Nobel de química. Els quasicristalls i el palau de l’Alhambra.

Quasicrystal1.jpg Una tendència que tenim tots quan obtenim un resultat inesperat és pensar que hem fet alguna cosa malament. Si aquest resultat, a més d’inesperat resulta que és impossible, doncs encara més motiu per dubtar. Però si ho repeteixes i et torna a sortir, pots buscar l’error o presentar el resultat a la comunitat científica i que decideixin si és un error o es una cosa nova que cal investigar. Quasi sempre resulta que era un error, però de vegades no. I el premi Nobel de química l’ha guanyat en Daniel Shechtman per un resultat impossible que va obtenir l’any 1982 i que va resultar que NO era un error.

Un concepte que tenim fàcilment present és el de cristalls. A la natura n’hi ha de molts tipus, alguns de realment molt bonics i altres de ben espectaculars. La clau de la seva forma es troba en la manera com s’organitzen els àtoms en el material en qüestió. Es dipositen seguint unes estructures ben ordenades i que es repeteixen una vegada i una altra. Un exemple molt intuïtiu el tenim en una disposició en forma de quadrat. A cada angle del quadrat podem posar un àtom que, alhora servirà d’inici per un altre quadrat una mica més enllà. Si mirem un terra enrajolat veiem una estructura amb simetria quadrada. Això és en una superfície, mentre que en volum seria un cub, però el concepte és el mateix.

De simetries n’hi ha unes quantes de ben conegudes. Podem anar posant els àtoms ordenats en una simetria triangular o hexagonal sense problemes. Però altres estructures no poden existir. Per exemple, si ho intentem amb cinc àtoms, veurem que no aconseguim omplir tot l’espai de manera simètrica i repetitiva. Per això els llibres de cristal·lografia mostren les estructures cristal·lines que poden existir i la resta simplement no poden. És un problema matemàtic que no poden ignorar els àtoms.

Però el cas és que en Shechtman va fer un experiment dipositant una pel·lícula atòmica en una superfície i, quan va mirar al microscopi electrònic com estaven dipositats, va trobar una figura repetitiva amb deu àtoms. Una estructura prohibida.

Ho va mostrar a col·legues i tothom li va dir que allò no tenia sentit. Ho va mostrar a un congrés i pràcticament va fer el ridícul. I quan va insistir en aquell treball, el cap del departament li va suggerir que rellegís els llibres de text i li va indicar que per aquell camí potser hauria d’abandonar el grup de recerca. No es pot perdre el temps investigant una configuració que no pot existir.

L’home era tossut i va preguntar a un reputat físic, en John Cahn que li semblava tot plegat. Aquest va tenir l’encert de no treure’s del damunt aquell pesat i va decidir consultar-ho amb un francès anomenat Denis Gratias per trobar on era l’error. El cas és que van repetir l’experiment ells mateixos i, bingo! L’estructura de deu àtoms impossible va tornar a aparèixer.

Aleshores van poder publicar-ho i la comunitat científica va haver de mirar atentament aquell resultat. Curiosament van començar a sortir resultats amb estructures similars per tot arreu. Altres investigadors les havien obtingut, però immediatament pensaven que era un error (perquè allò era impossible) i ho descartaven sense pensar-hi més.

L’explicació d’aquesta estructura que recorda la d’un cristall, però que no es repeteix constantment la tenia un matemàtic anomenat Roger Penrose, que treballant en geometria havia descobert com cobrir superfícies perfectament fent servir peces de diferents formes.

Aquesta és l’explicació matemàtica. Però l’aplicació pràctica resulta que era coneguda de molt abans. N’hi ha prou de mirar alguns dels bellíssims mosaics que hi ha al palau de l’Alhambra o al palau de Darb-i-Imam a Ispahan, per trobar amb el mateix tipus d’estructures quasi cristal·lines. S’assemblen als cristalls, perquè tenen estructures ben ordenades, però són diferents en el sentit que no són repetitius.

Tot plegat va obligar a redefinir el concepte de cristall i a acceptar el de quasicristalls. Suposo que ara, totes les crítiques rebudes deuen genera un somriure al Shechtman. I tos els que havien generat quasicristalls i ho van deixar córrer (deixant escapar l’oportunitat de guanyar un premi Nobel) han d’estar ben frustrats.

Ara ja es coneixen les característiques dels quasicristalls. N’hi ha que són molt durs i aïllants, però trencadissos. Tot és qüestió d’anar trobant quines utilitats tenen i aprofitar-nos del descobriment d’en Shechtman. Un descobriment que ja apuntaven els mestres artistes que treballaven a l’Alhambra.

5 comentaris

  • Daniel Closa

    07/10/2011 7:51

    En realitat el que es pensaven era que obtenia la imatge de dues capes superposades de cristalls. De fet era el raonament que es feien tots els que ho van descartar.
    De Sheldons sembla que abunden al món de la física!

  • Joan Codina

    06/10/2011 10:02

    Els resultats d’experiments de cristal·lografia tenen molt pes, alguna cosa havia de passar, els electrons no enganyen. Tot i que segueixo pensant que aquest és d’aquells que estan a la frontera entre la Física i la Química.

    Va ser una bona idea anar a veure en Penrose (un dels grans geòmetres).

    PS: T’has fixat que l’article que em comentaves ahir és d’un Sheldon?? Es que són uns genis.

  • Daniel Closa

    06/10/2011 9:18

    Carquinyol. El problema és que d’errors n’hi ha molts, i de grans descobriments amagats sota l’aparença d’error n’hi ha pocs. Al final és un art intuïr si allò mereix dedicar-hi temps o realment era un error.

    Xavier. La veritat és qeu sempre em sorpren que molta gent no s’adoni de quanta bellesa i art es descobreixen amb la ciència.

  • Xavier

    06/10/2011 8:45

    Sembla increïble com la ciència s’entrellaça amb l’art i la poesia a mida que avança. La resposta a la rigidesa d’una fórmula i a la intransigència de la comunitat científica es trobava en el mosaic mil·lenari d’una mesquita. Una història preciosa.

  • Carquinyol

    06/10/2011 8:10

    És que de vegades s’aprèn molt cercant el perquè d’un determinat resultat que sembla erroni, en el meu cap de feina passa sovint. El millor es no conformar-se i cercar els motius d’allò que no acaba de quadrar.