Premio Nobel de Física 1998 na estrutura da materia

1998/12/01 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika
• Sariak

Este ano, como é habitual, o premio Nobel de Física que outorga anualmente a Real Academia Sueca de Ciencias trasladouse a Estados Unidos. E, como adoita ocorrer nos últimos anos, o premiado non é o único, xa que a ciencia e a investigación non son un traballo individual, senón un traballo en equipo. Os gañadores deste ano son tres: Robert. B. Laughlin, Horst L. Störmer e Daniel C. Tsui.

Por último, o ano pasado e como hai dous anos, o premio á Física conseguírono quen analizan o comportamento da materia a moi baixa temperatura. Tres investigadores descubriron que os electróns, expostos a un campo magnético, poden unirse, compactarse e formar novos "tipos de partículas". A carga eléctrica destas novas partículas é a fracción da carga dos electróns. Noutras palabras, atopouse un novo comportamento colectivo dos electróns, que abriu moitas novas vías de investigación.

O descubrimento produciuse nun experimento realizado en 1982 por Störmer e Tsui no laboratorio de magnetismo do Instituto Tecnolóxico de Massachussets: utilizando un campo magnético moi grande e una temperatura moi baixa (unhas décimas de grao por encima do cero absoluto), os electróns, compactados, crían que formarían un sólido cristalino, pero atoparon uns valores similares aos do efecto cuántico Hall, é dicir, os novos valores da sombra do converxe.

Estes novos valores pódense expresar coas mesmas constantes que antes, pero esta vez pódense multiplicar por números enteiros e números fraccionarios (1/3, 2/3, 3/4...). Por iso, o novo descubrimento denominouse efecto cuántico fraccionario Hall. O descubrimento foi una gran sorpresa paira os investigadores, que carecían dun modelo teórico que explicase como podían aparecer estes novos valores. De feito, segundo isto e contra o que até entón se coñecía, a carga mínima das entidades que xeran corrente eléctrica no movemento non é una (carga eléctrica do electrón en baleiro), pode ser menor, como un terzo da carga do electrón.

Un ano despois do descubrimento, Rober B. Laughlin logrou explicar teoricamente o resultado do ensaio, segundo o cal baixo un campo magnético grande e a moi baixa temperatura os electróns compáctanse formando un novo tipo de fluído cuántico. Paira iso (xa que os electróns non poden ser compactados sen máis), os electróns combínanse cos "tantos de fluxo" do campo magnético, formando partículas compostas compactables (tipo bosón). Os tipos de fluídos cuánticos observáronse anteriormente a moi baixa temperatura en helio líquido e superconductores. Aínda que todas teñen características comúns como a superfluidez, o seu comportamento é diferente.

O fluído proposto por Laughlin presenta características especiais. Por exemplo, é incompresible. Ademais, cando se engade un electrón excítase o fluído e créanse varias "cuasipartículas". Son precisamente estas cuasipartículas as que teñen a carga fraccionaria necesaria paira explicar os resultados de Störmer e Tsui. En posteriores medicións atopáronse novos valores de conductancia Hall que demostraron o modelo teórico de Laughlin. Os avances no campo da microelectrónica, tras os traballos de 1982-83 destes Premios Nobel, permitiron demostrar indirectamente a existencia dos cuasiparts e medir a carga fraccionaria, comprobando os achados do tres investigadores.

Por tanto, o descubrimento supuxo un paso importante no campo da física cuántica, que permitiu sentar a base paira desenvolver novos conceptos teóricos en moitas ramas da física cuántica. Trátase dunha investigación básica, que non terá consecuencias inmediatas, pero os científicos xa empezaron a ver as aplicacións, a predicir mellor.

Os límites do proceso de miniaturización que na actualidade estaba a verse en computadores, teléfonos móbiles e outros moitos ámbitos da microelectrónica poderían romper por mor deste descubrimento, é dicir, abriuse o camiño para que os futuros compoñentes electrónicos sexan aínda máis pequenos do que se pensaba até agora.