PUEBLA, Pue. - Desde su creación en 1974 como Departamento de Física del Instituto de Ciencias, para posteriormente en el año de 1990 transformarse en unidad académica, el Instituto de Física “Ing. Luis Rivera Terrazas” de la BUAP (IFUAP) ha dado muestra de su madurez en investigación básica, teórica y experimental, además de la formación de recursos humanos especializados, en una de las disciplinas científicas con mayor desarrollo en el estado de Puebla: la Física.

Su mayor fortaleza radica en su planta docente, conformada por 46 investigadores, de los cuales un 96 por ciento pertenecen al Sistema Nacional de Investigadores del Conahcyt: 30 por ciento en el nivel III, 33 por ciento en el nivel II y 33 por ciento en el nivel I. Además de tener tres Investigadores Nacionales Eméritos: los doctores Felix Izrailev, José Luis Carillo Estrada y Alejandro Palma Almendra.

Aunado a este logro, se encuentra la consolidación de sus líneas de investigación, cuerpos académicos y programas educativos de posgrado pertinentes, aseguró la Rectora María Lilia Cedillo Ramírez en la conmemoración del XXXIV aniversario del IFUAP, una de las primeras unidades académicas de la institución en ofertar estudios de maestría y doctorado, siendo así un ejemplo para el resto de la comunidad universitaria.

“En más de tres décadas han cosechado frutos importantes, como la formación de recursos humanos en Física y Ciencias de Materiales, cuyos egresados realizan aportes científicos y tecnológicos; a la par de desarrollar conocimiento en estas áreas, lo cual es motivo de orgullo”, refirió la Rectora ante estudiantes, docentes y personal administrativo reunidos en el auditorio del instituto.

Asimismo, la doctora Lilia Cedillo reconoció la divulgación científica que realiza para difundir su labor educativa, incluso en lenguas nativas como el náhuatl, y vinculación con el nivel medio superior para fomentar vocaciones científicas en los jóvenes.

Por su parte, Felipe Pérez Rodríguez, director del IFUAP, recordó que el Departamento de Física se originó a partir de un pequeño conjunto de investigadores que formó el Grupo de Física de Bajas Temperaturas en la entonces Escuela de Ciencias Físico-Matemáticas. Más tarde, en 1974 dicho grupo se integró al Instituto de Ciencias formando el Departamento de Física del Estado Sólido.

En sus tres décadas de labor educativa -de 1970 a 1990- como departamento, el director señaló el registro de 229 artículos indizados. Actualmente el trabajo científico y generación de conocimiento especializado del IFUAP se refleja en la publicación de un promedio de 120 artículos por año y en la participación de sus investigadores en proyectos trasnacionales de ciencia de frontera.

También destacó el ingreso récord de 37 alumnos inscritos para el periodo de Otoño 2024 en sus cuatro posgrados: maestrías en Física y en Ciencia de Materiales, y los doctorados en Física y en Ciencia de Materiales, todos adscritos al Sistema Nacional de Posgrados del Conahcyt, en la categoría 1.

Estos logros posicionan al Instituto de Física “Ing. Luis Rivera Terrazas”, junto con la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, como una de las comunidades científicas más importantes de México.

En la conmemoración de su 34 aniversario, el doctor Felipe Pérez Rodríguez refirió que los principales retos del IFUAP son reconsiderar sus perspectivas de desarrollo en tres áreas acordes con las nuevas políticas educativas: investigación, posgrados e impacto social.

Por ello, insistió en el relevo generacional, de ahí que la planta académica cuente ahora con investigadores jóvenes; replantear las líneas de investigación conforme a los avances en tecnología, educación y comunicación; incrementar la matrícula, concientizar a la sociedad sobre la importancia de la ciencia y la posibilidad de crear centros de investigación que permitan compartir equipo e infraestructura para llevar a cabo investigación de frontera.

Como parte de las actividades conmemorativas se impartió la conferencia “La fisicoquímica teórica como interdisciplina entre la física, la química y la computación”, a cargo del doctor Juan Francisco Rivas Silva, investigador del instituto y segundo egresado del Doctorado en Física.

Igualmente se realizó una mesa redonda para discutir las perspectivas del desarrollo del IFUAP, en la que participaron sus académicos y el vicerrector de Investigación y Estudios de Posgrado, Ygnacio Martínez Laguna.

•    En el primer día de actividades se impartió una conferencia y se realizaron visitas a laboratorios del IFUAP

¿Cómo surge el interés por la ciencia? Desde el inicio de la humanidad, el ser humano fue curioso por naturaleza y quizá así descubrió el porqué de las cosas. Para fomentar esa inquietud, pero sobre todo acercar a las mujeres a la ciencia, haciéndoles ver que esta no es exclusiva de hombres, pues el camino es la preparación, alumnas de preparatoria realizaron visitas a laboratorios del Instituto de Física “Ing. Luis Rivera Terrazas” de la BUAP (IFUAP).

En este recorrido para conmemorar el Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia, las estudiantes corroboraron que cada día hay más mujeres en las áreas de Física. “La ciencia no es algo difícil, no hay barreras y todos tenemos las mismas capacidades para hacer lo que nos guste”, señaló la doctora Mou Pal, quien labora en el Laboratorio de Nanomateriales y Dispositivos Fotovoltaicos.

En tanto, en el Laboratorio de Difracción de Rayos X las jóvenes aprendieron acerca de los cristales y que cuando estos se alinean forman una estructura ordenada. Mediante ejemplos conocieron la diferencia entre reflexión y difracción; que la luz se comporta como onda y como partícula, según sea el caso. Además, la forma de las cosas está asociada con su función, de ahí el interés de estudiar el esqueleto de la materia.

De manera previa al recorrido, la doctora Eunice de Anda Reyes, investigadora del IFUAP, impartió la conferencia “Los imanes en la vida cotidiana”, en la que indicó la existencia de imanes naturales y artificiales. Están presentes en los celulares, el tren bala y el horno de microondas.

En la medicina es una herramienta común en la resonancia magnética, la cual utiliza un campo magnético para obtener imágenes a detalle de los órganos y tejidos. Una técnica novedosa y aún en estudio es la hipertermia magnética, la cual consiste en eliminar las células cancerosas por medio de un material magnético que se calienta lo suficiente, alrededor de 40 a 42 grados, por efecto de un campo magnético externo.

De Anda Reyes explicó que el magnetismo es uno de los dos componentes de la radiación electromagnética que se manifiesta a través de fuerzas de atracción o repulsión entre ciertos tipos de materiales y un campo electromagnético.

La mayoría de los imanes son dipolos magnéticos, es decir, sustancias que poseen un polo positivo y uno negativo. Una de las leyes del magnetismo es que los polos iguales se repelen, mientras que los opuestos se atraen. Los dipolos pueden darse a escala macroscópica y microscópica.

De acuerdo con sus propiedades, hay tres tipos de materiales magnéticos: diamagnético, paramagnético y ferromagnético. “Los diamagnéticos son aquellos que en presencia de un campo magnético se magnetizan en sentido contrario a este y cuando el campo externo desaparece dejan de comportarse de esta manera y regresan a su estado original”.

Los paramagnéticos son aquellos que en presencia de un campo magnético se convierten en imanes y se orientan en la misma dirección. Los materiales ferromagnéticos son aquellos que en presencia de un campo magnético se convierten en imanes permanentes.

Como parte de las actividades conmemorativas, se presentó además el cortometraje Mundo invisible, el cual aborda el trabajo de investigación de la doctora Lilia Cedillo Ramírez, directora del Centro de Detección Biomolecular. La sede fue la Sala de Cine del Complejo Cultural Universitario.

Asimismo, la doctora Minerva González Melchor, del Instituto de Física “Ing. Luis Rivera Terrazas”, impartió la conferencia “Simulación molecular: observando moléculas a través de una computadora”, en la Preparatoria Tepeaca del Complejo Regional Centro.

Fomento de vocaciones científicas

El resto de la semana, académicas de la Institución alentarán vocaciones científicas mediante la presentación de sus investigaciones a la comunidad científica, principalmente a jóvenes de preparatoria. Tal es el caso de las doctoras Lilia Cedillo Ramírez y Ana Lilia González Ronquillo, del Centro de Detección Biomolecular e IFUAP, respectivamente, quienes presentarán las conferencias “La microbiología es algo metiche” y “Un vistazo al mundo nano”, este miércoles en las preparatorias Benito Juárez y en San Martín Texmelucan.

El jueves 13 de febrero tendrán lugar las conferencias “Materiales bidimensionales… ¿para qué?” y “La microbiología es algo metiche”, por las doctoras Lilia Meza Montes del IFUAP y Lilia Cedillo Ramírez, en las preparatorias Benito Juárez y en Tecamachalco. Por último, el viernes, la doctora Meza Montes impartirá una conferencia en la preparatoria de Atlixco; mientras que la doctora Zorayda Lazcano Ortiz, del IFUAP, abordará la física del sonido ante estudiantes de la Preparatoria 2 de Octubre de 1968.

• Incorpora silicio, azufre y carbón obtenido de biomasa para mejorar la capacidad y el rendimiento

          Consultar redes sociales, tomar fotos y jugar videojuegos, sin preocuparse por la pila del celular, o viajar largas distancias en un auto eléctrico, son desafíos de la vida tecnológica y el tema de estudio de científicos alrededor del mundo. Entre ellos, el doctor Enrique Quiroga González, responsable del Laboratorio de Energía del Instituto de Física “Ing. Luis Rivera Terrazas” de la BUAP (IFUAP), quien con su investigación sintetiza y prueba nuevos materiales para incrementar la capacidad o el rendimiento de las baterías de ion de litio.

          Ante este reto, que implica reducir costos, el doctor Quiroga, también responsable del Cuerpo Académico “Estructuras de Baja Dimensionalidad” del IFUAP, trabaja en la incorporación de silicio, azufre y carbón obtenido de biomasa en los componentes de una batería. Cabe mencionar que estos materiales no son convencionales en estos dispositivos, pero son abundantes y de bajo costo.

          Una batería dispone de tres elementos principales: cátodo, ánodo y separador; este último se encarga de evitar un corto circuito entre los electrodos. El cátodo y el ánodo son los elementos “activos” de la batería, ya que en ellos es donde se almacena la carga. Estos elementos se conocen como electrodos.

          Algo importante en la investigación en baterías es lograr que los electrodos proporcionen la mayor capacidad posible por unidad de peso o volumen (capacidad específica). De esta forma, cada nueva generación de teléfonos celulares se puede usar por mucho más tiempo, con el mismo volumen de batería (los electrodos de las baterías poseen mayor capacidad específica en cada generación).

Un dispositivo viejo y nuevo a la vez

Aunque la tecnología para las baterías de litio fue desarrollada a principios de los años 80, su gran expansión ocurrió cuando Sony las incluyó en sus dispositivos. Desde su salida al mercado en los años 90, hasta hoy, sigue siendo la pila más usada en dispositivos móviles. Sin embargo, debido a la necesidad de incrementar su capacidad para aplicación en coches eléctricos y dispositivos móviles, el desarrollo e investigación de esta clase de dispositivos es ahora de prioridad mundial.

          Enrique Quiroga González, doctor en Ciencias Naturales por la Universidad de Kiel, en Alemania, junto con estudiantes de posgrado del IFUAP y colaboradores de otros institutos y facultades de la BUAP, pretende mejorar la capacidad del ánodo sustituyendo al grafito (material estándar de ánodos) por silicio. El silicio tiene una capacidad específica: es 10 veces mayor que el grafito.

          Además, este material tiene la bondad de poderse utilizar en diversas formas dentro de la batería: poroso, para mejorar el transporte de iones; en microhilos, para soportar mejor el estrés mecánico cuando se inserta litio; o con canales conductivos de carbón, “decorado” con partículas metálicas, para aumentar la velocidad de carga y descarga al mejorar la conductividad electrónica.

          Para el cátodo, el azufre presenta la capacidad de almacenamiento más alta. Sin embargo, los cátodos de este material aún presentan algunos problemas, principalmente su baja conductividad iónica y electrónica. Por ello, es importante mezclarlo con algún aditivo conductor de carbón.

          En el Laboratorio de Energía se ha carbonizado biomasa (principalmente cáscaras de frutas) y el producto carbonáceo se usa como soporte mecánico para el azufre, además de que le ayuda a conducir electricidad. La capacidad de los cátodos preparados de esta forma es similar a la reportada en la literatura científica. Por otro lado, también se empiezan a probar combinaciones de azufre con otros materiales catódicos, con la finalidad de lograr cátodos de alta capacidad y potencia instantánea.

Un área de estudio interdisciplinaria

A pesar de su utilidad, las pilas y baterías enfrentan diversos desafíos, entre ellos el medio ambiental, porque normalmente se encuentran compuestas por materiales pesados y tóxicos, como el cadmio y el plomo. Por lo tanto, requieren un manejo especial para ser desechadas y recicladas. Por otro lado, el trabajo con baterías involucra cuestiones de seguridad y diseño.

          Para reunir a pares involucrados en el desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía, en marzo de 2017 se creó la “Red Temática de Almacenamiento de Energía” del Conacyt, con la BUAP como sede (http://www.almacenamiento-energia.redtematica.mx/). La red consta de 150 miembros de 14 estados y más de 20 instituciones, tanto académicas como del sector industrial. El doctor Quiroga, coordinador de esta red, destacó la importancia de buscar nuevas formas de generación y almacenamiento de energía que satisfagan las necesidades actuales, así como disminuir costos. En esta tarea -dijo- se busca un acercamiento con la industria, con el fin de atender problemas y generar proyectos, a la par de apoyar la formación de recursos humanos.

BUAP. 30 de octubre de 2017.- Con ecuaciones matemáticas se podrían descifrar las incógnitas de los agujeros negros, una región del espacio-tiempo donde la luz no puede escapar y en la cual interactúan los conceptos de materia, gravedad y mecánica cuántica. Esta es la aplicación del trabajo desarrollado por el doctor Alberto Escalante Hernández, académico del Instituto de Física “Ing. Luis Rivera Terrazas” de la BUAP (IFUAP), investigación que es materia prima de científicos del Observatorio de París, el mayor polo de exploración astronómica en Francia.

Su proyecto contribuirá a la simulación y resolución numérica de agujeros negros, trabajo realizado por el doctor Jerome Florijan Pedro Novak, del Laboratoire Univers et THeories (LUTH), de ese centro de investigación en Meudon, en el que nacieron ciencias como la geodesia, la cartografía y la meteorología.

De acuerdo con el doctor Novak, los agujeros negros tienen un papel relevante en el desarrollo de otros fenómenos astronómicos y para realizar pruebas de la Teoría de la Relatividad General. “La singularidad del origen del Universo es muy parecida a la de los agujeros negros, por lo que definir las propiedades de estos últimos permitirá entender la formación del Universo en sus primeros instantes”.

En su grupo de trabajo no hay personal estudiando la gravedad cuántica, por lo que el contacto con físicos de la BUAP amplía los horizontes de sus investigaciones. Además, la paquetería computacional propuesta por este centro de investigación francés para cálculos de manera simbólica, llamado SageMath, ayudará a la labor del doctor Escalante Hernández, estableciendo así una colaboración directa entre el IFUAP y el Observatorio de París.

El proyecto de Conacyt de ciencia básica “Formulación de Faddeev-Jackiw para relatividad general en tres y cuatro dimensiones”, del cual es responsable técnico Alberto Escalante Hernández, permitirá que acudan al IFUAP investigadores del Observatorio de París, entre ellos Jerome Florijan Pedro Novak y Eric Gourgoulhon.

El estudio de la gravedad cuántica

La investigación de ciencia básica de Alberto Escalante Hernández, integrante del Grupo de Gravitación y Cosmología del IFUAP, se centra en la gravedad cuántica. Es decir, en la unificación de dos grandes teorías: la Relatividad General de Einstein y la Teoría Cuántica de Campos. Ambas son importantes cuando se quiere estudiar un campo gravitacional enorme en una región del espacio-tiempo muy pequeña, por ejemplo, la escala de Planck que es del orden de 10-33 centímetros.

Esta unificación de teorías, precisó, permitiría entender diversos acontecimientos como el fenómeno del Big Bang y arrojaría una nueva concepción sobre la creación y evolución del Universo. De aquí que las decenas de hojas enumeradas con fórmulas casi interminables e imposibles de descifrar para la mayoría de las personas, sean valiosas como las pupilas de sus ojos.

“La unificación de la Relatividad General y Mecánica Cuántica va más allá de obtener una ecuación, puesto que -a futuro- cambiarían las ideas que hoy tenemos del espacio y el tiempo, lugar donde todo cobra vida, puesto que la materia y el espacio-tiempo son actores dinámicos e interaccionan entre sí”, señaló Alberto Escalante, quien fue asesorado por Brandon Carter, ícono de la época dorada de la Relatividad General, durante una estancia posdoctoral en el Observatorio de París.

Tanto la gravedad como la Mecánica Cuántica tienen gran importancia para comprender los agujeros negros. En su interior -una zona muy pequeña- el campo gravitacional es muy grande, siendo un escenario perfecto para probar las ideas que se están obteniendo en gravedad cuántica.

El trabajo del académico, nivel II del Sistema Nacional de Investigadores, consiste en estudiar la unificación de gravedad y Mecánica Cuántica, mediante la teoría conocida como Gravedad Cuántica por Lazos, uno de los modelos más prometedores para lograr la cuantización del campo gravitacional.