El Talón de Hierro. Alejandro Lobos: ¿Qué son el magnetismo cuántico y la superconductividad?

Alejandro Martín Lobos es Doctor en Física, estudió en el Instituto Balseiro de la Universidad Nacional de Cuyo, actualmente es Profesor Adjunto en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de esta Universidad e Investigador Independiente del CONICET. Sus áreas de investigación abarcan la Teoría de la Materia Condensada. Física del Sólido. Magnetismo y superconductividad en sistemas nanoscópicos y de bajas dimensiones, sistemas cuánticos fuertemente correlacionados, espintrónica, superconductores y aislantes topológicos, efecto Kondo.

-Contanos un poco cómo llegó a tu vida la pasión para estudiar física.

-La verdad que no me acuerdo. Yo desde muy chiquito creo que siempre tu curiosidad. ¿Cómo llega eso? Por un lado por una cuestión de curiosidad natural tenía que tener cuando era niño (creo que radio a todos los niños tienen esa tendencia. Pero también por mis viejos, mis viejos. Mi papá es bioquímico, ya está retirado, pero yo iba a buscarlo al laboratorio y bueno… Había una persona con guardapolvo en un laboratorio lleno de tubos de ensayo. Entonces, eso creo que fue una marca importante. Y después en mi familia siempre se fomentó eso, la curiosidad. Yo desde que tengo recuerdos, estaba con una lupa mirando hormigas o buscando limadura de hierro con un imán en la tierra. Y bueno, esto para mí es una consecuencia natural de ese niño de antaño. Para mí nunca fue un dilema estudiar, siempre me interesó.

-Tuviste en claro esa decisión y ¿cómo es el camino para emprenderlo, tiene las mismas facilidades que esa convicción?

-Es un camino difícil porque bueno, por supuesto te puede gustar, te puede interesar, pero Física en particular es una carrera que tiene sus dificultades. Creo que la dificultad más grande es la persistencia, la capacidad de frustrarse y no abandonar. Creo que personalmente para mí fue el desafío más grande. Hay materias que me costaban mucho. Por suerte esos escollos los pude ir salteando y hoy en día los miro para atrás y digo, ah bueno, esas fueron las dificultades principales. Pero poder estar con un problema que no te sale y que no lo podés resolver, y meterle, insistir, insistir, creo que eso es lo más complejo. Incluso hoy en día te diría que es la complejidad más grande para los estudiantes de Física, Matemáticas. Son carreras inherentemente complejas. Donde tenés que meterle mucho tiempo de estudio y mucho esfuerzo, y tener un problema en la cabeza que no te sale y no abandonarlo sino al día siguiente intentar. Intentar al día siguiente, hasta que un momento te sale. Eso creo que fue lo más complejo y que es lo más complejo tal vez de la profesión: vivir con un problema en la cabeza y estar mucho tiempo en que no te sale, hasta que en un momento te sale.

-¿Esa idea también te ayuda como profesor, a transmitirle a tus alumnos esa idea de que no se paralicen ante la frustración?

-Sí, sí, de hecho es algo que lo tratamos de transmitir en general los profes de la Facultad, en Ciencias Exactas que es donde trabajo. Tratamos a transmitir esa idea y tal vez estos tiempos son complejos en ese sentido, porque primero hay una tendencia a no complejizar muchos contenidos. Se han sido sacando horas (para poner en términos concretos) de Matemáticas, Física, en la formación de los estudiantes. Entonces eso hace que los chicos lleguen con menos conocimientos de los que llegaban antes. Eso lo notamos nosotros desde la Facultad como tema, de una problemática profesor te estoy comentando ¿no?

Y después el mundo nos bombardea todo el tiempo con cosas medio ya hechas, problemas ya en medio resueltos o aplicaciones que ya hacen el trabajo por vos, y vos no tenés que estar pensando. Hay muchas cosas que no las pensás más, incluso en nuestro trabajo, ya hay programas que te resuelven una integral, por lo decirte un ejemplo muy concreto. Entonces meternos en eso y sostener esa postura de che no, hay que meterle, hay que insistir y hay que tolerar la frustración, es un desafío hoy en día. Es un desafío y a veces lo logramos, a veces no logramos, pero un poco es lo que intentamos. Esa es una actitud, que es difícil sostener hoy en día.

-Volviendo un poco al Alejandro niño, todos alguna vez jugamos con un imán viendo el efecto que tenían sobre los metales. O vimos en la escuela primaria, una de las cosas que más le gusta a los chicos, cómo funciona una brújula, tratar de entenderlo. ¿Cómo fue este tipo de experiencias y descubrimientos para las primeras culturas? Históricamente ¿cuáles son los primeros registros que se tienen, desde el punto de vista del pensamiento científico, de cómo descubrieron el magnetismo?

-A mi me apasiona eso, siempre me encuentro de vuelta con ese mismo tema de digo esto está buenísimo. El mismo asombró que por ahí uno tiene cuando descubre que un imán tiene un efecto a distancia, esa idea del efecto de distancia que después en la historia de la ciencia fue el desembocó en el concepto del campo magnético y del campo electromagnético, que se fue complejizando con distintas teorías, es lo que en el fondo nos asombran de estos temas. Uno está acostumbrado a que, si quiere tener un efecto sobre la materia, tiene que accionar directamente sobre la materia. Si vos querés correr un vaso lo tenés que agarrar y correr. Si querés calentar algo, tenés que agarrar ponerle fuego directamente. Y de repente el magnetismo aparece con una excepción a eso, como una cosa muy sorprendente.

De las primeras culturas hay registros de los chinos usando la brújula por primera vez, cosas que parecían una cucharita y en realidad es un imán y servía para orientarse, después los navegantes lo usaron para orientarse en el mar.

Pero registros del magnetismo se tienen desde la antigua Grecia e incluso antes. De hecho, la palabra magnetismo viene de una región que se llamaba Magnesia, que hoy es una región de Turquía, en donde había muchas formaciones rocosas de óxidos de hierro, lo que hoy se conocen como magnetitas. La magnetita es un mineral natural que es magnético, ferromagnético. Esos registros de imanes se tienen desde hace muchísimo tiempo, pero no fue tan útil sino hasta el último siglo que se empezó a comprender el magnetismo. Si bien ya se utilizaba para orientarse, que era el principal uso de tenia. Históricamente, es un fenómeno que nos ha acompañado en la cultura en distintas culturas por muchos siglos.

-En esa alusión sobre la comprensión del magnetismo de los últimos siglos ¿entran los descubrimientos de Faraday, Maxwell y esta relación entre el conocimiento de la electricidad y el magnetismo finalmente como una sola fuerza?

-Claro, sí, digamos que el magnetismo en sí era un fenómeno aislado, sorprendente, pero conceptualmente aislado de la electricidad. A medida que fueron surgiendo distintos experimentos se fue entendiendo que había una conexión muy fuerte entre el magnetismo y la electricidad, sobre todo cuando hay fluctuaciones del campo magnético, eso genera una corriente eléctrica y las corrientes eléctricas pueden inducir campos magnéticos. Pero eso se conoció en los siglos XVII, XVII, que empezaron a aparecer experimentos concretos, de gente que se daba cuenta que estaba esa conexión. Trabajos de Amper, Faraday...

Lo que hoy se conocen como las Leyes de Maxwell es un trabajo que es unificador del campo del electromagnético. El campo electromagnético es un concepto que surge a partir de los trabajos de Maxwell, como gran síntesis conceptual de esas fuerzas. En realidad es una única fuerza, si querés, objetivamente se puede entender como una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, el campo de las fuerzas electromagnéticas, y eso está asociado muy fuertemente el concepto de campo.

Hoy en día tenemos un área enorme de la física que es la física de campos, la teoría de campos. Que te diría que está en la frontera del conocimiento, porque eso es lo que nos permite entender lo que hago yo, por ejemplo, que es materia condensada, materiales condensados en sus propiedades más fundamentales. Pero también física de partículas, cómo unificar la gravedad con la relatividad general, eso se hace a nivel de un concepto que es el concepto de los campos. Y eso surge con el campo electromagnético. Con esa idea de que hay algo, como si te dijera hablando mal y pronto: “en el aire”, que puede conectar a dos cosas aisladas...

-Tiene que ver con una experiencia que hacemos con los chicos en la escuela de arrojar limaduras de hierro cerca de un imán y ver que toman esa forma, esos círculos, una forma parecida al ocho, ¿no?

-Bueno, esas son las líneas del campo magnético, son las líneas del que sigue el campo magnético. En particular, el imán es lo que se conoce en un dipolo magnético, es algo donde tenés un inicio y tenés un fin, en este caso del campo. Y, efectivamente, son lo que se conocen como las líneas del campo magnético, que son los lugares donde se maximiza las fuerzas. Los momentos magnéticos (perdón por la jerga) del hierro, se orientan de acuerdo a esa línea de campo, que es lo que hace una brújula en el campo magnético de la tierra, exactamente lo mismo.

-Claro, lo que en un papel puede ser una pequeña limadura de hierro, a nivel del campo de la Tierra es la aguja.

-Exacto. A pesar de que uno cuando toma un pedazo de hierro no lo nota, el hierro es magnético intrínsecamente. Pasa que es un imán desordenado. El hierro, como tal, es fuertemente ferromagnético. Pero no te das cuenta porque es como que sus imancitos, sus dominios magnéticos, están totalmente orientados al azar y eso hace que se cancele globalmente el magnetismo del hierro. Pero apenas le aproximás un imán externo orienta los momentos magnéticos, y es como que el hierro manifiesta su magnetismo frente a un campo magnético externo. Por eso tenés un efecto, por eso es que el imán se pega a la heladera, porque puede orientar los momentos magnéticos que hay en el hierro de la chapa.

-Como nos lo enseñaron a nosotros de chicos, era de alguna forma una fuerza general. Así como yo puedo construir un electro imán con una batería, un cable enroscado alrededor de un clavo y con ese clavito, haciendo circular electricidad, tenía un imán. De alguna forma, dentro del imán de la heladera o el imán de la brújula, tenía que haber algún tipo de electricidad circulando ¿no? ¿Eso cambió con el tiempo?

-Sí, está bueno al ejemplo, porque eso da pie para hablar un poco de como es el avance científico, como ha sido el avance científico en este punto en particular, entendiendo los orígenes del magnetismo en la materia. Porque una cosa es el campo magnético, como una fuerza fundamental y otra cosa es cómo ocurre en la materia concretamente. Y se creía, concretamente si vos hablas de un imán, que haciendo una analogía con eso que acabas de decir, que es un solenoide, un electroimán, un anillo por donde circula corriente continua, las leyes de Maxwell predicen que eso te genera un campo magnético. Eso es lo que conocemos en física como un solenoide.

Si ese fenómeno ocurre en ese sistema, entonces, en un imán que tiene un magnetismo permanente la lógica parecería indicar que tiene que haber corrientes generando ese magnetismo. Y no es así. Y eso se entendió, hace no mucho tiempo, con el surgimiento de la física cuántica. En realidad, lo que ocurre es que, en la materia, el magnetismo aparece no por corrientes circulantes. Puede ocurrir, puede haber magnetismo por corrientes circulantes, pero no es el magnetismo que observamos en los materiales magnéticos, como el imán de la heladera.

Lo que ocurre ahí es (y es esto se entendió después, con el surgimiento de la mecánica cuántica) una característica que tienen los electrones, que es el espín. El espín es una especie de imancito que tiene el electrón intrínsecamente. Y es un concepto recontra difícil de entender y también es difícil de explicar, por eso muchas veces uno recurre a analogías. Pero básicamente, el espín del electrón es como si fuera un trompo que sólo puede tener dos orientaciones: para arriba o para abajo. Hemos asociado esas imágenes para que se pueda entender, pero en realidad nosotros decimos que es un grado de libertad intrínseco, no tiene una manifestación espacial, como lo podría tener una corriente.

Una corriente es una manifestación en el espacio de cargas en movimiento. Entonces yo te digo, hago circular una corriente en un anillo, lo puedo imaginar como electrones circulando, eso genera una corriente eléctrica. Ahora, el electrón, sin moverse de su lugar, tiene intrínsecamente ya (como si fuera parte de su ADN) un imán metido adentro. Pero es un imán especial en el sentido de que solo puede tener dos orientaciones, arriba o abajo.

Y ese imán intrínseco tiene todas las características que podría tener un imán común, en el sentido de que interactúa con el campo magnético externo, como el campo magnético de la tierra o un campo magnético artificial que vos le acerques. Entonces, cuando muchos de esos electrones de alguna manera se ponen de acuerdo y dicen: nos conviene que todos apuntemos para un mismo lado, eso genera macroscópicamente el magnetismo en la materia. Y eso es algo que se entendió recién al siglo XX. Cómo surge el magnetismo en la materia es algo muy reciente, y lo logramos gracias a entender que existe algo que se llama espín y que ese espín se puede ordenar o no, en los materiales.

Concatenando con esto que vos mencionabas, los campos de estudio, mucho del esfuerzo que hay hoy en día en la física de materiales está en entender propiedades de la materia, en particular el magnetismo. Por qué algunos materiales son magnéticos y otros no, a qué temperatura se vuelven magnéticos, qué pasa…

Hay muchos tipos de magnetismo también, porque el magnetismo que tenés en el imán de heladera, por ejemplo, es una manifestación del magnetismo. Pero tenés otros sistemas que son, por ejemplo, antiferromagnéticos. Que es algo más complejo, es un ordenamiento de los espines, pero es, como si te dijera, un espín de un electrón para arriba, otro para abajo, otro para arriba, otro para abajo, otro para arriba, y eso es un estado magnético especial, muy diferente al del ferromagnético, que es el ordenado todos el para mismo lado. Y así hay muchos materiales que se empezaron a encontrar y entender que tenían un orden magnético especial, que por ahí no es visible a la simple vista, porque no todos interactúan de la misma forma. Pero es un campo súper activo de la física moderna, entender esos materiales y entender su magnetismo.

-Me gustaría volver un poco a esta idea de los electrones poniéndose de acuerdo ¿no?

-Ah, sí, sí. Nosotros le atribuimos características humanas… (risas)

-No, es interesante, pero me gustaría hacer un paréntesis para que nos expliques que usos tiene tecnológicamente. El recuerdo que tengo de chico era la cinta magnética era el casette, después se pasó a los disquetes de la computadora, y hoy ya se habla en otros términos ¿no? Mi duda es, en qué medida son expresiones de lo mismo, ni más ni menos que tecnologías magnéticas, o en qué medida ya empiezan a tener que ver con lo que estás explicando. ¿Hacia dónde está orientado el desarrollo tecnológico de esta comprensión del magnetismo cuántico?

-Te diría que es un ida y vuelta. Muchas veces, algo que se comprende desde el punto de vista fundamental… Que es lo que nos pasa nosotros como investigadores, que nos interesan los problemas per se, hay algo que nos entiende o que no se puede resolver e inmediatamente hay un físico o una física metida ahí tratando de ver si se puede entender. De esos problemas hay un montón. Lo bueno de la física, lo que nos da trabajo, es que hay muchas cosas que no se entienden. Apenas vos lograste entender algo, aprendiste a resolver un problema y te aparecen tres nuevos problemas o tres nuevas preguntas y así avanzar a ciencia.

Hoy en día te diría que se han entendido muchísimas cosas y en ese desarrollo van apareciendo ideas de aplicación de ese conocimiento a tecnologías nuevas, y eso está generando nuevas arquitecturas de computación o nuevas formas de almacenar información. Todo lo que vos mencionabas recién, tiene que ver con cómo usar el magnetismo para guardar información. Cuando vos sacás una foto o guardas un audio, o hacés cualquier tipo de almacenamiento en un dispositivo, ahora ya hay distintos dispositivos electrónicos pero, hasta hace no mucho tiempo, el disco rígido era una cosa con la que convivíamos todo el tiempo. O sea, hoy hay ahí discos rígidos pero por ahí son en el estado sólido, son distintas arquitecturas. Pero el disco rígido magnético, básicamente lo que hace es explotar el grado de libertad magnético (un spin para arriba, un spin para abajo, dos spines para arriba) para almacenar información digital.

Una cadena de unos y ceros, que podría decir es la codificación de una foto en el espacio, en dos dimensiones, cada pixel se codifica en bytes, vos vas haciéndote la traducción de qué significa tener un pixel blanco o un pixel negro en una cadena de ceros y unos. Y esa cadena de ceros y unos, vos necesitás almacenarla, físicamente. Es como un problema de dónde guardo esto, entonces aparece el magnetismo como una plataforma en donde vos podés guardar eso porque el magnetismo es estable. Vos ponés un imán para arriba y, si no hace cosas muy raras como calentarlo o desmagnetizarlo con otro campo muy fuerte, eso queda ahí almacenado.

Entonces esa cadena de ceros y unos, de alguna forma está impresa en el disco rígido, o estaba impresa en discos rígidos. Entonces esa idea es la misma idea (nada más que muy compleja y muy miniaturizada) del casette o de la tarjeta de crédito. Ahora ya está el contactless, pero hasta hace no mucho la banda magnética era la forma de pasar cualquier tarjeta de crédito o débito y hacer pagos. Y ahí está grabada la información de cuál es tu cuenta y distintas cosas que se almacenan. Esa idea sigue estando, no ha cambiado. Lo que cambia son las arquitecturas, donde se plasma en la materia. Y lo que hace la aplicación tecnológica o las tecnologías lo que buscan es hacer cada vez más densa esa información para miniaturizar el espacio, para ocupar menos espacio.

Pero al mismo tiempo (esto se sale ya un poco de esa lógica) hay una idea de usar el magnétismo cuántico, la cuántica más generalmente, para hacer computación. Que es conceptualmente algo diferente, no es almacenar sino procesar datos. Hoy en día lo que hacen las computadoras, que serían computadoras digitales, es hacer operaciones lógicas de ceros y unos, y generar un resultado. Una suma, una resta, distintas operaciones lógicas, las hacés con circuitos lógicos clásicos, en donde un input definido te da un output definido, o sea, vos metes algo, te sale algo.

Desde hace ya 40 años hay una idea de usar la mecánica cuántica, las leyes cuánticas, que son absolutamente extrañas para nuestro mundo macroscópico, clásico. La idea es usar las leyes cuánticas para hacer una operación lógica, y eso se basa en una característica que tiene la mecánica cuántica que es la superposición. Un estado cuántico es un estado donde vos podés superponer estados clásicos. Por ejemplo, un estado cuántico puede estar definido por una parte donde estás ahí y estás acá. Eso le pasa a los electrones y le pasa a los espines.

Los espines, como son objetos naturalmente cuánticos, vienen perfecto para hacer este tipo de computación cuántica y hacer operaciones. Y lo que se predice es que la computación cuántica sería mucho más poderosa para algunas operaciones (no para todas) muchísimo más eficiente que la computación clásica que tenemos hoy en día.

Entonces, esas cosas van desembocando en tecnologías. Y, al revés, a veces un avance tecnológico hace que uno se plantee una pregunta fundamental. Y así, hay muchísimas cosas que te podría mencionar que no necesariamente son del magnetismo, en donde la cuántica hoy en día está generando un nuevo paradigma de tecnologías. La información, la criptografía, canales de comunicación que usan la mecánica cuántica para establecer una conexión segura entre dos puntos. Ya hay aplicaciones incluso comerciales de esas cosas.

-Este tipo de desarrollos teóricos me imaginó que a la hora de querer aplicarlos concretamente en algún dispositivo, requiere también otro tipo de manejo y conocimiento físico de los propios materiales. ¿Cómo es el trabajo que están haciendo ustedes en relación a la superconductividad, en relación con las temperaturas? ¿Cómo se vincula lo teórico con el dominio o conocimiento práctico de estos materiales?

-Están sumamente conectados. Si bien, en mi caso, no hago física experimental, la física es un cuerpo de conocimientos que están totalmente conectados. Entonces, lo que hacemos muchas veces es trabajar con grupos experimentales. En el caso de la superconductividad, es una especie de prima hermana del magnetismo, son fenómenos que están muy relacionados entre sí. Son distintos. Las manifestaciones que tienen son completamente diferentes. Pero cuando vos empezás a indagar y entendés cuál es el origen, hay una manera de entenderlo que es más general y te das cuenta que son como primas hermanas, son dos teorías que van muy de la mano.

Y lo que ocurre es que muchas veces la física se mueve en términos de preguntas, típicamente. A menos que sea física aplicada, la física fundamental se mueve no en los términos de las cosas que ya conocés, sino en términos de las cosas que no conocés. Vos querés siempre ir hacia lo desconocido, hacia lo nuevo, lo que no se entiende. Entonces, ahí lo que ocurre es que a veces hay una pregunta fundamental que mucha gente quiere resolver, y hay veces que son cosas que surgen por azar, porque te encontraste un material o alguien fabricó el material novedoso, que tiene propiedades que experimentalmente por ahí son asombrosas.

De hecho, la superconductividad nació así, de casualidad. De la casualidad de un experimento que daba una cosa rarísima. Todo el mundo se puso a investigar hasta que, varias décadas después, se entendió. Pero en los laboratorios lo que ocurre es que por ahí se fabricó el material, se le hacen ciertas mediciones y no se entiende porque son como son esos materiales. Entonces, ahí el trabajo de los teóricos es generar modelos o generar alguna descripción fenomenológica para entender ese material. Esa es un poco la dinámica de trabajo, un ida y vuelta con gente de otros grupos o incluso en grupos teóricos. Compartís algún tipo de conocimiento, lograste algo, entonces el otro grupo toma en ese algo y lo lleva un poquito más allá. Y te diría que, idealmente, es lo que mueve a la investigación en los campos hoy en día. Se van mezclando las motivaciones y eso va generando un progreso globalmente.

-Los herreros saben desde hace siglos que si vos el hierro lo calentás a determinada temperatura para forjar un cuchillo o una espada, una de las pruebas que normalmente se le hacen es acercarles un imán, y si no se pega es porque alcanzó la temperatura crítica en donde tenés que templarlo ¿no? Hay un conocimiento ancestral de que a determinadas temperaturas algo pasaba con el magnetismo. Ahora ¿es cierto que pasa también algo cuando la temperatura baja a niveles extremadamente fríos?

-Sí, los materiales cambian drásticamente. Te diría que eso es una característica en general, universal, de la naturaleza. A medida que vos vas a escalas de energía muy altas, en general tendés a favorecer lo que se llama la fase simétrica. El ejemplo del magnetismo es un buen ejemplo. A altas temperaturas (como el hierro este que vos decís), en general, no tenés magnetismo ¿por qué? Porque el magnetismo está generado por un fenómeno colectivo en donde los electrones de ese material se ordenan. Se ordenan en el sentido de que dicen: che, apuntemos todos para arriba, vamos a bajar la energía.

-Volvimos a lo de la autoorganización… (risas)

-Me gusta mucho dar una personalidad un poco chabacana a los electrones. En realidad hay una minimización de la energía, eso pasa, de la energía libre en particular. Lo que ocurre es que el sistema termina prefiriendo eso porque gana energía. Pero cuando estás a temperaturas por encima de una temperatura especial que se llama temperatura crítica, ya no ocurre eso. Ya el mínimo de la energía es un estado desordenado donde cualquiera pueda hacer lo que se ocurra. O sea, cualquier espín puede estar apuntando en cualquier lugar. Entonces el sistema es no magnético, eso es una fase que se llama paramagnética (en el caso el hierro, estoy hablando en particular). La fase de alta temperatura es simétrica en el sentido de que recuperás. Vos agarrás el hierro, lo podés poner en cualquier dirección y es más o menos lo mismo. Imagínate, una esfera de hierro, vos la das vuelta, más o menos, cualquier dirección va a ser la misma porque no hay nadie que te diga para dónde apuntan los espines, porque todos apuntan en cualquier lado. O sea, es simétrico.

Por debajo de esa temperatura, por alguna razón, hay una ruptura espontánea de la simetría. Ese es el nombre de ese fenómeno. Se produce una ruptura de la simetría y se decide apuntar para arriba, por ejemplo. Entonces, ahí ya no te da lo mismo dar vuelta esa esfera porque vas a estar moviendo el imán para arriba, para abajo. Ya hay alguna dirección preferencial, quiero decir.

Y eso pasa, en general, en toda la materia. La materia empieza a romper simetrías. Le pasa, por ejemplo, al vapor de agua. Cuando lo enfrías, se produce una fase condensada, entonces los átomos de un gas, o la molécula de un gas, en el lugar de estar en cualquier lugar, ahora deciden empezar a tener ciertos lugares en el espacio. Y si lo enfrías todavía más, se genera un cristal que es el hielo, por ejemplo, donde ya cada átomo tiene un lugar específico en el espacio. Entonces, la simetría se rompió también ahí. Y así pasa en general, en todas las manifestaciones de la materia. La materia tiene esa característica. Cuando vos bajás la temperatura, empezás a romper simetrías y aparecen fases nuevas.

Desde el punto de vista de la física, lo más interesante está a bajas temperaturas. La superconductividad se descubrió en el año 1911. Y se descubrió porque, en realidad ahí se estaban generando las nuevas técnicas de enfriamiento, se estaban licuando gases básicamente, el nitrógeno. Y una vez que se licuó el nitrógeno, con eso se podía licuar otro gas, y otro gas y otro… Y cada vez se iba bajando más la temperatura, hasta el último gas que se pudo licuar que era el helio. El helio era el desafío para lo físicos de esa época. No se podía licuar porque el helio es un elemento muy liviano, que tiene muchas fluctuaciones cuánticas (de vuelta, la cuántica se estaba gestando en esa época), no se entendía el por qué.

Pero cuando se logró licuar el hielo, estamos hablando de temperaturas de 4 grados Kelvin, o sea, doscientos setenta y pico grados bajo cero. En esa región de temperaturas pasan cosas realísimas, y una de las cosas que pasó fue que se estaban haciendo experimentos con mercurio y se encontró que el mercurio perdía la resistividad eléctrica completamente. Era como que venía bajando la curva de resistividad, venís viendo algo que continuamente va bajando, y de repente pum, cae. Entonces eso era una cosa rarísima, ¿no?

La resistencia eléctrica es una característica que tienen todos los conductores. Si vos tenés mucho tiempo prendido algún artefacto eléctrico, al cabo de un tiempo lo tocás y se calentó. ¿Por qué? Bueno, porque en el paso de los electrones por el conductor, el conductor no es perfecto, siempre tiene alguna imperfección. Esa imperfección, típicamente son o impurezas o las vibraciones mismas del material que de alguna manera generan como obstáculos para los electrones en su paso. Los electrones van dejando energía en el material y esa energía se transforma en temperatura, agitación térmica de los átomos de ese material. Eso hace que se pierda la eficiencia eléctrica. Vos querés mandar una cantidad de energía desde la central del Chocón a tu casa, y los cables de alta tensión, ¿por qué tienen que llevar a alta tensión? Bueno, porque minimizan justamente la resistencia eléctrica. Ese proceso de llevarlo a alta tensión y después bajarlo, se tiene que hacer para poder mandar electricidad, porque sino se perdería toda la energía eléctrica, si vos la mandarás a 220, si querés. Es un proceso necesario. Eso que es muy natural y todo el mundo se acostumbró ya, hay materiales que (en esa región de temperatura) no lo tienen, no tienen resistencia eléctrica. No es que tienen poquita, no tienen, o sea, es cero, cero cero.

-¿Eso es un superconductor? ¿Cuándo la electricidad puede transitar sin que se pierda energía en el camino?

-El superconductor es más que eso, es una fase nueva de la materia, que es netamente cuántica. No hay forma de entenderla si no usas el formalismo de la mecánica cuántica, por eso en ese momento no se entendía por qué y, de hecho, lo primero que se pensaba era que era un error experimental. O sea que se habían cortado los cables y que había habido algún corto circuito, alguna cosa así. Hasta que la gente se dio cuenta que era un fenómeno real. Reversible. De hecho vos volvías a subir la temperatura y volvía, había una resistencia finita, distinta el cero. Volvías a bajar y volvía a caer. Se hicieron miles de pruebas, hasta que la gente se convenció que era un efecto verdadero.

Nosotros vamos a empezar a ver en el lapso de nuestras vidas, espero, aplicaciones cada es más importantes de la superconductividad, porque tiene una aplicación tecnológica clara, si pudiéramos sacar todos los cables de cobre y poner superconductores tendríamos una eficiencia de 100% en la transmisión de energía. Eso, para ponerte un ejemplo claro, ¿en dónde se empieza a ver la aplicación de un superconductor? En una resonancia magnética, un resonador es un aparato que te puede escanear para sacarte imágenes de muy alta precisión y requiere un campo magnético brutal, digamos, el campo de la tierra es de miligauss, estos son como de 100 mil Gauss.

Y lo que básicamente tiene adentro un resonador es un cable superconductor, porque no hay ningún material que pueda generar eso. Si vos agarrás esta idea de hacer un electroimán, no lo podés hacer mucho tiempo porque te empezás a quemar la mano, porque se calienta por la resistividad. Si vos querés generar campos magnéticos muy grandes, tendrías que meter mucha corriente y terminás fundiendo el material, cualquiera sea el material del cual hagás ese cable. Porque eventualmente llega un punto en el que se calienta tanto de eso, que la resistividad no te deja otra salida, se funde el material. Entonces se usan, para esas aplicaciones, superconductores. Acá en la calle Garibaldi, que tenemos un resonador de la FUESMEN por ejemplo, o en cualquier lugar que tengamos un resonador, hay un superconductor que está siendo parte de una cosa muy común hoy en día; tener ese aparato para imágenes médicas. Y así lo vamos a empezar a ver, seguramente, en distintas aplicaciones. En algún momento tal vez saldrá una computadora basada en un superconductor porque, de vuelta, tiene eficiencia energética 100 por 100.

-Estos ejemplos quedan que das te muestran el enorme potencial que tiene el desarrollo del conocimiento científico y de la tecnología, aplicado a buenos usos. Lamentablemente estamos atravesando tiempos en el mundo donde más bien las noticias que se publican sobre las aplicaciones de los desarrollos tecnológicos están vinculados a la carrera armamentística y conflictos bélicos. De hecho, el año pasado se estrenó y se dio un debate muy grande alrededor de la película de Oppenheimer y los dilemas del científico al poner estos conocimientos tan avanzados al servicio, en ese momento, de la bomba nuclear. ¿Cómo te afecta a vos, cómo ven o cómo les impacta a ustedes?

-Es un tema enorme debate, mucha actualidad y no tengo una buena respuesta, porque realmente me supera a mí, en lo que pueden entender y seguramente hay cosas que se me escapan. Pero te diría que hoy en día uno no ve, por lo menos los trabajos que uno hace a diario, una aplicación. Yo, por ejemplo, me dedico a la física teórica y mi motivación no es la aplicación, la motivación principal es la comprensión de algo que no se entiende, como te decía recién. Pero uno es consciente de que el trabajo es parte de una cadena de conocimientos, que cuando la mirás en perspectiva, tal vez termina desembocando en algo que es horrible. Y eso yo no lo puedo ver porque, esa perspectiva, la verdad es que no la tenemos los científicos. No lo controlamos a eso. No podemos decir: esto no lo voy a hacer porque va a desembocar dentro de diez años en un nuevo tipo de arma, por ejemplo. No podés saber, es parte de la actividad y del riesgo si querés que conlleva tener un conocimiento nuevo.

Un proyecto como el que decís vos, la construcción de la bomba, el proyecto Manhattan, fue un proyecto muy teledirgido. Fue el primer gran proyecto a escala mundial. Por cierto generó un montón de avances científicos, porque hubo tanta gente y tanta física en particular y también mucha ingeniería… Muchas aplicaciones que se entendieron ahí. De hecho, muchos de los avances teóricos, que después terminaron siendo algunos primeros Nobel que ni siquiera estoy hablando de Oppenheimer, otros físicos, que son muy conocidos, trabajaron en el proyecto Manhattan. Y claro, ahí se estaba tratando de entender la física nuclear y las reacciones nucleares y en ese proceso se entendieron muchas cosas que, si querés, hoy podría catalogar como positivas. Pero estaba dentro de un proyecto que fue terrible, tremendo, como el proyecto de fabricación de una bomba atómica.

Hoy en día no tenemos esos ejemplos, por lo menos no en nuestra cotidianeidad dentro de la física en Argentina, tal vez en otros países si las tienen. Estados Unidos es un gran ejemplo de un país que tiene un enorme presupuesto dedicado no ya a cuestiones nucleares pero sí a, por ejemplo, criptografía o algún avance que se mantiene tal vez incluso en secreto. Pero hay mucho financiamiento para distintos proyectos de computación cuántica, por ejemplo, para liderar lo que sería la información. Ya no hay una cosa tan clara de destrucción masiva como puede ser un misil o una bomba atómica, pero sí hay aplicaciones militares o que para los países son estratégicas, que tal vez tiene que ver con el conocimiento de materiales que tengan propiedades únicas, o de algoritmos, aplicaciones de la cuántica a la codificación de información, esencialmente.

Entonces, lo que yo noto y que me parece un riesgo más cercano es la descontextualización de la ciencia. Eso me parece tal vez más aplicable y sí que es una pregunta que en la genera debates y cuestionamiento. Cuando uno no se plantea que la ciencia es parte de la sociedad y que está financiada por la sociedad. Ahí es donde me planteo, sí, aquí necesitamos tener un debate, necesitamos que nuestros estudiantes en ciencia sean formados, con esa idea de que hay una responsabilidad enorme en las cosas que uno hace. Porque podría perfectamente uno decir, bueno, yo hago este pedacito de la cadena sin mirar hacia dónde vamos y tal vez, no se trata de una bomba, pero sí se puede tratar de, suponete, inteligencia artificial. Eso es una cosa que hoy en día ya está haciendo parte de nuestra vida y que nos está cambiando enormemente nuestra manera de relacionarnos. Entonces, ¿qué tenemos que hacer? ¿Cómo tenemos que abordar ciertas investigaciones con qué óptica y con qué grado compromiso? Sí creo que es un debate que lo tenemos que dar de vuelta.

Tal vez la pregunta es cómo y eso no está claro, no está claro para nosotros, pero sí es algo que lo tenemos que empezar a charlar. Porque la hiperespecialización o esa escisión de lo que hace y el qué hacer de los científicos respecto de lo que la sociedad demanda, sí creo que favorece estas aplicaciones tal vez que tienen que ver con maximizar rendimientos, sin preocuparse por si eso que estás haciendo va a generar más contaminación ambiental, eso es un gran debate, ¿no? Pero te iría eso, para mi, poder generar ciencia contextualizada, sería una es un aspecto que favorecería a no generar proyectos nocivos o peligrosos, que el propio científico sea quien tenga la barrera moral, la barrera ética, de decir: esto ya no, ya cruza una barrera o un límite.

-Alejandro, muchísimas gracias.

-Bueno gracias, gracias por la invitación.

Esto ha sido El Talón de Hierro en este nuevo ciclo de Científicos en el micrófono.

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