Category Archives: Física

Dia de Reis al CERN

Els que seguiu iCIENTIFICats a Facebook i/o Twitter ja sabeu que un servidor va passar uns dies a Ginebra. Tot i que per mantenir la meva reputació us podria assegurar que ja entrava als meus plans visitar el CERN, us enganyaria. El cert és que fer un tomb per un dels centres de recerca més importants d’Europa només em va venir al cap en adonar-me que és l’estació terminal de la línia 14 del tramvia de la ciutat suïssa.

L’Organització Europea per a la Recerca Nuclear (l’acrònim CERN ve del francès) va fundar-se el 1954, com una manera d’unir en un esforç comú l’Europa destrossada per la Segona Guerra Mundial. Des del primer moment es va plantejar instal·lar-ne la seu a Suïssa, país ben conegut per la seva neutralitat (i la seva xocolata). Des de llavors, i durant més de 50 anys, els seus gairebé 10.000 investigadors han intentat posar una mica més de llum sobre el món de la física de partícules.

El recorregut de l'LHC sota la frontera alpina. Els llums verds i vermells representen feixos de protons llançats en els dos sentits fins a xocar tot alliberant grans energies

Quan es parla del CERN, un té la sensació que tot és gegantí. El 2009 disposava d’un pressupost de 724 milions d’euros, aportats pels 20 països membres (Espanya n’és el cinquè contribuent, amb un 8,5% dels fons). Contè la màquina més gran del món, l’LHC (Large Hadron Collider, o Gran Col·lisionador d’Hadrons), un accelerador de partícules ubicat en un túnel de 27 km de longitud que travessa la frontera francosuïssa 100 metres per sota dels Alps. Des de la seva posada en marxa el 2009 s’hi generen feixos de protons (o d’ions de plom) que fan unes 11.000 voltes cada segon al túnel. Aquests feixos arriben a xocar amb una energia de 14 TeV, concentrada en tot just un parell de nanòmetres. Així es generen explosions que disparen leptons, muons, quarks i bosons diversos. Totes aquestes partícules es detecten als sensors dels quatre experiments que el CERN té en marxa ara mateix: ATLAS, ALICE, LHCb i CMS són els noms dels buscadors de l’arxifamós bosó de Higgs. Cada experiment recull les dades d’un detector al voltant dels carrils de l’accelerador; cadascun d’aquests detectors fa 40 metres de llarg i 25 d’alçada.

L'interior d'un dels detectors de l'LHC, amb imants basats en superconductors que necessiten temperatures prop del zero absolut per funcionar.

Podria continuar molta estona, però us aconsello que visiteu vosaltres mateixos el complet lloc web del CERN. O encara millor, que el veieu in situ. Perquè, efectivament, el pot visitar tothom qui vulgui a un preu molt interessant: totalment gratis!

Això és així perquè el CERN, a banda de fer recerca bàsica sobre física de partícules, generar noves aplicacions a partir de la seva feina (sabíeu que la intranet del CERN és l’origen d’Internet?) i unir els científics europeus i del món en una tasca conjunta, vol explicar a la gent què fa. Per aquest motiu, disposen d’un programa de comunicació al públic que a mi em sembla exemplar.

Per una banda, el visitant pot visitar dues exposicions obertes al públic pràcticament de manera ininterrompuda. La primera, Microcosm, es centra en explicar els fonaments de la física de partícules, les quatre forces que actuen a l’Univers i com s’aspira a poder unificar-les en una de sola gràcies a la Teoria del Tot. A partir d’aquí trobem una descripció dels quatre experiments (que abans esmentàvem) amb què es treballa a l’LHC i dels resultats que permetran confirmar (o refutar) el model estàndard en què la Física es basa actualment. En segon lloc, Universe of particles ens mostra algunes de les peces úniques del CERN (com ara l’article amb què va nèixer Internet o alguns sensors d’un antic accelerador) i com, realment, vivim en un món ple de partícules.

L'edifici que allotja l'ATLAS, únic experiment situat dins de Suïssa

A més a més, però, el CERN també ofereix la possibilitat d’una visita guiada per una part de les seves instal·lacions. Les places per assistir-hi són limitades (al voltant de 20 cada dia), però si us hi apunteu podreu veure un vídeo de la història del CERN i visitar l’edifici on s’ubica l’ATLAS. I tot això, en companyia d’un guia del centre mateix (des d’una investigadora a un administratiu). Tot i que vaig quedar un pèl decebut amb aquesta visita (segurament a causa de les altes expectatives), us aconsello no deixar-la passar.

Molt lícitament us podeu preguntar: i aquest per què ens explica tot això ara? Doncs perquè, a banda de fer-vos dentetes i animar-vos a conèixer el CERN, no em vaig oblidar de vosaltres.

Estimats lectors, aquí teniu el regal de Reis (tardà) d’iCIENTIFICats:

Una estoreta de ratolí i un imant gentilesa dels Reis d'iCIENTIFICats

Per agrair-vos la confiança (i la paciència amb la manca d’actualitzacions), sortejaré aquest detallet entre tots els que retwittegeu la foto a Twitter, hi cliqueu M’agrada al Facebook o comenteu el post aquí abans del 12 de febrer a les 23:59. A més a més, si el comentari al post inclou recomanacions sobre altres instal·lacions de recerca que puguem visitar, tindreu tres números al sorteig, que faré el 13 (o 14) de febrer. Llavors ja em posaré en contacte amb el guanyador per trobar la millor manera de fer-li arribar el premi.

Gràcies, doncs, per iCIENTIFICar-vos i fer millor el blog!

Anuncis

5 comentaris

Filed under Blog, Física, General, Recerca

Nobel 2011: Immunitat, l’expansió de l’Univers i quasicristalls

El desembre és un mes de tradicions. Sobretot cap a finals de mes, però les primeres setmanes no en són òrfenes del tot. Per exemple, a Suècia, tenen el costum d’organitzar una reunió per entregar els premis més prestigiosos de la ciència: els Nobel en Medicina o Fisiologia, Física i Química.

La medalla dels Nobel (Font: Wikimedia Commons)

Dissabte passat a la tarda —en una cerimònia que es va allargar des de quarts de cinc fins a les sis— Bruce Beutler, Jules Hoffmann, Saul Perlmutter, Brian Schmidt, Adam Riess i Dan Shechtman van rebre les medalles que els acrediten com a guardonats i van fer els discursos d’acceptació del premi. Aquest any, però, un element va afegir morbo a la cerimònia: es va entregar el premi de manera pòstuma a Ralph Steinman, que va morir sense saber que havia rebut el reconeixement d’un Nobel. De moment, però, centrem-nos en els premis.

Com s’engeguen les nostres defenses?

El 3 d’octubre, l’Assamblea Nobel de l’Institut Karolinska d’Estocolm va fer públic que els guardonats de 2011 en Medicina o Fisiologia eren Bruce Beutler i Jules Hoffmann, pels seus descobriments sobre l’activació de la immunitat innata, i Ralph Steinman, pel descobriment de les cèl·lules dendrítiques i el paper que juguen en la immunitat adaptativa.

Beutler, Hoffmann i Steinman, guanyadors del Nobel en Medicina o Fisiologia 2011

El sistema immunitari és el conjunt de cèl·lules i molècules que actuen com a mecanisme de protecció de l’organisme davant l’atac de microorganismes infecciosos. Tot i això, una activació errònia d’aquest sistema de defensa també pot provocar reaccions d’autoimmunitat —és a dir, l’atac contra el propi cos (com passa en la diabetis mellitus tipus 1 o la malaltia de Crohn)— o reaccions excessives com les que es donen en les al·lèrgies.

L’atac del sistema immunitari contra els agents infecciosos es descompon en dues fases: en primer lloc, actua la immunitat innata i, després, entra en acció la immunitat adaptativa. Les dues respostes són complementàries, però la segona afegeix un nou nivell de complexitat a les defenses del cos i és una innovació  evolutiva que es troba només en els vertebrats (i no en tots).

Quan es produeix una infecció, la resposta del cos es produeix en dues onades successives, cadascuna amb unes característiques concretes

La immunitat innata és la primera línia de defensa, encarregada d’aturar la invasió tan aviat com es detecta l’entrada de patògens. Apareix en pràcticament qualsevol tipus d’animals. De fet, Beuttler i Hoffmann han rebut el premi perquè van descobrir els mecanismes que activen aquesta primera fase de la defensa en animals molt diferents. Els treballs de Hoffmann, publicats el 1996, van identificar en Drosophila el receptor Toll, una peça essencial per a l’activació de les defenses de la petita mosca. Dos anys més tard, Beuttler localitzava en ratolins els parents de Toll en els mamífers, els Toll-like receptors (o TLR), amb una funció idèntica. Aquestes proteïnes es troben a la membrana de les cèl·lules responsables de la immunitat innata. Quan localitzen una molècula estranya al cos provinent d’algun microorganisme aliè, s’hi uneixen i desencadenen la primera gran reacció per aturar la infecció: la inflamació.

Un receptor Toll-like

Així doncs, en certa manera, els receptors Toll són les barreres que les patrulles de l’exèrcit del nostre cos utilitzen per controlar les fronteres.

La immunitat adaptativa és la segona gran línia de defensa dels vertebrats. Permet a l’organisme fer net de la infecció, a més de dotar-lo de memòria per enfrontar-se més ràpidament i fàcil a futures invasions de patògens ja coneguts. Steinman va descobrir el 1973 les cèl·lules dendrítiques, responsables de l’activació de tota la cascada de reaccions pròpia d’aquesta resposta secundària. Són aquestes cèl·lules les que presenten als limfòcits T els elements localitzats en l’etapa anterior amb els receptor Toll-like. Això provoca l’activació i multiplicació dels limfòcits, que acaba conduint a la producció d’anticossos i l’aparició de la memòria. El procés depèn de determinats senyals generats durant l’etapa innata que les cèl·lules dendrítiques detecten.

Una cèl·lula dendrítica (i limfòcits)

Per tant, les cèl·lules dendrítiques són els soldats que —enviats des de les fronteres— informen i aporten proves que s’ha produit una invasió, per tal que l’exèrcit es mobilitzi per eliminar l’enemic.

El premi a Steinman ha estat, de fet, un dels grans punts d’interés dels Nobel d’aquest any, ja que es tracta del primer guardonat pòstum des dels anys 70, quan es van modificar les bases del premi. L’anunci del premi es va produir un dilluns, i el científic canadenc havia mort el divendres anterior per culpa d’un càncer de pàncrees (que justament s’estava tractant amb una teràpia experimental basada en les “seves” cèl·lules dendrítiques). La Fundació Nobel, però, va acordar mantenir l’honor del premiat tot i la seva mort: aquest fet no es va saber fins després de produir-se l’anunci del premi, i es va considerar que aquesta situació encaixa amb la norma que permet guardonar algú que mor entre la comunicació de la decisió i l’entrega del premi. Així ho explicava un web canadenc, país d’origen d’Steinman.

→ Us aconsello fer un cop d’ull a aquest article de El País per completar la informació.

Cap a on va l’Univers?

El 4 d’octubre, la Reial Acadèmia de Ciències sueca va decidir concedir el Nobel en Física a Saul Perlmutter, Brian Schmidt i Adam Riess pel seu descobriment de l’expansió accelerada de l’Univers a través de l’observació de supernoves distants.

Perlmutter, Schmidt i Riess, guardonats amb el Nobel en Física 2011

El 1998, el món (bé, sobretot, el món dels cosmòlegs i astrofísics) va quedar sorprès davant de l’anunci que l’Univers no només s’estava expandint, sinó que ho feia de manera accelerada, cada cop més ràpida. Aquesta idea anava contra el que es podia esperar, ja que la lògica feia pensar que l’Univers s’havia d’expandir cada cop més lentament després de l’impuls inicial del Big Bang. Així, s’hauria arribat a un punt d’equilibri i, potser —per acció de l’atracció gravitatòria— l’Univers hauria començat a contraure’s fins a quedar concentrat novament en un punt, l’anomenat Big Crunch.

Els resultats, tot i que sorprenents, van quedar confirmats pel fet que la descoberta la van fer paral·lalment dos equips d’investigadors. El grup liderat per Perlmutter (el Supernova Cosmology Project) treballava en l’anàlisi de supernoves distants des de 1988, mentre que l’equip de Schmidt (el High-z Supernova Search Team), on es va integrar Riess, s’hi havia posat el 1994. El Huffington Post recollia així el premi a aquests dos equips, un americà i l’altre australià.

El punt brillant de baix a l'esquerra és la supernova de tipus 1a 1994D, fotografiada pel Hubble prop de la galàxia NGC 4526 (Font: Wikimedia Commons)

Una supernova (aquí teniu la completíssima entrada en anglès) és una explosió estel·lar que emet una gran quantitat de llum. Aquest fet convertia les supernoves en unes eines molt útils per estudiar la geometria de l’Univers, ja que fins i tot aquelles que es troben molt lluny (als límits propers al perímetre del cosmos) es poden arribar a veure per la seva enorme lluminositat. Tots dos grups van començar a treballar amb les supernoves de tipus 1a, que tenen una brillantor característica i molt semblant per a totes. En aquests estudis, es van trobar que la llum que en captaven era menor de l’esperada.

L'univers està en expansió accelerada (Font: http://bit.ly/hO4npc)

Això només podia voler dir que, de fet, aquestes supernoves eren a una distància més gran que la que es pensava i, per tant, que l’Univers premia l’accelerador en el seu creixement.

L’explicació del perquè d’aquest fenòmen és, encara avui, desconeguda. El que queda clar és que hi ha d’haver alguna força que impulsi l’Univers a continuar creixent, i a fer-ho cada cop més ràpid fins a arribar (en teoria) a un cosmos on tot serà tan lluny de qualsevol altra cosa que serà del tot gelat. Aquesta força, avui per avui, l’anomenem energia fosca. No sabem què la forma. No sabem com actua. Però sabem que és el motor de l’acceleració de l’Univers. No només això, sinó que aquesta energia fosca representa —per increïble que pugui semblar— el 73% de tot el que hi ha a l’Univers. Pel que fa a la resta de components, el 23% de l’espai és matèria fosca (que es pensa que inclou els forats negres, entre altres) i només el 4% (!) és matèria normal (o, dit correctíssimament, bariònica) com la de la pantalla on llegiu aquest post.

→ Aquest vídeo penjat a Microsiervos pot ser un bon complement per entendre el fenòmen de l’expansió accelerada, què és la matèria fosca i que Einstein es va equivocar (o no) amb la seva cosntant cosmològica. És en anglès, i els subtítols en portuguès, però deixa veure.

I la matèria… és com ens pensem?

El 5 d’octubre, era novament la Reial Acadèmia de Ciències de Suècia l’encarregada d’anunciar que el Nobel en Química corresponia a l’israelià Dan Schechtman pel descobriment dels quasicristalls.

Dan Schectman, Nobel 2011 en Química

El reconeixement li arriba a Schechtman 30 anys després de descobrir aquesta nova estructura de la matèria en analitzar al microscopi electrònic un nou al·liatge d’alumini i manganès. En general, els sòlids estan formats per cristalls, disposicions ordenades i —això és el més important— periòdiques (repetides idènticament en les tres dimensions) dels àtoms que els formen. Els quasicristalls també són estructures ordenades però, en canvi, no es repeteixen periòdicament: observant-ne una còpia desplaçada respecte a l’original no hi veurem mai una coincidència exacta.

El premi arriba trenta anys després que es veiessin per primer cop aquestes noves ordenacions atòmiques, observant al microscopi electrònic els patrons de difracció de raigs X de l’al·liatge que esmentàvem. Tan rares són aquestes estructures que, en teoria, no podien existir: qualsevol cristall havia de tenir la propietat de la simetria translacional, i els quasicristalls es sortien de la norma.

Els patrons de difracció d'un cristall i d'un quasicristall. En el primer, la imatge és idèntica sigui quin sigui el punt que prenem de referència; en el segon, el patró és ordenat però no idèntic per a qualsevol punt que usem com a centre (Fonts: http://bit.ly/vG766K i Wikimedia Commons)

La incredulitat de la comunitat investigadora va fer que Schectmans’hagués de sentir dir el nom del porc científicament (i no em refereixo a Sus scrofa domestica ;-)) i que fos expulsat del grup de recerca on treballava. Finalment, però, dos anys després de les primeres observacions i amb el suport d’altres científics, va aconseguir publicar el seu descobriment. I, de fet, ben aviat va trobar un suport afegit per a la nova estructura de la matèria que havia identificat, provinent d’un camp del tot inesperat: l’estudi dels mosaics.

Més concretament, es va poder aprofitar del mosaics aperiòdics. Justament com els quasicristalls, aquestes estructures es caracteritzen per la aperiodicitat (ja ho diu el nom). Aquests tipus de mosaics, tot i que estudiats a fons molt més tard, ja es poden trobar a l’Alhambra, on apareixen amb profusió per les limitacions a la representació de la figura humana que l’Islam imposa als creients. El físic i matemàtic Roger Penrose havia descobert poc abans de la troballa de Schectman que aquests dibuixos es podien obtenir amb la senzilla combinació de només dos tipus de llosetes: un rombe gras i un rombe prim. Quan altres investigadors es van plantejar què passaria si en cada intersecció del mosaic s’hi situés un àtom, la resposta va ser que s’obtenia un patró idèntic al dels quasicristalls.

Els mosaics aperiòdics de Penrose i de l'Alhambra (Font: Wikimedia Commons)

Amb els anys, s’ha rehabilitat la figura del descobridor dels quasicristalls. No només això, sinó que fins i tot s’ha acabat modificant la definició dels cristalls per incloure-hi aquelles organitzacions ordenades però no periòdiques. A més a més, l’anàlisi posterior de tots dos ha fet que els mosaics aperiòdics hagin conduït a un més bon coneixement dels quasicristalls. En tots dos, moltes de les relacions entre els seus elements s’expliquen gràcies al número auri (Φ).

Per les seves propietats úniques, els materials amb estructura qusicristal·lina —majoritàriament sintètics, però ja se n’han trobat de naturals a Rússia— s’estan començant a utilitzar com a materials d’alta resistència mecànica (és el cas de determinats tipus d’acer), com a aïllants tèrmics per a millorar l’eficiència dels motors o com a recobriments superficials antiadherents (molt útils, per exemple, en les paelles).

→ Aquest article de Público fa un bon resum del perquè del premi, a més de valorar la idoneïtat del Nobel en aquest moment, ja que potser hauria estat més adequat als anys 80.

 

El web dels Nobel (www.nobelprize.org) és la millor i més completa font d’informació per a posts com aquest. És ideal per perdre-s’hi unes quantes hores veient com expliquen aquells descobriments que han merescut un honor com el Nobel, en qualsevol dels seus camps: ho podeu veure amb la Medicina, la Física o la Química. Moltes de les imatges d’aquest post també vénen d’allà mateix, excepte aquelles on s’indica el contrari.

Sé que m’ha sortit un post llarg, però és que havia deixat acumular massa feina. Això sí, tant si us resulta curt com llarg, us convido a comentar-lo aquí sota mateix.

1 comentari

Filed under Física, Medicina, Notícies, Química

Vídeo de la Setmana – The Relativity Song

Comencem mes i iCIENTIFICats posa en marxa la seva primera secció fixa: el Vídeo de la Setmana. En faré una explicació resumida perquè el concepte quedi clar: cada setmana (intentarem que sigui dilluns o dimarts) penjarem un vídeo  sobre ciència perquè en pugueu disfrutar. No és massa complicat, em sembla.

Procurarem que siguin de diversos formats: de divulgació o simplement entretinguts, musicals o narrats (o muts, només amb acompanyament de piano), animacions o imatge real, domèstics o amb un pressupost comparable al d’Avatar… però sempre de temàtica científica.

I avui engeguem aquesta novetat amb el proper gran hit a totes les llistes d’èxits, gràcies a la feina de l’usuari de Youtube hiddicop (Erik Svensson) i a la inestimable col·laboració d’Albert Einstein: The Relativity Song.

Si no funciona el vídeo, aquí el podeu trobar. Els molt freaks, trobareu la cançó en mp3 en aquest enllaç. Al peu d’aquest post, us hi deixo la lletra en anglès i—més endavant—una traducció al català.

Einstein

Albert Einstein

Com veieu, explica a ritme de balada rockera els aspectes fonamentals de la teoria de la relativitat. Aquesta idea va ser plantejada per Einstein en dos articles el 1905 (Relativitat Especial) el el 1916 (Relativitat General). La cançó destaca en concret dos aspectes continguts en la teoria de la Relativitat Especial:

> les lleis de la Natura són les mateixes independentment del sistema de referència, de si s’està en moviment o en repòs

> la velocitat de la llum és constant i la mateixa en tots els sistemes de referència

Podeu ampliar la informació en aquesta pàgina web, bàsica però força completa, o a la Wiki.

The Relativity Song - Lletra:
If you see someone approach the speed of light,
his time slows down, it's true,
but if this guy looks back at you he might
say, the slower one is you

Even though you're standing relatively still,
you'll observe this change but will
yet appear to change as well,
and the truth is that both measurement are true,
cause from this guy's point of view
the moving one is you

And the reason is the speed of light, which is
the mother of all speeds,
and some pure deduction simply based on this
is all the open minded needs

To conclude that you are never standing still,
compared to someone else you will
still be moving anyway,
and the truth is that all measurements are true
cause from some guy's point of view
the moving one is you

However, one thing's always the same,
in every single reference frame
the speed of light remains
a constant to us all, yeah!

The truth is that all measurements are true,
cause from some guy's point of view,
the moving one is you

PS: Estic obert a tota mena de suggeriments per ampliar aquesta secció. Feu-la crèixer vosaltres també! Ja ho sabeu: comentaris o e-mails seran ben rebuts!

1 comentari

Filed under Curiositats, Física, Vídeo de la Setmana (VdlS)

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.

1 comentari

Filed under Física, Notícies