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Premio Nobel de Física 2016 para estudios sobre la materia en el mundo cuántico

El Premio Nobel de Física 2016 ha sido concedido, ex aequo, a David J. Thouless, por un lado, y a F. Duncan Haldane M. y J. Michael Kosterlitz, por otra, por revelar los "secretos exóticos de la materia". En el fallo se destaca que el galardón se les concede a estos tres científicos británicos "por los descubrimientos teóricos de las transiciones de fase topológica y fases topológicas de la materia". Las transiciones de fase suceden cuando la materia cambia de fase, como cuando el hielo se derrite y se convierte en agua o el agua se evapora.

Japón se prepara para el estallido de la próxima supernova

Un sistema informático emplea la información que llega al observatorio de neutrinos Super-Kamiokande para detectar el estallido de una estrella en el momento que suceda

El 24 de febrero de 1987, desde el observatorio chileno de Las Campanas se detectó un intenso brillo en el cielo. Era una supernova producida por el estallido de una estrella que había agotado su combustible. El cataclismo se había producido a las afueras de la Nebulosa de la Tarántula, en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana situada en el vecindario de nuestra Vía Láctea. Este fenómeno, que solo se produce en nuestro entorno galáctico tres o cuatro veces cada siglo, permitió además detectar los primeros neutrinos procedentes de fuera del Sistema Solar. La captura de esos neutrinos extrasolares se produjo en el observatorio japonés Kamiokande. Aunque eran solo 24, proporcionaron gran cantidad de información sobre la supernova e hicieron merecedor del Nobel de física Masatoshi Koshiba.

Los neutrinos son unas partículas sin carga eléctrica que interactúan muy poco con el resto de la materia y pueden viajar por el cosmos sin verse afectados por los campos magnéticos que desvían otro tipo de partículas. Eso hace fácil determinar su origen y les convierte en buenos mensajeros para estudiar violentos fenómenos como las supernovas o los agujeros negros. El observatorio de Kamioka, construido en una mina a un kilómetro bajo tierra a principios de los 80, fue sustituido por una versión mejorada del experimento. Un gran tanque de 45 metros de diámetro por 45 metros metros de altura, lleno con 50.000 toneladas de agua pura, sirvió como trampa para atrapar estas escurridizas partículas.

Ahora, segun adelantaba la agencia SINC esta semana, los miembros de la colaboración internacional de científicos que trabaja en Super-Kamiokande han desarrollado un sistema de vigilancia para estar listo en caso de que estalle una supernova y poder detectarla. Según explica Luis Labarga, investigador de la Universidad Autónoma de Madrid y uno de los autores del artículo que explica el plan en la revista Astroparticle Physics, “se trata de un sistema informático que está analizando constantemente los datos que va recogiendo el detector para ver si hay algún tipo de exceso de flujo, de sucesos, que permita obtener una pequeña estimación probabilística de si es o no una supernova”. “La idea es poder saber si ha ocurrido una supernova en las siguientes horas o minutos a que suceda”, añade.

En caso de que la respuesta de esta alerta temprana sea positiva, se enviaría un aviso a observatorios de todo el mundo con las coordenadas del lugar del cielo en el que ha ocurrido para que puedan estudiar el fenómeno. “La ventaja de Super-Kamiokande es que si existe una supernova galáctica lo va a ver siempre porque no está mirando a ningún lado. Los telescopios ópticos, sí”, apunta Labarga.

Cuando estalla una supernova, la mayor parte de la energía que se libera lo hace en forma de neutrinos. Por eso, los estudiar estas partículas puede ayudar a entender bien estos fenómenos. Algunos de los objetos que se pueden estudiar mejor gracias a este nuevo tipo de astrofísica son las estrellas de neutrones y los agujeros negros, monstruos de materia superconcentrada que aparecen cuando las estrellas se colapsan bajo su propia gravedad.

Uno de los misterios que han rodeado a la supernova detectada en 1987 procede de la imposibilidad de detectar la estrella de neutrones que debería haber quedado tras el estallido de la estrella original. Algunas hipótesis para explicar la ausencia de esa estrella apuntan a que podría haber acumulado materia suficiente para producir un nuevo colapso y acabar convertida en un agujero negro. Gigantescas trampas para neutrinos como la japonesa de Kamioka pueden ayudar a resolver este y otros enigmas.

Modelizado un nuevo estado cuántico de la materia desde la teoría de cuerdas

 

 

El premio Nobel de Física de este año ha sido otorgado al descubrimiento de los estados topológicos de la materia cuántica. Ahora un equipo internacional de investigadores del Instituto de Física Teórica, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Autónoma de Madrid, en España, ha desarrollado un nuevo modelo matemático de un estado topológico de la materia: los llamados semi-metales de Weyl. Los resultados de esta investigación se han publicado en dos artículos en la revista Physical Review Letters.

En estos materiales, los electrones se comportan como si no tuvieran masa y estuvieran sujetos a los principios de la teoría especial de la relatividad. Como tales, son de dos especies: “zurdos” y “diestros”, lo que significa que su espín (o giro cuántico intrínseco) o bien se alinea o anti-alinea con la dirección de su movimiento. Esta propiedad sin embargo en general se destruye por efectos cuánticos muy sutiles: las denominadas anomalías.

“Aunque teoría de cuerdas se ha desarrollado para unificar mecánica cuántica con la gravedad, en los últimos años se ha aprendido que también tiene el potencial de describir estados cuánticos de la materia”, señala el investigador del CSIC Karl Landsteiner, que ha liderado la investigación.

TELETRANSPORTE CUANTICO EN LA CIUDAD

La revista Nature Photonics publica esta semana dos estudios independientes sobre teletransporte cuántico, uno realizado en China y otro en Canadá. Los autores han logrado realizar una transferencia  remota de un lugar a otro de información cuántica codificada en partículas de luz a lo largo de varios kilómetros de redes de fibra óptica en dos ciudades distintas: Hefei (China) y Calgary (Canadá).

Ambos trabajos muestran que el teletransporte cuántico a través de redes metropolitanas es tecnológicamente factible y abren el camino hacia tecnologías y las redes de comunicaciones del futuro, como la internet cuántica. La tecnología tiene el potencial de mejorar en gran medida la seguridad y la velocidad de las conexiones de internet, según los científicos implicados en los proyectos.

Sin embargo, el teletransporte cuántico en largas distancias, utilizando una red de fibra, requiere fuentes de luz independientes, y esto presenta un desafío tecnológico: el haz de luz de una fuente tiene que seguir siendo indistinguible del haz de luz de la otra fuente después de haber viajado a través de varios kilómetros de fibra, que se instala en un entorno sometido a cambios constantes.

Para superar este obstáculo, ambos grupos desarrollaron de forma independiente varios mecanismos de retroalimentación y de sincronización.

Los investigadores Qiang Zhang y Jian-Wei Pan, junto con su equipo de la Universdad de Ciencia y Tecnología de China, implementaron su prueba de campo en Hefei y utilizaron luz en la longitud de onda de las telecomunicaciones, tal como se utiliza en las redes actuales, para reducir al mínimo la velocidad en la que la luz de la señal pierde intensidad en la fibra.