mió (Ni/Cd) o las de níquei/hidrurometálico (Ni/HM). En primer lugar,hay que destacar el elevado voltajede las baterías de ion litio. Típicamente, el voltaje de una batería deion litio es próximo a 4V, esto es,más de tres veces el valor del volta

je de las baterías de Ni/Cd o Ni/HM(1.2 V). Por su elevado voltaje, unade las principales ventajas de lasbaterías de ión litio es su alta densi

dad de energía, tanto en volumencomo en masa. Ambas densidades

presentan valores superiores entreun 20% y un 40% a las baterías deNi/Cd o Ni/HM. Estos valores sig

nifican que, para una densidad deenergía dada, una batería de iónlitio pesa notablemente menos queuna balería de níquel-hidruro metálico. Algo similar ocurre si nosreferimos al volumen de la batena.

No es difícil comprender queambos aspectos, masa y volumen,

son determinantes en cualquieraplicación portátil. Otra ventajaimportante de estas baterías es laausencia del conocido efecto

memoria que tienen las baterías deNi/Cd o Ni/HM. Esto significa queuna batería de ión litio puede serrecargarda en cualquier momentosin peligro de que la batería pierdaparte de su capacidad inicial. Porúltimo, las baterías de ión litio presentan un bajo impacto medioambiental, como consecuencia de queno contienen elementos tóxicos

como cadmio, mercurio o plomo,generalmente utilizados en otrostipos de baterías. Todas estas ventajas explican el por qué las bateríasde ión litio están consideradas

como la última generación de lasbaterías avanzadas, siendo además,

un claro ejemplo de aplicación deun compuesto de intercalación en lavida cotidiana.

BIBLIOGRAFIA

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Whittingham y A.J. Jacobson, Aca-

demic Press. New York, 1982.

M." Luisa Rojas Cervantes

Dpto. de Química Inorgánica y

Química Técnica

NOVEDADES CIENTÍFICAS

Novedades científicas en Física en el año 2003

ASTROFÍSICA YCOSMOLOGÍA

• Cada año aparecen nuevos datos ymás precisos sobre la radiacióncósmica de fondo que aportan

nueva información sobre la estruc

tura y la historia del Universo. En2003 se hicieron públicos los primeros estudios de los datos sumi

nistrados por la sonda WdkinsonMicrowave Anisotropy Probé(Wilkinson es el apellido de uno desus diseñadores, muerto reciente

mente). El WMAP fue lanzado enjunio de 2001 para situarse en elPunto Lagrangiano L2 a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. (De

este modo, el satélite órbita alrede

dor del Sol con el mismo periodoque la Tierra, pese a estar a unadistancia mayor.) Lo que se deduce de estos datos es que el BigBang tuvo lugar hace 13.7 ± 0,2miles de millones de años y laradiación cósmica refleja el estado

del Universo 379 ± 8 miles de años

después. Los datos confirman quehubo una etapa inflacionaria aunque queda descartado el modelo deinflación caótica. Además de la

anisotropía, el WMAP ha medidola polarización de la radiación, dedonde se puede deducir la épocade la reionización debida a la for

mación de las primeras estrellas(ver 100cias@uned n" 5, 2002).Esto ocurrió 200 millones de años

después del Big Bang, es decir,unos 500 millones de años antes de

lo que se pensaba hasta ahora.Estos datos de WMAP se complementan con los del Shan DigitalSky Siin'ey (SDSS) basado en tierra que ha examinado más de200.000 galaxias. De ellos sededuce que el Universo contieneun 4% de materia bariónica, un

23% de materia oscura y un 73%de energía oscura. También fijauna cota superior de 0,6 eV para lamasa del neutrino.

No obstante lo anterior, tan sólo

una tercera parte de este 4% queconstituye la materia bariónicaestá en forma de estrellas y galaxias. Ahora se han descubierto en

el grupo local nubes de oxígeno debaja densidad que podrían darcuenta del otro tercio.

La abundancia de elementos químicos en las estrellas más antiguas

de la Vía Láctea es de sólo entre

1/IOy 1/100 de las abundancias enel Sol. Por ello se pensaba que laevolución de los elementos químicos requería mucho tiempo. Paraestudiar esta evolución a lo largo

de la historia del Universo se com

paran los espectros de galaxias conedades diferentes, es decir, situa

das a diferentes distancia de la Tie

rra y con diferentes desplazamientos hacia el rojo. El problema esque las galaxias muy lejanas sonmuy poco brillantes. Este problema se puede soslayar cuandodetrás de la galaxia a estudiar yexactamente en la misma visual

hay un quasar que proporciona la

100c¡as@uned

luz necesaria. Las rayas espectra

les del quasar pueden distinguirsede las de la galaxia. La sorpresa esque en galaxias de 12.000 millonesde años de edad se han detectado

abundancias químicas de hasta 1/3de las abundancias solares.

• En los últimos años, el estudio de

algunos espectros de galaxiassugería que la constante de estructura fina a podía haber variadoligeramente (ver 100cias@uned n"5, 2002). Sin embargo, ahora se hapropuesto una explicación de losespectros por la sobreabundanciaen magnesio en una primera generación de estrellas de masa inter

media, lo que descartaría la variación de a.

• La sonda espacial Voyager I haalcanzado los confínes del Sistema

Solar a más de 85 UA (es decir, 85veces la distancia Tierra-Sol).

Durante el segundo semestre de2003 la sonda detectó un aumento

importante de la densidad de partículas energéticas. Parece que ellose puede explicar por el frenadodel viento solar hasta velocidades

subsónicas cuando se alcanza el

límite del Sistema Solar.

FÍSICA DE PARTÍCULAS

• Ya Heisenberg supuso en su primer modelo nuclear que, con respecto a las fuerzas nucleares, protón y neutrón podían considerarsecomo dos estados diferentes de

una misma partícula, llamadagenéricamente nucleón. Esto es loque se denomina simetria de cargaen las interacciones fuertes. Segúnel modelo estándar, el protón estácompuesto por dos quarks u y unquark d, mientras que el neutrónestá formado por un quark u y dosd. Así, la permutación de u por dtransforma un protón en un neutrón y viceversa. Sin embargo, lasimetria no es perfecta, y esto tieneconsecuencias trascendentales yafortunadas. En efecto, el quark utiene una carga doble que el quarkd, de modo que la interacción electrostática daría una masa ligeramente mayoral protón. Sin embargo, este efecto queda compensado

por el hecho de que la masa delquark d es mayor que la del quarku. El resultado global es que lamasa del neutrón es algo mayorque la del protón. Así, el neutrónpuede desintegrarse espontáneamente en un protón y un electrón,y protones y electrones dai'án lugarfinalmente a los elementos químicos. La asimetría de carga se hapuesto ahora de manifiesto en procesos elementales: la fusión de dos

deuterones para dar un núcleo dehelio y un pión neutro o la fusiónde un protón y un neutrón para darun deuteron y un pión. El estudiode estos procesos ayudará a explicar la ruptura de la simetría decarga y la diferencia de masasentre los quarks.Normalmente los bariones están

formados por tres quarks y losmesones por un par quark-anli-quark. Ya existía alguna evidenciade partículas formadas por 5quarks. entre ellos un par quark-antiquark del mismo sabor (algoasí como la unión de un barión yun mesón ordinarios). Ahora se

han descubierto nuevas partículasexóticas formadas por 5 quarks sinpares quark-antiquark.Es sabido que, además del hidrógeno ordinario, existen en la naturaleza mínimas cantidades de deu-

terio y tritio, cuyos núcleos contienen, además de un protón, uno ydos neutrones respectivamente.Hace algunos años se obtuvieronartificialmente núcleos de con

cuatro neutrones. En 2003 .se han

obtenido núcleos de con seis

neutrones. Para ello se bombardea

hidrógeno ordinario con *He. Éstecede sus 6 neutrones al H y quedandos protones libres.Los átomos de los gases nobles tienen sus capas electrónicas completas, por lo que son difícilmentereactivos. No obstante, hace unosdiez años se detectaron por primera vez moléculas de He: formadas

por interacción dipolar. Puesto quela interacción es muy débil, losátomos que componen la moléculaestán muy alejados. Ahora se hanobtenido moléculas de He de

tamaños desde 8 a 60 nm; es decir.

la distancia interatómica es cientos

de veces mayor que el tamaño delos propios átomos. A estas largasdistancias hay que tener en cuentaincluso efectos de retardo en el

potencial de interacción, que deltipo /'® típico del potencial de vander Waals pasa a tener componentes a r'. Para crear estas moléculas

se enfrian previamente los átomosindividuales hasta una temperaturade 10 ̂iK, cuando su energía cinética es 10'" veces menor que su

energía interna. Luego, con laayuda de un láser, se generan dipolos inducidos que unen los átomos.Las moléculas así formadas duran

hasta 50 ns.

FÍSICA CUÁNTICA

• El primer paso para la construcción de un computador cuántico esla construcción de puertas lógicas.De entre éstas, una de las más

importantes es la puerta CNOT(no-condicionada) o puerta deHadamard, que es una puerta querelaciona dos qubits. Hace 5 añosCirac y Zoller propusieron unmodelo en el que los estados decada qubit son dos estados internosde un ión y la interacción entre losqubits se consigue gracias a laexcitación de los modos de vibra

ción de los dos iones en una tram

pa iónica. Ahora, dos grupos enInnsbmck y en el NIST de Colorado han construido estas puertas. Lapuerta construida en Innsbruck

sigue la propuesta original en laque los qubits son iones ̂ Ca y laexcitación de los modos vibracio-

nales depende de la dirección dellos láseres que actúan sobre cadaqubit. En la puerta del NIST losqubits son iones de ̂Be y la excitación vibracional se hace gracias ala fuerza debida al campo dipolarde un láser que actúa simultáneamente sobre los dos iones. No obs

tante, la eficacia de estas puertas esde solo un 80%.

• Otro sistema propuesto hace añoscomo puerta lógica CNOT era elde una cavidad resonante atrave

sada por un haz de iones. Un iónpodía interaccionar con el campo

VIDA CIENTIFICA

de la cavidad, de modo que elcomportamiento de un segundoion que atravesase la cavidaddependía del estado de ésta tras elpaso del primer ion. Ahora se hautilizado la misma cavidad con un

único átomo encerrado en ella

como forma de crear un láser de

un sólo átomo, es decir, un átomo

que emite continuamente fotonesidénticos. Además, no hay anti-bunching, es decir, los fotones seemiten de uno en uno a un ritmo

constante. Esto es fundamental si

se quieren utilizar los fotones parala transmisión de datos.

Ya se ha dicho que para la transmisión de datos en criptografía esconveniente que los fotones seemitan de uno en uno. Si en cada

pulso hubiera más de un fotón,estos fotones redundantes podíanser utilizados por un posible espíapara descifrar la clave. El problema es que las fuentes de fotonesindividuales son muy difíciles deconseguir. Por ejemplo, si se quiere reducir la intensidad de un láser

ordinario para asegurarse de quelos pulsos emitidos no contienenmás de un fotón, la estadística

implica que más del 95% de lospulsos no contiene ningún fotón.No obstante, ahora se ha propues

to un sistema de codificación en

pulsos de unos 100 fotones. Conesto se ha conseguido transmitirinformación a una velocidad de

75000 bits por segundo.En los escasos experimentos decomputación cuántica realizadoshasta ahora, los diferentes qubitseran átomos en una molécula orga-no-metálica, sobre los que se podíaactuar de forma individual debido

a sus diferentes frecuencias de

resonancia RMN. Esto supone que

el número de qubits posible estámuy limitado. Para construir uncomputador con un gran númerode qubits sería necesario que estosestuvieran situados en una matriz

de estado sólido, pero suficientemente separados para que se puedaactuar sobre ellos individualmente.

Por otra parte, para que puedanhacerse operaciones de dos qubitses necesario conseguir entrelaza

miento (entanglement) entre ellosa estas distancias mesoscópicas.Hasta ahora solo se había conse

guido entrelazamiento a distanciasdel orden de una miera. Ahora se

ha conseguido entrelazamientoentre qubits a 0,7 mm. Los quibitseran en este caso uniones Joseph-son acopladas a condensadores.

• Todos los años se bate el record de

distancia en la transmisión de cla

ves codificadas cuánticamente a

través de fibra óptica. El tema esimportante porque la señal no sepuede amplificar en estacionesintermedias (pues se rompería lacoherencia cuántica) y sólo se pueden utilizai^ determinadas frecuen

cias para las que la absorción óptica de la fibra es muy pequeña. Elnuevo record establecido en 2003

es de algo más de 100 km.

ÓPTICA

• La propuesta de materiales coníndice de refracción negativo (fami-liannente llamados "materiales

ópticamente zurdos") provocó unaintensa discusión, especialmente laposibilidad de utilizar láminas deestos materiales como lentes per

fectas (ver 100cias@uned n" 4.

2(X) 1). Píaa ello era necesario que laparte imaginaria del índice derefracción fuese nula, pues de otromodo la intensidad de la luz refrac

tada decrecería rápidamente con ladistancia a la lente. Nuevos experimentos. con detectores situados a

distancias mayores respecto a lalámina, han mostrado que la intensidad transmitida decrece muy

poco.

• También se han obtenido cristales

zurdos ferroelásticos con domi

nios gemelos que muestran

refracción positiva y refracciónnegativa dependiendo del ángulode incidencia.

• En los últimos años se han hecho

varios experimentos sobre frenadoe incluso congelación de un pulsoluminoso en diferentes medios.

Para reducir drásticamente la velo

cidad de grupo hay que hacer quela variación del índice de refrac

ción con la frecuencia sea muy

alta. Esto puede conseguirse contrasparencia inducida electromagnéticamente (ver 100cias@uned n"

3, 2000). Ahora se ha conseguidofrenar la luz en un sólido mediante

oscilaciones de población coherentes que se obtienen modulandola población del estado fundamental a la frecuencia de batido de dos

láseres pulsados. Así se crea un

agujero espectral muy estrechopara el que la velocidad del pulsose reduce a 57,5 m/s.

• También hace dos años se consi

guió almacenar un pulso de luz enlas orientaciones del espín en losátomos de un vapor (ver lOOcias@uned n" 5, 2002). Recientemente

se ha realizado un experimentomás completo. Si a través del vaporse hacen pasar dos haces láser contrarios se puede reconstruir la luzalmacenada, creando una onda

estacionaria entre los átomos queahora actúan como espejos: elpulso queda congelado en el espacio. Si a continuación se desconec

ta uno de ios haces, el pulso viajaen la dirección del otro haz.

• La construcción de un interferó-

metro de rayos X sería importantepara la calibración de patrones delongitud y tiempo. Sin embargo,esto es muy difícil dada la dificultad de hacer espejos para rayos Xcon incidencia frontal. Ahora se

ha construido un inteiferómetro

en el que las paredes reflectorasson cristales de zafiro que actúancomo espejos perfectos para rayosX en una estrecha franja de energías alrededor de una energíadeterminada por la ley de Bragg.En una cavidad de 50 mm se han

observado hasta 60 reflexiones de

rayos X de 14,3 keV.

MAGNETISMO

• Hace unos años se hizo famoso el

experimento que mantenía unarana viva flotando sobre un elec

troimán, basado en el carácter dia

magnético de algunos tejidos animales. Esta levitación magnética

se basa en efecto en la fuerza

repulsiva que un gradiente decampo magnético ejerce sobre una

sustancia diamagnética. Este efecto aumenta cuando la sustancia

diamagnética está rodeada de unmedio paramagnético: es el llamado efecto magneto-Arquímedes,similar a la fuerza de flotación ori

ginada por una diferencia de densidades. La susceptibilidad para-magnética, como la densidad, esinversamente proporcional a latemperatura. Por ello, si se utilizaun ambiente de oxígeno paramagnético a una temperatura de 90 K,próxima al punto de licuefacción,la fuerza de empuje sobre una sustancia diamagnética es 10 vecesmayor que ha temperatura ambiente. Este efecto podría utilizarsetambién para separar fácilmentemateriales con diferentes susceptibilidades.

La magnetorresistencia es la

variación drástica de la resistencia

eléctrica debida a la presencia deun campo magnético. Este efecto

se aprovecha especialmente en lascabezas de lectura-escritura en los

ordenadores. Hay muchos tipos demagnetorresistencia (ver lOOcias@uned n° 4, 2001). Ahora se ha

descubierto otro basado en el efec

to Hall planar gigante. En el efecto Hall ordinario aparece una diferencia de potencial entre los extremos de un conductor plano sometido a un campo magnético perpendicular tanto a la corrientecomo al plano del conductor. Porel contrario, en el nuevo efecto

Hall el campo magnético formaun ángulo con la corriente. Conesta configuración se observansaltos abruptos en el voltaje Hall.El efecto en un semiconductor

magnético (GaMnAs) es hasta 10'mayor que en un metal.Hoy día los detectores más sensibles de campos magnéticos son losSQUID (Superconducting Quantum Interferometer Device). Éstosse basan en la cuantización del

flujo magnético que atraviesa unanillo superconductor en unidadesdel magneton de Bohr. Los SQUIDmás sensibles alcanzan una sensi

bilidad de 1 fT/Hz'-, pero para ellodeben trabajar a una temperaturade 4 K. Los que trabajan a tempe

raturas del nitrógeno líquido sonmenos precisos. Los magnetóme-tros atómicos basados en el efecto

Zeeman eran muy grandes y teníanpoco resolución espacial, pues paradetectar bien las líneas espectraleshacía falta un volumen de gas relativamente grande. Recientementese ha conseguido evitar estos problemas y se ha construido un mag-netómetro atómico de gran resolución espacial y con una sensibilidad de 0.5 fT/Hz"^, y se esperaaumentar esta sensibilidad en un

orden de magnitud.

VARIOS

• El comportamiento de un fluidoque circula por una tubería depende evidentemente de la velocidad ylas propiedades físicas del fluidoasí como del diámetro de la tube

ría. Pero hace más de un sigloOsbome Reynolds descubrió queel carácter del flujo no depende decada una de estas características

por separado sino que lo hace a través de un número adimensional Re

= ua/v, siendo ii la velocidad del

fluido, a el diámetro de la tubería yV la viscosidad del fluido. Por

debajo de un valor Re ~ 2000 elflujo es laminar, mientras que porencima de este valor el flujo es turbulento. Sin embargo, la soluciónlaminar de las ecuaciones del flujo(las ecuaciones de Navier-Stokes)es linealmente estable para cualquier número de Reynolds, lo quequiere decir que para que aparezcala turbulencia el flujo debe ser perturbado por una perturbación detamaño finito. Evidentemente el

tamaño de la perturbación necesaria es menor cuanto mayor es elnúmero de Reynolds. Existíanvarias teorías sobre cómo escalan

las perturbaciones con dichonúmero pero ahora un experimento muy preciso ha establecido queel tamaño de la perturbación varíacomo Re ' al menos para valores deRe comprendidos entre 2.000 y20.000.

• En años recientes se ha propuestoque una desviación de la dependencia 1/ri de la fuerza gravitato-

ria a distancias submüimétricas

sería indicio de la existencia de

dimensiones espaciales extra (ver100cias@uned n"4, 2000). Sin

embargo, experimentos realizadosel último año muestran que ladependencia 1/r sigue siendoválida a distancias de 100 jum.Las propiedades superficiales deun cristal son diferentes de las de

volumen. Un átomo próximo a lasuperficie ve un entorno muy diferente al de un átomo de volumen.

Así, los enlaces interatómicos próximos a la superficie se reorientandando lugar a estados superficialeslocalizados, tanto vibracionales

como electrónicos. Incluso la

estructura de la superficie puedediferir de forma importante de laestructura de volumen. La recons

trucción superficial es particularmente importante en el Si, que esel material semiconductor porexcelencia, ya sea puro o en formade SiC (carburo de silicio) que semantiene semiconductor hasta

2.800 °C. Ahora se ha descubierto

que cuando se adsorbe hidrógenoen una superficie de SiC se formanhileras de dos átomos con propiedades metálicas. Esto podría utilizarse para mejorar los contactosentre metales y semiconductoresen ciertos circuitos eléctricos.

Todos los años se produce algunaafirmación espectacular con poca onula credibilidad entre la comuni

dad física. Probablemente la que sellevó la palma en 2003 fue la afirmación de un físico de la Universi

dad de Pretoria en el sentido de queel diamante dopado con oxígeno sehace superconductor a temperaturaordinaria. Esto era básicamente

una conjetura basada en merosexperimentos de conductividadeléctrica en el contacto con la puntade un STM (microscopio de efectotúnel). Curiosamente, cuando se le

pidió al científico en cuestión querealizara experimentos más detallados, éste declaró que se acababa dejubilar y no contaba con el equipamiento necesario.

J. Javier García Sanz

Dpto. de Física Fundamental