Tan susceptible

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El Laboratorio de Bajas Temperaturas inauguró una nueva línea de investigación sobre materiales superconductores no convencionales con fuertes correlaciones electrónicas. El grupo desarrolló una nueva técnica experimental que permite medir los cambios en la resistividad en pequeños monocristales ante diferentes condiciones de deformación, a bajas temperaturas. Los investigadores han usado esa técnica para estudiar interrelaciones entre las propiedades nemáticas y las superconductoras, podrán aportar nuevas claves y preguntas para entender la superconductividad de alta temperatura. Los resultados fueron publicados recientemente en Physical Review B.

Un pequeño cristal, que pertenece a una de las familias más estudiadas dentro de los materiales superconductores a base de hierro, es colocado en dispositivos piezoeléctricos que permiten generar tracción o compresión en la muestra. Así miden su elasto-resistividad, lo cual permite detectar la existencia de una fase nemática. La nematicidad es una ruptura espontánea de simetrías en el sistema electrónico que provoca una deformación espontánea del material.

“Muchos de los superconductores que estudiamos hoy en día son no tradicionales y aún no conocemos el origen de la superconductividad; actualmente hay teorías que relacionan la existencia de la fase nemática con la aparición de la superconductividad no tradicional”, dice Gabriela Pasquini,investigadora que dirige la línea de trabajo que componen Juan Schmidt, Victoria Bekeris y Gustavo Lozano del DF e IFIBA (UBA-CONICET), y en la que colaboraron Victoria Bortule y Mariano Marziali Bermudez. Además, trabajaron junto a Cliford Hicks del Instituto Max Planck de Alemania, el grupo de Paul Canfield de la Universidad de Iowa State y a Eduardo Fradkin, un referente teórico en el tema, de la Universidad de Illinois.

“El dispositivo que utilizamos se diseñó en el Instituto Max Planck de Alemania y resulta muy ventajoso para aplicar deformaciones controladas en cristales de poco milímetros. Con la colaboración de los investigadores de la Universidad de La Plata Santiago Grigera y  Rodolfo Borzi, pudimos instalar ese dispositivo en un crióstato en el Laboratorio de Bajas Temperaturas e iniciamos investigaciones en un tema relevante para el área de materia condensada; pero lo hicimos en relación directa con la superconductvidad, el tema tradicional de estudio en nuestro laboratorio”, explica Pasquini.

En los  superconductores tipo II, el campo magnético entra en líneas de flujo cuantizadas y forma una red de vórtices dentro del material;  las propiedades de transporte dependen de cómo se mueven estos vórtices. “Las mediciones se realizaron bajo un campo magnético giratorio, de manera de poder variar la dirección de los vórtices, y el análisis de la dependencia angular de las propiedades de transporte en la fase superconductora permitió identificar casos en los que había o no dominios nemáticos en la muestra. Una vez obtenido un ¨monodominio nematico¨, pudimos comparar la resistividad, así como la  dependencia angular con la dirección del campo, en la muestra estirada y comprimida”.

El material con que trabajaron fue crecido en el Laboratorio Nacional Ames y está compuesto por Bario, Hierro y Arsénico, “cuando una pequeña porción del Hierro se reemplaza por Cobalto se genera la propiedad de superconductividad y la cantidad de Cobalto determina la temperatura crítica superconductora, explica Pasquini y agrega: Estos materiales están dopados, por lo que la temperatura crítica y las propiedades del material van cambiando a medida que muta la cantidad de Cobalto, decimos entonces que hay un dopaje óptimo”.

“Lo que vimos, sorprendentemente, es que si bien la resistividad medida en  la muestra muy comprimida o muy estirada cambia dramáticamente, la dependencia angular no varía demasiado. Uno esperaría que si nos concentramos en una fase nemática y ejercemos estiramiento o compresión resulte diferente rotar a los vórtices en una situación o en la otra. Sin embargo el índice de anisotropía no varía mucho, por lo que concluimos que la rigidez de la fase superconductora no parece sufrir cambios sustanciales ante la deformación ejercida. Por lo tanto la pregunta que surge es a qué se debe la anisotropía que se ve en la resistividad de la fase superconductora, de dónde viene la diferencia y a qué se debe”.

“La fase nemática y la superconductora se cruzan muy cerca del punto de dopaje óptimo, donde se identificó un punto crítico nemático. Es por eso que la comunidad está pensando en la interrelación entre estos  factores. Nuestro trabajo es un aporte a ese interrogante, el origen y los alcances de esa interrelación”, concluye la investigadora.

Nematicity in the superconducting mixed state of strain detwinned underdoped Ba(Fe1−xCox)2As2

PHYSICAL REVIEW B 99, 064515 (2019)

DOI: 10.1103/PhysRevB.99.064515

Reduciendo el sesgo de género en la evaluación de proyectos: una experiencia piloto

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* Por Luciana Bruno

En la página web de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, organismo que otorga y administra fondos destinados, entre otros, a la investigación científica y tecnológica en Argentina, se lee lo siguiente:
“La evaluación de proyectos se caracteriza por la transparencia en sus acciones y por su procedimiento ético. El mérito de los proyectos es el único criterio de recomendación utilizado para la adjudicación de los subsidios y se determina a partir del análisis de la calidad y la pertinencia de los mismos” [1].

¿Quién podría no estar de acuerdo con estos principios rectores? Sin embargo, ¿es posible garantizar o al menos acercarse al ideal de objetividad en un proceso de evaluación real? El artículo que recomiendo, aparecido en la versión digital de la revista Physics Today el 1 de marzo de 2019 narra una experiencia piloto en ese sentido [2].

El caso desarrollado trata sobre la evaluación por pares que realiza el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) para la asignación de tiempo de uso del Telescopio Espacial Hubble. El proceso de selección es altamente competitivo: cada año sólo una quinta parte de las más de mil propuestas presentadas sobreviven al riguroso sistema de revisión. El procedimiento de evaluación de los proyectos es muy similar al utilizado,
por ejemplo, por agencia argentina para el otorgamiento de subsidios para la investigación tales como los Proyectos de Investigación Científica y Tecnológica. El STScl invita a unos 150 astrónomos de la comunidad internacional a revisar las aproximadamente 1100 a 1200 propuestas y hacer recomendaciones a la dirección del Instituto del telescopio espacial. En una primera ronda de clasificación, los pares revisores, trabajan de forma remota y asignan calificaciones a las distintas propuestas. Luego, el personal de Instituto genera una lista de los proyectos altamente calificados que son discutidos por paneles de ocho a diez miembros que se reúnen en persona y determinan las propuestas ganadoras.

El artículo cuenta que Neill Reid, director asociado del STScI decidió examinar los resultados de las evaluaciones entre 2001 y 2012 y descubrió que las tasas de éxito de las propuestas lideradas por investigadoras mujeres -19%, en promedio- habían sido peores que las tasas de éxito de sus contrapartes masculinas -23%-. Aunque esta diferencia parecía menor, el desequilibrio fue sistemático, revelando un patrón de desventaja mediada por el género.

Frente a estos resultados, el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial decidió tomar cartas en el asunto y analizar el proceso de evaluación en detalle para dilucidar en qué momento del procedimiento se producía el sesgo (consciente o inconsciente) por género. Curiosamente, no se hallaron evidencias de desviación durante la calificación preliminar. Fue sólo en las reuniones de los paneles que el sesgo apareció y permitió identificar una razón potencial para ello: gran parte de la discusión sobre una propuesta dada se centraba en el historial del solicitante y sus colegas, en lugar de sobre la ciencia que él o ella estaba proponiendo.

Con estos resultados a la vista, se decidió hacer una prueba piloto que consistió en una evaluación doble-ciego en la última etapa de la selección: ni los evaluadores ni los evaluados sabían quién era la contraparte. Además, se incorporaron veedores en estas reuniones cuya función consistió en re-enfocar el debate de los evaluadores cuando la discusión se desviaba de la consideración del plan científico, como por ejemplo, intentar adivinar quién era el o la postulante.

Y los resultados fueron impresionantes: por primera vez, las propuestas lideradas por mujeres tuvieron una tasa de éxito mayor que las dirigidas por hombres. Los autores del trabajo sostienen que un proceso de revisión doble ciego tiene el potencial de nivelar el campo de juego, no sólo para las mujeres sino también para otros grupos marginados y desfavorecidos.

Sería interesante analizar si este tipo de sesgo ocurre en las distintas instancias de evaluación por las que transitamos durante nuestra carrera científica. Es por eso que les sugiero leer el artículo y pensar si podemos aprender algo de la experiencia del STScl.

*La autora es miembro de la Subcomisión de Género de la Asociación Física Argentina e Investigadora independiente CONICET, Instituto del Cálculo, Exactas, UBA.

1. https://www.argentina.gob.ar/ciencia/agencia/fondo-para-la-investigacion-cientifica-y-tecnologica-foncyt/evaluacion
2. https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.3.20190301a/full/

Entrevista a Sergio Dasso

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El físico Sergio Dasso lidera al grupo que acaba de poner en funcionamiento a Neurus, el primer detector de rayos cósmicos del país en suelo antártico. El nombre es un guiño a la mítica serie Superhijitus, por la forma de sombrero que sobresale en el detector, su componente principal:el soporte del fotomultiplicador que amplifica la energía de los fotones generados por las partículas que miden.

*Por Lis Tous

¿Por qué en la Antártida?

Básicamente, por la importancia de medir rayos cósmicos cerca del polo magnético. Los rayos cósmicos primarios que más nos interesan tienen carga eléctrica por lo que su trayectoria se desvía cuando ingresan al entorno espacial de la Tierra - debido al campo geomagnético-; se observan mayores flujos de partículas en altas latitudes y menos flujos en las regiones ecuatoriales. Durante las fulguraciones solares más violentas pueden generarse estructuras en la corona del Sol que funcionan como 'aceleradores' de partículas. Así, aparecen 'jets' de partículas cósmicas que pueden penetrar el ambiente espacial terrestre y llegar a regiones cercanas a los polos en la superficie de la Tierra. Estas partículas no pueden ser observadas con un detector en Buenos Aires o en Malargüe, pero sí pueden ser cerca de los polos.La comunidad conoce muy bien estas ventajas desde hace tiempo, y existen diversos tipos de detectores de rayos cósmicos en diferentes bases antárticas de otros países. Así, la Antártida es un lugar ideal para poder observar partículas solares.

¿Qué tipo de partículas “caza” Neurus?

Neurus permite detectar partículas secundarias con carga eléctrica, principalmente muones, electrones o partículas gammas por creación de pares que generan electrones y positrones de gran energía. Podemos discriminar y medir con gran exactitud cuánta es la energía depositada por la partícula cuando pasa a través del detector. El rango de la energía depositada que puede discriminar el detector va desde unos pocos MeVs (megaelectronvoltios) hasta unos pocos GeVs (gigaelectronvoltios).

Los rayos cósmicos que ingresan desde el exterior de la Tierra se denominan primarios. Cuando estas partículas se acercan a la superficie terrestre, se encuentran con la atmósfera y se desarrollan reacciones nucleares que llamamos lluvias o cascadas. Durante estos procesos, cada rayo cósmico primario genera una gran cantidad de rayos cósmicos secundarios. Nuestros detectores miden los rayos cósmicos secundarios, que son los que logran llegara la superficie terrestre.

¿En qué se diferencia este detector con otros como el Observatorio Pierre Auger?

Nuestro detector se enmarca en el Latin American Giant Observatory (LAGO), ahora que instalamos nuestro detector en la base Marambio, la colaboración tiene nodos desde México hasta la Antártida. Los detectores de esta red son versiones adaptadas más simples que los de superficie del Observatorio Pierre Auger.

El Pierre Auger está enfocado principalmente en los rayos cósmicos de mayor energía y por eso se requiere de un gran arreglo de detectores de superficie para hacerlo, si se tiene en cuenta que la extensión de la lluvia de secundarios está relacionada con la energía del rayo cósmico primario. Por esto también Auger tiene detectores de fluorescencia.

En nuestro caso, el interés que tenemos se enfoca en energías menores y en observaciones estadísticas como variabilidad de flujo y no en la observación de partículas individuales. Si bien por el momento no consideramos instalar detectores de fluorescencia en la Antártida, sí planeamos en el mediano plazo complementarlo con otros que permitan ampliar la validez de las mediciones.

¿Cómo van a publicar los datos generados?

En el mediano plazo, nuestra idea es que los datos estén disponibles en tiempo real. Esta decisión se basa en que recientemente se está implementando un sistema de provisión de datos de Meteorología del Espacio para la aeronáutica civil a nivel mundial. De hecho nuestro grupo participó en auditorías desde la Organización Meteorológica Mundial (OMM), auditando al centro de 'Space Weather' de NOAA y a un consorcio europeo llamado PECASUS (Pan-European Consortium for Aviation Space weather User Services). Estos centros, junto con varios centros de otros países se propusieron en el ámbito de la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) para proveer datos y pronósticos similares a los de la meteorología tradicional, pero en este caso vinculados con la Meteorología del Espacio.

El flujo de rayos cósmicos, al ser trazadores de las condiciones del espacio, son una parte importante dentro del conjunto de datos que se ofrecen en este campo. Y nuestro grupo así aportaría desde Argentina a caracterizar estas condiciones espaciales. Así, luego de un período de prueba de nuestros datos, cuando se los publique en tiempo real, se realizará un aporte regional a la caracterización de las condiciones espaciales en forma operativa.

¿Cómo es hacer ciencia en el continente blanco?

En cuanto a lo personal, el continente es tan diferente y maravilloso que cada día tuve un deslumbramiento diferente. Por ejemplo es muy impresionante ver los diferentes matices que tiene el mar de Weddell con sus impresionantes témpanos flotando. Por otro lado, allí el dinero no existe y este aspecto también implica un cambio muy interesante en el modo de vivir. El ambiente en la base es muy cordial y uno va conociendo a todas las personas, manteniendo un balance profesional y personal que muchas veces genera vínculos personales que trascienden las campañas.

En cuanto a lo hostil del clima el desafío es extremo, la planificación del trabajo depende fuertemente de las condiciones de cada día, ya que se deben evaluar muy bien como las tareas en función de los vientos, la intensidad de la nieve, la temperatura. Por otro lado, la planificación debe ser impecable, ya que aquí no existen lugares donde comprar repuestos o componentes, por lo que completamente todo debe ser exhaustivamente planificado y considerado antes de realizar la campaña.

Fenómenos turbulentos: viejas ideas abren nuevos caminos

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*Por Esteban Calzetta

La turbulencia en fluidos es uno de los objetos de estudio más antiguos de la física. Concierne el movimiento irregular, por ejemplo, del agua de un arroyo, cuando el caudal supera cierto valor límite dado por la viscosidad del fluido y las dimensiones del cauce. La turbulencia aparece en todo tipo de sistemas, desde una canilla en nuestro hogar hasta el plasma que circunda un agujero negro.

Esta imagen de los fenómenos turbulentos fue descubierta no una sino tres veces, simultáneamente, por Andrei Kolmogorov, Werner Heisenberg y Carl von Weizsäcker, y Lars Onsager. Elporqué cada uno de estos gigantes trabajaba ignorando el progreso de los otros tiene algo que ver con la geografía -Kolmogorov estabaen la Unión Soviética, Onsager en Yale, y Heisenberg y von Weizsäcker en una granja en Inglaterra-; y mucho que ver con el calendario: los trabajos de los que estamos hablando se desarrollaron entre 1941 y 1945.

La formulación de Onsager era la más formal y matemática, y prácticamente cayó en el olvido. Onsager se la comunicó en una carta al principal experto en turbulencia de la época, Theodore von Karman, pero éste simplemente no entendió de qué le estaba hablando. Cuando finalmente Onsager publicó sus ideas, algunos años más tarde[2], la teoría de Kolmogorov (K41, por la fecha de la publicación original) ya era paradigmática.

Pero la teoría de Onsager contenía una predicción notable. En un fluido como el agua, hay disipación porque el fluido tiene viscosidad. Pero, ¿que pasaría si uno se imagina una secuencia de fluidos, cada vez menos viscosos? La predicción de Onsager es que la disipación no desaparece, ni siquiera en el límite en que la viscosidad se hace cero -o, en jerga, el “número de Reynolds” tiende a infinito-. El acoplamiento no lineal entre remolinos produce una “viscosidad efectiva” que reemplaza a la “viscosidad molecular”.

La búsqueda por una confirmación o refutación  de la hipótesis de Onsager mantuvo a la teoría con vida, en este sentido el review de Eyink y Sreenivasan [3] contribuyó a hacerla más conocida y accesible; y en los últimos años una serie de nuevos resultados parece darle definitivamente la razón a Onsager [4]. El año pasado, un tour de force de Eyink y Drivas [5] finalmente tomó a la teoría de Onsager no como una curiosidad, sino como punto de partida para explorar problemas que no tienen una formulación clara dentro de la teoría K41.

La teoría de la turbulencia sigue siendo una verdadera caja de sorpresas.

Referencias

[1] U. Frisch, Turbulence: the legacy of A. N. Kolmogorov, Cambridge University Press (1995).  

[2] L. Onsager, Statistical Hydrodynamics, Nuovo CimentoSuppl. 6, 279 (1949).

[3] G. L. Eyink, K. R. Sreenivasan, Onsager and the theory of hydrodynamic turbulence (Reviews of Modern Physics 78, 87 (2006) .

[4] Philip Isett, A Proof of Onsager's Conjecture, arXiv:1608.08301; Tristan Buckmaster, Camillo De Lellis, László Székelyhidi Jr. y Vlad Vicol, Onsager's conjecture for admissible weak solutions, arXiv:1701.08679.

[5] Gregory L. Eyink and Theodore D. Drivas, Cascades and Dissipative Anomalies in Compressible Fluid Turbulence, Phys. Rev. X 8, 011022 (2018);  Cascades and Dissipative Anomalies in Relativistic Fluid Turbulence,  Phys. Rev. X 8, 011023 (2018);Cascades and Dissipative Anomalies in Nearly Collisionless Plasma Turbulence, Phys. Rev. X 8, 041020 (2018).