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Aprender de las bandadas de pájaros: la Facultad de Exactas pone en agenda la física de sistemas complejos, los vidrios de Spin y los pájaros que vuelan en bandadas

/Difusión Facultad de Ciencias Exactas UNLP/


Tomás Grigera se formó con el reciente Premio Nobel de Física Giorgio Parisi y trabaja en biofísica de sistemas complejos

Para el periodista científico Ed Young  los premios individuales, como el Nobel, “distorsionan la naturaleza del trabajo científico” porque destacan la labor de una persona por sobre el aporte de muchas y muchos. Sin embargo, tienen un aspecto positivo: nos dan pie para hablar de temas que la agenda periodística generalmente no tiene en cuenta. Es el caso de la física de sistemas complejos, los vidrios de Spin y los pájaros que vuelan en bandadas.

El Dr. Tomas Grigera es investigador en el grupo de Biofísica Estadística (BiEs) del Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (IFLYSIB) y docente del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas. Como parte de su formación realizó un posdoctorado en Roma, en el laboratorio de uno de los tres físicos que recibieron el Nobel 2021, el Dr. Giorgio Parisi.
Grigera avanzó en el estudio de los vidrios estructurales con el equipo de Parisi y evoca con simpatía su estadía en la Sapienza Universitá. “Podría decir que mucho de lo que sé de Física los aprendí tomando café en Roma” -afirma recordando a las personalidades de ciencia que frecuentaban el laboratorio. 

 El aporte de Giorgio Parisi

El Premio Nobel de Física 2021 se divide en dos. Una parte fue concedida a dos expertos por la modelización física del cambio climático -el nipo-estadounidense Syukuro Manabe y el alemán Klaus Hasselmann- y la otra fue atribuida a Giorgio Parisi por el descubrimiento de la Interacción del desorden y las fluctuaciones en los sistemas físicos, desde la escala atómica a la planetaria, según expresó el jurado.

La contribución más importante que hizo Parisi a la Física -afirma Grigera- fue la solución al problema de los Vidrios de Spin, para los que desarrolló una técnica conocido como Ruptura de la simetría de réplicas. Este método, fue llevado a otros campos y  aplicado a  redes neuronales, algoritmos y al análisis del comportamiento de la atmósfera para estudiar el clima.
Los Vidrios de Spin son materiales magnéticos, formados por pequeños imanes que interactúan desordenadamente: mientras algunos pares de imanes tienden a alinearse, otros pares tienden a apuntar en direcciones contrarias, y es por ese desorden que es difícil entender como funcionan. Las ideas de Parisi se aplicaron también a en un sistema desordenado similar que sí conocemos: los vidrios estructurales, los de las ventanas, por ejemplo. Son líquidos que se enfrían, se vuelven rígidos y dejan de fluir, pero las partículas que los forman no se ordenan -como si lo hacen los cristales de la sal.  Los desarrollos de Parisi sobre Vidrios de Spin nos ayudan a comprender cómo se comportan estos materiales que tenemos cerca.

Los sistemas biofísicos a vuelo de pájaros

El contacto con Parisi y posteriormente con el discípulo del Nobel,  Andrea Cavagna, llevó a Grigera y su equipo BiEs del Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos  a volcarse al estudio de sistemas biofísicos, a través de la observación del comportamiento de bandadas de aves o enjambres de jejenes.

Los animales funcionan parecido a los imanes a pesar de ser muy diferentes, explica Grigera. En ambos casos se observa un alineamiento espontáneo. Cuando un material está magnetizado, es porque los dipolos magnéticos (pequeños imanes) que lo forman, apuntan todos en la misma dirección.  Del mismo modo en el caso de las aves un pájaro toma un rumbo y el resto se ordena en la misma dirección, haciendo que el conjunto describa un vuelo muy vistoso. “La pregunta que nos hacemos  es de dónde sale ese orden, ya que no hay un líder, cada individuo copia a sus vecinos, y así el orden se propaga a todo el grupo. En el caso de los insectos si bien no se ordenan, se juntan formando una nube donde también se desarrolla una estructura no trivial”, sostiene el investigador.

El trabajo se realiza a partir de filmaciones con tres cámaras que reconstruyen las posiciones en tres dimensiones. Con estas trayectorias procesadas, se analiza la estadística y se hacen modelos matemáticos para estudiar el movimiento de las aves o insectos.

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