CIENCIA › DIALOGO CON EL FISICO JORGE MIRAGLIA

Cazadores de materia

El comportamiento de la materia en situaciones especiales sigue desvelando a físicos y químicos, que la bombardean, la retuercen, la molestan una y otra vez para que confiese.

 Por Leonardo Moledo

Parece mentira, pero la materia sigue siendo un problema y escondiendo secretos que desvelan a los físicos: superficies y fracturas se comportan de manera específica: lejos estamos de la plácida continuidad de átomos con que soñaron los químicos desde Demócrito a Dalton (y a Rutherford, por qué no). La materia estrujada de los alquimistas parece reproducirse en los laboratorios modernos con aparatos brutales que la bombardean con la misma falta de piedad con que aquellos lejanos antecesores la retorcían buscando la piedra filosofal. El físico Jorge Miraglia, del Conicet, del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA-IAFE, es uno de los modernos torturadores de la materia para arrancarle sus secretos como sea.

–Por favor, cuénteme qué es lo que hace.

–Colisiones atómicas, física teórica en donde estudiamos las interacciones de partículas (átomos, iones, fotones, electrones) con la materia, ya sea en su estado gaseoso o sólido. Es la física de las interacciones, porque la física es movimiento.

–Pero no lo hace efectivamente, sino que trabajan sobre datos.

–Claro, por supuesto. Somos teóricos. Trabajamos con grupos experimentales que pueden estar en Bariloche, o afuera y con los cuales tenemos cooperaciones. Hay un proceso interesante para estudiar, nos contactamos con algún experimental, sale una idea, una forma, un mecanismo, ellos miden y nosotros calculamos.

–¿Y qué es lo que pasa cuando las partículas esas chocan con la materia?

–Bueno, pueden liberarse otras partículas, otros electrones. Nosotros trabajamos mucho el proceso de ionización, es decir, arrancamos electrones de los átomos. También estudiamos la foto-interacción, cuando la luz interacciona con la materia y emite electrones. Y vamos al detalle y a la profundidad del proceso: nos concentramos en determinar cuál es la probabilidad de que salga el electrón con una energía determinada y con un ángulo determinado. Después comparamos con distintos experimentos y elaboramos la teoría.

–¿Y qué sacan en conclusión?

–Los procesos, los mecanismos. Buscamos entender por qué ocurren estas cosas.

–¿Y por qué ocurren?

–Esencialmente, por las interacciones.

–Entonces ustedes lo que hacen es lanzar un chorro de electrones...

–O de protones o fotones.

–Sobre una superficie.

–Sí.

–A gran velocidad.

–No necesariamente. Hay gente que trabaja a muy bajas energías. Por ejemplo, ahora estamos trabajando con los aisladores, que son sólidos formados por un anión y un catión. Como la sal de la cocina. Entonces vemos cuando los iones interactúan con esa superficie qué es lo que pasa, por qué se emiten electrones de allí. Seguimos la historia del proyectil, vamos a las interacciones fundamentales, analizamos las trayectorias de los electrones. Vemos que entra en un canal de iones y queda atrapado allí, y como queda atrapado va chocando contra las paredes y liberando electrones. Nosotros determinamos esos espectros. Por ejemplo el que trabajamos ahora.

–En un canal de cloruro de sodio.

–Claro. Uno tiene cloro-sodio-cloro-sodio-cloro-sodio y el ion queda atrapado allí adentro. Cuando queda atrapado, no puede salir, y cada vez que golpea contra los átomos emite electrones. Va de un lado, emite electrones; va del otro, emite electrones. Y nosotros estudiamos, por ejemplo, los ejes cristalográficos. Estudiamos la física del proceso y una cosa que es interesantísima: el asunto de los modos colectivos.

–Modos colectivos...

–Mucha de la física que nosotros trabajamos es de interacciones entre partículas (protones, electrones, fotones). Un protón colisiona con un electrón, un protón con un fotón: son interacciones binarias. Ahora bien, hay un nuevo fenómeno que se puede medir: viene un proyectil y excita un modo colectivo. ¿Qué significa esto?

–Ya no me deja ni las preguntas a mí.

–Estoy acostumbrado a la retórica. Bueno, sigo. Todos los electrones comienzan a oscilar al mismo tiempo.

–¿Y eso por qué pasa?

–Porque los electrones interactúan todos entre ellos, se pasan información. El 1 al 2, el 2 al 3, el 4 al 5 y el 5 al 1 nuevamente. Arman una especie de loop. Entonces cuando uno toca a alguno es como si tocara a todos. Porque todos se informan entre sí. Y se genera un efecto extraordinario, un efecto colectivo: esos electrones empiezan a oscilar, como si le pegáramos una patada a un conjunto de resortes. Y lo que es fantástico es que oscilan todos a una frecuencia determinada. Pero no pueden vivir siempre así, en algún momento tienen que decaer. La pregunta, entonces, es, ¿por qué decaen esos electrones?

–Bueno, supongo que porque pierden energía.

–Claro, pero eso sólo hace retroceder la pregunta: ¿por qué pierden energía?

–No me lo pregunte a mí.

–Pierden energía porque liberan un electrón. Uno de ellos decide abandonar la comunidad y todos automáticamente paran de oscilar.

–¿Y por qué uno de ellos abandona?

–Por una interacción determinada. Cuando uno estudia los cálculos se da cuenta de que todos están oscilando, pero existe una probabilidad de que uno de ellos abandone la comunidad. No sabemos cuál es, pero los otros le van a dar la energía y el momento a ese electrón, que es el que va a contar la historia. Mientras tanto, los que le dieron la energía se quedan quietos.

–¿De cuántos electrones hablamos?

–De 10 a la 24 electrones por centímetro cúbico.

–Entonces yo bombardeo y todos comienzan a oscilar a la misma frecuencia. ¿Por qué ocurre eso?

–Porque todos están correlacionados eléctricamente, entonces alcanza con que toque a uno para que todos empiecen a oscilar. Es una reacción en cadena. Es algo fantástico. El primer modo colectivo fue realizado por David Böhm en 1953. El electrón que se va le cuenta al experimentador cuál era la energía, dónde estaba depositada la oscilación, de dónde venía... Una cosa notable: si un modo colectivo está dentro del núcleo, del sólido, tiene una frecuencia; si está en la superficie, tiene la frecuencia dividido raíz de dos. El electrón testigo tiene la energía correspondiente a su lugar de origen.

–¿Y para qué se usa un plasma?

–Bueno, no se usa, es un hecho de la realidad. Eso tendría que ver con interacción con la materia condensada.

–¿Qué es la materia condensada?

–Gas altamente denso. El plasmón originariamente viene de los plasmas astrofísicos. A partir de allí tenemos un gas de electrones y de protones, pero que no están ligados sino libres. Y ese gas es un plasma. Nosotros trabajamos en superficies porque hay una gran esperanza de que sirva para trabajar en nanotecnología. Por ejemplo, imagínese que usted tenga un cable (que está formado por un cilindro de cobre de 0,8 mm). Sería fantástico poder hacer un cable de átomos de cobre. Imagínese lo pequeñísimo que sería y podría conducir electricidad. Podríamos estructurar chips a nivel atómico. Ese es el objetivo. Otra cosa que usamos siempre es la catálisis.

–...

–Es un fenómeno netamente superficial. Por ejemplo, la famosa catálisis del paladio. Usted pone H2 sobre una superficie y esa molécula de hidrógeno, interactúa con la superficie y la superficie reacciona de tal manera que las separa. La superficie, como vemos, da para mucho, y nosotros tratamos de analizar todas estas cosas. Además, se espera que uno pueda trabajar sobre una superficie, hacer litografías, poner y sacar átomos. Todos esos hechos de trabajar la superficie son importantes, uno de los fundamentos de la nanotecnología. Y también trabajamos sobre interacciones con radiación.

–¿Algo más?

–Sí. Pulsos ultracortos de luz. Un pulso puede durar 10 a la 18 segundos, pero la energía de eso es bestial. Puede tener la energía de Itaipú. Pero la tiene en 10 a la menos 18 segundos y genera unos efectos notables: un gran flujo electrónico. Lo normal es que, cuando hay efecto fotoeléctrico, un electrón absorba un protón. Pero es tal la densidad de esos campos que el electrón absorbe más de un fotón; es tan denso que absorbe muchísimos fotones en su camino. Y después se puede bajar ese electrón al núcleo y hacerle emitir un fotón, que es la suma de las energías. Y ese fotón es un láser nuevo de muchísima energía.

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