceso de medici¨®n cu¨¢ntica. Esto hace las cosas mucho m¨¢s claras, te da paz espiritual¡±, comenta Cabello.

El descubrimiento no solo acaba con los prejuicios de algunos f¨ªsicos, abriendo el campo de la investigaci¨®n, sino que tiene aplicaciones inmediatas en una de las pr¨®ximas revoluciones: la computaci¨®n cu¨¢ntica. El hallazgo permite investigar c¨®mo aparece el ruido que afecta a los computadores cu¨¢nticos y qu¨¦ hace que estos no puedan desplegar todo su potencial.

Correlaciones cu¨¢nticas entre la luz y los espejos de LIGO. Cabello cree que ya es importante compartir la distinci¨®n de su hallazgo con otros como los de Haocun Yu y Lee McCuller, del Instituto Tecnol¨®gico de Massachusetts (MIT), tambi¨¦n relacionados con la f¨ªsica cu¨¢ntica. Seg¨²n el principio de incertidumbre enunciado por el f¨ªsico te¨®rico alem¨¢n Werner Heisenberg en 1927, cuanta mayor certeza se busca en determinar la posici¨®n de una part¨ªcula, menos se conoce su momento lineal, masa y velocidad. Los dos investigadores del MIT han demostrado c¨®mo superar el l¨ªmite cu¨¢ntico est¨¢ndar al introducir correlaciones entre la incertidumbre de posici¨®n/momento del objeto y la incertidumbre de n¨²mero/fase de fot¨®n de la luz que refleja. Este tipo de correlaci¨®n cu¨¢ntica se produce en el Observatorio de Ondas Gravitacionales (LIGO) y permite una mejor detecci¨®n de ondas gravitacionales (deformaciones del espacio-tiempo) por parte de este instrumento y de otros observatorios.

Observaci¨®n de neutrinos del ciclo carbono-nitr¨®geno-ox¨ªgeno (CNO) en el Sol. El experimento Borexino de f¨ªsica de part¨ªculas ha confirmado una teor¨ªa propuesta hace m¨¢s de 80 a?os. Este detector, instalado en el laboratorio subterr¨¢neo de Gran Sasso (cerca de Roma), permite medir el flujo de neutrinos solares con alta precisi¨®n, conocer los procesos de fusi¨®n nuclear que se dan en el centro del astro y determinar propiedades de la propagaci¨®n y oscilaci¨®n de neutrinos.

Primera observaci¨®n de un cristal l¨ªquido ¡°nem¨¢tico ferroel¨¦ctrico¡±. El Centro de Investigaci¨®n de Materiales Blandos (SMRC) de la Universidad de Colorado Boulder ha descubierto la fase de la materia denominada ¡°nem¨¢tica ferroel¨¦ctrica¡± y que se plante¨® hace un siglo. Noel Clark, profesor de f¨ªsica y director del SMRC, ha demostrado su descubrimiento al aplicar un campo el¨¦ctrico d¨¦bil a una mol¨¦cula org¨¢nica conocida como RM734. ¡°El descubrimiento podr¨ªa abrir una gran cantidad de innovaciones tecnol¨®gicas, desde nuevos tipos de pantallas hasta la memoria reinventada de la computadora¡±, ha afirmado Clark.

Detectores de rayos X con perovskita. Wanyi Nie, del Laboratorio Nacional de Los ?lamos, ha desarrollado un detector de rayos X hasta 100 veces m¨¢s sensible que los de silicio a ra¨ªz del uso de perovskitas de pel¨ªcula delgada, que aporta entre 10 y 40 veces m¨¢s capacidad de absorci¨®n. Este nuevo tipo de detector de rayos X permite obtener im¨¢genes a dosis de radiaci¨®n extremadamente bajas.

Constantes fundamentales del l¨ªmite en la velocidad del sonido. Kostya Trachenko, de la Universidad Queen Mary de Londres; Bartomeu Monserrat y Chris Pickard, de la Universidad de Cambridge; y Vadim Brazhkin, de la Academia Rusa de Ciencias, han demostrado que el l¨ªmite superior de la velocidad del sonido en s¨®lidos y l¨ªquidos depende de dos constantes fundamentales adimensionales: la de estructura fina y la relaci¨®n de masa prot¨®n-electr¨®n. Seg¨²n sus c¨¢lculos, la velocidad del sonido m¨¢s r¨¢pida posible es de 36 kil¨®metros por segundo, seg¨²n publicaron en Science Advances. ¡°Las ondas sonoras en los s¨®lidos ya son muy importantes en muchos campos cient¨ªficos. Por ejemplo, los sism¨®logos utilizan ondas sonoras iniciadas por terremotos en las profundidades del interior de la Tierra para comprender la naturaleza de la s¨ªsmica y las propiedades de la composici¨®n de la Tierra. Tambi¨¦n son de inter¨¦s para los cient¨ªficos de materiales porque las ondas sonoras est¨¢n relacionadas con importantes propiedades el¨¢sticas, incluida la capacidad de resistir el estr¨¦s¡±, explic¨® Chris Pickard, profesor de ciencia de los materiales en la Universidad de Cambridge.

Propagaci¨®n de la luz. Andrea Al¨¢, Qiaoliang Bao, Cheng-Wei Qiu y un equipo internacional de colaboradores de las universidades de Nueva York, Nacional de Singapur, Monash, de Geociencias de China y Texas han demostrado que es posible la propagaci¨®n de la luz libre de dispersi¨®n y difracci¨®n. Esta investigaci¨®n tiene importantes implicaciones en la obtenci¨®n de nanoim¨¢genes, ¨®ptica cu¨¢ntica, computaci¨®n y procesamiento de se?ales ¨®pticas de baja energ¨ªa.

Haces mixtos para luchar contra el c¨¢ncer. Joao Seco, del Centro Alem¨¢n de Investigaci¨®n del C¨¢ncer en Heidelberg, y Simon Jolly, del University College de Londres, han demostrado que el uso de haces mixtos de iones de carbono, para la irradiaci¨®n de un tumor, y de helio permiten una administraci¨®n m¨¢s precisa de la terapia.

El primer superconductor a temperatura ambiente. Investigadores de las Universidades de Rochester y de Nevada han conseguido desarrollar un material superconductor a temperatura ambiente. En concreto han conseguido la superconductividad a temperaturas de hasta 15 grados cent¨ªgrados y en un material rico en hidr¨®geno a alta presi¨®n.

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