Breu història del LÀSER

El 19 d’octubre de 1900, Max Karl Ernst Ludwing Planck (1858-1947) va llegir un article davant de la German Physical Society en el que va presentar les bases del que acabaria sent una gran revolució en el món de la Ciència i en tot el pensament científic: la mecànica quàntica, una teoria per als fenòmens submicroscòpics. L’any 1905, basant-se en les idees exposades per Planck l’any 1900, Albert Einstein va proposar una nova forma de teoria corpuscular de la llum (fins llavors s’havia discutit entre un model corpuscular i un model ondulatori, essent aquest darrer el triomfador experimental). A partir d’aquesta idea, l’any 1917, Einstein va publicar la emissió estimulada, base teòrica del que acabaria sent una eina revolucionaria per al nostre món: el làser.

Anys més tard de la publicació d’Einstein, el 1949, Alfred Kastler (1902-1984) desenvolupa la idea fonamental del bombeig òptic, per la qual rep el premi Nobel de Física l’any 1966.

Durant els primers anys de la dècada dels cinquanta, als Estats Units, es desenvolupa un dispositiu extraordinari anomenat màser, desenvolupat per Charles Hard Townes. Màser és la abreviatura de “Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (Amplificació de microones per emissió estimulada de radiació). Es tracta d’un dispositiu amplificador de microones, molt poc convencional per a la seva època, que funciona a partir de la interacció mecanico-quàntica de la matèria amb l’energia radiant (llum). Més endavant es va proposar d’estendre aquesta tècnica a altres regions de l’espectre electromagnètic i, concretament, cap a la part visible d’aquest.

L’any 1958 Townes y Arthur L. Schawlow varen establir les condicions físiques generals per a aconseguir la amplificació de la llum a través de l’emissió estimulada de radiació. Amb aquestes condicions, el juliol de 1960, Theodore H. Maiman va donar a conèixer la primera operació exitosa realitzada amb màser òptic (màser en el visible), també conegut amb el nom de làser: “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (Amplificació de llum per emissió estimulada de radiació); sense cap mena de dubte, un dels grans moments de la història de la òptica i de tota la Ciència.

El mes de febrer de l’any 1961 Ali Javan, W.R. Bennet i Donald R. Herriot fabriquen el primer làser d’He-Ne, actualment el tipus més emprat als laboratoris bàsics d’Òptica i d’ensenyament d’aquesta branca de la Física.

I l’any 1962, el físic Robert N. Hall desenvolupa a la “General Electric Company” el primer làser de semiconductors d’injecció i l’acaba patentant l’any 1967, iniciant la comercialització i difusió d’aquest extraordinari i fabulós instrument.

El làser és un dispositiu mecanico-quàntic que aconsegueix produir la seva meravellosa llum aprofitant les maneres subtils amb les que els àtoms interaccionen amb la radiació electromagnètica (llum). Aquesta eina a revolucionat el món sencer, des de les comunicacions al processament d’imatges i informació, així com la medicina i la biologia i, fins i tot, en els espectacles.

Per saber-ne més:

• Llibre: HECHT, E. Óptica. 3a ed. Madrid: Addison-Wesley Iberoamericana, 2000.
• Llibre: CASAS, J. Óptica. 7a ed. Zaragoza: el autor, 1994.
• Vídeo sobre el funcionament del làser: http://www.youtube.com/watch?v=WoDNsiSlodo
• Exposició del CRAI de la Biblioteca de les Facultats de Física i Química de la Universitat de Barcelona (1): http://www.bib.ub.edu/evirtuals/laser/1024.html
• Exposició del CRAI de la Biblioteca de les Facultats de Física i Química de la Universitat de Barcelona (2): http://blocfiq.ub.edu/2010/10/15/50-anys-de-laser-una-eina-que-ens-ha-canviat-la-vida/

Ada Lovelace

Ada Augusta Byron King, comtessa de Lovelace va néixer a Londres el 10 de Desembre de 1815, essent la única filla legítima del poeta anglès Lord Byron.

Ada Lovelance es va criar en una ambient rodejat de poesia i les arts literàries, no obstant, de ben petita ja va decidir que de gran volia ser matemàtica i metafísica.

Als 17 anys va començar a traduir els treballs matemàtics de Laplace junt amb la matemàtica Mary Sommerville, treballs que posteriorment es van poder utilitzar a Cambridge gràcies a les seves traduccions.

Ada també va conèixer a l’inventor britànic Charles Babbage, el qual va ser el causant de la seva inclinació cap a la computació, d’aquesta manera Ada Lovelance va ser la primera programadora en la història dels computadors.

El seu primer treball, junt a Babbage, va ser la creació d’una màquina analítica capaç de resoldre equacions diferencials.

A més de relacionar-se amb Charles Babbage, Ada va tenir l'oportunitat de conèixer personalment a Sir David Brewster (físic britànic), Charles Wheatstone (físic i inventor britànic, conegut especialment pel seu treball a l'electricitat), Charles Dickens (novel·lista anglès) i Michael Faraday (químic i físic anglès, inventor del motor elèctric, el generador i la dinamo).

Com a primera dona en el món dels ordinadors, Lovelace ocupa un espai sensible en el quadre de figures històriques i ens recorda que les dones i la informàtica sempre han tingut una estreta relació, des del començament, ocupant un rol decisiu i no simplement una presència testimonial.

Moltes han estat les dones que han realitzat grans aportacions a la informàtica, però només Ada compta amb un llenguatge de programació que porta el seu nom. El 1979 el Departament de Defensa dels Estats Units va crear un llenguatge de programació basat en Pascal en honor a Ada Byron anomenat llenguatge de programació ADA. Va ser el primer reconeixement a la seva feina després de la seva mort.

Ada Lovelace va morir el 27 de Novembre de 1852.

El Vostok 1

“Pobladors del món, salvaguardem aquesta bellesa, no la destruïm”.

Yuri Gagarin, cosmonauta rus.

El Vostok 1 va ser el primer coet espacial del Programa Vostok (programa espacial tripulat soviètic) i la primera missió espacial tripulada del programa espacial soviètic. Amb el vol d’aquest coet, el cosmonauta Yuri Gagarin va ser el primer ésser humà en sortir a l’espai exterior.

L’enlairament d’aquesta nau fou el 12 d’Abril de 1961 des del Cosmòdrom de Baikonur.

El sistema propulsor del coet (com el de tots els coets) contava d’un motor en el qual s’allotjaven els tancs de carburant líquid, que en aquest cas eren de querosè i oxigen líquid. En els laterals de la part inferior del coet es trobaven els propulsors de carburant sòlid, utilitzats en la primera fase d’enlairament del coet. Un cop consumit el carburant, els propulsors, es desenganxaven del cos del coet i, al entrar en contacte amb les capes més altes de l’atmosfera terrestre, s’incendiaven.

A la segona i tercera fases del coet succeïa exactament el mateix, un cop la nau ja havia entrat en orbita i la càpsula tripulada ja havia arribat a la velocitat necessària i a l’altura desitjada (315 km).

El vol va ser totalment automàtic, ja que el panel de control estava bloquejat (per polítiques internes de la URSS), tot i que Gagarin disposava d’un sobre tancat amb el codi numèric per activar el panel de control en cas de necessitat extrema.

A dins de la càpsula del Vostok 1, el cosmonauta Yuri Gagarin va completar una orbita terrestre. Les paraules de Gagarin des de l’espai van ser: “Pobladors del món, salvaguardem aquesta bellesa, no la destruïm” i, també, la famosa frase: “La Terra és blava!” que t’han d’impacte ecològic ha aportat. Desprès, la càpsula, va entrar a l’atmosfera terrestre i va aterrar per mitjà d’un paracaigudes.

Així va ser com l’ésser humà va sortir a l’espai.

Per saber – ne més:

• Llibre: La Aventura Espacial, un libro despplegable. Autor: Anton Radevsky. Editorial: Könemann.
• Sèrie documental La Carrera Espacial (Space Race) de la BBC.

Per què s'enlaira un avió?

Quan un objecte es desplaça per un fluid s’obre camí a través d’aquest i fa que el fluid es desplaci al seu voltant.

Una ala d’un avió en l’aire es desplaça a través de l’aire (el qual és un fluid) obrint – se camí a través d’aquest. L’aire es desplaça per sobre i per sota de l’ala. La forma de l’ala afavoreix que l‘aire desplaçat per amunt vagi a major velocitat que el desplaçat cap avall.

En aquest punt intervé el fenomen físic conegut amb el nom d’Efecte Venturi: quan l’aire va a major velocitat disminueix la pressió que aquest exerceix i quan es desplaça a menor velocitat la pressió augmenta. Com que la pressió es defineix com la força per unitat de superfície, es conclou que si augmenta la pressió, augmenta la força, i si disminueix la pressió també ho farà la força.

Per tant, retornant a l’ala d’un avió, l’aire que passa per sota l’ala exerceix una força ascendent superior a la força descendent que exerceix l’aire que passa per sobre de l’ala. Com més gran sigui la superfície de l’ala, major serà la força d’empenta (ascendent) de l’aire que circula per sota de l’ala (per això les ales dels avions són tan grans).

Ara bé, l’efecte Venturi no és suficient per a explicar la sustentació aèria. Tal i com s’ha dit abans, és la forma de l’ala la responsable de que l’aire circuli a major velocitat per la part superior de l’ala i a menor per la part inferior. El Principi de Bernouilli és el que regeix aquest fet; segons aquest principi físic l’aire adquireix major velocitat al passar per la regió convexa de l’ala d’un avió.

Per tant, és la forma de l’ala la que fa que l’avió s’enlairi.

Per saber - ne més:

• Llibre: 100 preguntes de Física. Autor: Jordi Mazon Bueso. Editorial: Cossetània.

Com funciona la impressora?

La impressora làser i la impressora convencional funcionen a partir de la idea de la xerografia (xero és una paraula grega que significa sec; xerografia perquè no s’utilitza tinta líquida) desenvolupada per Chester Carlson el 1940 a partir de la seva patent del procés xerogràfic.

Aquest procés es basa  en l’ús d’un material fotoconductor (es tracta d’un tipus de material que és mal conductor elèctric a les fosques, però que es transforma en bon conductor elèctric al ser exposat a la llum),com ara el seleni, per a recobrir el tambor de la impressora.

Primer, el tambor queda carregat elèctricament de manera positiva a la foscor, llavors, una lent projecta la lletra que vol ser impresa (en el cas d’un text) sobre el tambor. Degut a la llum projectada, la càrrega del tambor adopta la forma de la lletra, ja que la superfície es torna únicament conductora a les zones il·luminades per la lent.

Seguidament, sobre el tambor s’espargeix el tòner. El tòner es concentra a la zona carregada positivament, ja que ell es troba carregat negativament (si recordes, les càrregues de signe oposat s’atrauen mentre que les de signe igual es repel·len).

Finalment el tambor gira sobre el paper i el tòner s’adhereix a la superfície d’aquest, ja que els cilindres per on passa el paper es troben a alta temperatura i “desfan” el tòner, que acaba empapant el paper; el resultat: la impressió en tinta sobre paper.

En el cas de la impressora làser el procés xerogràfic és exactament el mateix, la única diferència es troba en que, en comptes d’emprar el tòner (o tinta) i la lent, s’utilitza un raig làser.

Noves llums per a veure el món microscòpic.

L’Alba d’una nova era per a la investigació a Catalunya.

“És molt difícil imaginar totes les bogeries, que les coses són en realitat

Els electrons actuen com ones... Bé, no exactament...

Actuen com partícules... Bé, no exactament...”

Richard P. Feynman

L’any 1896 l’alemany Wilhem Röntgen va descobrir els raigs X, donant el tret de sortida a una nova era per a estudiar el món microscòpic.

Aquest descobriment va fer possible que Ernest Rutherford pogués veure, per primera vegada, l’aspecte de l’àtom. Aquesta troballa va suposar una autèntica revolució i va obrir les portes a la física quàntica, que estudia les partícules més diminutes de la matèria, mostrant – nos un món desconcertant i misteriós.

Avui dia, un segle i escaig desprès, aquest micromón segueix fascinant a la ciència. El passat mes de març de 2010 es va inaugurar a Cerdanyola del Vallés ALBA, el Laboratori de Llum de Sincrotró, que es troba entre els millors del món. El projecte ha estat impulsat per el Doctor Ramón Pascual, catedràtic de Física Teòrica de la UAB i president de la Comissió Executiva de l’ALBA.

ALBA és l’únic Sincrotró que tenim al sud – oest d’Europa, i permetrà que molts dels investigadors espanyols que, fins ara, havien de marxar a l’estranger a realitzar els seus experiments, tinguin fàcil accés a la llum que es genera al sincrotró.

Amb aquesta llum podran registrar des dels processos que duen a terme els virus per a infectar cèl·lules, fins a l’anàlisi dels pigments d’un retaule gòtic del segle XV sense danyar – lo.

Tot això està molt bé, però, per a què més serveix i, què és un Sincrotró? Doncs bé, un Sincrotró no és una altra cosa que un anell circular de grans dimensions, a l’interior del qual es fan corre electrons a velocitats properes a la de la, és a dir, a energies molt elevades.

El moviment dels electrons genera corrent elèctric (el que ens arriba a casa esta causat per aquest fenomen físic), aquest “corrent” generat al sincrotró emet una llum de propietats extraordinàries que es pot utilitzar per a penetrar en qualsevol tipus de material.

Això es deu a que la ona de llum del sincrotró és molt més intensa que qualsevol altra font de llum convencional: ni més ni menys que un milió de milions de vegades més intensa que la llum solar!

Els electrons viatgen per l’anell de l’ALBA en formes de “paquets” que emeten llum polsada, la qual cosa permet fer “fotografies” de l’objecte que es vol estudiar. La qual cosa fa possible que aquesta llum sigui tan útil i indispensable per als investigadors que desitgin estudiar estructures molt petites.

El sincrotró es pot utilitzar com a eina insubstituïble en molts camps d’investigació, des de la física i la química, fins a la medicina o la biologia, fet que demostra la importància de la interdisciplinació en els temps que corren. A més, també pot aplicar-se per a fabricar objectes molt petits (nanotecnologia), per a dissenyar diversos tipus de fàrmacs o, fins i tot, per a desenvolupar nous materials enfocats a diverses indústries, per exemple, materials per a la construcció d’estructures de gàbies per a l’aqüicultura.

El fet de que a Catalunya es pugui disposar d’un parc científic d’aquesta importància condicionarà el País com un centre de recerca d’alt nivell, poden rebre a investigadors d’aquí, però també a investigadors estrangers provinents de la resta d’Europa, la qual cosa produirà grans beneficis culturals, científics i econòmics.

Considerar els laboratoris de llum per a la investigació i recerca científica ajuda a avançar la ciència en totes les seves diferents disciplines, de fet, el meu professor de Química General, en certa ocasió va dir: “Abans, quan els químics volien estudiar una mostra, la dissolien a lo bruto perdent molt de material per el camí... Llavors van arribar els físics i ens van donar els Raigs X, revolucionant l’estudi microscòpic amb aquestes fonts lluminoses i, de pas, rebaixar les despeses de material perdut al laboratori...”, comentari que torna a donar força a la importància de la interdisciplinació i, també, a la inversió econòmica en estructures dedicades a la investigació.

El matemàtic de la UPC Claudi Alsina, a la seva obra “El Club de la Hipotenusa” va escriure: “La rivalidad entre equipos de fútbol nunca tendrá la tradición que tiene estra rivalidad entre disciplinas. El dinero para la ciencia es escaso y los aspirantes son muchos”. Vist aquest comentari, potser forà bo considerar i replantejar-se en que s’inverteixen els diners dels fons públics ja que, com s’ha vist abans, la interdsiciplinació és molt important per a la ciència i la “competició”, la rivalitat, no fa altra cosa que perjudicar-la.

Amb la posada apunt final d’avui del Sincrotró ALBA ha començat una nova etapa de recerca a Catalunya, la llum emprada en la investigació en aquest laboratori pot encendre de nou la torxa de la recerca catalana.