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Entradas etiquetadas como ‘Leni Bascones’

Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia. ¡Empiezan dos semanas de actividades!

leni basconesPor Leni Bascones (CSIC)*

Solo una de cada cinco chicas de 15 años quiere dedicarse a profesiones técnicas, según datos de la OCDE. En España, esta media se sitúa en un 7%, algo que posteriormente se refleja en la elección de estudios universitarios. Las estadísticas revelan que, aunque las mujeres obtienen más del 50% de los títulos universitarios, su presencia en carreras como física o ingeniería no llega al 30%. Estas cifras no responden a la tardía incorporación de la mujer al mundo laboral. Por ejemplo, el porcentaje de mujeres en el área de Ciencia y Tecnologías Físicas en el CSIC, que se sitúa en torno al 20%, no ha variado en los últimos 15 años.

Cartel 11 febrero

Datos como estos explican que Naciones Unidas haya declarado el 11 de febrero como Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia. El objetivo es lograr el acceso y la participación plena y equitativa en la ciencia para las mujeres y las niñas. En nuestro país, un grupo de investigadoras y comunicadoras científicas lanzamos hace unos meses la Iniciativa 11 de Febrero, un llamamiento para organizar actividades que se sumen a esta celebración y visibilicen el papel de la mujer en la ciencia. Numerosos colectivos e instituciones, entre los que se incluyen muchos centros del CSIC, han respondido a la convocatoria organizando más de 200 actividades en 40 provincias españolas y en algunas ciudades extranjeras que cuentan con una importante presencia de nuestra comunidad científica. 

Talleres, charlas, actuaciones, concursos, exposiciones, editatones de Wikipedia y mesas redondas, entre otras propuestas, nos acercarán a los grandes descubrimientos de científicas pioneras y a la ciencia que realizan las investigadoras de hoy, contada en muchos casos en primera persona. Así, desde hoy hasta el 19 de febrero las ciudades españolas van a llenarse de actividades en multitud de lugares: museos, centros culturales, universidades y centros de investigación, librerías, centros educativos, e incluso algunos bares. Dentro del CSIC, el Real Jardín Botánico de Madrid (CSIC), el Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN) y el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, entre otros, se sumarán a la celebración con diferentes charlas y talleres. El objetivo: dar a conocer la labor investigadora de las mujeres y ayudar a fomentar vocaciones entre las más jóvenes.

A pesar de que muchas científicas han estado involucradas en grandes descubrimientos, pocas personas podrían nombrar a una investigadora que no fuera Marie Curie. Niños y niñas tienen una imagen de los científicos prioritariamente masculina; las niñas no se ven a sí mismas como científicas; y las expectativas de los padres de que sus hijas se dediquen a la ciencia son mucho menores que para sus hijos varones.

La reducida presencia de la mujer en la ciencia en nuestro país responde a diferentes razones sociales que se suman y retroalimentan. La poca visibilidad de las científicas, la falta de roles femeninos y la existencia de estereotipos producen sesgos involuntarios en la evaluación de los méritos de las mujeres y poco interés en las ciencias por parte de las jóvenes. La Iniciativa 11 de Febrero pretende involucrar tanto al profesorado como al alumnado mediante presentaciones, videos, biografías y otros materiales que están disponibles online. Esperamos que todos estos recursos y actividades ayuden a fomentar las vocaciones y eliminar estereotipos.

Podéis consultar aquí las actividades que hay en vuestra provincia.

Más información en www.11defebrero.org, #DíaMujeryCiencia

 

 *Leni Bascones es física teórica de la materia condensada en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC). Investiga las propiedades de materiales cuánticos. Divulga sobre superconductividad.

Superconductividad de alta temperatura, el enigma que desafía a los científicos

leni bascones

Por Leni Bascones (CSIC)*

Hace treinta años, el 27 de enero de 1986, en el laboratorio de IBM en Zurich,  los científicos Georg Bednorz y Alex Müller observaron que un óxido de cobre dejaba de presentar resistencia al paso de la corriente eléctrica por debajo de 238 grados bajo cero. Por este descubrimiento, que daría lugar a uno de los grandes enigmas de la física, recibirían en 1987 el premio Nobel de Física más rápido de la historia.

La superconductividad es una propiedad que se conoce desde 1911, por la cual algunos materiales pierden la resistencia eléctrica y expulsan los campos magnéticos al enfriarse por debajo de una temperatura crítica.  La  novedad del descubrimiento de Bednorz y Müller residía en la temperatura y el tipo de materiales en que observaron este fenómeno.

A pesar de la gran cantidad de materiales superconductores que se conocían hasta esa fecha, ninguno presentaba superconductividad por encima de 250  grados bajo cero, 23 grados por encima del cero absoluto, por lo que la temperatura medida por Berdnorz y Muller suponía un notable aumento. El hallazgo cobró una importancia mucho mayor al descubrirse poco después que otros óxidos de cobre eran superconductores a temperaturas de hasta 140 grados bajo cero.  En aquella época se pensaba que no era posible encontrar superconductores a temperaturas tan altas.

El aumento de la temperatura crítica es muy importante para las aplicaciones de los superconductores. Cuando la temperatura de transición es muy baja es necesario utilizar helio líquido para enfriar, que es muy costoso y complicado de manejar. Cuando el superconductor se puede utilizar a temperaturas por encima de 196 grados bajo cero se puede enfriar con nitrógeno líquido, que es mucho más barato y un poco más fácil de utilizar.

En 1957 los físicos Bardeen, Cooper y Schrieffer, en su teoría BCS (llamada así por las iniciales de sus nombres), explicaron que el estado superconductor es un estado colectivo en el que los electrones forman pares, los llamados pares de Cooper, y que estos pares se mueven de forma coordinada (ver animación). Para que los electrones formen pares es necesario que se atraigan. Los electrones son partículas cargadas, por lo que en condiciones generales se repelen. Según la teoría BCS, gracias a las vibraciones de los átomos cargados positivamente que forman la red cristalina del material se establece una atracción efectiva entre los electrones.

La mayoría de los superconductores que se conocían hasta 1986 eran metales normales, algunos muy presentes en nuestra vida diaria, como el plomo o el aluminio; otros menos como el niobio-estaño. En estos superconductores la teoría BCS funciona bien. Sin embargo los óxidos de cobre superconductores, habitualmente llamados cupratos, son materiales cerámicos en los que la repulsión entre los electrones es extremadamente fuerte. Resulta paradójico que la superconductividad involucre la formación de pares de electrones, al tiempo que las mayores temperaturas críticas se encuentran en los compuestos con mayor repulsión electrónica.

La superconductividad de los cupratos no puede explicarse según la teoría convencional de Bardeen, Cooper y Schrieffer, en las que el pegamento de los pares de electrones son las vibraciones de la red. Se cree que de alguna forma la propia repulsión electrónica juega un papel importante en la superconductividad. No está claro de qué forma.

Desde 1986 se ha hecho un gran esfuerzo por entender el origen de la superconductividad y las propiedades de estos compuestos. Los cupratos son, de hecho, los materiales que más se han estudiado a lo largo de la historia. Su estudio ha propiciado el desarrollo de técnicas experimentales y teóricas. Sin embargo, de momento no hay ninguna teoría aceptada por la comunidad científica que explique su comportamiento. Lo cierto es que, dadas las anómalas propiedades de estos sistemas, ni siquiera entendemos el estado normal (no superconductor) a temperaturas por encima de la temperatura crítica. Treinta años después la superconductividad de alta temperatura sigue siendo un enigma para los científicos.

Imán levitando sobre un superconductor

Imán levitando sobre un superconductor de alta temperatura en un taller sobre superconductividad en el ICMM (CSIC)/Laura Ferrando.

Durante estos años la investigación nos ha deparado nuevas sorpresas. En 2008, Hideo Hosono y su grupo descubrieron superconductividad de alta temperatura en compuestos basados en hierro. A pesar de que las temperaturas críticas de estos materiales no es tan alta como la de los cupratos, el descubrimiento revolucionó a la comunidad científica que se volcó en estos nuevos materiales. Los superconductores de hierro comparten muchas propiedades con los cupratos, en particular la importancia de la repulsión entre los electrones y quizá el origen de la superconductividad. Sin embargo, diferencias a nivel microscópico tienen consecuencias importantes en las propiedades que se observan, por lo que aún no está claro el nexo que une a los dos tipos de compuestos.

La última gran sorpresa en temperaturas críticas en superconductores llegó el año pasado. Mikhail Eremets y sus colegas observaron superconductividad a -70ºC, ¡el récord!, en un compuesto de hidrógeno y azufre que habían sometido a presiones extremadamente altas. Este descubrimiento, que aún está por confirmar por otros grupos de investigación, difiere de los anteriores. Por primera vez un superconductor de alta temperatura ha sido predicho, antes de ser observado.  La diferencia es que este sistema es un superconductor convencional, y, por tanto, entendemos el origen de la superconductividad.

Seguiremos trabajando por encontrar nuevos superconductores de alta temperatura crítica, quizá a temperatura ambiente, y sobre todo por entender la superconductividad de alta temperatura no convencional.

*Leni Bascones investiga junto a María José CalderónBelén Valenzuela los nuevos superconductores de hierro en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del CSIC. Puedes saber más sobre superconductividad en su web de divulgación y seguir sus noticias a través de su twitter.

Superconductividad: física cuántica que puedes ver

María José CalderónPor María José Calderón*

Hace 104 años, el 8 de abril de 1911, en un laboratorio de Leiden (Holanda) se descubrió un fenómeno que aún no comprendemos completamente: la superconductividad. Unos años antes, Heike Kamerlingh Onnes había conseguido condensar el helio y de esta forma bajar la temperatura hasta -269ºC, muy cerca del cero absoluto (a -273ºC). Este logro, por el que Onnes recibiría el premio Nobel en 1913, permitió la realización de experimentos a temperaturas muy bajas que abrió nuevos horizontes en el estudio de las propiedades eléctricas y magnéticas de los materiales.

Onnes centró su atención en estudiar cómo conducían la electricidad los metales a temperaturas extremadamente bajas. Eligió el mercurio, que es sólido a esas temperaturas, y encontró un comportamiento completamente inesperado: a casi -269ºC, y de forma abrupta, los aparatos de medida no registraban ninguna resistencia al paso de la corriente.

Los metales normales siempre presentan resistencia debido a la interacción de los electrones entre ellos y con el movimiento de los átomos del sólido. Dicha resistencia produce una pérdida de la energía de los electrones en forma de calor. Este es el efecto Joule, que puede resultar muy útil para hacer un calefactor eléctrico o un secador, pero que también es el responsable de una significativa pérdida de energía eléctrica en su transporte desde los puntos de producción a los de consumo. Para contrarrestar la pérdida de energía tenemos que conectar los metales a pilas u otras fuentes de voltaje. Sin embargo, en un superconductor, una vez que se ha establecido el paso de corriente, esta persiste para siempre.

Otra propiedad de los superconductores, asociada de forma fundamental a la conducción sin resistencia, es que expulsan los campos magnéticos. Este es el efecto Meissner, descubierto en 1933. Una consecuencia espectacular de este efecto es que un superconductor levita sobre un imán (o viceversa).

Aunque parezca extraño, la superconductividad es mucho más común de lo que parece. ¡Los materiales superconductores se cuentan por cientos! Sin embargo, todos ellos son metales a temperatura ambiente y tenemos que enfriarlos mucho, a temperaturas muy por debajo de las que se registran en los lugares más fríos de la Tierra, para que sean superconductores. Afortunadamente, la temperatura crítica máxima por debajo de la cual los materiales superconducen está ahora muy por encima de los -269ºC del mercurio. Los materiales cupratos, descubiertos en 1986, superconducen por encima de la temperatura del nitrógeno líquido (-196ºC), por lo que es relativamente fácil enfriarlos.

Levitacion

Imán levitando sobre un superconductor enfriado con nitrógeno líquido durante una actividad de divulgación del CSIC.

Los superconductores ya se usan en múltiples aplicaciones y se prevé que jueguen un papel fundamental en las tecnologías del futuro en campos como la energía, el medio ambiente, el transporte, la nanotecnología y la salud. Precisamente en este ámbito, ya se utilizan potentes electroimanes fabricados con cables superconductores en equipos de resonancia magnética.

Las aplicaciones podrán ser aún más amplias cuanto más se conozca la naturaleza de estos materiales, cuyas claves se han ido desgranando poco a poco a lo largo de la historia. Por ejemplo, la primera explicación microscópica de la superconductividad data de 1957. Bardeen, Cooper y Schrieffer dieron con la clave para explicar por qué los electrones en los superconductores se comportaban de forma diferente y se les distinguió con el premio Nobel de Física de 1972 por ello. Esta es la llamada teoría BCS. En pocas palabras, los electrones se asocian formando los llamados pares de Cooper. Estos pares no son independientes unos de otros sino que todos saben lo que están haciendo los demás, como en una danza bien ensayada, y así pueden moverse sin encontrar ningún tipo de resistencia a su movimiento. Aunque contado así parezca trivial, fue necesario el desarrollo de la física cuántica para llegar a entender este comportamiento colectivo de los electrones.

Pero, ¿por qué se asocian los electrones para formar parejas? ¿No se supone que dos cargas eléctricas iguales se repelen? Así es, pero los electrones que conducen la electricidad están inmersos en un material por lo que están sometidos a otros tipos de interacciones. En los llamados superconductores convencionales, que se descubrieron en las primeras décadas del siglo XX, los iones vibran de tal forma que los electrones prefieren formar parejas (porque minimizan su energía). Hay otros muchos superconductores, los no convencionales, en los que los electrones también forman parejas, pero aún no sabemos qué les empuja a ello.

La última gran familia de superconductores, basados en hierro, se descubrió en 2008. Tras 104 años de investigación en este campo aún quedan incógnitas por resolver y mucha tecnología por desarrollar.

*María José Calderón investiga, junto con Belén Valenzuela y Leni Bascones, los nuevos superconductores de hierro en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del CSIC. Puedes saber más sobre superconductividad en su web de divulgación y seguir sus noticias a través de su twitter.