Premi Nobel de Física 1998 en l'estructura de la matèria

1998/12/01 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika
• Sariak

Enguany, com és habitual, el premi Nobel de Física que atorga anualment la Reial Acadèmia Sueca de Ciències s'ha traslladat als Estats Units. I, com sol ocórrer en els últims anys, el premiat no és l'únic, ja que la ciència i la recerca no són un treball individual, sinó un treball en equip. Els guanyadors d'enguany són tres: Robert. B. Laughlin, Horst L. Störmer i Daniel C. Tsui.

Finalment, l'any passat i com fa dos anys, el premi a la Física l'han aconseguit els qui analitzen el comportament de la matèria a molt baixa temperatura. Tres investigadors han descobert que els electrons, exposats a un camp magnètic, poden unir-se, compactar-se i formar nous "tipus de partícules". La càrrega elèctrica d'aquestes noves partícules és la fracció de la càrrega dels electrons. En altres paraules, s'ha trobat un nou comportament col·lectiu dels electrons, que ha obert moltes noves vies de recerca.

El descobriment es va produir en un experiment realitzat en 1982 per Störmer i Tsui en el laboratori de magnetisme de l'Institut Tecnològic de Massachussets: utilitzant un camp magnètic molt gran i una temperatura molt baixa (unes dècimes de grau per sobre del zero absolut), els electrons, compactats, creien que formarien un sòlid cristal·lí, però van trobar uns valors similars als de l'efecte quàntic Hall, és a dir, els nous valors de l'ombra del convergeix.

Aquests nous valors es poden expressar amb les mateixes constants que abans, però aquesta vegada es poden multiplicar per nombres enters i nombres fraccionaris (1/3, 2/3, 3/4...). Per això, el nou descobriment es va denominar efecte quàntic fraccionari Hall. El descobriment va ser una gran sorpresa per als investigadors, que mancaven d'un model teòric que expliqués com podien aparèixer aquests nous valors. De fet, segons això i contra el que fins llavors es coneixia, la càrrega mínima de les entitats que generen corrent elèctric en el moviment no és una (càrrega elèctrica de l'electró en buit), pot ser menor, com un terç de la càrrega de l'electró.

Un any després del descobriment, Rober B. Laughlin va aconseguir explicar teòricament el resultat de l'assaig, segons el qual sota un camp magnètic gran i a molt baixa temperatura els electrons es compacten formant un nou tipus de fluid quàntic. Per a això (ja que els electrons no poden ser compactats sense més), els electrons es combinen amb els "punts de flux" del camp magnètic, formant partícules compostes compactables (tipus bosó). Els tipus de fluids quàntics s'han observat anteriorment a molt baixa temperatura en heli líquid i superconductors. Encara que totes tenen característiques comunes com la superfluïdesa, el seu comportament és diferent.

El fluid proposat per Laughlin presenta característiques especials. Per exemple, és incompressible. A més, quan s'afegeix un electró s'excita el fluid i es creen diverses "cuasipartículas". Són precisament aquestes cuasipartículas les que tenen la càrrega fraccionària necessària per a explicar els resultats de Störmer i Tsui. En posteriors mesuraments s'han trobat nous valors de conductància Hall que han demostrat el model teòric de Laughlin. Els avanços en el camp de la microelectrònica, després dels treballs de 1982-83 d'aquests Premis Nobel, han permès demostrar indirectament l'existència dels cuasiparts i mesurar la càrrega fraccionària, comprovant les troballes dels tres investigadors.

Per tant, el descobriment ha suposat un pas important en el camp de la física quàntica, que ha permès establir la base per a desenvolupar nous conceptes teòrics en moltes branques de la física quàntica. Es tracta d'una recerca bàsica, que no tindrà conseqüències immediates, però els científics ja han començat a veure les aplicacions, a predir millor.

Els límits del procés de miniaturització que en l'actualitat s'estava veient en ordinadors, telèfons mòbils i molts altres àmbits de la microelectrònica podrien trencar-se arran d'aquest descobriment, és a dir, s'ha obert el camí perquè els futurs components electrònics siguin encara més petits del que es pensava fins ara.