The physics of strange matter - an example

La “materia exótica” dá a británicos Nobel de Física 2016 (Español/English)

Los tres científicos británicos ganaron el Nobel con su investigación
Los tres científicos británicos ganaron el Nobel con su investigación

¿Qué pasa en un mundo desconocido en el que la materia puede asumir estados muy extraños?   Esta es la premisa que mueve a los británicos David Thouless, Duncan Haldane y Michael Kosterlitzal, que acaban de recibir el Premio Nobel de Física 2016.

El Instituto Karolinska de Estocolmo, en Suecia, anunció este martes el galardón y dijo que los científicos fueron premiados “por sus descubrimientos teóricos sobre las llamadas transiciones de fases topológicas de la materia”.

Thouless, Haldane y Kosterlitza han estudiado más específicamente la “materia exótica”.

Si en un principio este concepto puede sonar muy extraño, no es otra cosa que el estudio en profundidad de lo que ocurre más allá de los conocidos estados líquido, sólido y gaseoso de las cosas que nos rodean.

Lo que les interesó a estos científicos que trabajan en universidades de Estados Unidos fue ver qué es lo que ocurre cuando la materia se somete a temperaturas extremadamente altas o bajas.

Es aquí donde la materia adopta estados exóticos y abre las puertas a un mundo desconocido (y aparentemente con muchas posibilidades).

Thouless, Haldane y Kosterlitzal utilizaron métodos matemáticos avanzados para estudiar estas facetas o estados inusuales de la materia.

Lo “bi” y “uni” dimensional

Una vez que se conoce el ambiente y las condiciones en que la materia existe, entonces es posible estudiar la materia misma. Eso es lo que se conoce como topología: un campo de la matemática que describe las propiedades que sólo cambian de forma escalonada.

Gracias a ella, Kosterlitzal y Thouless demostraron en los años 70 que la superconductividad podía ocurrir a bajas temperaturas y así lograron explicar el mecanismo que ocurre cuando esa propiedad desaparece a altas temperaturas.

Ambos científicos se concentraron en el fenómeno dentro de las formas planas de la materia, en superficies o capas que son tan finas que pueden considerarse como bidimensionales.

(La superconductividad es la capacidad intrínseca que poseen determinados materiales para conducir corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía en determinadas condiciones).

Por su parte, en los años 80 Haldane pudo determinar cómo estos conceptos topológicos de cambios escalonados podían usarse para entender las propiedades en las cadenas de pequeños magnetos que se encuentran en algunos materiales.

Este científico estudió materia que forma hilos tan delgados que pueden ser considerados unidimensionales.

¿Para qué sirve?

Si bien hace tres décadas estos conceptos eran meramente teóricos, en la actualidad tienen aplicaciones en el día a día, como el desarrollo de nuevas generaciones de dispositivos electrónicos y superconductores.

“La avanzada tecnología de hoy en día -como nuestras computadoras- se basa en nuestra habilidad para entender y controlar las propiedades de los materiales involucrados”, explicó el profesor Nils Martenson, presidente interino del Comité del Premio Nobel.

“Y los laureados de este año, en su trabajo teórico, descubrieron una serie de regularidades totalmente inesperadas en el comportamiento de la materia”.

Martenson agregó que esto ha allanado el camino para el diseño de nuevos materiales con propiedades novedosas.

“Hay grandes esperanzas de que esto sea de gran importancia en la tecnología del futuro”.

“Este puede ser el camino para construir computadoras cuánticas”, dijo por su parte Thouless en una llamada telefónica que le hicieron desde el Instituto Karolinska.

Este científico fue galardonado con la mitad del premio, mientras que la otra mitad fue dividida entre Haldane y Kosterlitz.

La distinción será entregada el 10 de diciembre.  (BBC Mundo)

La "materia exótica" dá a británicos Nobel de Física 2016

English

Strange matter wins physics Nobel

The 2016 Nobel Prize in Physics has been awarded to three British-born scientists for discoveries about strange forms of matter.

David Thouless, Duncan Haldane and Michael Kosterlitz will share the 8m kronor (£727,000) prize.

Their work could result in improved materials for electronics and is already informing one approach to super-fast computing.

They were named at a press conference in Sweden.

The winners join a prestigious list of 200 other Physics laureates recognised since 1901.

The Nobel Committee said the trio’s discoveries had “opened the door on an unknown world”.

Old work, new uses

When matter is in extreme conditions, such as when it’s very cold or flat, scientists start to see unusual behaviour from the atoms.

These phenomena complement the familiar phases of matter, namely when things change from solid to liquid to gas.

Prof Haldane commented: “I was very surprised and very gratified.”

“The work was a long time ago but it’s only now that a lot of tremendous new discoveries are based on this original work, and have extended it.”

All three researchers used maths to explain strange physical effects in rare states of matter, such as superconductors, superfluids and thin magnetic films.

Kosterlitz and Thouless focused on phenomena that arise in flat forms of matter – on surfaces or inside extremely thin layers that can be considered two-dimensional.

The physics of strange matter - an example
The physics of strange matter – an example

This contrasts with the three dimensions (length, width and height) with which we usually describe reality.

Haldane also studied matter that forms threads so thin they can be considered one-dimensional.

Much of the work involves a field of maths known as topology, which describes properties of matter at large and small scales.

Acting chairman of the Nobel committee, Prof Nils Mårtensson, commented: “Today’s advanced technology – take for instance our computers – relies on our ability to understand and control the properties of the materials involved.

“And this year’s Nobel laureates in their theoretical work discovered a set of totally unexpected regularities in the behaviour of matter, which can be described in terms of an established mathematical concept – namely, that of topology.

“This has paved the way for designing new materials with novel properties and there is great hope that this will be important for many future technologies.”  (BBC News)

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