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.

No va sortir en portada de cap informatiu ni de cap diari, no, però el passat dimarts al matí i amb més d’una hora de retard, cosa una mica inusual en el caràcter escandinau, el Comitè Nobel va anunciar que els guanyadors del Premi Nobel de Física 2013 eren François Englert i Peter Higgs “pel descobriment d’un mecanisme teòric que contribueix a la comprensió de l’origen de la massa de les partícules fonamentals, el qual ha estat confirmat recentment pels experiment ATLAS i CMS en el Gran Col·lisionador d’Hadrons (LHC) del CERN”. Englert és professor emèrit a la Université Libre de Brusel·les i Higgs ho és de la University d’Edimburg.

Fou curiós com Higgs es va assabentar del seu premi a través d’una veïna ja que el Comitè Nobel no aconseguí comunicar-se amb ell via telefònica, de tal manera que de seguida va sortir la frase xistosa que “tan difícil que fou trobar el bosó i tan difícil que és trobar Higgs”. Es veu que estava de vacances descansant de telèfon i la notificació del Nobel li faran via correu electrònic. De totes formes enguany les cases d’apostes no devien fer un duro de calaix amb el Nobel de Física perquè des de que el CERN confirmava l’observació de la partícula postulada per aquestos físics tèorics eren candidats absoluts per recollir el guardó. François Englert sí que estava més localitzable, i la primera pregunta que li va fer un periodista no gaire apassionat ni per la física ni conto que per la ciència fou “I què farà vostè amb els diners?”  També he llegit aquests dies com es confonen els termes del camps de Higgs i el del bosó de Higgs i com en més d’un lloc els anunciaven com a descobridors d’aquesta partícula, ells no la van descobrir, la van postular, la partícula fou descoberta en els experiments del CERN.

Bé, tornant al fil… també cal agrair al Comitè Nobel que hagin reconegut la feina de François Englert ja que Peter Higgs s’ha quedat amb el nom mediàtic i tant Englert com Brout han quedat una mica condemnats a l’ostracisme amagats per Higgs. Robert Brout morí el 2011 i com l’acadèmia no dóna guardons a títol pòstum no ha estat mencionat però és just reconéixer que fou ell qui, juntament amb Englert redactà el famós paper l’any 1964 en el qual es postulava l’existència d’aquesta partícula. En aquestos enllaços hi ha els històrics documents que vostè pot llegir de manera gratuïta (la ciència és així): “Broken Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons” de Brout & Englert i “Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons” de Peter Higgs. Ah! I una altra curiositat que va explicar Englert, tot i que feia 50 anys que estaven treballant junts, Higgs i Englert no es van conéixer personalment fins que van trobar-se al CERN el 4 de juliol de 2012. Bestial!

Ja vaig escriure en el seu dia uns articles sobre el descobriment del famós bosó de Higgs i que a continuació enllaçaré perque el lector (o lectora) pugui fruir-ne… o no. El primer apunt és del dia 4 de juliol de 2012, dia en què el CERN va comunicar en directe i mitjançant la presentació de resultats (en Comic Sans!) via streaming (la vaig seguir al complert), que alguna cosa va descobrir “We have it!”. L’altre article és del 17 de març de 2013 quan el CERN reconeixia oficialment que aquella cosa que havia trobat era un bosó de Higgs “El CERN ha reconegut oficialment que s’ha descobert un bosó de HIggs”.I per acabar, com en la ciència també hi ha sentit de l’humor, una divertida paròdia de la cançó “Rolling in the deep” d’Adele que porta per títol “Rolling in the Higgs”:

[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=VtItBX1l1VY[/youtube]

No sé si el que contaré ara és una bona notícia o no pels catalans. Segurament molts preferiran guanyar un partit de futbol abans que un compatriota seu guanyi el Wolf de Física. Però així ens va… de fet diria que la notícia no va sortir en cap mitjà informatiu públic de Catalunya… ni en un breu abans dels esports, que és el que interessa.

Bé, després de les meues línies de despotricament habitual anem a la bona notícia. Que dic bona, per mi és boníssima. El físic manresà Joan Ignasi Cirac ha rebut el Premi Wolf de Física 2013 juntament amb Peter Zoller. Cirac és el director de la divisió teòrica de l’Institut Max Planck d’Alemanya i rep aquest premi al costat de Zoller (Universitat d’Innsbruck) per les seves revolucionàries contribucions teòriques al processament d’informació quàntica, l’òptica quàntica i la física de gasos quàntics.

Joan Ignaci Cirac és ara mateix el líder mundial en el camp de la informació quàntica i les seves aplicacions. El seu treball Quantum Computations with Cold Trapped ions, al costat de Zoller, és considerat com el primer article que mostra com construir un ordinador quàntic. És també reconegut per introduir els repetidors quàntics, i ha contribuït al desenvolupament de la teoria quàntica de la informació. En particular, ha demostrat que la manipulació asimptòtica de l’entrellaçament és irreversible, ha determinat el criteri per detectar la presència d’entrellaçament en sistemes gaussians i ha introduït l’estat quàntic (concepte matemàtic, abstracte i… inintel·ligible…) conegut com W.

No m’entretindré gaire a explicar tots aquest conceptes però sí que li faré cinc cèntims d’això dels ordinadors quàntics que ja fa cosa de 5 anys o més que diuen que seran el futur… però que encara no acaben de rutllar. Un ordinador quàntic és un dispositiu de càlcul que fa ús dels fenòmens específics de la mecànica quàntica per executar operacions sobre dades. Els ordinadors quàntics aprofiten la capacitat dels sistemes quàntics d’estar en dos estats simultàniament (coneix la història del gat d’Schrodinger?). En comptes de fer servir bits que tenen el valor 0 o 1, fan servir qubits (bits quàntics) que tenen una superposició dels dos valors. És a dir, un bit pot valer dos coses a la vegada. Processant simultàniament aquestes dades, un ordinador quàntic podria resultar exponencialment més ràpid que un de clàssic. Els ordinadors quàntics de suficient capacitat seran capaços de resoldre càlculs de complexitat intractable per a un ordinador convencional.

La computació quàntica és un paradigma de computació diferent al de la computació clàssica. Es basa en l’ús de qubits en lloc de bits, i dóna lloc a noves portes lògiques que fan possibles nous algoritmes. Una mateixa tasca pot tenir diferent complexitat en computació clàssica i en computació quàntica, el que ha donat lloc a una gran expectació, ja que alguns problemes intractables passen a ser tractables.

El Premi Wolf té un gran prestigi dins de les disciplines en què es lliura (Agricultura, Química, Matemàtica, Medicina, Física i Art). En Matemàtiques l’han rebut, per posar alguns exemples il·lustres com André Weil (geometria algebraica i teoria de nombres), Paul Erdös (teoria de nombres, combinatòria…), Andrey Kolmogorov (anàlisi de Fourier), John Milnor (geometria i topologia), Andrew Wiles (últim teorema de Fermat), Vladimir Arnold (sistemes dinàmics), Stephen Smale (economia matemàtica) o recentment George Mostow i Michael Artin. En Física han guanyat el Wolf entre d’altres, Freeman Dyson (teoria quàntica de camps), Gerard’t Hooft (teoria quàntica de camps), Roger Penrose i Stephen Hawking (singularitats cosmològiques de la teoria de la relativitat especial), Benoit Mandelbrot (fractals), Dan Shechtman (quasi-cristalls) o Peter Higgs (de sobres ho sabem).

A més és una noticia esperançadora, ja que en certa manera el Premi Wolf és un dels considerats com l’avantsala del Premi Nobel per ser bastants els premiats Wolf que han acabat sent premiats Nobel (fins a diversos d’ells van rebre els dos guardons el mateix any). Esperem que Joan Ignaci Cirac sigui el primer català en guanyar un Nobel.