Tot allò que faria Leonhard Euler…

Ja fa uns pocs dies que s’han entregat els premis Nobel d’enguany i encara no havia fet l’article característic d’aquest fet. Ja notava certa impaciència per part de lectors i lectores del bloc (llegeixi amb entonació irònica aquesta última frase).  A causa de l’stress polític d’aquestes setmanes, de les fotos que tinc amb el pequeño Nicolás i del temps que he hagut d’invertir esborrant dades del Cloud no fos cas que em vinculessin amb algun dels fills Pujol encara no havia trobat temps per escriure. Sort que amb la black card de Bankia podia desfogar-me en els moments de depressió.

Bé, els Nobel d’enguany han tingut el tractament informatiu de sempre. Els no-mediàtics (física i química) i meritoris no han passat de la típica mitja columna en premsa sense foto; els que estan una mica de moda des de fa uns anys (economia i medicina) els hi han posat foto i tot, ja se sap que la medicina és molt important i d’economia tothom n’entén; i dels mediàtics (literatura i pau) ja obrien els informatius de primera hora del matí parlant-ne i fins i tot els tertulians que saben de tot i surten a les ràdios donaven les seues apostes. Als informatius de tele aquests Nobel tenen reportatge i tot d’un minutet. Ja se sap, la literatura és cultura i la física no. I així anem en aquest país. I parlant de país i de coses delirants… en aquell diari progre i d’esquerres -ironia un altre cop- espanyol  que es fa dir El País, van confondre el premi NObel de medicina amb el de física, ja que es pensaven que fisiologia i física era el mateix. Un oletu pel periodista i per qui va revisar-ho.

Enguany els guardonats amb el NObel de Física han estat Isamu Akasaki, HIroshi Amano i Shuji Nakamura, senyors que, com deu endevinar pels seus noms no són de Sudanell, sinó que són japonesos i un… americà. Segons Nobelprize.org els han escollit “per la invenció d’eficients díodes emissors de llum blava, cosa que ha permès el desenvolupament d ela il·luminació de baix cost energètic”.  Akasaki i Amano són professors a la japonesa Nagoya University i Nakamura a la University of California.

Realment ha estat un premi estrany en el sentit que s’ha donat un premi a una cosa inventada ja fa uns vint anys quan potser hi ha descobriments recents que es mereixien més el Nobel ara com ara. Els devien de quedar a deure alguna alifara a aquestos tres senyors que han guanyat…

Els LEDs díodes emissors de llum (fixi’s que LED són les inicials de light emitting diode) foren inventats fa més de 60 anys, aquells díodes emetien llum roja, groga i verda però no hi havia manera de fabricar un LED de llum blava. El fet de poder fabricar un LED de llum blava fou fonamental en el desenvolupament del LED de llum blanca que ara, en el segle XXI ja estem tan habituats. La llum blanca d’il·luminació es produeix per combinació de tots els colors i l’alta eficiència del LED blanc ha permès crear fonts de llum amb poca despesa energètica i molta brillantor. Diuen que el LED serà el sistema d’il·luminació d’aquest segle XXI, només cal veure l’afició de la Paeria de posar-los en semàfors i en el nou enllumenat públic.

Fixi’s que, tornant al que deia en un dels primers paràgrafs, tot i que la informació sobre el NObel de Física va passar, com sempre, desapercebuda, el LED és un dels invents més comercials que existeixen. Doni un tomb per casa seua i comprovi els llums d’standby de la tele, de la Wii, de la Play, del router, del rentavaixelles, dels comandaments, dels ordinadors, del reproductor de DVD… tots són LEDs. Ui sí, la física… que avorrida i poc útil, no?

I com funciona un LED? Anem a veure si me’n surto i així aprofiten aquest escrit del bloc per un comentari de text de la prova de competències bàsiques.

Que la matèria està formada per àtoms ja fa molt temps que ens ho van explicar, igual que al voltant del nucli de l’àtom hi orbiten els electrons i aquests electrons tenen una quantitat d’energia determinada (discreta tal i com va descobrir la mecànica quàntica). Els àtoms pel món s’acostumen a unir amb altres àtoms -com fan els senyors i les senyores-  formant estructures de tal manera que els electrons aleshores deixen de pertànyer a un àtom en concret per tal de distribuir-se per tota la xarxa d’àtoms.  Les energies dels electrons deixen de ser valors discrets per distribuir-se en bandes: la banda de valència i la banda de conducció.

Els electrons de la banda de conducció són els responsables del corrent elèctric quan són sotmesos a una diferència de potencial o tensió, allò que es mesura en volts.n Segurament també li van explicar quan anava a estudi que els materials poden classificar-se en aïllants, conductors o semiconductors segons permeten o no el pas del corrent elèctric amb més o menys dificultat. En un material aïllant la banda de valència i la de conducció estan tan separades que els electrons no poden anar d’una a l’altra; en un conductor les bandes de valència i de conducció es superposen i els electrons circulen amb facilitat. Els semiconductors poden conduir el corrent elèctric o no depenent de diversos factors: temperatura, camp elèctric…

 

De semiconductors n’hi ha de dos tipus els p i els n, noms molt simples.  A grans trets, en els semicoductors del tipus p hi ha molts electrons en la banda de de conducció i pocs en la banda de valència, això fa que en aquesta banda hi quedin “forats”. En canvi, en els semiconductors n hi ha menys “forats” i més electrons. No es prengui aquest paràgraf al peu de la lletra, està molt simplificat.

 

I ja arribem al final… i tot això per a què? Doncs els LEDs resulta que estan formats per unió d’un semiconductor tipus p i un semiconductor del tipus n, se’ls connecta a una pila i així comença el moviment dels electrons. I d’aquesta manera els electrons es creuen amb els forats anteriors, salten de la banda de conducció a la de valència i quan fan això emeten llum.

 

I ja està.

Aquesta setmana entre rescats i crèdits avantatjosos i entre l’Eurocopa, el tenis i aquella cosa que li’n diuen esport com és la Fórmula 1 al TN de TV3 van anunciar una notícia una mica extranya. Sortia un senyor amb un micròfon que estava dins d’un edifici anomenat sincrotró ALBA i que havia entrat en funcionament. Penso que deu ser el primer cop en la història del periodisme que una informació relacionada amb la física de partícules és esmentada abans que els esports.

Com en aquest país és més normal aprendre’s l’aliniació d’algun equip de futbol abans que entendre la diferència entre un hadró, un messó, un barió o un muó em veig amb l’obligació d’explicar algunes cosetes sobre aquest sincrotró que, igual que el forat de Bankia, hem pagat entre tots. Per sort he tingut l’ídem de visitar-lo amb els alumnes de física del batxillerat de ciències i és una meravella de l’enginyeria i de la ciència.

Un sincrotró és un tipus d‘accelerador de partícules. Un accelerador de partícules, no costa gaire d’imaginar, és un traste que accelera partícules. Les partícules que s’acceleren fins arribar a gairebé la velocitat de la llum (300.000 km/s) poden ser vàries, però principalment es fan servir electrons o hadrons (protons). Segons quin és el camí recorregut per aquestes partícules mentres són accelerades, aquests acceleradors poden ser lineals (rectes) o circulars (els més habituals). Dins d’aquestos circulars hi ha els sincrotrons (compte! no s’han de confondre amb els ciclotrons) que funcionen per una combinació sincronitzada (d’aquí el nom) d’un camp elèctric i d’un camp magnètic. Per entendre el concepte de camp elèctric i de camp magnètic imagineu-vos un camp de panís, per exemple, on enlloc de panís plantat hi ha forces elèctriques i magnètiques en cada punt.

Bé, ja tenim els nostres electrons que s’extreuen de plaques metàl·liques (2 bilions cada dia) posadets en unes cavitats per fer-los córrer. Un primer aparell anomenat LINAC (lineal accelerator) els accelera gràcies a la força elèctrica que rep l’electró en presència d’un camp elèctric i gràcies als Booster i les cavitats de radiofreqüència (RF) els electrons arriben a tenir una energia de 300 MeV (megaelectronvolt). L’electró té una massa molt petita i això per ell és molta energia… és comparable a què vostè mengés 20.000.000.000.000.000 iogurts, i dels naturals. En el booster fan 45.000 voltes en 0,00015 segons.

Un cop han estat accelerats passen a un anell circular buit (els electrons tenen la mania d’ajuntar-se a qualsevol cosa, així que s’ha d’aconseguir el buit total dins de l’anell) anomenat anell d’emmagatzematge en el qual els feixos d’electrons donen volten per culpa de l’efecte que produeix en ells els camps magnètics creats per enormes bobines. Aquesta circumferència té una longitud de 268 m, és a dir, un radi de gairebé 43 m. Cada dia fan en aquest anell 25.900.000.000 km donant tombs. Si considerem que el radi de la Terra és aproximadament de 6.400 km, cada electró dóna al llarg del dia una distància similar a donar 646.000 voltes a la Terra. Tot molt exagerat, no? Penseu que van al 99,99999855% de la velocitat de la llum. Això, per culpa d’Einstein, provoca problemes amb la massa dels electrons. Vosaltres millor que no proveu d’agafar aquesta velocitat.

I què fan aquests electrons accelerats? Doncs fan llum! Els electrons a molta velocitat i molta energia emeten llum en forma de raigs X, com la de les radiografies, però molt més brillant i intensa. I gràcies a aquesta llum (els científics en diem font de fotons, que és més fardón) podem veure coses molt i molt petites que costen de veure.

I què es vol veure en el sincrotró. Ui! Moltes coses! En cadascuna de les 7 cabines òptiques que hi ha es pot experimentar sobre 1) l’estudi de fibres, proteïnes, virus o cèl·lules; 2) estructura de materials, compostos farmacèutics, reaccions químiques; 3) materials magnètics de nantotecnologia; 4) paleontologia per la datació de fóssils…

I qui paga tot això? Penseu que hi ha 9 MW de potència instal·lada (en l’edifici on viviu vosaltres no crec que arribio a 200 kW), 140 treballadors i equips de fins a 1000 investigadors cada any. A més, la construcció va costar 201 M€ (equivalent a 2 Cristianos Ronaldos o a 1/500 part del forat bancari).