Premio Nobel de Física 2016 para Thouless, Haldane y Kosterlitz por sus estudios sobre inestabilidad de la materia

*Usando métodos avanzados de matemática lograron sorprender al mundo al describir los estados extraños de la materia y sus fases de transición

noblfisikThoThors Hans Hansson (Der.), miembro del Comité Nobel de Física, utiliza un pretzel para visualizar sus explicaciones durante una conferencia de prensa para anunciar los ganadores del Premio Nobel en Física 2016

ANASTASIA GUBIN – LA GRAN ÉPOCA  –   NOTICIAS – INTERNACIONALES – 041016 – OSLO, NORUEGA

El Premio Nobel de Física 1916 fue otorgado el 4 de octubre a tres científicos: David Thouless, Duncan Haldane y Michael Kosterlitz por describir, usando avanzados métodos matemáticos, a los estados inusuales de la materia y sus fases de transición.

Sus estudios permiten explicar por ejemplo, el plasma y el quantum condensado entre los estados extremos del agua.

Fueron premiados “por los descubrimientos teóricos de las fases de transición topológicas (de la materia) y fases topológicas de la materia”, describió el comité seleccionador al nominar a los galardonados.

“Nobel de este año abrió la puerta a un mundo desconocido donde la materia puede asumir estados extraños”, destacó.

Thouless es científico de la Universidad de Washington, en Seattle; Haldane trabaja en la Universidad de Princeton, y Kosterlitz es de la Universidad de Brown.

Los galardonados revelaron los secretos de la materia exótica. La describieron usando el concepto topológico, una rama de las matemáticas que describe las propiedades de la materia a medida que los estados físicos cambian, siguiendo el proceso paso a paso.

Por lo tanto para evidenciar la existencia de estas particulares materias, se consideró cómo los tres galardonados utilizaron con gran habilidad métodos matemáticos avanzados.

“Gracias a su trabajo pionero, ahora se puede ir en busca de estas nuevas y exóticas fases de la materia. Muchas personas tienen la esperanza de futuras aplicaciones en la ciencia y la electrónica de los materiales”, señaló el comité del Nobel.

Los estados o fases inusuales de la materia se observan en los superconductores, superfluidos o películas magnéticas delgadas.

La transición de fase topológica no es una transición de fase normal, como la que existe entre hielo y agua, dicen los expertos.

En el plano material, a baja temperatura se forman pares estrechos en la materia, pero cuando la temperatura sube, se lleva a cabo una fase llamada de transición en donde se crean vórtices que alejan unas de otras a las estructuras en el material.

noblfisik2Estado de transición de la materia en conceptos topológicos. (Premio Nobel)

Gracias al uso de la topología como una herramienta, los galardonados fueron capaces de “sorprender a los expertos”

La materia vista desde el punto de vista topológico depende del número de agujeros que tiene. Esto sirvió para explicar sus propiedades como conductor eléctrico. Es por eso que desde el punto de vista del concepto topológico, una bola y una taza sin mango con agujero, son iguales.

noblfisik3La materia vista desde el punto de vista topológico depende del número de agujeros que tiene. Esto sirve para explicar sus propiedades como conductor eléctrico. (Premio Nóbel)

A principios de la década de 1970, Michael Kosterlitz y David Thouless se volcaron a trabajar con la teoría vigente en ese momento de que la súperconductividad o súperfluidez no podían ocurrir en capas delgadas.

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Fases del agua desde el concepto topológico. (Premio Nobel de Física 2016)

Ellos demostraron que la superconductividad podría ocurrir a bajas temperaturas y también explicaron el mecanismo, la fase de transición, y qué es lo que hace que la superconductividad desaparezca a temperaturas más altas.

La física muestra la realidad de una manera, en cambio la física cuántica lo hace en profundidad. Hace visible aquello que no se ve. “En el fondo, toda la materia se rige por las leyes de física cuántica. Los gases, líquidos y sólidos son los habituales fases de la materia, en la que los efectos cuánticos son a menudo ocultos por movimientos atómicos aleatorios”, señala la exposición de los laureados.

En temperaturas extremas, -273 grados Celsius, la materia asume nuevas fases extrañas y se comporta de manera inesperada. La física cuántica hace visible esto a nivel de un mundo micro-escala.

Las fases de la materia más comunes son el gas, líquido y materia sólida. Sin embargo, en muy altas o bajas temperaturas existen otros estados, más exóticos, el plasma por un lado, y el estado de condensado cuántico.

“Nos encontramos con fases de material que aún no se han explorado completamente. Cosas extrañas pueden suceder en el frío. Por ejemplo, la resistencia encontrada de todas las partículas que se mueven, de repente cesa. Este es el caso cuando la corriente eléctrica fluye sin resistencia en un superconductor, o cuando un vórtice en un superfluido gira constantemente sin disminuir la velocidad“, cita Nobel en el análisis.

El ruso Piotr Kapitsa estudió los superfluidos en la década de 1930 y fue recompensado con el Premio Nobel de Física de 1978. Ahora los estudios han ido más adelante con los nuevos laureados.

En la década de 1980, Thouless fue capaz de explicar describiendo por completo los detalles de cada paso desde el punto de vista de la física cuántica, en un experimento anterior que se desarrolló con muy finas capas conductoras de la electricidad en el que se midió la conductancia precisamente. Demostró que esto era “la topológica en su naturaleza”.

Duncan Haldane a su vez fue quien descubrió cómo los conceptos topológicos se pueden utilizar para comprender las propiedades de las cadenas de pequeños imanes que se encuentran en algunos materiales.

“Ahora sabemos de muchas fases topológicas, no sólo en las capas y finos hilos, sino también en materiales tridimensionales ordinarios. Durante la última década, esta zona ha impulsado la investigación de primera línea en la física de la materia condensada, no menos importante, debido a la esperanza de que los materiales topológicos podrían utilizarse en nuevas generaciones de productos electrónicos y superconductores, o en los futuros ordenadores cuánticos”, relató el equipo premiador.

Finalmente concluyeron que “los tres laureados de los conceptos topológicos en la física fueron decisivos para sus descubrimientos. La investigación científica actual está revelando secretos de la materia en los mundos exóticos gracias a los descubrimientos de los galardonados por el Premio Nobel de Física de este año”.

Los galardonados

David J. Thouless: Nació en 1934 en Bearsden, Reino Unido. Doctorado en Física en 1958 de la Universidad de Cornell, Ithaca, Nueva York. Es profesor Emérito de la Universidad de Washington, Seattle.

  1. Duncan M. Haldane: Nació en 1951 en Londres, Reino Unido. Doctorado en Física en 1978 de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido. Es profesor en la Universidad de Princeton, Nueva Jersey.

Michael J. Kosterlitz: Nació en 1942 en Aberdeen, Reino Unido. Doctorado en Física en 1969 de la Universidad de Oxford, Reino Unido. Es profesor del departamento de física E. Harrison Farnsworth de la Universidad Brown, en Providence.

Nobel de Física

En total 109 Premios Nobel en Física se han concedido entre 1901-2015. Tan solo 2 de los premios fueron para una mujer: en 1903 (y 1911 en Química), Marie Curie, y en 1963, Maria Goeppert-Mayer.

El 27 de noviembre de 1895, Alfred Nobel firmó su testamento, dando la mayor parte de su fortuna a una serie de premios, los premios Nobel. En él señaló que la distinción sería para “la persona que haya hecho el descubrimiento o invención más importante dentro del campo de la física”.

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