“La materia cuántica se comporta de manera extraña, el todo es distinto a la suma de las partes”

Así lo afirma Karen Hallberg, física del Instituto Balseiro, investigadora del CONICET y Premio internacional L’Oreal-UNESCO por la Mujer en Ciencia 2019 por Latinoamérica por su contribución fundamental a la comprensión de los sistemas nanoscópicos y los materiales novedosos. 

(Agencia CyTA-Leloir. Por Bruno Geller)-. En su tiempo libre, la doctora en teoría cuántica de la materia Karen Hallberg toca el piano y el violoncello, juega tenis, anda en kayak, nada en lagos, practica esquí y camina por la hermosa naturaleza patagónica. En su laboratorio se dedica a otro tipo de aventura; explorar los misterios de materia, incluyendo por qué el todo es distinto al comportamiento de las partes.

“Mi línea de investigación se centra en el estudio de las propiedades cuánticas de la materia condensada, conocimientos básicos que tienen potenciales aplicaciones novedosas en informática, salud y muchas otras áreas”, afirma Karen Hallberg, investigadora del CONICET en el Centro Atómico Bariloche y profesora del Instituto Balseiro, que depende de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y la Universidad Nacional de Cuyo (UNCUYO).

Por su contribución fundamental a la comprensión de los sistemas nanoscópicos y los materiales novedosos recibió en 2019 el Premio internacional L’Oreal-UNESCO por la Mujer en Ciencia 2019 por Latinoamérica y las menciones de honor Juana Azurduy de Padilla y Domingo F. Sarmiento del Honorable Senado de la Nación Argentina.

En la siguiente entrevista que otorgó a la Agencia CyTA-Leloir en el marco de su participación en los seminarios Cardini del Instituto Leloir, Hallberg describe sus estudios, la situación de las mujeres científicas, uno de sus trabajos citados décadas después por el equipo de inteligencia artificial de Google y la posible aplicación de los conceptos de los fenómenos emergentes para comprender la consciencia.

¿Cuál es su línea de investigación? 

Estudio las propiedades cuánticas de la materia condensada. El comportamiento de la materia es muy complejo y existen propiedades “emergentes”, como la superconductividad, la emisión coherente de luz (lásers) o el magnetismo, en las que el todo es distinto a la suma de las partes. Dicho de otro modo, cuando se combinan átomos para formar un sólido, pueden surgir nuevos fenómenos físicos que no son predichos por el conocimiento de las propiedades físicas de los componentes individuales. Nos interesa contribuir a mejorar la comprensión de estos fenómenos a escala atómica y electrónica.

¿Con qué volumen de información trabaja?

¡Con una cantidad descomunal! Por ejemplo, estudiamos materiales en los que hay mil millones de billones de electrones que interactúan entre sí dando lugar a comportamientos que en principio son impredecibles. Para estudiar estos fenómenos en particular, así como para realizar el cálculo de propiedades electrónicas y magnéticas de materiales y de sistemas nanoscópicos, desarrollo y aplico métodos computacionales que filtran solo la información relevante a lo que queremos estudiar.

¿Qué aplicaciones podrían derivarse? 

Existe interés por crear nuevos materiales que se conviertan en superconductores a temperatura ambiente. Nuestros aportes podrían facilitar el diseño y la construcción de materiales átomo por átomo dándoles propiedades novedosas para aplicaciones nuevas e importantes. Los materiales superconductores, por ejemplo, podrían usarse en resonadores magnéticos y otros equipos médicos, en circuitos digitales, en magnetómetros y detectores sensibles, y en dispositivos para el almacenamiento y la generación de energía.

Del total de sus investigaciones, ¿podría destacar algunos hitos? 

Uno que tuvo mucha repercusión fue el desarrollo de una técnica computacional (“Grupo de renormalización con matriz de densidad”) para el cálculo de propiedades dinámicas de electrones en materiales con interacciones fuertes. Lo publicamos en 1995. Estos materiales despiertan interés por sus propiedades emergentes, como la superconductividad de alta temperatura crítica, la magnetorresistencia colosal, el magnetismo, las propiedades metálicas y aislantes. Mediante el empleo de esta técnica, el año pasado demostramos la existencia de una cuasipartícula nueva (una partícula que emerge de las interacciones) y explicamos cómo se genera. Ahora estamos intentando entender cuál es su rol en propiedades fundamentales en estos materiales.

El equipo de inteligencia artificial de Google (Google AI) está avanzando en proyectos de computación cuántica y el desarrollo de herramientas de hardware y software para operar más allá de lo que logran las computaciones clásicas. ¿Se basaron en algún trabajo suyo?  

En realidad, Google AI reprodujo con su computadora cuántica Sycamore un cálculo que habíamos realizado ¡en 1993! y que fue publicado en Physical Review B durante mi doctorado. Ahí visualizamos cómo un electrón se rompe en pedacitos (se separa su momento magnético de su carga) cuando interactúa con otros electrones en baja dimensión. El trabajo lo publicaron en ArXiv en octubre de 2020. En ciencia, uno nunca sabe cuándo y dónde un hallazgo puede ser utilizado.

En 2019, recibió el Premio internacional L’Oreal-UNESCO por la Mujer en Ciencia por Latinoamérica. ¿Qué presencia tienen las mujeres en Física? 

La Física es una de las carreras científicas que, lamentablemente, tiene menor participación de mujeres. Es importante generar un cambio cultural para lograr la igualdad de género en la ciencia. Se necesitan más acciones para apoyar a las mujeres científicas a lo largo de sus carreras, particularmente cuando se trata de equilibrar la maternidad con los niveles de productividad y los viajes internacionales que son vitales para progresar y ganar reconocimiento.

¿Y cómo ha sido en ese plano su experiencia personal? 

Soy consciente de que tuve que vencer barreras culturales. Por ejemplo, tenía que explicar por qué me gustaba la Física y la Matemática y disfrutaba del pensamiento racional, algo que no era considerado “cosa de mujeres”. Durante mis estudios y mi carrera fue fundamental el compartir las tareas del hogar y las responsabilidades familiares con mi marido (también un físico investigador). También me ayudó mucho el jardín maternal en el Centro Atómico Bariloche, lo que me permitió amamantar a mis hijos y cuidarlos mientras estudiaba y trabajaba.

Además de realizar investigación básica para contribuir con el desarrollo de nuevos materiales, ¿en qué otras áreas le gustaría indagar a partir del estudio de los fenómenos emergentes? 

Me parece interesante la aplicación de esta disciplina para comprender la conciencia, el comportamiento del cerebro humano e incluso el surgimiento de la vida. Por ejemplo, había mencionado el concepto de “comportamiento emergente” que ocurre a partir de la interacción de una masa crítica de partículas de la materia. Sería interesante explorar, por ejemplo, cuál es la masa crítica de neuronas y el tipo de interacción que se deben dar entre ellas para que emerja el fenómeno de la conciencia a nivel cerebral.  Para avanzar en esa dirección, sería necesaria una investigación interdisciplinaria entre físicos, neurocientíficos y especialistas de otras disciplinas cuya interacción dé lugar a novedosos conocimientos. En ese sentido, podemos concebir a la ciencia interdisciplinaria como un “comportamiento emergente” que surge no a partir de la suma sino de la interacción de sus diferentes modos de producir conocimiento.