El Premi Nobel de Física 2014 recau en tres investigadors japonesos per inventar una nova font de llum eficient i duradora: el LED de color blau. Quèquicom explica com funciona i també què és la temperatura de color. Però, més enllà de la il•luminació, la llum més versàtil és el làser, ja que permet encriptar, tallar, refredar, escalfar, diagnosticar, llegir, imprimir o moure objectes.

Il•luminar la llar
Dominem el foc de fa centenars de milers d’anys. El foc ens escalfa, ajuda a coure els aliments i ens il•lumina. Les pintures rupestres, o els relats nocturns van tenir lloc a la llum d’una torxa. Aquesta il•luminació, alhora càlida i concentrada, deixa un ampli entorn de penombra amb què hem conviscut fins a l’arribada de l’electricitat. Avui, tenim una capacitat d’il•luminació tal que podem convertir la nit en dia. Milers de watts de potència il•luminen una ciutat com Las Vegas, o un estadi de futbol i el fan visible fins i tot des de l’espai. Precisament, aquest il•luminació a distància s’aprofita en els fars, i permet que circulem de nit a gran velocitat, o que localitzem la costa de mar endins. La tecnologia ha posat al nostre servei una àmplia diversitat de fonts de llum. Però cal saber com utilitzar-les. Maria Güell de La Invisible Lighting Design Studio explica que l’ideal en il•luminació domèstica és la versatilitat. Una cambra, la cuina, o la sala d’estar s’han de poder il•luminar de diferents maneres segons l’activitat que s’hi vulgui dur a terme. Com en un escenari teatral hem de poder encendre uns llums i deixar-ne d’altres apagats o regular-ne la intensitat. D’aquesta manera obtindrem més confort i reduirem el consum d’energia. Per tant, il•luminar és alhora una tècnica i un art. I no només juga amb les fonts de llum, també ho fa amb les ombres i amb el color de la llum.

Temperatura de color i cos negre
Dues bombetes blanques poden no donar una llum igual. Una potser tira cap a l’ataronjat i una altra fa una llum blavosa... No eren blanques? La pregunta seria: de quin color és el color blanc? El color blanc no existeix, són tots els colors a l’hora. Quan els colors primaris, roig, verd, blau, estan perfectament equilibrats, l’efecte òptic és el blanc neutre. El problema és que la barreja gairebé mai és prou equilibrada i per això podem tenir blancs de diferent tonalitat. Aquesta predominança es mesura en graus kelvin que, de fet, és una mida de temperatura. I quina relació hi ha entre la tonalitat de la llum blanca i la temperatura? Un ferro roent, molt calent, passa del vermell al groc molt pàl•lid. Això te relació amb la temperatura i el color. A mesura que es refreda, perd brillantor i torna al vermell fins que deixa de brillar (de fet, no ha deixat encara d’emetre radiacions, el que passa és que ja estan per sota dels nostres colors visibles). Els físics parlen d’un cos teòric, que en diuen cos negre- que, com el ferro, a mesura que s’escalfa, va generant llum, des de la gamma dels vermells quan està a uns 2.000 graus Kelvin fins al blau quan està a més de 8.000 graus Kelvin. Per això parlen de temperatura de color. Quan anem a comprar una bombeta es pot mirar si indica la temperatura de color: si posa 2700 K, de Kelvin, significa que donarà una llum vermellosa, càlida. Si posa 6500 K, farà una llum més blavosa, com la d’un dia ennuvolat. Fixeu-vos en la contradicció: quan la temperatura de color és baixa, diem que fa llum càlida i quan la temperatura és alta, fa llum freda i és que filòlegs i científics no radien en la mateixa freqüència.

Il•luminar els carrers

L’any 2014 es va atorgar el Premi Nobel de Física a tres investigadors japonesos Akasaki, Amano i Nakamura per una descoberta literalment brillant: el LED de color blau. Un LED és un dispositiu basat en semiconductors, que emet llum quan hi circula un corrent elèctric. I té molts avantatges: una vida llarga d’unes 50.000 hores, un nombre il•limitat d’enceses, una gran resistència als impactes i una mida molt reduïda. Però, sobretot, té dues característiques que el converteixen en ideal per a l’enllumenat públic: el consum i l’espectre. Els primers fanals amb LEDs de l’Estat espanyol els va instal•lar a Cardedeu l’enginyer Jordi Puig, Product Manager de LedinBox. Explica que els LEDs no només consumeixen menys energia per watt que la resta de sistemes d’il•luminació, sinó que, a més, tenen un espectre visible més afí a la nostra visió nocturna. La retina dels nostres ulls té dos tipus de cèl•lules fotosensibles, els cons i els bastons. En un ambient d’alta lluminositat la pupil•la es contreu de manera que només deixa entrar un feix de llum estret dins de l’ull, que incideix principalment a la fòvea, la part central de retina on només hi ha cons. En situació de poca lluminositat, en canvi, la pupil•la es dilata, i deixa entrar un feix de llum més ample que incideix tant a la fòvea com a la resta de la retina i activa tant cons com bastons. Com que els cons i els bastons tenen sensibilitats diferents, el resultat és que amb molta llum veiem millor el groc, i amb poca llum, el blau. Aquest fenomen es coneix amb el nom d’efecte Bermann. Una altra característica de la nostra visió és que percep millor la llum quan es distribueix de manera homogènia. Aquest tret s’ha de tenir molt en compte en la planificació de l’enllumenat públic, que, a més, ha de procurar reduir la contaminació lumínica, és a dir, la llum que s’escapa amunt, i la llum intrusa, és a dir, la llum que esquitxa les façanes i penetra per les finestres.

Què és un LED
LED és un acrònim de Light Emitting Diode, o en català, díode emissor de llum. Un díode és un dispositiu electrònic fet de la unió de dos materials semiconductors diferents. És a dir, que condueixen l’electricitat només en certes condicions. En la unió d’aquests materials els electrons tenen diferents nivells d’energia. D’alguna manera hi ha un graó, una barrera d’energia per als electrons. Aquest graó és important. Quan es connecta el díode a un circuit elèctric en un sentit determinat, els electrons, que tenen càrrega negativa, se senten atrets pel pol oposat, el positiu, i repel•lits pel negatiu, no poden circular perquè no poden superar aquesta barrera. Però, si el connectem al revés, tot canvia: ara no hi ha cap impediment perquè els electrons surtin del negatiu i vagin cap el positiu, pot haver-hi circulació d’electricitat. I això és un díode, un dispositiu electrònic que només deixa passar el corrent en un sol sentit. I la part que havíem dit d’emissió de llum? Els electrons, quan fan aquest salt d’energia, retornen l’energia que els sobra en forma de fotons. No tot díode serveix per il•luminar, segons com estigui fet, els fotons que emeti no estaran en la banda visible. Si volem que els fotons que emetin estiguin dins de l’espectre de llum visible hem d’unir materials que tinguin una diferència energètica molt precisa. Com que aquesta diferència d’energia és fixa, la llum que emet és sempre igual, exactament del mateix color, i això és un gran avantatge respecte a altres fonts d’il•luminació.

El làser, la llum dels mil usos
Un làser és un dispositiu que emet llum a través d'un procés d'amplificació òptica. El resultat és un feix lluminós molt concentrat, fins i tot a llargues distàncies, i alhora amb un espectre de radiació ben estret. Es poden generar làsers pràcticament de qualsevol color de la llum visible, també de l’ultraviolat, l’infraroig o, fins i tot, els rajos-X. Si la llum està al nostre servei, la llum làser és la més versàtil de totes. Tenim punters làser, lectors de DVD, lectors de codis de barres, impressores, tractaments cosmètics, cirurgia, o talls metal•lúrgics. A l’ICFO, l’Institut de Ciències Fotòniques, investiguen moltes altres aplicacions del làser en camps ben sorprenents, com la diagnosi clínica. La idea és usar el làser com un mètode no invasiu per mesurar el flux sanguini, o per detectar tumors. Claudia Valdés del grup Medical Optics (ICFO) n’explica les bases. El làser també serveix de pinça òptica, o fins i tot per refredar. La temperatura més freda que podem trobar a l’univers és 0 K, és a dir, -273ºC. I, de fet, si mesurem la temperatura de l’espai interestel•lar, trobarem que està al voltant dels 3 K. Però resulta que a l’ICFO són capaços de baixar fins a temperatures de micro ºK, és a dir, 0,000001 K, per tant, sense dubte, un dels punts més freds de l’univers. Morgan Mitchell del grup Quantum information with cold atoms and non-classical light (ICFO) explica com amb 6 làsers enfrontats 2 a 2 en les tres orientacions de l’espai, són capaços de reduir progressivament l’energia cinètica d’uns pocs àtoms de rubidi fins que aconsegueixen aturar-los del tot. La immobilitat atòmica és el fred absolut.