Premi Nobel de Física’09: Les noves aplicacions de la llum

Aquest és el punt en comú que tenen els tres guardonat amb el Nobel de Física d’aquest any: haver desenvolupat noves tecnologies per a l’aplicació de la llum a les nostres comunicacions. L’Acadèmia Sueca ha decidit distingir, per una banda, Charles K. Kao pels seus descobriment innovadors sobre la transmissió de la llum en fibres per a la comunicació òptica, i per l’altra, Willard S. Boyle i George E. Smith per la invenció d’un circuit semiconductor d’imatges—el sensor CCD. El comunicat oficial del guardó utilitza aquestes paraules per explicar les raons del premi.

Els tres guardonats. D'esquerra a dreta: Kao, Smith i Boyle

Els tres guardonats. D'esquerra a dreta: Kao, Smith i Boyle

Charles Kao (Wiki) va nèixer a Shanghai el 1933. Ja de ben jove es va traslladar a Anglaterra, on va llicenciar-se en Ciències al Woolwich Polytechnic, associat llavors a la Universitat de Londres. El 1965 va completar el seu doctorat en enginyeria electrònica a l’Imperial College. El descobriment que l’ha portat a guanyar el Nobel el va dur a terme al centre de recerca de Standard Telecommunications Laboratories (associat a la companyia telefònica Standard Telephones and Cables) a Harlow. Des de llavors, ha format part de diverses universitats xineses (es va retirar a Hong Knog) i nord-americanes, i ha treballat també en el sector privat.

Willard Boyle (Wiki) és nascut el 1924 a Amherst (Nova Escòcia). Tota la seva educació universitària—interrompuda en part per la Segona Guerra Mundial—va tenir lloc a la Universitat McGill de Canadà, on es va llicenciar el 1947 i on també va obtenir el seu doctorat en Física 3 anys més tard. Després de passar pel Canada’s Radiation Lab i de ser professor al Royal Military College of Canada, va passar a formar part de Bell Labs, a Nova Jersey. En aquesta empresa, on va treballar fins a la jubilació, va desenvolupar la tecnologia del sensor CCD juntament amb Smith.

George Smith (Wiki) va nèixer a l’estat de Nova York el 1930. El 1955, després de servir a la Marina, va llicenciar-se a la Universitat de Pensilvània i el 1959 va doctorar-se en Física a la Universitat de Chicago. Des de llavors, i fins que es va retirar, va treballar a Bell Labs, formant equip amb Boyle.

Un fragment de fibra òptica demostra la seva capacitat de transmissió de la llum

Un fragment de fibra òptica demostra la seva capacitat de transmissió de la llum

La fibra òptica és, segurament, l’eina més important per a la comunicació en els nostres dies. Esteu llegint aquest blog gràcies a la fibra òptica, o xerrant per telèfon o Skype amb un amic que viu a l’altra punta de món perquè hi ha fibra òptica, o veient uns vídeos a YouTube de la mà de la fibra òptica. Els milions de quilòmetres d’aquest material que recorren el globus de punta a punta han canviat radicalment la nostra manera de comunicar-nos.

Tot això ha estat possible, en primera instància, gràcies a la feina del sinobritànic Charles Kao. El 1966, amb el seu equip de Harlow, va plantejar la possibilitat de transmetre llum a centenars de quilòmetres de distància. Segons ell, per tal de superar la vintena de metres que fins llavors era el límit per a transmetre dades gràcies a la llum, només calia desenvolupar materials més adequats. La seva idea era que la pèrdua d’informació que limitava les transmissions no es devia a fenòmens físics de dispersió, sinó a la utilització de materials amb massa impureses.

Els càlculs de Kao van permetre desenvolupar una tecnologia capaç de canalitzar més adequadament la llum per fer-la arribar a grans distàncies. Per a fer-ho, s’empren materials amb un índex de refracció menor que el de l’aire al seu voltant, la qual cosa evita que la llum pugui escaparse’n (tal i com passa amb una part de la llum que entra a l’aigua). La manca d’impureses en les fibres d’aquests materials assegura que la llum circuli sempre pel seu interior, “rebotant” sempre entre les seves parets. Amb aquest impuls inicial, quatre anys més tard es van crear ja les primeres fibres ultrapures, que van ser els primers quilòmetres de les actuals autopistes de la informació.

Un sensor CCD, emprat en aquest cas en una càmera HP de 2.1 megapixels

Un sensor CCD, emprat en aquest cas en una càmera HP de 2.1 megapixels

Tornem un moment als vídeos de YouTube que hem mencionat abans. Molt probablement (segur) que s’han gravat amb una càmera digital, semblant a la que heu fet servir també vosaltres aquestes vacances. Boyle i Smith són els pioners de la tecnologia que els va donar lloc: el 1969, van parir i desenvolupar la idea dels sensors CCD. Aquests són la base de les càmeres digitals domèstiques i de moltes altres utilitzades en la recerca científica, en camps tan diversos com la medicina (les càmeres acoblades als microscopis o altres emprades en diagnòstics per imatge i cirugia) i l’astronomia. També tenen utilitat com a processadors de senyals, memòria d’ordinadors o filtres electrònics.

La gràcia del sensor CCD (expliquem d’una vegada les sigles: charge-coupled device, és a dir, dispositiu amb càrrega associada) és que permet transformar una senyal lluminosa en el moviment d’una càrrega elèctrica, retinguda en una petita matriu de silici. El fenomen físic sobre el que es fonamenta el CCD és l’efecte fotoelèctric, el descobriment del qual va ser el que li proporcionar a Einstein l’honor del Nobel el 1921: l’impacte dels fotons, les partícules que formen la llum, és capaç de desplaçar una partícula sobre un material. Els dos guardonats d’aquest any van aprofitar aquesta capacitat de la llum per tal que el seu dispositiu pogués captar-la i emmagatzemar-la sobre un suport electrònic.

Això és el que passa amb cadascun dels píxels de les nostres càmeres digitals: l’impacte de la llum d’un determinat color sobre el CCD encarregat d’aquella zona queda emmagatzemat en forma d’informació electrònica. Així és com el conjunt de sensors de la càmera actuen com un “ull electrònic”, i configuren la imatge completa. Els avantatges que ofereixen respecte a la fotografia tradicional, basada en la impressió d’una pel·lícula, són la seva major sensibilitat i la capacitat d’actuar també amb longituds d’ona diferents de les visibles, com els ultraviolats o els infrarrojos (un motiu més per emprar-los al Hubble, per exemple).

Un últim apunt: en aquesta pseudobiografia de Boyle trobareu molt ben explicat (i amb un punt d’humor) com ell i Smith van arribar a plantejar la utilització d’aquest “ull digital”.

I fins aquí la lliçó dels Nobel de Física. Tot i el retard, espero que us resulti interessant saber perquè els guardonats són considerats  dominadors de la llum. Disposeu dels comentaris pel que us vingui de gust. Aviat parlarem dels honrats amb el Nobel de Química, novament per una recerca íntimament lligada a la biologia molecular.

PS: Així han recollit la notícia, entre molts altres, El Mundo, l’Avui o el The Guardian britànic, on es senten especialment satisfets amb el premi a Kao, establert a Anglaterra en el moment de fer la descoberta que li ha donat el Nobel.

Anuncis

1 comentari

Filed under Física, Notícies

One response to “Premi Nobel de Física’09: Les noves aplicacions de la llum

  1. Jordi

    Igual que amb les investigacions de biologia, no estic al dia de les investigacions que es fan, pero en canvi si que conec mínimament el CCD i la fibra óptica. I només per l’avenç que ha suposat el CCD a les cámeres de fotos i, a més nivell, les cámeres instalades als satélits ja siguin d’investigació com el Hubble o d’altres amb finalitats militars (us imagineu que cada X temps s’hagues d’anar al Hubble a buscar els negatius de les fotos que fa?), el cas es que se li ha tret molt profit a aquesta tecnologia.
    En el cas de la fibra óptica, crec que encara està per explotar-se completament, ja que no tothom utilitza la fibra óptica per conectar-se a internet, per exemple. Es més, diria que els LEDs estan basats en el funcionament de transportar la llum amb aquest principi. Algú ho sap segur? perque no nomes s’utilitzarà en la il.luminació en un futur, sino que les noves pantalles de TV amb tecnologia LED i OLED (Orgànic LED) també. Així que sembla que amb aquest Nobel també l’han encertada!
    Per cert, gracies per l’explicació del càncer!

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

S'està connectant a %s