El físico Pablo Jarillo. Fundación BBVA

El grafeno entró en la vida de Pablo Jarillo-Herrero (Valencia, 1976) en 2005, recién doctorado en Física por la Universidad Tecnológica de Delft (Holanda). “Me pareció un material tan bonito que lo tuve que investigar”, explica este licenciado en Ciencias Físicas por la Universidad de Valencia.

Flash-forward a 2012, cuando su investigación le hace merecedor del galardón más prestigioso que concede el gobierno estadounidense para jóvenes investigadores, el Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers. Jarillo recibe un millón de dólares como financiación y estrecha en persona la mano a Barack Obama en la Casa Blanca.

Un pequeño salto adelante más en esta vertiginosa carrera: es 2018 y Jarillo, al frente de su equipo del Instituto Tecnológico de Massachusets (MIT), revoluciona el ya de por sí pródigo campo del grafeno: han descubierto que, superponiendo dos láminas de este material y girándolas en lo que coloquialmente llaman el ‘angulo mágico’, adquiere una nueva y codiciada capacidad: la superconductividad.

Los materiales superconductores permiten transmitir electricidad sin pérdidas, como sufren incluso los conductores comunes más eficaces como el cobre. Una red eléctrica que usase la energía al 100% abre la puerta a un mundo más eficiente, pero hay un problema: solo funciona hoy en día solo a temperaturas de frío extremo, muy por debajo del cero.

El reto de una superconductividad a altas temperaturas, o a temperatura ambiente, ha centrado la XXVI edición de la Escuela de Verano ‘Nicolás Cabrera’ organizada por la Fundación BBVA y en la que Jarillo participa como ponente.

Teniendo en cuenta lo reciente que es el campo del grafeno y lo joven que es usted, cabe pensar que tienen, mano a mano, décadas de descubrimiento por delante.

Sí, yo creo que sí [ríe]. El descubrimiento de la superconductividad del grafeno ha generado un nuevo campo y mucho entusiasmo, no solo en mi grupo sino en laboratorios de todo el mundo. Yo creo que sí, que va a dar para décadas de investigación. Es bastante complejo, no creo que lo entendamos demasiado pronto [ríe].

El reto que se aborda ahora es el de la superconductividad a temperatura ambiente.

Claro, la superconductividad que hemos descubierto es a baja temperatura. Para temperatura ambiente ya existe un material, pero lo hace bajo condiciones extremas de presión. No tiene ninguna posibilidad de aplicación, por lo que se buscan materiales que sean superconductores y se pueda hacer algo con ellos.

Porque, retrotrayéndonos a la historia del grafeno, todo comienza con el estudio del grafito, el mismo de la mina de un lápiz.

Exacto. En el año 2004, dos científicos rusos que trabajaban entre Holanda e Inglaterra descubrieron que, si tienes grafito, puedes aislar una sola capa. Eso es el grafeno. Y tiene unas propiedades electrónicas muy inusuales. A partir de ahí muchísima gente se puso a investigarlo. Se habían descubierto muchas características peculiares, únicas y extraordinarias, pero no un comportamiento emblemático de los materiales como es la superconductividad. El descubrimiento que nosotros hicimos el año pasado es que si tú pones dos capas una encima de la otra y la rotas un pequeño ángulo, solo un grado, resulta que puede superconducir. Fue una sorpresa total.

A esta técnica le ha puesto un nombre fantástico: twistrónica.

[Ríe] Efectivamente, twistronics, de twist, rotar… como hacer un Twist.

Y esto da prueba de las propiedades increíbles del grafeno: se estira, se dobla, se modifica…

En la historia de la ciencia de materiales, nunca antes se había podido “girar” un ángulo entre dos estructuras bidimensionales cristalinas. Un material tridimensional crece con la estructura en función de su naturaleza. Y un semiconductor, como el transistor de un teléfono móvil, está hecho de arseniuro de galio, y solo puede crecer por la superposición de capas alineadas. Pero al descubrir los materiales bidimensionales, podemos poner dos láminas e inclinarlas en el ángulo que queramos. Y entonces puede adquirir propiedades que no tenía originalmente. El grafeno no era superconductor y ahora superconduce, y no solo eso: yo puedo aplicarle un voltaje para convertirlo en aislante, en un metal, hacer mogollón de cosas.

¿El ‘ángulo mágico’ se puede usar como interruptor entre distintas funciones del grafeno?

Sí. Desde el punto de vista ingenieril, lo que hemos hecho es un trasistor-superconductor: una cosa que la puedes poner en estado superconductor o en estado aislante, eléctricamente, como un switch. El ‘ángulo mágico’ ha sido lo primero que ha conseguido hacer algo así, y por eso hay tanta gente entusiasmada.

Porque las expectativas sobre el grafeno van desde su uso en la ropa a chips para la computación cuántica…

Yo creo que ahí se han creado expectativas poco realistas. Sobre todo de cuándo va a ocurrir, si es que ocurre alguna vez. Me puedo imaginar lo de incorporar electrónica flexible a los tejidos gracias a los materiales bidimensionales. Pero el grafeno no va a reemplazar al silicio en nuestros ordenadores, porque es muy bueno en lo que hace y hay una gran inversión e inercia detrás. Lo que si podría permitir es tener aplicaciones que no tenemos ahora.

¿Por eso no le gusta llamar al grafeno ‘el material de Dios’, por no crear expectativas desbordantes?

Bueno, es simplemente porque eso no tiene ningún significado. Es añadir un calificativo que no aporta ninguna información.

¿Y cómo lo llamaría usted?

Es un material extraordinario. ¿Puedes decir que es el más fino del mundo? Sí. Nada puede ser más fino que el espesor de un átomo. ¿Es el más fuerte? También. Y el que mejor conduce la electricidad. Hay muchos calificativos. Algunos lo llaman “material superlativo”, que tampoco te dice mucho: significa que, en muchos campos, es “lo más”. Un “supermaterial”, vaya, eso dice un poco más [ríe].

El químico Omar Yaghi, premiado en una edición anterior, lamentaba que la ciencia básica estuviera “bajo ataque”: se penaliza la investigación que no tiene resultados inmediatamente aplicables

Estoy totalmente de acuerdo. Si uno piensa en los orígenes de las mayores revoluciones tecnológicas -la electricidad, la máquina de vapor, el láser-, encontramos físicos, químicos o biólogos que estudiaban por pura curiosidad científica. En muchos casos, las aplicaciones prácticas no llegaron hasta décadas o siglos después. Por poner un ejemplo: los satélites de GPS funcionan con relojes atómicos que se inventaron para investigar propiedades de mecánica cuántica totalmente básicas. Nadie imaginaba que un día permitirían localizar la posición como se puede hacer ahora. La precisión en centímetros se basa en algunos conceptos de la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que nadie pensó en su día que serviría para nada.

El MIT capta a los jóvenes talentos

¿En una preocupación también presente en el MIT?

Si uno pone mucha presión en resultados a muy corto plazo, obtiene resultados muy incrementales. Mejoras de tecnología que ya tienes. Avanzas de manera lineal, si es que avanzas. Y es más de lo mismo. Es muy importante que la sociedad sea capaz de tener paciencia. Invertir en conocimiento puro genera a largo plazo mucho más crecimiento. En el MIT lo tienen claro. Pero se nutren sobre todo de fondos federales de investigación. Y el Gobierno de EEUU, como todos los del mundo, presiona por esa inmediatez. La inversión en ciencia básica está decreciendo.

¿Qué percepción hay sobre España, ahora que la ciencia vuelve a tener su Ministerio con un ingeniero e investigador -antes que astronauta- al frente?

Pedro Duque lleva relativamente poco como para ver un cambio significativo. A mi me parece muy normal que la ciencia tenga un Ministerio en sí. España tenía un gran atraso derivado de la dictadura que tuvimos durante 40 años. Volver a subirse al tren costó mucho, y no se han hecho las inversiones que cabría esperar. En algunos sectores hay grupos muy competitivos, pero de media, no estamos al nivel de otros países europeos, de EEUU, Japón o China. Creo que en este país hay menos tradición científica entre la clase gobernante, no entienden el beneficio a largo plazo.

Los presidentes de EEUU se implican personalmente en grandes proyectos científicos: Kennedy y la llegada del hombre a la Luna, Clinton y el genoma humano, Obama y el mapa del cerebro…

Durante la II Guerra Mundial, EEUU juntó un gran equipo de físicos, matemáticos y químicos de prestigio para desarrollar la bomba atómica. Y el poder político se dio cuenta de las ventajas, en este caso militares y con consecuencias lamentables. Pero desde entonces, durante décadas y hasta hace poco, se ha confiado en los científicos y han llegado logros mejores para la Humanidad. El presidente tiene por tradición un comité de asesores científicos y un asesor presidencial de muy alta categoría. Obama se reunía con él cada semana. Tenía al otro lado del teléfono a los expertos que necesitase para tomar decisiones informadas. Es una pena que no exista en España.

Quizás esa tradición en EEUU se traduce en mejores condiciones para su personal investigador.

Pero no solo eso. En EEUU se apuesta mucho por la gente joven, más que en Europa. A mi me dieron un montón de dinero y me dijeron: “Pensamos que tienes buenas ideas, haz lo que te parezca”. Yo creo que hay que apostar por los jóvenes, en general son más innovadores.

¿Se puede hablar de meritocracia? ¿Es más difícil acceder a la universidad pero los excelentes obtienen mayores oportunidades?

¿Más difícil cómo? ¿Económicamente? Sí y no. Cuando solicitas la admisión en el MIT, nadie te pregunta si puedes pagar. Si te admiten, te preguntan: “¿Tienes dinero?” Y si dices que no, no pasa nada: estudias gratis. Si lo tienes, pagas. No pasa en todas partes, solo en los centros que pueden permitírselo, pero yo tengo muchos estudiantes en el MIT que no están pagando ni un dólar. El aspecto de la meritocracia es el que más me gusta. A la gente que tiene ganas y trabaja duro se le intenta dar todas las posibilidades. Nadie te pone techos. En España, lo normal es decirte: “Para el carro, echa el freno”. Cuando estaba en la carrera, comiendo con un profesor, le pregunté por qué no iba a EEUU con los mejores en su campo: “¡Uy¡”, me dijo, “tienes una idea un poco distorsionada. Tú, con llegar aquí, date con un canto en los dientes”.

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Alcanzar el puesto de director de Ingeniería en Google, tener un puñado de importantes patentes tecnológicas registradas a tu nombre, ser doctor honoris causa por 15 universidades, o que Forbes te defina como “la máquina de pensar suprema”, debería ser suficiente para sentirse satisfecho. A no ser que se quiera más. Mucho más. Que el objetivo de tu vida sea alcanzar la inmortalidad. Literalmente, no en el plano metafórico. Y esa es precisamente la aspiración de Ray Kurzweil quien, a sus 67 años, continúa pleno de actividad y con la misma energía que cuando creo su primer programa de ordenador en 1963.

Escucharle afirmar con vehemencia que la suya es la última generación que deberá cuidarse a la vieja usanza porque en diez años seremos capaces de revertir los efectos de la edad y mantenernos jóvenes eternamente, resultaría poco menos que increíble si sus predicciones anteriores no le otorgaran, cuanto menos, el beneficio de la duda. Además de un ingeniero brillante, un extraordinario inventor (fue el creador del primer OCR, del primer escáner para ordenador y del primer sintetizador de texto a voz) y un músico pionero (su trabajo con Stevie Wonder se tradujo en un sintetizador capaz de reproducir los sonidos de cualquier instrumento de forma fidedigna), Kurzweil es un reconocido futurista. O, lo que es lo mismo, un teórico de los caminos que seguirá en los próximos años el ser humano en su relación con la tecnología. Sus ideas han sido plasmadas en tres libros La era de las máquinas inteligentes, La era de las máquinas espirituales y La singularidad está cerca, en los que aventura cómo será el desarrollo tecnológico en un futuro (incluso tan lejano como el 2099) y qué influencia tendrá en nuestras vidas. Alguna de las predicciones realizadas en su primera obra, publicada en 1990, como el crecimiento exponencial de Internet, resultaron ciertas, por lo que cuando Kurzweil habla lo mejor es escucharle atentamente.

No está lejos entonces el día en que seamos capaces de hacer una copia de seguridad de nuestro cerebro y subirla a la nube, o que podamos crear un avatar prácticamente idéntico de alguien ya fallecido. Así de radical es Kurzweil en sus ideas: no sólo quiere conseguir la inmortalidad, sino que se atreve a resucitar a los muertos.

Fuente: Noticia de Prensa.

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Los cúmulos galácticos Abell 0399 (a la izquierda) y Abell 0401 (a la derecha), están conectados por campos magnéticos, algo nunca visto hasta ahora – DSS, Pan-STARRS1, XMM-Newton, PLANCK satellite, F. Govoni, M. Murgia, INAF, Cjbeards, ASTRON

Hallan un misterioso “puente” de ondas de radio entre dos lejanos cúmulos de galaxias.

Un equipo de investigadores italiano aventura que la causa podría ser un campo magnético entre los dos cúmulos, algo nunca visto hasta ahora.

Repoetraje de Prenda: José M. Nieves

En el Universo, todo está conectado con todo. La materia tiende a acumularse formando estrellas, que se unen para formar galaxias, que a su vez se agrupan para formar grupos, cúmulos y súper cúmulos de miles y miles de miembros. Pero tampoco los bulliciosos supercúmulos galácticos están aislados unos de otros.

Muy al contrario, todos ellos están conectados por largas “autopistas” de plasma, que recorren las enormes y aparentemente vacías distancias (incluso de cientos de millones de años luz) que hay entre un cúmulo y otro. Esta suerte de “carreteras interespaciales”, que los científicos llaman filamentos, tejen a lo largo y ancho del Universo lo que se conoce como “la telaraña cósmica”, una inmensa red universal donde la materia se concentra en los nodos, y los nodos se unen, como en una telaraña, por medio de los filamentos.

A lo largo de esta red de autopistas universal, un número incontable de electrones circula continuamente casi a la velocidad máxima que la naturaleza permite: 300.000 km/s, la velocidad de la luz. Pero incluso así, las partículas solo son capaces de recorrer una fracción de uno de esos filamentos antes de quedarse sin energía y descomponerse. O por lo menos así es en la mayoría de ocasiones.

Mysterious ‘Bridge’ of Radio Waves Between Galaxies Seems to Be Smashing the Laws of Physics (But It’s Not)

De hecho, un equipo de astrónomos que estudiaba el filamento que une dos cúmulos de galaxias, Abell 0399 y…

Abell 0401, que están además en proceso de colisión, descubrió un extraño flujo de electrones que no cumple esas “reglas de tráfico” espacial. En la “carretera” que une los dos cúmulos, en efecto, los investigadores descubrieron un largo “puente” de emisiones de ondas de radio, creado por partículas cargadas, recorriendo una distancia de 10 millones de años luz. Algo que, sencillamente, no debería existir.

Campo magnético

Según explican los científicos en un estudio publicado esta semana en Science, el origen de esta anomalía puede ser un débil pero turbulento campo magnético que se extiende entre los dos cúmulos de galaxias y que actúa como un poderoso acelerador de partículas, con la fuerza suficiente para impulsar a los electrones diez veces más lejos de lo que normalmente serían capaces de viajar. Es la primera vez que se descubre un campo magnético entre dos grupos de galaxias.

Hasta ahora, se habían medido campos magnéticos en objetos específicos, como galaxias o incluso cúmulos, pero nunca a escalas mayores. Según explica Federica Govoni, Del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica, que ha dirigido la investigación, se trata de la primera vez que se observa un campo magnético recorriendo un filamento galáctico, y eso podría cambiar nuestra comprensión de cómo se aceleran las partículas, incluso en distancias increíblemente largas y que no se creían posibles hasta ahora.

“Se trata de un campo magnético muy débil, cerca de un millón de veces más débil que el de la Tierra“, explica Govoni. Pero a pesar de ello puede ser aún lo suficientemente intenso como para emitir ondas de choque capaces de acelerar las partículas a lo largo de distancias increíbles.

Choque futuro

A cerca de 1.000 millones de años luz de la Tierra, Abell 0399 y Abell 0401 son dos cúmulos de galaxias vecinos, con cientos de miles de galaxias individuales cada uno. Y se están acercando el uno al otro, de forma que en unos pocos miles de millones de años más ambos chocarán y se fusionarán en un cúmulo mucho más grande. Por ahora, sin embargo, están aún separados por una distancia de 10 millones de años luz, y conectados a través de la anteriormente mencionada “autopista de plasma”.

El “puente” de emisiones de radio entre un cúmulo y otro fue detectado utilizando una red de telescopios llamada LOFAR (Low Frecuency Array). “Esta emisión -escriben los autores en su artículo- requiere de una población de electrones relativistas (que viajen casi a la velocidad de la luz) y de un campo magnético ubicado en un filamento entre los dos grupos de galaxias”.

Para tratar de averiguar cómo debería funcionar este extraño proceso, los científicos llevaron a cabo una serie de simulaciones informáticas. Y descubrieron que incluso un campo magnético relativamente débil podría crear ondas de choque con la potencia necesaria para imprimir más aceleración a los electrones de alta velocidad. Un “empujón extra” capaz de mantenerlos en movimiento a lo largo de todo el filamento.

A pesar de todo, estas conclusiones no son más que una explicación posible y que no resuelve aún el misterio. Por supuesto, la investigación continúa.

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Karen Uhlenbeck, premio Abel de Matemáticas, en Princeton.

Karen Uhlenbeck, pionera y matemática “imperfecta”

“La matemática estadounidense Karen Keskulla Uhlenbeck se ha convertido en la primera mujer en recibir el Premio Abel, desde que comenzó a concederse en 2003. Uhlenbeck, catedrática emérita de la Universidad de Texas en Austin y Senior Research Scholar en la Universidad de Princeton y en el Instituto de Estudios de Estudios Avanzados (EE. UU.), ha hecho impresionantes avances en el campo de las ecuaciones en derivadas parciales geométricas, la teoría gauge y los sistemas integrables. Sus resultados han tenido un impacto transformador en los campos de la geometría y el análisis, llevando más allá los límites del conocimiento, y haciendo descubrimientos profundos en la frontera de la matemática y la física.

Sus trabajos en aplicaciones armónicas la convirtieron en una de las fundadoras del área del análisis geométrico. De todos sus resultados en este campo, destaca el teorema que obtuvo con Jonathan Sacks a principios de la década de 1980, sobre la existencia de inmersiones armónicas de superficies compactas en 3-variedades de Riemann. Este resultado introduce unos métodos –llamados minimax– que se siguen empleando con éxito en la actualidad. Por ejemplo, son una de las bases de la demostracióndel brasileño Fernando Codá Marques y el portugués André Neves de la famosa conjetura de Willmor. Por este trabajo los matemáticos recibieron el prestigioso premio Oswald Veblen en 2016.

Otro de los trabajos de Uhlenbeck, sobre la aplicación de los llamados instantones como una herramienta geométrica efectiva, fue clave en las investigaciones que valieron a Simon Donaldson (Stony Brook University e Imperial College London) la Medalla Fields en 1986. Este resultado se engloba en otra área de las matemáticas, la teoría gauge, por la que se interesó tras escuchar una charla del también Medalla Fields y Premio Abel Michael Atiyah en la Universidad de Chicago.

El ejemplo de Uhlenbeck es profundamente inspirador para todas las mujeres que hacemos matemáticas y en general para todas las mujeres científicas. Este merecido premio, y toda la difusión que le acompaña, sirven para dar visibilidad a todas ellas. Además, claro, de para reconocer una carrera excepcional. Aunque ella afirma que ser considerada un modelo para otras mujeres “es duro, porque lo que realmente necesitas es mostrar a los estudiantes cómo una persona puede ser imperfecta y sin embargo tener éxito”. Espero que el ejemplo de esta mujer tenaz sirva para que todas las chicas jóvenes se atrevan con las matemáticas a pesar de sus “imperfecciones”, y a las que ya están en el camino les anime a perseverar.”

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La nebulosa del Cangrejo, el impresionante resto de una supernova que explotó en el año 1054 – NASA / ESA

Estamos vivos gracias a la energía oscura

La fuerza responsable de la expansión acelerada del Universo parece estar ajustada para permitir la formación de galaxias y, por ende, de la vida

Si estamos vivos, es gracias a la energía oscura o, mejor dicho, gracias a su inexplicable debilidad. Esa es la conclusión de un impactante estudio recién publicado en arxiv.org en el que se recurre al principio antrópico (el mundo es necesariamente como es porque hay seres que se preguntan por qué es así) para justificar la intrigante debilidad de la fuerza que es responsable de la expansión acelerada del Universo.

Para Tomonori Totani, astrónomo de la Universidad de Tokio y autor principal del estudio, esta idea “crea un vínculo completamente nuevo entre energía oscura y astrobiología, campos que hasta ahora se habían considerados muy diferentes”.

La mayoría de las personas no se ha parado a pensar que la energía oscura, la misteriosa fuerza que lo impregna todo y que obliga a las galaxias a separarse cada vez más unas de otras es, en realidad, particularmente débil. De hecho, si hacemos caso de la mecánica cuántica y de las ecuaciones de Einstein que describen la gravedad, la energía oscura debería ser, por lo menos, 120 ordenes de magnitud más fuerte de lo que es en realidad.

Sin embargo, si eso fuera así, ninguno de nosotros estaría aquí para observar el Universo y preguntarse, entre otras cosas, por la razón de la “debilidad” de la energía oscura. De hecho, si la energía oscura fuera tan poderosa como las teorías afirman que debería ser, habría separado mucho más deprisa la materia en el origen del Universo, impidiendo la formación de galaxias, estrellas y, por supuesto, de seres vivientes. Las leyes de la física, afirman muchos científicos invocando el principio antrópico, parecen estar ajustadas al milímetro para permitir la existencia de vida.

Totoni y sus colegas se preguntaron hasta qué punto una energía oscura más poderosa de la que observamos a nuestro alrededor podría seguir permitiendo la formación de galaxias y de seres vivos. Y por medio de una serie de simulaciones informáticas llegaron a la conclusión de que la materia podría seguir agrupándose para formar galaxias con una energía oscura que fuera entre 20 y 50 veces más fuerte de lo que es en realidad. Unos límites mucho más ajustados de los sugeridos por otros investigadores que sólo utilizaron las leyes de la física.

Galaxias tempranas

Los investigadores decidieron analizar con más detalle los modelos de Universo en los que la energía oscura era cerca de 50 veces más potente que en el nuestro. Y hallaron que, efectivamente, en esos universos aún podrían formarse galaxias, pero solo durante sus épocas más tempranas, antes de que el poder de la misteriosa energía oscura prevaleciera y terminara por alejar todo de todo.

Dado que, además, un Universo primitivo es mucho más denso que otro de larga vida, en el que la materia está ya muy separada, las galaxias que lograran formarse estarían llenas de estrellas que se apiñarían hasta 10 veces más de lo que lo hacen en nuestra Vía Láctea.

En esas galaxias tan densas, todas las estrellas estarían realmente muy cerca de sus vecinas. Y las estrellas muy masivas, que suelen vivir vidas muy cortas y explotar después como supernovas, liberarían dosis letales de radiación a los sistemas estelares cercanos y a sus planetas, esterilizándolos y haciendo imposible que la vida se desarrolle en ellos.

Los investigadores calcularon que este efecto, que previamente nunca había sido considerado, convertiría los Universos con una energía oscura muy fuerte en inhóspitos para la vida.

Por lo tanto, la “debilidad” de la energía oscura es, precisamente, la razón por la que estamos aquí. Según Totani, su propuesta podría cobrar fuerza si en el futuro, los astrobiólogos encuentran que la vida es mucho más rara en las regiones más densas de la galaxia.

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