Los Avances de la Física en el 2019

La revista especializada Physics World es una de las más importantes en mantenernos al día con las novedades generadas por los físicos-investigadores de todo el mundo. Pertenece a Institute of Physics (IOP), una de las mayores editoriales dedicadas específicamente a la física. Todos los años, un grupo de editores de esta revista selecciona los avances más destacados de entre cientos de investigaciones. Aquí comparto los que fueron considerados los 10 avances principales en la física del 2019 por la importancia que tienen para el conocimiento, el progreso científico o el desarrollo de aplicaciones.

El Avance del Año 2019, según Physics World, fue para los astrónomos que trabajaron en el Telescopio Horizonte de Evento (EHT -Event Horizon Telescope) por capturar la primera evidencia visual directa de un agujero negro y su «sombra». La imagen revelada el 10 de abril de 2019, y que desde entonces se ha hecho famosa (y de la cual hablé en su momento acá) muestra un anillo de emisiones de ondas de radio, producido por el gas y el polvo a miles de millones de grados de temperatura, rodeando a un agujero negro supermasivo, 6500 millones de veces más masivo que el Sol, que se encuentra en el centro de la galaxia M87, a 55 millones de años luz de la Tierra. Aunque los agujeros negros son invisibles porque la luz no puede escapar de su interior, los investigadores han logrado obtener imágenes cerca del punto donde la materia y la energía ya no pueden escapar: lo que se conoce como el horizonte de eventos. Esta imagen se logró combinando la información de ocho radiotelescopios ubicados en seis puntos diferentes del mundo, dando lugar a lo que en cierto modo es equivalente a un gigantesco telescopio del tamaño de la Tierra. La sincronización y procesamiento de toda la información para obtener la imagen es considerada una hazaña tecnológica.

Compartido por igual por Hassan Akbari, Nima Mesgarani del Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia y sus colegas y Edward Chang, Gopala Anumanchipalli y Josh Chartier de la Universidad de California en San Francisco, por desarrollar de forma independiente dispositivos neuroprostéticos que pueden reconstruir el habla a partir de la actividad neuronal. Los nuevos dispositivos podrían ayudar a las personas que no pueden hablar a recuperar su capacidad de comunicarse con el mundo exterior. Los beneficiarios pueden incluir pacientes paralizados o aquellos que se recuperan de un accidente cerebrovascular. Más allá de las aplicaciones médicas, la capacidad de traducir los pensamientos de una persona directamente al habla podría permitir nuevas formas para que las computadoras se comuniquen directamente con el cerebro.

A los científicos que trabajan en la misión InSight de la NASA, por detectar una señal sísmica en Marte. El primer «Martemoto» (“Marsquake” in inglés), se detectó el 6 de abril de 2019 y los investigadores creen que el pequeño temblor se originó dentro del planeta y que no es el resultado del viento u otros fenómenos superficiales. El Planeta Rojo ahora se une a la Luna como un lugar donde se ha detectado actividad sísmica extraterrestre, y al igual que la Luna, Marte no tiene placas tectónicas y, por lo tanto, se espera que sea mucho más silencioso que la Tierra cuando se trata de actividad sísmica. Estudiar la sismología de Marte debería proporcionar información importante sobre el interior del planeta y cómo se formó.

Para los físicos que trabajan en el experimento LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, por ser el primero en medir la violación de paridad de carga (CP) en un mesón con encanto. El equipo detectó una violación de CP midiendo la diferencia en las tasas a las que el mesón D0 (que contiene un quark encanto) y el mesón anti-D0 se descomponen en un par kaon/anti-kaon o en un par pión/anti-pión. Dado que las desintegraciones D0 y anti-D0 producen los mismos productos, el gran desafío para el equipo de LHCb fue determinar si un evento estaba asociado con un D0 o un anti-D0. Si bien esta última medición es consistente con nuestra comprensión actual de la violación de CP, se abre la posibilidad de buscar nueva física más allá del Modelo Estándar.

A Seungyong Hahn y sus colegas del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético (MagLab) en Tallahassee, Florida, por crear el campo magnético continuo más alto jamás existente en el laboratorio. El récord de 45,5 T se estableció usando un imán superconductor compacto de alta temperatura denominado «Pequeña Gran Bobina» («Little Big Coil» en inglés). Mientras que el récord anterior de 45 T fue establecido por un imán de 35 toneladas, el dispositivo MagLab es de tan solo 390 gramos. El imán fue diseñado para alcanzar campos aún más altos, pero fue dañado durante su prueba. El avance podría conducir a mejoras en los imanes de alto campo utilizados en una gama de aplicaciones que incluyen imágenes médicas de resonancia magnética, aceleradores de partículas y dispositivos de fusión nuclear.

Para Xiang Zhang, de la Universidad de California en Berkeley y sus colegas por ser los primeros en atrapar objetos pequeños utilizando el efecto Casimir, un fenómeno extraño en el que las fluctuaciones cuánticas pueden crear fuerzas atractivas y repulsivas entre los objetos. Zhang y sus colegas utilizaron combinaciones sintonizables de fuerzas Casimir atractivas y repulsivas para mantener una pequeña escama de oro entre las superficies de oro y teflón sin necesidad de energía. La medición de las pequeñas fuerzas involucradas en el proceso de captura fue un triunfo de la metrología óptica y proporciona una mejor comprensión de cómo las fuerzas de Casimir afectan el funcionamiento de los dispositivos micromecánicos. Si las fuerzas pudieran controlarse aún más, podría incluso desarrollarse aplicaciones prácticas que involucren partículas atrapadas.

A la colaboración «Gravitación e Interferometría Cuántica con Positrones y Láseres» (QUPLAS – Quantum Interferometry and Gravitation with Positrons and Lasers) por hacer el primer experimento de doble rendija usando antimateria. Su experimento consistió en enviar un haz de positrones (antielectrones) a través de un interferómetro Talbot-Lau de doble red y mostrar que las antipartículas se comportan como ondas y sufren interferencia cuántica. Observaron un patrón de difracción que cambió a medida que cambiaron la energía del haz de positrones, algo que predice la teoría cuántica y que la física clásica no puede explicar. El avance podría conducir a otros experimentos que buscan diferencias entre la naturaleza cuántica de la materia y la antimateria.

Para Hartmut Neven, John Martinis y sus colegas de Google AI Quantum y varios otros institutos de investigación y universidades de EE. UU. Por ser los primeros en hacer un cálculo en una computadora cuántica en un tiempo mucho más corto que si se hiciera en una supercomputadora convencional. Esta «supremacía cuántica» sobre las computadoras convencionales se logró mediante una computadora cuántica que comprende 53 bits cuánticos superconductores programables. Realizó un cálculo de referencia en 200 segundos, mientras que el equipo estima que una supercomputadora convencional tardaría unos 10.000 años en hacer el mismo cálculo. Si bien los críticos han afirmado que el tiempo real de ejecución de la supercomputadora convencional es de casi tres días, aún así el equipo ha demostrado una clara ventaja para la computación cuántica.

Para Victoria Xu y sus colegas de la Universidad de California, Berkeley, por crear métodos nuevos y más compactos de usar átomos atrapados para medir la aceleración local debida a la gravedad. Su «gravímetro cuántico» se basa en el patrón de interferencia generado cuando las nubes de átomos se separan primero verticalmente en el espacio, y luego se les permite recombinarse. Mientras que la mayoría de los gravímetros miden los efectos de la gravedad en los átomos a medida que caen a través del espacio, el dispositivo desarrollado en Berkeley suspende los átomos en una trampa óptica donde interactúan con el campo gravitacional durante hasta 20 segundos. Esto mejora la sensibilidad de la medición, allanando el camino para aplicaciones que van desde la exploración geofísica hasta experimentos sensibles sobre las fuerzas fundamentales.

Para Ryan Hill, Matthew Brookes y sus colegas de la Universidad de Nottingham, la Universidad de Oxford y el University College London por desarrollar un escáner de magnetoencefalografía (MEG) de estilo “casco de bicicleta” liviano que mide la actividad cerebral en niños que realizan actividades cotidianas. Los sistemas MEG tradicionales miden los pequeños campos magnéticos generados por el cerebro utilizando sensores enfriados criogénicamente, en un casco de talla única que es voluminoso y altamente sensible a cualquier movimiento de la cabeza. En cambio, este equipo utilizó magnetómetros bombeados opticamente , muy livianos, en un casco de 500 gramos, que puede adaptarse a cualquier forma o tamaño de cabeza. El escáner se usó en un niño de dos años (la edad más difícil de escanear sin sedación), un niño de cinco años mirando televisión, un adolescente jugando juegos de computadora y un adulto tocando un ukelele.

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