Esta tarde a las 19:00 horas se emite el programa Mundo Digital de EsRadio Málaga. Participo en la tertulia sobre los premios Ig Nobel y los viajes en el tiempo. Una tertulia informal, con toques de humor, que acaba con una encerrona (me dan un minuto para que explique lo que son los taquiones y su relación con los viajes en el tiempo). Me lo pasé bien junto a los demás tertulianos (se grabó en falso directo ayer). Si te apetece escucharla, sigue este enlace.

La entrada Francis en EsRadio Málaga: Los premios Ig Nobel y los viajes en el tiempo fue escrita en La Ciencia de la Mula Francis.

Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

Se han superado los 100 kilómetros de distancia (cuatro veces más que el récord anterior) en el teletransporte cuántico por fibra óptica (por aire libre el récord es de 143 km y se obtuvo en las Islas Canarias). El protocolo cuántico de teletransporte de información es complicado y delicado, por ello lograr grandes distancias es muy difícil. En el NIST (National Institute of Standards and Technology) en EEUU ha usado fibra óptica para para transferir información cuántica codificada en partículas de luz (fotones individuales). En concreto, se transfirió la información cuántica de un solo fotón a otro fotón separado por más de 102 kilómetros de fibra óptica en un laboratorio NIST en Colorado. Por supuesto, este experimento no debe confundirse con la teletransportación de personas al estilo Star Trek. Su uso será la futura internet cuántica que comunicará información cuántica por todo el planeta. Además, el español Mateo Valero ha ganado el “Nobel” de la supercomputación, el Premio Cray otorgado por la IEEE Computer Society de EEUU. Mateo Valero es catedrático de la Universidad Politécnica de Cataluña y dirige el Centro Nacional de Supercomputación (Barcelona Supercomputing Center) donde se encuentra el mayor supercomputador de España (y uno de los mayores de Europa).

El artículo es Hiroki Takesue et al., “Quantum teleportation over 100  km of fiber using highly efficient superconducting nanowire single-photon detectors,” Optica 02: 832-835 (2015), doi: 10.1364/OPTICA.2.000832; también recomiendo el resumen en H. Takesue et al., “Quantum teleportation over 100 km of fiber using MoSi superconducting nanowire single-photon detectors,” IEEE Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2015), 10-15 May 2015, INSPEC Accession Number.

En español recomiendo “Nuevo récord mundial: teletransporte cuántico a través de 143 kilómetros,” ABC, Europa Press, 06 Sep 2012; Matías S. Zavia, “Consiguen teletransportar información cuántica a una distancia récord: 102 kilómetros,” Gizmodo, 23 Sep 2015.

También comento la noticia “Mateo Valero, primer europeo que recibe el premio Seymour Cray,” BSC News, 23 Sep 2015; “Mateo Valero, primer europeo en ganar el mayor premio de supercomputación,” El Mundo, 23 Sep 2015.

Esta semana se ha logrado un nuevo récord de distancia en el teletransporte cuántico de información. ¿Exactamente qué es lo que se ha logrado? Los ordenadores para manejar información tienen que copiarla, de unos lugares otros. La física cuántica prohíbe la copia de información en el sentido clásico del término. No podemos tener dos copias gemelas, dos clones, de la misma información cuántica. El estado de un sistema cuántico es único a dicho sistema y no se puede copiar sin destruir el estado de dicho sistema. El llamado teorema de no clonación se puede evitar usando un protocolo cuántico que recibe el nombre de teletransporte cuántico. Este protocolo es la única manera de copiar información cuántica de un lugar a otro, por lo que el teletransporte cuántico tiene gran número de aplicaciones potenciales en el procesamiento cuántico de la información, la futura internet cuántica y los futuros ordenadores cuánticos. El récord de distancia en el teletransporte cuántico es de 143 kilómetros y se obtuvo al aire libre en las Islas Canarias, entre la Estación Óptica Terrestre de La Palma y el observatorio de la Agencia Espacial Europea en Tenerife. En dicho récord se teletransportó el estado cuántico de un fotón a una distancia de 143 kilómetros en el aire libre. Este logro de la Agencia Espacial Europea (ESA) tenía el problema de que las condiciones atmosféricas introducen gran número de errores lo que hace que sea un récord de poco interés práctico. En la mayoría de las aplicaciones es mucho mejor teletransportar información cuántica mediante fibras ópticas. El récord en fibra óptica lo tenían físicos de la NASA. Esta semana un equipo de físicos del NIST (Instituto Nacional de Normas y Tecnología) de los EEUU ha conseguido cuadruplicar el récord de teletransporte cuántico en fibra óptica que ostentaba de la NASA. Se ha logrado el teletransporte del estado cuántico de un fotón a través de un cable de 102 kilómetros. Todo un récord que abre las puertas a una futura internet cuántica basada en cables en fibra óptica.

El nombre del teletransporte cuántico recuerda a los teletransportadores de objetos y personas que aparecen en películas como Star Trek. ¿Cuáles son las diferencias entre ambos tipos de teletransporte? En realidad el teletransporte cuántico no es un teletransporte de objetos como tales. El protocolo de teletransporte cuántico es el único método conocido para copiar información cuántica. Este protocolo se parece a copiar a mano con un lápiz la información que vemos en la pantalla de un ordenador. Nadie diría que la información se “teletransporta” de los píxeles de la pantalla al grafito en la hoja de papel. De igual manera la copia cuántica de información, el llamado teletransporte cuántico, se puede realizar entre objetos de diferente naturaleza. Podemos copiar el estado cuántico de un fotón, una partícula de luz, en el estado cuántico de un átomo o de un sistema nanomecánico. El nombre de teletransporte es muy sugerente y fue puesto por los físicos aficionados a la ciencia ficción, pero en realidad no tiene nada que ver con el teletransporte de personas en Star Trek. El teletransporte cuántico no se llama copia cuántica porque implica la destrucción del estado original del sistema que se copia. Por ejemplo, si tú fotocopias una página de un libro no destruyes la página original; sin embargo, en física cuántica, si teletransportas el estado de un fotón a otro fotón u otra partícula siempre destruyes el estado del primer fotón que acaba en un estado cuántico indeterminado. No destruyes el fotón, sólo destruyes la información cuántica almacenada en dicho fotón. Quizás sería mejor llamar al protocolo de teletransporte cuántico como copia del estado con destrucción del original, pero los físicos prefieren el término de teletransporte. El nuevo récord de 102 km en fibra óptica se ha logrado gracias a unos nuevos detectores basados en nanohilos superconductores de monosiliciuro de molibdeno (MoSi). Estos detectores tienen una fiabilidad altísima del (83,7 ± 2,0) %. lo que ha permitido ejecutar el protocolo de teletransporte cuántico a una distancia superior a 100 km.

En la física cuántica se permite que la información de un fotón aparezca de forma instantánea en el otro fotón, aunque esté situado a cien kilómetros de distancia, ¿permite el teletransporte enviar informacíon más rápido que la velocidad de la luz? No, no lo permite. La teoría matemática de la física cuántica describe el teletransporte como un proceso que ocurre de forma instantánea, pero para poder ejecutar el protocolo cuántico de teletransporte se requiere siempre el envío de información clásica a través de la fibra óptica. Tenemos dos fotones en ambos extremos de la fibra óptica que han sido previamente entrelazados. El protocolo de teletransporte requiere realizar ciertas medidas del estado de un fotón en un extremo de la línea, llamémosle Alicia, y realizar otras ciertas medidas en el fotón del otro extremo, llamémosle Berto, que dependen de los resultados obtenidos en el fotón Alicia; para completar el protocolo de copia del estado cuántico siempre es necesario conocer los resultados de las medidas realizadas en el fotón Alicia que se deben enviar hasta donde se encuentra el fotón Berto usando un canal de comunicación clásico, por ejemplo, una fibra óptica, lo que obliga a enviar dicha información como máximo a la velocidad de la luz en el vacío. Lo importante del teletransporte cuántico es que si alguien lee la información clásica transmitida por la fibra óptica no le servirá absolutamente de nada, pues no posee el fotón Berto que está entrelazado con el fotón Alicia. Para quien no disponga del fotón Berto la información clásica enviada es inútil. El entrelazamiento cuántico entre los fotones Alicia y Berto es como un matrimonio con fidelidad absoluta. Sólo quien tenga acceso al fotón Berto puede descifrar la información cuántica que se envía desde el fotón Alicia. Según la física cuántica el teletransporte como tal se realiza de forma instantánea, pero sólo tras completar el protocolo y para ello es necesario la información que se envía por el canal clásico, como mucho a la velocidad de luz en el vacío. Sin dicha información clásica es imposible realizar el teletransporte cuántico.

El teletransporte cuántico no permite enviar información más rápido que la velocidad de la luz, ¿cuál es su utilidad más importante? La gran ventaja del teletransporte cuántico de información no es la velocidad, que está limitada a la velocidad de la luz en el vacío, ya que hay que enviar información clásica para completar el protocolo. Su gran ventaja es la seguridad, nadie puede hackear la comunicación, pues cualquier intento de interferir en el protocolo destruye el proceso y ambas partes que transmiten información sabrán que hay un espía en la línea de comunicación. Según la física cuántica, las comunicaciones basadas en información cuántica pueden ser absolutamente seguras, ya que cualquier intento de observar la información transmitida por la fibra resultará en una interferencia con el protocolo cuántico que puede ser detectada por ambas partes en la comunicación. Físicamente es imposible observar la comunicación cuántica en la fibra óptica sin ser detectado cuando se usa un protocolo de teletransporte cuántico. Gracias a ello las comunicaciones por la futura internet cuántica serán absolutamente seguras, lo que tiene gran número de aplicaciones prácticas.

Esta semana estamos de enhorabuena, un español, Mateo Valero, ha ganado un prestigioso premio, el llamado “Nobel” de los supercomputadores. ¿Qué podemos contar al respecto? En ciencia y tecnología se suele llamar “premio Nobel” de una disciplina concreta al premio más prestigioso en dicha disciplina. En la campo de los supercomputadores, el premio más prestigioso se llama Premio Cray de Supercomputación, que concede la IEEE (pronunciada en inglés “Eye-triple-E”), Institute of Electrical and Electronics Engineers, la asociación más importante del mundo en ingeniería eléctrica y electrónica. Este premio se concede en honor a Seymour Cray (1925–1996), uno de los padres de la ingeniería de superordenadores, quien creó una compañía en 1972 llamada con su apellido, Cray, para el desarrollo de su primer superordenador, el Cray-1 en 1976. Desde entonces los ordenadores Cray han sido los supercompuadores por excelencia y por ello la IEEE decidió conceder un premio en su honor desde el año 1999. Mateo Valero, catedrático de la Universidad Politécnia de Cataluña y director del Centro Nacional de Supercomputación (el llamado Barcelona Supercomputing Center) es el primer investigador europeo que recibe el premio de supercomputación Seymour Cray, otorgado por la IEEE Computer Society. Este premio es el mayor reconocimiento internacional en computación de alto rendimiento. Mateo Valero ha centrado su investigación en arquitecturas de computadores y el premio reconoce sus aportaciones en arquitecturas vectoriales, multihebra y multinúcleo. Sin lugar a dudas es un gran honor para España que el primer premio Cray europeo sea español. El BSC (Centro de Supercomputación de Barcelona) alberga el supercomputador MareNostrum, que usa procesadores de IBM y alcanza 48 896 núcleos, superan un Tflops (teraflop por segundo) de potencia de cálculo. Sin lugar a dudas los españoles nos alegramos de que Mateo Valero haya logrado el premio más importante del área de supercomputación a nivel mundial.

La entrada Francis en #rosavientos: Récord de distancia en el teletransporte cuántico guiado fue escrita en La Ciencia de la Mula Francis.

El número de colisiones protón contra protón en el LHC almacenadas en cada detector para su análisis posterior se mide en inversos de femtobarn (1 /fb). El pasado sábado ATLAS y CMS superaron 1 /fb; ahora mismo, ATLAS ha acumulado 1,22 /fb y CMS 1,12 /fb; los detectores más pequeños acumulan menos datos, LHCb alcanza 0,106 /fb y ALICE solo 0,002 /fb. Ahora mismo el LHC está acumulando 0,1 /fb de datos cada 12 horas de colisiones con haces estables. Queda un mes de colisiones (acaban el 3 de noviembre), por lo que este año se espera acumular un total de unos 3 /fb en ATLAS y CMS.

¿Por qué la luminosidad integrada se mide en inversos de femtobarn? Cada suceso tiene asociada una sección eficaz (más o menos, una probabilidad de ocurrir) que se mide en barns (milibarns, microbarns, picobarns o femtobarns). El producto de ambos números (la luminosidad integrada y la sección eficaz) da como resultado una cantidad adimensional, el número de sucesos de un tipo determinado que esperamos encontrar en los datos de colisiones almacenados.

Por ello, el hito de lograr 1 /fb en ATLAS y CMS ha generado cierto revuelo en las redes sociales; por ejemplo, Luboš Motl, “LHC13: the first inverse femtobarn collected,” The Reference Frame, 26 Sep 2015, y Jester, “Weekend Plot: celebration of a femtobarn,” Résonaances, 26 Sep 2015.

En la web Twiki del CERN puedes consultar los últimos datos de luminosidad integrada de ALTAS (Twiki) y CMS (Twiki). Estos datos nos muestran la tendencia que esperamos este mes de octubre. La supertabla muestra los resultados de las últimas inyecciones de haces de protones estables que dan lugar a una acumulación de colisiones.

Esta figura resume las últimas inyecciones (fill) abajo y los datos del Fill #4428 del 27 de septiembre. Se esperan pequeños incrementos de la luminosidad instantánea, sobre todo por el incremento en el número de paquetes de protones. Sin embargo, no podemos esperar resultados muy espectaculares, con lo que la previsión total para este año estará entre 3 y 4 /fb de datos por detector, que no está nada mal, aunque es inferior a la que se planificó a principios de 2015.

Quizás lo más interesante para los lectores es saber es la nueva física que podemos esperar con los datos acumulados hasta ahora en el LHC Run 2. Como muestra esta figura, la ventaja a la hora de descubrir una nueva partícula de gran masa (una resonancia en los datos) de usar colisiones a 13 TeV c.m. en lugar de a 8 TeV c.m. como en el año 2012. Con 1/fb sólo podemos esperar algún indicio entre 2,5 y 3,0 TeV/c². A final de año cuando se acumulen 3 /fb podremos esperar indicios entre 1,5 y 3,0 TeV/c². Gracias a ello, en los artículos que se publiquen el próximo verano de 2016 podrían presentarse indicios de nuevas partículas con una masa alrededor de 2,0 TeV/c². Por supuesto, si dichos indicios no aparecen, las señales tentativas ya observadas en el LHC Run 1 serán descartadas.

La entrada El LHC Run 2 supera un inverso de femtobarn de colisiones en ATLAS y CMS fue escrita en La Ciencia de la Mula Francis.

En 2011 la NASA anunció la existencia de marcas morfológicas del flujo de agua líquida en la superficie de Marte (artículo en Science). Mucha gente dudó y solicitó ver espectros que mostraran evidencia de agua. Hoy se publican en Nature Geoscience ciertos espectros que se interpretan como indicios firmes de sales hidratadas. Como siempre, la NASA ha dado una rueda de prensa y ha generado cierto revuelo (aunque muchos ya sabíamos del resultado porque el embargo fue desvelado ayer).

Determinar si hoy en día hay agua líquida fluyendo en la superficie marciana es clave para la búsqueda de signos de vida en Marte. En las pendientes marcianas hay señales del flujo estacional de agua salada; lo que parece el flujo de escorrentía se observó en 2011 gracias a la cámara HiRISE (High-Resolution Imaging Science Experiment) a bordo del satélite MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) de la NASA que orbita Marte desde 2005. El nuevo artículo presenta espectros obtenidos con el espectrómetro CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer) a bordo del MRO.

Los espectros obtenidos se parecen a sales hidratadas similares al perclorato de magnesio, clorato de magnesio y perclorato de sodio. Por supuesto, nuevos estudios serán necesarios para confirmarlo (incluyendo la búsqueda de la fuente de agua detrás de estos flujos). El artículo es Lujendra Ojha et al., “Spectral evidence for hydrated salts in recurring slope lineae on Mars,” Nature Geoscience, AOP 28 Sep 2015, doi: 10.1038/ngeo2546; el artículo de 2011 es Alfred S. McEwen et al., “Seasonal Flows on Warm Martian Slopes,” Science 333: 740-743, 5 Aug 2011, doi: 10.1126/science.1204816. Recomiendo leer mi artículo “Un proyecto fin de carrera permite descubrir flujos de agua salada en Marte,” Naukas, 05 Ago 2011.

Mucha gente critica en las redes sociales las ruedas de prensa de la NASA. Y en especial los anuncios relacionados con el agua en Marte y su interpretación en el contexto de la posible vida marciana. Mucha gente dice que desde la NASA buscan aparecer en los medios para recabar financiación. Sin embargo, para mí son un ejemplo ideal para ilustrar cómo funciona la ciencia, cómo se hace ciencia. Los métodos científicos requieren acumular indicios poco a poco, desde diferentes puntos de vista, para alcanzar evidencias que permitan realizar afirmaciones firmes. Los anuncios de la NASA son un ejemplo maravilloso al alcance de cualquier divulgador o comunicador científico.

Hay muchas pruebas de la presencia de agua en Marte. La misión Mars Express (ESA) encontró en enero de 2004 hielo de agua y de dióxido de carbono en el polo Sur de Marte, así como, un mar congelado cerca del ecuador en febrero de 2005. Los rovers de la NASA llamados Spirit y Opportunity encontraron evidencias de la presencia en el pasado marciano de grandes mares de agua líquida en la superficie. Pocos expertos en geofísica marciana dudan de que hace 3.500 millones de años en Marte hubo grandes lagos o mares que provocaron riadas e inundaciones que dieron lugar a cuencas fluviales. Incluso hay expertos que proclaman que hubo agua suficiente para crear enormes océanos que cubrieron gran parte de la superficie del planeta.

Si hubo agua, ¿dónde está ahora? Por supuesto, gran parte pudo acabar en la atmósfera y luego escapar al espacio exterior. Pero este proceso no puede explicar la pérdida de océanos y mares. En los casquetes polares marcianos tampoco hay hielo de agua suficiente para explicarlo. Por ello, la mayoría de los expertos cree que la mayor parte del agua marciana todavía sigue en el planeta, oculta en el subsuelo en forma de hielo. El subsuelo marciano parece estar congelado a profundidades de más de un kilómetro (al menos cerca de los polos).

La cuestión clave es si Marte retuvo agua líquida el tiempo suficiente para que surgiera la vida. Nadie lo sabe. Hoy en día puede haber pruebas de la existencia de dicha vida en los hielos del subsuelo marciano, pero explorarlos es casi imposible. Por ello hay un enorme interés en encontrar señales del flujo de agua en la superficie del planeta. Agua que podría contener huellas del pasado que nos desvelen uno de los grandes misterios, si hay o hubo vida en otro lugar del Sistema Solar aparte de la Tierra.

Desvelar los grandes misterios de la ciencia es apasionante, pero requiere tiempo. En mi opinión el público general disfruta mucho más de la ciencia cuando vive día a día (o año a año) cómo se van realizando avances, cómo se van desvelando pistas. Divulgar los hechos ya conocidos, cual maestro liendres, de todo sabe, de todo entiende, no genera pasión por la ciencia. Los anuncios de la NASA nos muestran cómo, poco a poco, vamos desvelando los misterios del Sistema Solar y al mismo tiempo cómo van surgiendo nuevos misterios. Cada vez que sabemos algo más descubrimos multitud de incógnitas que tendrán que ser desveladas con futuros análisis. Un ejemplo espectacular es el sistema binario Plutón-Caronte. Pero también Ceres, o el cometa 69P/Churyumov-Gerasimenko. Y, por supuesto, Marte.

Si preguntas a cualquier experto del Centro de Astrobiología (INTA, Torrejón de Ardoz, Madrid) te dirá que el lugar de todo el Sistema Solar donde es más probable que haya vida (aparte de la Tierra) es Marte. Fuera de toda duda. Pero buscarla (o descartarla) será cuestión de décadas de trabajo. Cientos o miles de científicos trabajando de forma intensa. Sus hitos merecen ser glosados con las ruedas de prensa de la NASA, que nos recuerdan a todos que siguen en ello. Sin pausa. Con todo el esfuerzo y con toda la ilusión del mundo. Los métodos de la ciencia son tortuosos, pero la ciencia progresa gracias a ellos. Aprovechemos las ruedas de prensa de la NASA para divulgar qué es hacer ciencia. No perdamos la oportunidad.

Recomiendo leer en este blog: “Agua en el subsuelo de Marte (o no cayó lluvia en el pasado marciano),” LCMF, 21 Feb 2008; “Éxitos y fracasos de la Phoenix en Marte (o no es oro todo lo que reluce),” LCMF, 08 Ago 2008; “Rocas con carbonatos similares al meteorito ALH84001 encontradas en Marte gracias al reanálisis de datos del robot Spirit de hace cuatro años,” LCMF, 04 Jun 2010; “Francis en #rosavientos: Marte fue habitable porque fluyó agua potable en su superficie,” LCMF, 17 Mar 2013; entre otros.

También recomiendo leer al divulgador de ciencias del espacio por excelencia, el gran Daniel Marín: “Agua en Marte (de verdad de la buena),” Eureka, 07 Dic 2006; “Agua en Marte: ¿otra vez? Síííí,” Eureka, 16 Jul 2007; “Las misteriosas líneas recurrentes en pendiente, donde el agua fluye por el planeta rojo,” Eureka, 12 Feb 2014; “Las salmueras nocturnas de Marte o por qué Curiosity NO ha encontrado agua líquida en el planeta rojo (Bitácora de Curiosity 45),” Eureka, 13 Abr 2015; entre otros.

La entrada NASA anuncia sales hidratadas en Marte fue escrita en La Ciencia de la Mula Francis.

Predecir el pasado es difícil, pero predecir el futuro es imposible. La tradición en este blog, todos los años, me obliga a predecir los premios Nobel de ciencia. A veces acierto alguna predicción y la mayoría fallo de forma estrepitosa. Pero, no importa, así tiene que ocurrir con las predicciones del futuro. Así que al grano, este año predigo que será el año de las mujeres.

[PS 01 Oct 2015] Ángela Bernardo, “¿Quién ganará los Premios Nobel 2015?,” Hipertextual, 29 Sep 2015.

El premio Nobel de Química 2015 será anunciado el miércoles 07 de octubre a partir de las 11:45 AM. En mi opinión es muy difícil que no lo reciban las ganadoras del Premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2015. Emmanuelle Charpentier (Suecia), Centro Helmholtz para la Investigación en Infecciones, Alemania, y Jennifer Doudna (EEUU), Universidad de California en Berkeley, han alcanzado el mayor reconocimiento internacional por su trabajo en la técnica de edición genómica llamada CRISPR-Cas9. Las secuencias de ADN repetido llamadas CRISPR (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente espaciadas) forman un sistema de defensa frente a virus en arqueas y bacterias en asociación con las nucleasas Cas. Charpentier y Doudna demostraron que la enzima Cas 9 de Streptococus pyogenes es capaz de realizar cortes en la doble hélice de ADN en sitios muy específicos con enorme precisión empleando una secuencia de ARN. Esta tecnología de edición genómica ha revolucionado el campo de la biología molecular, con numerosas aplicaciones en biología y medicina. Sin lugar a dudas, Charpentier y Doudna recibirán el premio Nobel de Química algún año y este año es el mejor (en mi opinión).

La única razón por la que Charpentier (1968) y Doudna (1964) no reciban el Nobel en 2015 es su juventud. Si tuviera que hacer una segunda elección me decantaría por dos ancianos, los inventores de las baterías de ión-litio, John B. Goodenough (1922), Universidad de Texas en Austin, y M. Stanley Whittingham (1941), Universidad de Binghamton University en New York. Sin embargo, me parecen candidatos mucho menos firmes para el premio este año. Por cierto, enlace a la predicción de Thomson Reuters.

El premio Nobel de Física 2015 será anunciado el martes 06 de octubre a partir de las 11:30 AM. Mucha gente piensa que Vera Rubin (1928) lo merece, pero no creo que lo gane hasta que se descubra la partícula responsable de la materia oscura. Sin embargo, hay una joven mujer que puede ganar el premio, Deborah S. Jin (1968), Universidad de Colorado en Boulder, EEUU, por su trabajo pionero en los condensados fermiónicos, una fase superfluida de un gas ultrafrío cuyas partículas son fermiones y se aparejan formando bosones que se condensan. Los condensados de Bose–Einstein recibieron el Nobel de Física en 2001, pero los avances en condensados fermiónicos no permiten descartar un nuevo premio Nobel. La doctora Jin lideró el equipo que en 2003 creó el primer condensado fermiónico en el que se pueden estudiar fermiones sin masa (hoy muy de moda en física de la materia condensada) y estudiar con ellos la rotura de la simetría quiral (también muy de moda este año, el año de los fermiones de Weyl). La verdad, que tres mujeres protagonizaran los Nobel de Física y Química sería realmente alucinante.

Otra candidata eterna al Nobel es Lene V. Hau (1959), Universidad de Harvard, EEUU, por lograr en 1999 ralentizar pulsos de luz en un condensado de Bose–Einstein (BEC) a solo 17 m/s, unos 61 km/h. La luz “lenta” no tiene todas las aplicaciones que prometía hace unos años, pero sigue siendo un tema importante y muy citado. Quizás Hau comparta el Nobel con Stephen E. Harris (1936), físico americano que descubrió la transparencia inducida electromagnéticamente (EIT), el fenómeno físico gracias al cual se observó la luz “lenta” en un BEC. Los trabajos recientes (2005) de Harris sobre EIT también merecen el codiciado galardón y son la excusa ideal para acompañar a Hau.

Por supuesto, hay muchos candidatos al Nobel de Física 2015. Thomson Reuters ha destacado a Paul B. Corkum (1943), Universidad de Ottawa, Canadá, y Ferenc Krausz (1962), Universidad Ludwig Maximilian de Munich Garching, Alemania, por sus contribuciones al desarrollo de la física en el attosegundo. Por cierto, enlace a la predicción de Thomson Reuters.

El premio Nobel de Fisiología o Medicina 2015 será anunciado el martes 05 de octubre a partir de las 11:00 AM. No me atrevo a elegir ninguna mujer para este premio, así que me decantaré por un campo de conocimiento que expuso en Naukas Bilbao 2015 una mujer, la epigenética, y sus tres eternos candidatos al Nobel: Aharon Razin (1935) y Howard Cedar (1943), ambos de la Universidad Hebrea de Jerusalem, Israel, y Adrian P. Bird (1947), Universidad de Edimburgo, Reino Unido, por el estudio de la metilación del ADN y su efecto en la regulación de la expresión de los genes. La epigenética es un campo de investigación cada vez con más aplicaciones en biomedicina y sin lugar a dudas merece el galardón más preciado.

Como sabéis la medicina es un campo científico que me pilla bastante lejos (soy físico) por lo que no me atrevo a mencionar a otros premiados. Thomson Reuters nos destaca a Jeffrey Gordon, Universidad de Washington en St. Louis, por la relación entre la dieta, el metabolismo y la microbiota intestinal. También destaca otro trío, Alexander Rudensky, Centro Oncológico Sloan-Kettering, Nueva York, Shimon Sakaguchi, Universidad de Osaka, Japón, y Ethan Shevach, Instituto Nacional para las Enfermedades Alérgicas e Infecciosas (NIAID), Maryland, EEEU, por el descubrimiento de la relación entre las células inmunes que regulan las células T y la función de la proteína Foxp3. Pero sin lugar a dudas a muchísimos más candidatos, te recomiendo el enlace a la predicción de Thomson Reuters.

El premio Nobel de Economía 2015 no me atrevo a predecirlo. Se anunciará el lunes 12 de octubre a partir de las 13:00 y te recomiendo consultar la predicción de Thomson Reuters.

Por supuesto, las predicciones de Thomson Reuters son acumulativas. Todos los candidatos en años anteriores (que no hayan recibido el galardón) son candidatos este año. Te recomiendo consultar el Hall of Citation Laureates (pestañas para cada premio). La semana que viene saldremos de dudas. Espero no equivocarme y que este año sea el año de las mujeres “nobeladas”.

La entrada Mi predicción para los premios Nobel de 2015 fue escrita en La Ciencia de la Mula Francis.

Ya puedes escuchar el podcast iVoox del Programa 117 de La Fábrica de la Ciencia. Esta temporada seré colaborador habitual de Jorge Onsulve Orellana, aka @jonsulve, con una sección de periodicidad mensual. Hoy hemos resumido algunos Premios Ig Nobel (Física, Química, Medicina, y Fisiología y Entomología), así como el estado actual del LHC Run 2. El programa se radiodifunde en el Canal Ràdio Gavà, de Amb G de Gavà y se puede escuchar en forma de podcast en iVoox. Te animo a disfrutarlo.

¿Qué son los premios Ig Nobel? El año 2015 es el 25 aniversario de la ceremonia de entrega de premios (la primera fue en 1991). Sin olvidar el toque de humor se trata de premios a la inteligencia y a la astucia para saber vender investigaciones que de otra manera pasarían desapercibidas al gran público.

¿El premio Ig Nobel de Física a la fisiología de la micción de los mamíferos? Su duración es casi constante de forma independiente de su masa (y tamaño), exactamente 21 ± 13 segundos. ¿Por qué es un premio de física? Se ha desarrollado un modelo físico del sistema urinario. ¿Para qué sirve este estudio? Para estimar la salud del sistema urinario de los animales y para desarrollar sistemas fluidomecánicos bioinspirados de interés industrial.

¿El premio Ig Nobel de Química por revertir un huevo cocido en un huevo fresco? La cocción de huevo conlleva la desnaturalización de proteínas de la clara del huevo. Se ha logrado revertir la desnaturalización de varias proteínas obtenidas de un huevo cocido: la lisozima, la caveolina-1 y la proteína quinasa A (PKA, del inglés Protein Kinase A), también conocida como proteína quinasa dependiente del cAMP (adenosín monofosfato cíclico). ¿Cómo se ha logrado? Se ha aplicado una tensión de cizalla a una película delgada de clara de huevo cocido con unos micrómetros de grosor con un dispositivo llamado VFD (Vortex Fluidic Device). ¿Para qué sirve el nuevo método? La producción de estas proteínas tiene interés industrial y el nuevo artículo propone un nuevo método para obtenerlas.

¿El premio Ig Nobel de Biología poner un palo en la cola de pollos para que caminen como dinosaurios? Las aves son dinosaurios terópodos evolucionados, por lo que podemos añadirles una cola artificial para reproducir en laboratorio cómo caminaban. ¿Realmente es fiable este estudio de la locomoción de los dinosaurios bípedos? Hay diferencias en los huesos pero los músculos en los estudios por ordenador han de ser inventados, luego estos estudios son complementarios a los modelos por ordenador.

PIDO PERDÓN porque en el audio digo “tetrápodos” (y varias veces) en lugar de “terópodos”. No sé por qué se me cruzaron los términos. Lo siento. Las aves evolucionaron a partir de los dinosaurios terópodos. Los dinosarios (y las aves) son tetrápodos, que es un término más general, pero no era el término que yo quería usar.

¿El Ig Nobel de Fisiología y Entomología al dolor a sufrir picaduras de abejas? Ya se introdujo una escala (índice de Schmidt) para el dolor en 1983, pero destaca el investigador que se ha dejado picar en diferentes partes del cuerpo para comprobar dicha escala.

¿El premio Ig Nobel de Medicina por los beneficios biomédicos de besarse de forma intensa y apasionada? No solo hay intercambio de fluidos sino también de proteínas e incluso ADN. En enfermedades alérgicas son de utilidad.

Cambiando de tema, ¿cómo van las colisiones en el LHC del CERN? Ha habido problemas que ha reducido las expectativas a un tercio de lo esperado a principios de año. Este fin de semana el LHC Run 2 ha supera un inverso de femtobarn de colisiones en ATLAS y CMS, y se espera que lo triplique en lo que queda de año. ¿Qué problemas ha tenido el LHC este año? Ha habido múltiples problemas: nubes de electrones, UFOs, ULOs, etc. Este año la limpieza interior de los tubos de protones del LHC no ha sido tan exitosa como se esperaba. Hay nubes de electrones que interaccionan con paquetes de protones y se observan UFOs (Unidentified Falling Objects) o partículas micrométricas de polvo que se encuentran en el interior de los tubos del LHC. Durante la limpieza de los tubos (scrubbing) se inyectan grandes cantidades de protones con alta energía con objeto de destruir todos los UFOs. También hay un ULO (Unidentified Lying Objects) una cosa pegada en la parte interior de uno de los tubos, quizás algo congelado, que desprende UFOs.

¿Cuáles son las últimas novedades sobre la partícula de Higgs? El LHC ha presentado los últimos datos sobre el bosón de Higgs combinando los datos de los dos grandes detectores ATLAS y CMS.

Para acabar, te recomiendo escuchar el podcast donde describo en bastante más detalle las ideas que he transcrito aquí.

La entrada Francis en La Fábrica de la Ciencia: Premios Ig Nobel 2015 y estado del LHC Run 2 fue escrita en La Ciencia de la Mula Francis.

Se publican en Nature los resultados del Proyecto Mil Genomas (1000 Genomes Project, 1KGP), la continuación natural del Proyecto Genoma Humano (Human Genome Project, HGP). Un esfuerzo colosal que han permitido las nuevas técnicas de secuenciación de ADN de alto rendimiento. La variación genética natural en los humanos es clave para descubrir la variación genética asociada a enfermedades y para ayudar a desarrollar tratamientos efectivos. El 1KGP ha secuenciado a 2504 personas de 5 continentes y 26 poblaciones distintas, desde chinos inmigrantes en Denver, Colorado, hasta miembros de la tribu Luhya en Kenia. Más aún, ya está en marcha un proyecto UK10K que secuenciará el genoma de unos diez mil británicos.

Hace 25 años nació el HGP (octubre de 1990) y con él toda una revolución en biomedicina. Proyectos como 1KGP (que nació en 2008) y UK10K (que nació en 2010) nos llevan hacia la medicina personalizada basada en el genoma individual. Pero todavía queda mucho trabajo por hacer. Tenemos muchos datos (el problema del big data), pero digerirlos para extraer información relevante puede costar décadas de intenso trabajo. El uso más directo de estos proyectos son los estudios de asociación de genoma completo (GWAS) que comparan los genomas de grandes cohortes de personas para identificar las variantes asociadas con ciertas enfermedades, síndromes o rasgos fenotípicos. Muchas de las variantes genómicas encontradas por el 1KGP son sesgos en los estudios GWAS, muchos de los cuales tendrán que ser interpretados de nuevo.

Sin lugar a dudas los resultados del Consorcio 1KGP publicados en dos artículos en Nature serán el germen de muchos estudios futuros que tendrán repercusiones en nuestra salud. Más información divulgativa general: Editorial, “Variety of life,” Nature 526: 5–6 (01 Oct 2015) doi: 10.1038/526005b; Eric D. Green, James D. Watson, Francis S. Collins, “Human Genome Project: Twenty-five years of big biology,” Nature 526: 29–31 (01 Oct 2015) doi: 10.1038/526029a; Ewan Birney, Nicole Soranzo, “Human genomics: The end of the start for population sequencing,” Nature 526: 52–53 (01 Oct 2015) doi: 10.1038/526052a;

Los dos artículos del proyecto 1KGP son The 1000 Genomes Project Consortium, “A global reference for human genetic variation,” Nature 526: 68–74 (01 Oct 2015) doi: 10.1038/nature15393; Peter H. Sudmant et al., “An integrated map of structural variation in 2,504 human genomes,” Nature 526: 75–81 (01 Oct 2015) doi: 10.1038/nature15394.

En español recomiendo “Un estudio a gran escala secuencia el genoma de 2.504 personas de todo el mundo,” Agencia SINC, 01 Oct 2015; E. Armora, “El proyecto 1000 Genomas concluye el primer inventario de la variedad genética humana,” Ciencia, ABC, 01 Oct 2015.

El primer artículo en Nature del Consorcio 1KGP ha estudiado las variaciones genéticas simples que afectan a secuencias cortas (de hasta 500 bases). Se han encontrado más de 88 millones de variantes: 84,7 millones de polimorfismos de un único nucleótido (SNP), 3,6 millones de inserciones/deleciones (indeles) cortas y 60.000 variantes estructurales (SVs). Un genoma típico difiere del genoma humano de referencia en entre 4,1 millones y 5,0 millones de sitios. Más del 99,9% de estas variantes son SNPs e indeles cortos, sin embargo, un genoma típico contiene entre 2100 y 2500 SVs que afectan a unos 20 millones de bases de la secuencia. Estas SVs son lo más interesante del nuevo artículo y comprenden: ~1000 deleciones grandes, ~160 variaciones en el número de copias, ~915 inserciones Alu, ~128 inserciones de retrotransposones L1, ~51 inserciones de transposones SVA, ~4 numts (copias en el genoma nuclear de secuencias de genoma mitocondrial) y ~ 10 inversiones (secuencias cambiadas de sentido).

El proyecto 1KGP ha estudiado las relaciones filogenéticas entre las variaciones genéticas encontradas. Los diferentes haplotipos muestran la importancia de la demografía y de la historia de las migraciones de nuestras poblaciones ancestrales. Todos los seres humanos comparten un ancestro común de hace entre 150.000 y 200.000 años. Además, las poblaciones europeas, asiáticas y americanas comparten cuellos de botella genómicos que datan de hace entre 15.000 y 20.000 años, que están ausentes en las poblaciones africanas. La ascendencia común de todos los seres humanos hace que sólo unas 762.000 variantes sean raras (tienen una frecuencia < 0,5%) a nivel global, aunque sean mucho más comunes (frecuencia > 5%) en al menos una población. Estas variantes permiten diferenciar las poblaciones genéticamente o geográficamente distintas dentro de su grupo continental (FIN en Europa, LWK en África, PEL en América, etc., ver ampliado el mapa que abre esta entrada).

Los interesados en más detalles (como la imputación en los estudios GWAS) pueden consultar el artículo, que es de acceso abierto (10.1038/nature15393). Una discusión más técnica nos llevaría lejos, dado lo parco de mis conocimientos sobre genómica comparada.

El segundo artículo en Nature explora los cambios más complejos que afectan a grandes porciones de los cromosomas (secuencias con al menos 500 bases). Se han observado 68.818 variantes estructurales (SVs), que pueden tener hasta 500.000 bases de longitud (aunque la mayoría son menores de 1.000 bases). En concreto 42.279 supresiones bialélicas, 6.025 duplicaciones bialélicas, 2.929 mCNVs (variaciones en el número de copias multialélicas), 786 inversiones, 168 inserciones mitocondriales nucleares (numts) y 16.631 inserciones de elementos móviles (Meis), tanto elementos L1 como SVA (SINE-R, VNTR y Alu). Este análisis del proyecto 1KGP nos ofrece muchísimos más detalles que todos los estudios anteriores gracias a las mejoras en las técnicas de secuenciación del genoma en la última década. Las diferencias entre las SVs en un genoma humano y el genoma humano de referencia oscilan entre ~98% de las supresiones bialélicas y ~94% para las duplicaciones bialélicas. Los SVs descubiertos son nuevos en al menos un 60% con respecto a las bases de datos de variantes genómicas previas al 1KGP.

El trabajo muestra que las variantes estructurales son abundantes en los genomas humanos y surgen de una serie de procesos evolutivos que son más complejos de lo que se pensaba. El gran número de nuevos SVs con una longitud menor 1.000 bases puede tener un gran impacto en los estudios GWAS, lo que requerirá futuros estudios. Por supuesto, gran número de las consecuencias del nuevo trabajo serán exploradas por futuros estudios. Los interesados en más detalles pueden consultar el artículo, que es de acceso abierto (10.1038/nature15394).

En resumen, los resultados del proyecto 1KGP prometen ser el punto de partida de muchos otros estudios. En unas décadas habrá millones de genomas humanos secuenciados. La cuestión clave es para qué y dicha cuestión empezará a ser resuelta con los futuros análisis de los resultados de los proyectos 1KGP y UK10K.

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El Premio Nobel de Medicina 2015 ha sido otorgado a tres expertos en enfermedades parasitarias de países pobres que han influido en la salud de más de 3400 millones de personas. La Dra. Youyou Tu (1930), China, ha recibido la mitad del premio por su tratamiento contra la malaria basado en la artemisina. Los Dres. William C. Campbell (1930), irlandés afincado en EEUU, y Satoshi Ōmura (1935), Japón, han recibido sendas cuartas partes por sus terapias contra infecciones causadas por nemátodos parásitos. Mucha gente les debe su salud y calidad de vida, por ello el premio es muy merecido.

Me alegra mucho que la Dra. Tu haya recibido la mitad del premio. Como sabes, predije que este año sería el de los premios científicos a mujeres. Hoy empieza bien. Más información sobre el premio en el Anuncio Oficial, la Nota de Prensa, la Información Avanzada. Por cierto, la historia del descubrimiento de la Dra. Tu (el Proyecto 523 del Gobierno Chino en plena guerra del Vietnam) es realmente apasionante, como nos contaba David Sucunza Sáenz, “Artemisina, el inesperado regalo de Mao,” Jot Down, 31 Ago 2013. William Campbell, ha sido investigador de una farmacéutica (Merck) durante toda su vida profesional, y Satoshi Omura y Youyou Tu son resultado del éxito de la búsqueda de nuevos fármacos entres los principios activos de productos naturales, microorganismos y plantas medicinales, como nos recuerda Javi Burgos ‏@Javisburgos en Twitter.

En español hay muchas fuentes: “El Nobel de Medicina premia nuevos hallazgos en malaria y otras infecciones parasitarias,” Agencia SINC, 05 Oct 2015; Antonio Martínez Ron, “Nobel de Medicina 2015 a la lucha contra las enfermedades parasitarias,” Next, Voz Pópuli, 05 Oct 2015; Isabel F. Lantigua, “Los cuidadores de los pobres,” Salud, El Mundo, 05 Oct 2015; Nuño Domínguez, “El Nobel de Medicina premia terapias contra la malaria y otros parásitos,” Materia, El País, 05 Oct 2015; y muchos más.

La malaria es una enfermedad contagiosa producida por un parásito unicelular llamado Plasmodium (hay cinco especies siendo el más mortífero el P. falciparum). Documentada en Egipto y en China hace más de cuatro mil años, está enfermedad es transmitida por las hembras de los mosquitos del género Anopheles (el británico Ronald Ross recibió el Premio Nobel de Medicina en 1902 por descubrir este vector). Según la OMS en 2014 hay ~3400 millones de personas con riesgo de infección en el mundo; en 2013 se contabilizaron unos 198 millones de casos de malaria en el mundo que acabaron con la muerte de unas 584.000 personas (~90% de ellas en África y ~78% en niños de menos de 5 años).

Para evitar el contagio de la enfermedad se propuso usar DDT para luchar contra su vector, lo que llevó a que el suizo Paul Herman Müller recibiera el Premio Nobel de Medicina en 1948. Por desgracia los mosquitos desarrollaron resistencia contra el DDT y este insecticida fue prohibido por su impacto en el medio ambiente. El resultado fue un incremento de los casos de malaria en el mundo en la década de los 1960. La Dra. Tu, experta en medicina tradicional china, lideró el grupo de investigación que descubrió un fármaco llamado artemisina que se podía extraer de la planta Artemisia annua. Este descubrimiento fue inspirado por textos de medicina tradicional china del siglo IV de nuestra era (una receta de Ge Hong para usar jugo de Artemisia contra la malaria).

El francés Charles Laveran recibió el Premio Nobel de Medicina en 1907 por descubrir parásitos en los glóbulos rojos de los pacientes con malaria y proponer el uso de la quinina para luchar contra dichos parásitos. Sin embargo, la gran revolución en el tratamiento de esta enfermedad llegó gracias a la artemisina, que ha reducido de manera drástica la mortalidad por malaria en todo el mundo. In vitro sus resultados son espectaculares (mata al 100% de los parásitos). Aunque todavía no se conoce en detalle el mecanismo de acción de este principio activo, se cree que intervienen las 13 proteínas de Kelch (mutaciones en estas proteínas protegen de la artemisina a los parásitos). Gracias a la artemisina y otros fármacos similares se ha reducido la incidencia de la malaria en un 47% entre 2000 y 2013, y en un 54% en África.

El trabajo de los otros dos premiados se centra en enfermedades cuya causa son nemátodos parásitos. Por un lado, la ‘ceguera de los ríos’ (oncocercosis) una enfermedad parasitaria crónica causada por el nemátodo Onchocerca volvulus y transmitida por varias especies de moscas ha llegado a ser la segunda causa más importante de ceguera en el mundo. Y por otro lado, la filariasis linfática, más conocida como elefantiasis, una enfermedad tropical producida por la transmisión de unos parásitos denominados filarias a través de los mosquitos.

Para el tratamiento de este tipo de enfermedades asociadas a los países pobres el japonés Satoshi Ōmura buscó sustancias bioactivas en muestras del suelo y aisló un nuevo microorganismo llamado Streptomyces avermitilis con una fuerte actividad antiparasitaria. El principio activo responsable, la avermectina, fue identificado y caracterizado por William C. Campbell. Hoy en día se usa un derivado llamado ivermectina en el tratamiento de la ‘ceguera de los ríos’ y de la elefantiasis. En cierto sentido estos trabajos continúan la saga iniciada por Alexander Fleming con el descubrimiento de la penicilina en un hongo y de Ernst Chain y Howard Flory que aisló su principio activo (los tres recibieron un tercio del Premio Nobel de Medicina de 1945).

El trabajo de Campbell para la empresa Merck (en el Merck Shape and Dome Research Laboratories, MDRL) se inició tras un encuentro con Ōmura. Los trabajos se orientaron a hacia una modificación química de la arvemectina llamada ivermectina, con un efecto antiparasitario mucho más eficaz. Las primeras pruebas en humanos datan de 1977. Aunque los detalles del modo de acción de la ivermectina todavía no se conocen, se cree que inhibe a los receptores del glutamato y de GABA en los canales iónicos de cloro de las células nerviosas. Esta inhibición favorece la permeabilidad de las membranas celulares a los iones de cloro lo que resulta en una hiperpolarización de la célula que da lugar a una parálisis muscular en el nemátodo y a la muerte del parásito.

Hoy en día, la ivermectina es un tratamiento de gran eficacia que han recibido más de 200 millones de personas gracias a las iniciativas de colaboración entre la OMS y la farmacéutica Merck. Los descubrimientos de la avermectina y de la artemisina han revolucionado el tratamiento de las enfermedades parasitarias que afectan sobre todo a los países más pobres. Los descubrimientos de los premiados con el Nobel de Medicina de 2015 han tenido un enorme impacto en la salud a nivel global y sus beneficios para toda la humanidad son inconmesurables.

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No te pierdas mi conferencia “Las matemáticas de los diodos LEDS azules” el próximo jueves, 08 de octubre, a las 17:00 horas, en el Aula Magna de la Facultad de Física (cambio de última hora porque estaba anunciada en Química) de la Universidad de Sevilla, en el Ciclo de Conferencias Año Internacional de la Luz en Reina Mercedes. Organizada por las Facultades de Biología, Física, Matemáticas y Química de la Universidad de Sevilla, mi charla conmemora la aplicación de las tecnologías basadas en la luz para el desarrollo sostenible mundial. ¡No te la pierdas! Y recuerda que la ENTRADA ES LIBRE Y GRATUITA (hasta completar aforo).

Estas charlas se celebran del 30 de septiembre al 8 de octubre en el Salón de Grados de la Facultad de Química. Aún quedan las charlas del 7 de octubre y del 8 de octubre. Te recomiendo asistir a la mía, pero también a todas las demás (siempre que puedas), no te arrepentirás.

El pasado día 30 de septiembre pudiste disfrutar de una sesión vespertina con Enrique Fernández Borja, aka @Cuent_Cuanticos, “Un paseo por el universo a lomos de un rayo de luz” ( 17:00-18:00), y de José Antonio Navío Santos “Luz, materiales y procesos para una Química Solar (verde)” (18:30-19:30).

El día 01 de octubre pudiste disfrutar de una sesión doble con Fernando Valladares Ros, “La luz como factor ecológico” (12:30-13:30), y de José Manuel López Nicolás, aka @ScientiaJMLN, “De terremotos, asesinos y demás bichos luminiscentes” (17:00-18:00).

Mañana, miércoles, día 07 de octubre, en el Aula Magna de la Facultad de Química, podrás disfrutar de una sesión vespertina muy interesante:

(17:00-18:00) Augusto Beléndez, aka @aubeva, Catedrático de Física Aplicada de la Universidad de Alicante, “La `síntesis‘ de Maxwell: 150 aniversario de la teoría electromagnética de la luz.”

(18:30-19:30) Rafael Prado Gotor, Profesor Titular de Universidad, Dpto Química Física, Universidad de Sevilla, “La revolución nano: polvo de oro para el control de la luz y el color a escala nanométrica.”

Y pasado mañana, jueves, día 8 de octubre, también en el Aula Magna de la Facultad de Física, podrás disfrutar de una sesión triple que cerrará el ciclo de conferencias.

(12:30-13:30) José Carlos García Gómez, Catedrático de Zoología de la Universidad de Sevilla, “Luz, color y señales visuales bajo el mar, ¿realidad o ficción?”

(17:00-18:00) Francisco R. Villatoro Machuca, aka @emulenews, Profesor Titular de la Universidad de Málaga, “Las matemáticas de los diodos LEDS azules.”

(18:30-19:30) Ángel Rodríguez Vázquez, Catedrático de Electrónica de la Universidad de Sevilla, “Nuestro amigo el fotón.”

No te las pierdas y disfruta con la divulgación de la ciencia en el Año Internacional de la Luz.

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La física de partículas vuelve a recibir un Premio Nobel de Física. El japonés Takaaki Kajita (Super-Kamiokande, Super-Kamioka Nucleon Decay Experiment) y el canadiense Arthur B. McDonald (SNO, Sudbury Neutrino Observatory) son galardonados por el descubrimiento de las oscilaciones de los neutrinos que mostraron que los neutrinos tienen masa. Un premio cantado en varios ocasiones en la última década que muchos han interpretado como la primera señal de física más allá del modelo estándar de las partículas (que en su versión original suponía que los neutrinos no tenían masa).

Todavía no sabemos cómo incorporar la masa de los neutrinos en el modelo estándar. No sabemos si son fermiones de Dirac (en cuyo caso existen neutrinos de quiralidad derecha y gran masa aún no observados), o si son fermiones de Majorana (en cuyo caso los neutrinos y los antineutrinos son partículas idénticas). Tampoco conocemos el mecanismo exacto por el que los neutrinos adquieren masa, es decir, la relación de los neutrinos con el campo de Higgs.

Hay muchas cosas que desconocemos de los neutrinos, nuestra mejor puerta hacia la física más allá del modelo estándar. Sin embargo, sabemos con absoluta seguridad que hay estados con masa para los neutrinos, y lo sabemos gracias a Kajita y McDonald, Premio Nobel de Física 2015. Más información en el Comunicado de Prensa, la Información Oficial Divulgativa, y la Información Oficial Avanzada.

[PS] Recomiendo leer a Enrique Borja, “Un Nobel débil y oscilante,” Cuentos Cuánticos 06 Oct 2015, a Jorge Díaz, “Premio Nobel de Física 2015: oscilación de neutrinos,” Conexión Causal 06 Oct 2015, y a a Juan José Gómez Cadenas, “Los neutrinos y la primera batalla en la historia del Universo,” Opinión, El Mundo, 07 Oct 2015.

En medios recomiendo leer Nuño Domínguez, “Nobel para los cazadores de neutrinos,” Materia, El País, 06 Oct 2015; Antonio Martínez Ron, “Nobel de Física 2015 por descubrir la oscilación y masa de los neutrinos,” Next, Voz Pópuli, 06 Oct 2015; “Nobel de Física 2015 para los científicos que resolvieron el misterio de los neutrinos,” Agencia SINC, 06 Oct 2015; Teresa Guerrero, “Nobel de Física para dos pioneros en el estudio de los neutrinos, las partículas elementales más escurridizas,” Ciencia, El Mundo, 06 Oct 2015; y muchos más.

En 1998, Takaaki Kajita presentó el descubrimiento experimental en el detector de neutrinos japonés Super-Kamiokande de la oscilación de los neutrinos atmosféricos (resultado de la colisión de rayos cósmicos con las moléculas de la atmósfera). En 2001, Arthur B. McDonald confirmó dicho fenómeno en el Observatorio de Neutrinos Sudbury (SNO) en Canadá para los neutrinos solares. La combinación de ambos resultados se considera la prueba definitiva de la oscilación de los neutrinos.

La existencia del neutrino fue propuesta por el físico teórico austriaco Wolfgang Pauli (Premio Nobel de Física en 1945) para explicar el espectro de energía de los electrones en la desintegración radiactiva beta. El físico italiano Enrico Fermi (Premio Nobel de Física en 1938) desarrolló una teoría (efectiva) de la desintegración beta que daba cuenta de la física de estas partículas a las que llamó neutrinos. Usando el flujo de neutrinos en un reactor nuclear dos físicos estadounidenses descubrieron esta partícula en 1956, Frederick Reines (Premio Nobel de Fïsica en 1995) y Clyde Cowan (que debería haber recibido el galardón a título póstumo*).

Se conocen tres tipos o familias de neutrinos, los electrónicos, muónicos y tauónicos asociados a cada uno de los leptones cargados, el electrón, el muón y el leptón tau. Estos tres tipos de neutrinos se suelen llamar sabores. Cuando se produce un neutrino o cuando se detecta, siempre aparece como uno de estos tres tipos. Sin embargo, la física cuántica permite que durante la propagación de un neutrino su identidad se comporte de forma cuántica y sus sabores se mezclen; en dicho caso, los estados mezclados deben tener masa. Estos estados con masa bien definida se llaman neutrino 1, neutrino 2 y neutrino 3, y corresponden a tres mezclas cuánticas diferentes de los tres sabores de neutrinos.

Me gustaría destacar este punto, pues es una confusión muy generalizada. Los neutrinos electrónicos, muónicos y tautónicos no tienen una masa bien definida. No se puede hablar de la masa de los neutrinos electrónicos. Igual que con la dualidad onda-partícula, estos neutrinos tienen sabor bien definido, pero no tienen masa bien definida (hay una especie de dualidad masa-sabor). Los neutrinos que tienen masa son los neutrinos propagantes mezclados, los neutrinos 1, 2 y 3, que corresponden a mezclas de los tres sabores. Estos neutrinos propagantes tienen masa bien definida, pero no tienen sabor bien definido, por eso su identidad oscila.

El detector de neutrinos Super-Kamiokande empezó a tomar datos en 1996. Está situado en una mina de zinc de Kamioka, a unos 250 kilómetros al noroeste de Tokio. Super-Kamiokande es un detector gigantesco situado a un kilómetro bajo una montaña que consiste en un tanque de agua de 40 metros de alto y 40 metros de diámetro. Contiene unas 50 mil toneladas de agua ultrapura, tan pura que un rayo de luz tiene que atravesarla durante unos 70 metros para perder la mitad de su intensidad (en una piscina bastan unos pocos metros). En las paredes del recipiente cilíndrico se encuentran 11.000 fotomultiplicadores que detectan la luz de Cherenkov emitida por los muones de alta energía que atraviesan el tanque de agua a una velocidad mayor que la velocidad de la luz en el agua (un 75% de la velocidad de luz en el vacío); estos muones son emitidos por núcleos atómicos con los que interaccionan los neutrinos muónicos.

Super-Kamiokande observó unas 5000 señales de neutrinos muónicos atmosféricos. Por pura estadística se esperaba recibir el mismo número de neutrinos por arriba (que atraviesan una montaña y recorren unos 12 km) y por debajo (que atraviesan el diámetro completo de la Tierra y recorren unos 12.000 km); la razón es sencilla, para los neutrinos la Tierra es transparente. Sin embargo, para sorpresa de muchos, se observaron menos neutrinos atmosféricos por abajo (en dirección hacia arriba) que por arriba (en dirección hacia abajo). La razón es que los neutrinos cambiaron de identidad mientras atravesaban la Tierra, es decir, el fenómeno de la oscilación de los neutrinos.

Por otro lado, el SNO (Sudbury Neutrino Observatory) se encuentra en una mina de níquel en Ontario y empezó a operar en 1999. Su objetivo es estudiar los neutrinos electrónicos procedentes de Sol. El observatorio SNO es una esfera de 18 metros de diámetro rellena con mil toneladas de agua pesada (los núcleos de los átomos de hidrógeno del agua son núcleos de deuterio con un protón y un neutrón). En la superficie de la esfera hay 9500 fotomultiplicadores que detectan la radiación Cherenkov de los electrones y neutrones emitidos cuando un neutrino electrónico choca con los núcleos de deuterio (deuterones).

El interior del Sol puede producir neutrinos electrónicos que recorren una distancia de unos 150 millones de kilómetros hasta llegar a la Tierra. Unos 60 mil millones de neutrinos solares por segundo atraviesan cada centímetro de la Tierra (y de tu cuerpo). Durante sus dos primeros años de operación SNO observó tres neutrinos solares por día, cuando los modelos teóricos esperaban unos nueve. La desaparición de dos tercios de los neutrinos solares durante su trayecto se debe a que han oscilado a neutrinos muónicos y neutrinos tau que SNO no puede detectar.

Las colaboraciones Super-Kamiokande y SNO descubrieron que los neutrinos oscilan y, por tanto, tienen masa. La probabilidad detectar un neutrino con un tipo determinado depende de su masa (de si es un neutrino tipo 1, 2 o 3). Este fenómeno se ha verificado en casi todos los detectores de neutrinos actuales y está fuera de toda duda. Gracias a ello Takaaki Kajita y Arthur B. McDonald han recibido el más deseado de todos los galardones, el Premio Nobel de Física.

La física de los neutrinos, sin lugar a dudas, dará lugar a muchos otros premios Nobel de Física. Hay tantas propiedades de los neutrinos que aún desconocemos que conforme se vayan desvelando los premios irán cayendo.

(*) Lo sé, lo sé, los estatutos del Premio Nobel desde la reforma de 1974 no permiten la concesión a título póstumo. Por lo tanto Cowan no lo podía recibir. Por supuesto, igual que ocurrió con Robert Brout en el Nobel de Física de 2013, tanto el comité Nobel como el galardonado recordaron su importante papel. Pero, bueno, quería destacar que Cowan es otro caso similar a Brout.

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Ayer intervine en vivo en el programa C.S.T. (Ciencia, Salud y Tecnología, @CstNTN24) presentado por Luis Quevedo, aka @luis_quevedo, en la cadena de televisión NTN24 (un canal de 24 horas de noticias que se emite en América Latina). Luis me pidió que hablara del Premio Nobel de Física 2015 para la física de los neutrinos. Más abajo podéis disfrutar del vídeo (sólo son 5 minutos).

Siento mucho no haber tenido tiempo de preparar un buen guión para mi intervención. Me faltó explicar que hay tres tipos de neutrinos, qué es el sabor, lo que sabemos sobre su masa gracias a la cosmología, y muchas otras cosas. Pero 5 minutos no dan para mucho y estos días de inicio del curso académico uno está un poco liado.

Más información sobre la noticia en “Premio Nobel de Física 2015: Kajita (SuperKamiokande) y McDonald (SNO) por la oscilación de los neutrinos,” LCMF, 06 Oct 2015.

Por cierto, te recomiendo ver online en vivo el programa CST que se emite a las 18:30 hora española. Media hora de noticias científicas y tecnológicas que no te defraudarán. También puedes disfrutar de los vídeos ya grabados. Si te atreves, no te arrepentirás…

“El Nobel de física 2015 es para la ciencia que explica los neutrinos” vídeo del programas C.S.T. de la NTN24 gracias a Vimeo.

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La reparación del ADN es muy importante para salvaguardar la información genética y dotar de estabilidad a la vida. Las células tienen varios mecanismos para lograrla y tres de ellos, con aplicaciones en el tratamiento del cáncer, han sido galardonados con el Premio Nobel de Química de 2015. El sueco Tomas Lindahl (Reino Unido, 1938), el estadounidense Paul Modrich (EEUU, 1946) y el turco Aziz Sancar (EEUU, 1946) ya son miembros del club de los Nobel.

Más información sobre el premio otorgado en la nota de prensa oficial, la información divulgativa y la información técnica. Se han hecho eco de este premio muchos medios: Antonio Martínez Ron, “Nobel de Química 2015 al estudio de los mecanismos de reparación del ADN,” Next, Voz Pópuli, 07 Oct 2015; “Nobel de Química para los tres ‘reparadores’ del ADN,” Agencia SINC, 07 Oct 2015; Nuño Domínguez, “Nobel de Química a los mecánicos que reparan el ADN,” Materia, El País, 07 Oct 2015; y muchos más.

La estructura de la molécula de ADN es bien conocida. Pero mucha gente olvida que en un humano su longitud total son unos 300 metros (unas 3.200 millones de pares de bases), aunque está muy plegada y compactada dentro del núcleo de nuestras células. La mayoría de nuestras células se reproducen de forma continua a lo largo de nuestra vida. En cada duplicación del ADN realizada por la enzima llamada polimerasa la tasa de error se estima en una base por cada cien millones de bases. Los mecanismos de reparación del ADN (varias enzimas) logran corregir el 99% de estos errores, dando lugar a una tasa de error estimada de una base por cada diez mil millones de bases. Esto significa una mutación por cada tres duplicaciones.

Podemos estimar el número de las mutaciones en nuestros hijos por la cuenta de la vieja. En un hombre se estiman unas 400 divisiones celulares entre el cigoto y la producción de los espermatozoides, lo que implica unas 128 mutaciones nuevas en cada uno. En una mujer se estiman unas 30 divisiones celulares entre el cigoto y la producción de los óvulos, lo que implica unas 10 mutaciones en cada uno. En total unas 138 mutaciones nuevas en cada nuevo cigoto.

El sueco Tomas Lindahl estudió en EEUU por qué el ADN es una molécula mucho más estable en la célula que el ARN. Descubrió que era necesaria una maquina celular que lo reparara. En 1974, identificó en bacterias la glucosilasa que elimina las bases dañadas e introdujo la llamada reparación por escisión de bases (BER). El mecanismo conlleva varias fases: (1) la glucosilasa reconoce la lesión y (2) elimina el nucleótido dañado escindiendo parte de una de las hebras, dejando el resto de la cadena de ADN intacta; el sitio abásico (sin base) se llama AP y (3) la enzima AP endonucleasa corta la cadena; (4) usando como modelo la hebra no dañada, la ADN polimerasa rellena el hueco sintetizando un nucleótido correcto; y (5) la ADN ligasa sella la doble cadena para que quede perfecta. La BER en humanos fue recreada con todo detalle in vitro en 1996 por Lindahl, confirmando el mecanismo que había propuesto con anterioridad.

El turco Aziz Sancar descubrió en 1976 la fotoliasa, una enzima que actúa en presencia de luz y que repara los daños en el ADN producidos por la irradiación ultravioleta (UV). Además de la fotoliasa dependiente de la luz existe una variante que funciona a oscuras que Sancar publicó en 1983. Sus trabajos fueron el germen de otro mecanismo de reparación del ADN, la escisión de nucleótidos (NER), que permite reparar lesiones más grandes, que afectan a varios nucleótidos. Además de la radiación UV, muchos carcinógenos, como el tabaco, provocan lesiones de este tipo. Un complejo enzimático (fotoliasa) localiza la lesión y corta una región de varios nucleótidos a ambos lados de la base o bases dañadas. En bacterias como E. coli se cortan entre 12 y 13 nucleótidos, y en humanos se cortan entre 27 y 29 nucleótidos. Tras el corte, se sintetizan los nucleótidos faltantes gracias a la ADN polimerasa, que rellena la hebra cortada usando la hebra opuesta como molde, y se sella todo gracias a la ADN ligasa.

El estadounidense Paul Modrich ha sido premiado por sus trabajos alrededor de 1976 en el mecanismo de reparación de apareamientos incorrectos en la bacteria E. coli. Esta variante de la por escisión de nucleótido elimina los errores durante la replicación. En los apareamientos incorrectos no hay bases dañadas o modificadas, sólo una base incorrecta. La enzima metilasa de mantenimiento reconoce la hebra recién sintetizada justo antes de que el ADN sea metilado. En estas secuencias semimetiladas (metiladas solo en una hebra) actúa el sistema de reparación de apareamientos erróneos. Hay varios complejos enzimáticos capaces de reconocer el error y eliminar la hebra recién sintetizada en la región de apareamiento incorrecto.

Paul Modrich logró reproducir en 1989 todo este mecanismo de reparación de apareamientos incorrectos in vitro. Como Tomas Lindahl y Aziz Sancar centró sus estudios en el mecanismo en humanos, lo que tiene importantes aplicaciones biomédicas. La curiosidad de los galardonados con el Premio Nobel de Química de 2015 les llevó a descubrimientos que ya aparecen en todos los libros de texto de Bioquímica y que ayudarán en el tratamiento de enfermedades como el cáncer.

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El Premio Nobel de 2015 al descubrimiento de la existencia de masa para los neutrinos ha llevado a muchos a afirmar que se trata de física más allá del modelo estándar. Hay que tener cuidado. El modelo estándar es una teoría fenomenológica que describe las propiedades conocidas de los neutrinos; cuando se pensaba que no tenían masa, se incorporaban como partículas sin masa; ahora que sabemos que tienen masa se incorporan como partículas con masa. Stricto sensu, la masa de los neutrinos no es física más allá del modelo estándar. Ahora bien, como no sabemos si los neutrinos son partículas de Majorana o de Dirac, aún no sabemos cómo incorporar de forma definitiva la masa de los neutrinos. Hay dos posibilidades (como mínimo) y no sabemos cuál es la correcta.

La desintegración beta doble sin neutrinos (0νββ) permite decidir si el neutrino es un fermión de Majorana o de Dirac. Si es de Majorana se podrán aniquilar mutuamente dos neutrinos (ya que el neutrino y el antineutrino serán la misma partícula). Si es de Dirac, como solo hemos observado neutrinos levógiros, deben existir neutrinos dextrógiros de gran masa aún no observados. ¿Pero qué pasa si nunca observamos la desintegración 0νββ? Los experimentos de oscilación de neutrinos nos permitirán saber si la jerarquía de masas de los neutrinos es normal o invertida. En cada caso hay un límite teórico para la vida media de la desintegración 0νββ. Gracias a ello, si no se observa este fenómeno, también podremos decidir entre Majorana y Dirac.

La desintegración 0νββ de un núcleo atómico es (A, Z) → (A, Z+2) + 2 e⁻, que viola la conservación del número leptónico en dos unidades, ofrece un mecanismo para dar masa a los neutrinos, para explicar la asimetría entre materia y antimateria, además de ser una predicción genérica de las teorías supersimétricas. Muchos físicos opinan que los neutrinos deben ser fermiones de Majorana porque permiten matar varios pájaros con el mismo tiro. Quizás la Naturaleza les dé la razón. O quizás no.

Nos presentan la situación actual Heinrich Päs, Werner Rodejohann, “Neutrinoless Double Beta Decay,” arXiv:1507.00170 [hep-ph], y Shao-Feng Ge, Werner Rodejohann, “JUNO and Neutrinoless Double Beta Decay,” arXiv:1507.05514 [hep-ph].

Hay muchos experimentos en curso o que se iniciaran en un futuro no muy lejano cuyo objetivo es observar la desintegración 0νββ, para determinar si los neutrinos son de Majorana o de Dirac, y si su jerarquía de masas es normal o invertida. Los experimentos que estudian la oscilación de los neutrinos pueden determinar el orden de la jerarquía de masas. Si estos experimentos demuestran que la jerarquía es invertida, podremos determinar la vida media del neutrino y si los experimentos de 0νββ no observan esta desintegración sabremos que los neutrinos son partículas de Dirac.

Siendo un fenómeno muy raro, una alternativa es acotar la masa de los neutrinos con un límite inferior y un límite superior (esta acotación difiere si son partículas de Majorana o de Dirac); este camino lo siguen los experimentos KATRIN, Project 8, ECHo y MARE, así como las observaciones cosmológicas. Pero todavía no hemos logrado un límite inferior para la masa de los neutrinos.

La vida media de la desintegración doble beta de los neutrinos depende del material de detección (esta figura es para el xenón) y de si la jerarquía de masas es normal (NH) o invertida (IH). Combinando un límite para la masa de los neutrinos con un límite para la vida media de este proceso podremos determinar si los neutrinos son de Majorana o de Dirac incluso si no observamos dicho proceso. Salvo sorpresas, lo sabremos entre 2020 y 2025. Para algunos una década es mucho tiempo. Pero hemos de ser pacientes.

La entrada Cómo sabremos si el neutrino es un fermión de Majorana o de Dirac fue escrita en La Ciencia de la Mula Francis.

Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

El anuncio de los premios Nobel de 2015 es, fuera de toda duda, la gran noticia científica de la semana. Se han anunciado los premios Nobel de Fisiología o Medicina (lunes), Física (martes) y Química (miércoles). En el premio de Medicina se han premiado avances en el tratamiento de enfermedades parasitarias (incluyendo una china entre los premiados); en el de Física el descubrimiento de que los neutrinos tienen masa (gracias a los detectores Super-Kamiokande, Japón, y SNO, Canadá); y en el de Química los sistemas de reparación del ADN dañado de todas las células (que se estudian en todos los libros de texto de bioquímica y tienen aplicaciones en el tratamiento del cáncer).

Esta semana se han anunciado los Premios Nobel de ciencias, Medicina, Física y Química. Como todos los años haremos un repaso de dichos premios. Empecemos por el de Medicina. El Premio Nobel de Medicina de 2015 ha sido otorgado a tres expertos en enfermedades parasitarias que causan estragos en los países más pobres y cuyos logros han influido en la salud de más de 3400 millones de personas. La mitad del galardón lo ha recibido la farmacóloga china Youyou Tu por el descubrimiento de la artemisina, que junto a sus derivados constituye hoy en día el tratamiento médico estándar a nivel mundial contra la malaria. La otra mitad del galardón se ha repartido entre dos parasitólogos, el irlandés William C. Campbell y el japonés Satoshi Ōmura, que han desarrollado terapias contra varias infecciones causadas por parásitos basadas en fármacos antiparasitarios, en concreto las llamadas avermectinas y sus derivados. La historia de la Dra. Tu es realmente apasionante como ya nos ha contado Silvia Casasola en “Mujeres con Historia“. La Dra. Tu es una farmacóloga experta en buscar nuevos fármacos en la medicina tradicional china que usa remedios basados en más de 6.500 plantas medicinales distintas. Ella ha sido galardonada con el premio Nobel por descubrir la artemisina, un principio activo que se extrae de la planta Artemisia annua. Ella se inspiró en una receta de un libro titulado “Manual de prescripciones para emergencias” editado a mediados del siglo IV de nuestra era por Ge Hong. El libro describía 43 tratamientos para la malaria, entre ellos el uso del jugo de la planta Artemisia. La malaria es una enfermedad contagiosa es producida por un parásito unicelular llamado Plasmodium y es transmitida por las hembras de los mosquitos del género Anopheles. En la actualidad se dan cerca de 200 millones de casos anuales de malaria en el mundo. La Dra. Tu y su equipo aisló el principio activo, la artemisina, así como diferentes derivados, que combinados constituyen el tratamiento actual contra la malaria.

Muchas empresas farmacéuticas buscan sustancias terapéuticas en la Naturaleza, por ejemplo, en las selvas amazónicas. Las plantas son la fuente más importante de principios activos y muchos farmacólogos bucean en los remedios tradicionales. ¿También está relacionado con las plantas el trabajo de los otros dos premiados con el premio Nobel de Medicina? Los farmacólogos no solo buscan nuevos principios activos para fármacos en las plantas. El japonés Satoshi Ōmura buscó sustancias bioactivas en muestras del suelo y logró aislar un nuevo microorganismo llamado Streptomyces avermitilis que muestra una fuerte actividad antiparasitaria, cuyo principio activo son las avermectinas. El otro galardonado, el irlandés William C. Campbell, estudió estas sustancias y descubrió diferentes mezclas de avermectinas, entre ellas la ivermectina, que son las que hoy en día se usan para el tratamiento de enfermedades parasitarias como la ‘ceguera de los ríos’ y la elefantiasis. La ‘ceguera de los ríos’ (oncocercosis) una enfermedad parasitaria crónica causada por el nemátodo Onchocerca volvulus y transmitida por varias especies de moscas que se considera la segunda causa más importante de ceguera en el mundo. La elefantiasis (filariasis linfática) es una enfermedad tropical producida por la transmisión de unos parásitos denominados filarias a través de mosquitos. Los trabajos en farmacología premiados con el Nobel de 2015 continúan la saga iniciada por Alexander Fleming con el descubrimiento de la penicilina en un hongo y por Ernst Chain y Howard Flory que aislaron su principio activo. Los descubrimientos de la avermectina y de la artemisina han revolucionado el tratamiento de las enfermedades parasitarias que afectan sobre todo a los países más pobres. Su impacto en la salud y sus beneficios para toda la humanidad son inconmesurables.

Más información en “El Nobel de Medicina premia nuevos hallazgos en malaria y otras infecciones parasitarias,” Agencia SINC, 05 Oct 2015; Antonio Martínez Ron, “Nobel de Medicina 2015 a la lucha contra las enfermedades parasitarias,” Next, Voz Pópuli, 05 Oct 2015; Isabel F. Lantigua, “Los cuidadores de los pobres,” Salud, El Mundo, 05 Oct 2015; Nuño Domínguez, “El Nobel de Medicina premia terapias contra la malaria y otros parásitos,” Materia, El País, 05 Oct 2015; y muchos más.

La física de partículas vuelve a recibir un Premio Nobel. Las partículas más esquivas, los neutrinos, son los protagonistas del Nobel de Física de 2015. ¿Exactamente qué han demostrado los galardonados? El japonés Takaaki Kajita y el canadiense Arthur B. McDonald han recibido el Premio Nobel de Física de 2015 por descubrir que los neutrinos son partículas que tienen masa. Lo han logrado gracias a una fenómeno llamado oscilación de los neutrinos. Ambos físicos han recibido el premio por ser lo líderes de dos grandes detectores en cuyas colaboraciones trabajan más de cien físicos. Kajita lideró el detector japonés Super-Kamiokande (Super-Kamioka Nucleon Decay Experiment) y McDonald lideró el detector canadiense SNO (Sudbury Neutrino Observatory). Los neutrinos son partículas neutras, sin carga eléctrica, que interaccionan muy poco con la materia (unos 61 mil millones de neutrinos producidos en el Sol atraviesan cada centímetro cuadrado de nuestra piel y no notamos absolutamente nada). Los neutrinos solo sienten la interacción denominada débil, que es responsable de algunas desintegraciones radiactivas. Sabemos que hay tres tipos de neutrinos, el electrónico, asociado al electrón, el muónico, asociado al muón (una especie de electrón pesado) y el tau, asociado a la partícula tau (otra especie de electrón aún más pesado). Hace 20 años se pensaba que los neutrinos no tenían masa y se movían a la velocidad de la luz en el vacío, pero había un problema con los neutrinos generados por el Sol, que son neutrinos electrónicos. En la Tierra los detectores observaban un tercio de los neutrinos producidos por el Sol. La razón es que durante su trayecto algunos neutrinos cambian de tipo, pasan de tipo electrónico a muónico, o a tipo tau, y no los detectamos. Este fenómeno se llama oscilación de los neutrinos y el detector canadiense SNO, que era capaz de estudiar el número total de neutrinos de los tres y compararlo con el número de neutrinos electrónicos, confirmó en el año 2001 que los neutrinos cambian de tipo conforme recorren la distancia entre el Sol y la Tierra.

Los detectores de neutrinos reciben menos neutrinos electrónicos producidos en el Sol de los esperados porque cambian de tipo.¿Qué relacion hay entre este fenómeno y la masa de los neutrinos? Los tres tipos de neutrinos son idénticos entre sí salvo por la manera en la que interaccionan con sus correspondientes leptones cargados, el electrón, el muón y el tau. En este sentido el tipo de un neutrino es una propiedad cuántica y, como en el caso del famoso gato de Schrödinger que puede estar vivo y muerto de forma simultánea, pero cuando lo miramos o está vivo, o está muerto, el tipo de un neutrino puede estar en un estado de superposición, electrónico, muónico y tau de forma simultánea, pero cuando lo producimos o cuando lo detectamos siempre lo detectamos de un tipo concreto, o electrónico, o muónico, o tau. Lo que cambia durante el trayecto de los neutrinos desde su fuente hasta el detector es la probabilidad de tener un tipo concreto y esta probabilidad oscila. Según la física cuántica, para que se de la oscilación es necesario que los estados de los neutrinos sin tipo bien definido, como el gato de Schrödinger, tengan una masa bien definida. Y al revés, los estados de los neutrinos con tipo bien definido no tienen masa bien definida. El detector Super-Kamiokande, liderado por Kajita, observó en 1998 la oscilación de los neutrinos producidos en las colisiones de rayos cósmicos con la atmósfera; el número de neutrinos muónicos incidente desde la vertical del detector y el número que llegaban al detector desde las antípodas, tras atravesar toda la tierra, era diferente, porque dichos neutrinos oscilaban en su trayecto y se observaban como electrónicos. En la última década muchos detectores han confirmado la oscilación de los neutrinos, como por ejemplo el famoso experimento OPERA, el del fiasco de los neutrinos superlumínicos, que ha observado la oscilación de neutrinos muónicos en neutrinos de tipo tau en el trayecto bajo tierra desde el CERN en Ginebra hasta el Laboratorio de Gran Sasso, cerca de Roma. La física de los neutrinos es realmente apasionante y sin lugar a dudas dará lugar a nuevos premios Nobel en los próximos años.

Recomiendo leer a Enrique Borja, “Un Nobel débil y oscilante,” Cuentos Cuánticos 06 Oct 2015, a Jorge Díaz, “Premio Nobel de Física 2015: oscilación de neutrinos,” Conexión Causal 06 Oct 2015, y a a Juan José Gómez Cadenas, “Los neutrinos y la primera batalla en la historia del Universo,” Opinión, El Mundo, 07 Oct 2015. También Nuño Domínguez, “Nobel para los cazadores de neutrinos,”Materia, El País, 06 Oct 2015; Antonio Martínez Ron, “Nobel de Física 2015 por descubrir la oscilación y masa de los neutrinos,” Next, Voz Pópuli, 06 Oct 2015; “Nobel de Física 2015 para los científicos que resolvieron el misterio de los neutrinos,” Agencia SINC, 06 Oct 2015; Teresa Guerrero, “Nobel de Física para dos pioneros en el estudio de los neutrinos, las partículas elementales más escurridizas,” Ciencia, El Mundo, 06 Oct 2015; y muchos más.

Y nos queda el tercer premio Nobel de ciencias, el de Química, que se anunció el miércoles pasado. ¿Quiénes han recibido el más apreciado de todos los galardones de química? Este año el premio lo han recibido los descubridores de un mecanismo que estudian todos los alumnos de bioquímica: los mecanismos de reparación del ADN dañado durante la duplicación. El sueco Tomas Lindahl (Reino Unido, 1938), el estadounidense Paul Modrich (EEUU, 1946) y el turco Aziz Sancar (EEUU, 1946) han descubierto tres de los mecanismos moleculares que reparan el ADN dañado en una hebra de ADN usando como molde la otra hebra. Estos mecanismos de reparación de la doble hélice son fundamentales para salvaguardar la información genética y minimizar al máximo el número de mutaciones dotando de estabilidad al genoma de los seres vivos vida. Hay que recordar que una molécula de ADN humana tiene una longitud total son unos 300 metros y unas 3.200 millones de unidades de información (nucléotidos). En nuestras células el ADN está muy plegado y compactado dentro del núcleo, pero la mayoría de las células de nuestro cuerpo se reproducen muchas veces duplicando su ADN. Este proceso realizado por la enzima llamada ADN polimerasa no es perfecto y se estima que comete un error por cada cien millones nucleótidos. Los mecanismos de reparación del ADN logran corregir el 99% de estos errores, dando lugar a una tasa de error muy baja, de solo una mutación por cada tres duplicaciones. Gracias a esta tasa tan baja de mutaciones los seres vivos podemos transmitir nuestra herencia genética a nuestros descendientes. Pero al mismo tiempo, como el sistema de reparación no es perfecto, los hijos presentan cierta variabilidad genética, unas 138 mutaciones respecto al genoma combinado de sus padres. Sin estos errores la evolución de las especies sería mucho más lenta.

Los premiados con el Nobel de Química han descubierto un mecanismo celular que detecta los daños en el ADN durante su duplicación y que los corrige como si se tratar de una especie de corrector ortográfico. ¿Exactamente cómo funciona este mecanismo en nuestras células? El mecanismo de reparación del ADN más sencillo se llama reparación por escisión de bases. Este mecanismo se inicia con el reconocimiento de la lesión, uno o varios nucleótidos dañados en una de las hebras. La molécula que realiza este reconocimiento se llama glucosilasa y fue descubierta en bacterias por uno de los premiados, el sueco Tomas Lindahl, en 1974. La glucosilasa reconoce el daño y elimina el nucleótido dañado en una de las hebras de ADN; otra enzima llamada endonucleasa corta la hebra y permite que la enzima polimerasa rellene el hueco con el nucleótido correcto usando como molde la otra cadena. El turco Aziz Sancar descubrió en 1976 otra enzima, la fotoliasa, que repara los daños producidos por la irradiación ultravioleta que pueden afectar a varios nucleótidos. Este otro mecanismo se llama reparación por escisión de nucleótidos y permite reparar lesiones más grandes (como las provocadas por muchos carcinógenos, como el tabaco). Finalmente, el estadounidense Paul Modrich ha sido premiado por descubrir en 1976 un tercer mecanismo de reparación de apareamientos incorrectos. En los apareamientos incorrectos no hay bases dañadas o modificadas, sólo una base incorrecta en una de las hebras. Una enzima llamada metilasa de mantenimiento reconoce la hebra recién sintetizada y pone en marcha el sistema de reparación de apareamientos erróneos. Los mecanismos de reparación de ADN descubiertos por Lindahl, Modrich y Sancar son ciencia básica que nos dice cómo funciona una célula viva, pero también tienen utilidad biomédica, por ejemplo, para el desarrollo de nuevos tratamientos del cáncer. Las células del tumor se dividen con rapidez y dependen mucho de los mecanismos de reparación del ADN, por lo que fármacos que interfieran pueden ser eficaces para atacar los tumores. Ya hay algunos fármacos aprobados para el tratamiento de algunos cánceres ginecológicos que utilizan esta idea.

Más información sobre el premio: Antonio Martínez Ron, “Nobel de Química 2015 al estudio de los mecanismos de reparación del ADN,” Next, Voz Pópuli, 07 Oct 2015; “Nobel de Química para los tres ‘reparadores’ del ADN,” Agencia SINC, 07 Oct 2015; Nuño Domínguez, “Nobel de Química a los mecánicos que reparan el ADN,” Materia, El País, 07 Oct 2015; y muchos más.

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El año pasado se publicó un árbol filogenético de las aves basado en 48 especies. Generó mucha polémica entre los expertos. Este año se publica un nuevo árbol filogenético tras secuenciar el genoma de 198 especies de aves. Tras la extinción masiva al final del Cretácico se produjo una rápida expansión de los dinosaurios aviarios que dio lugar a los actuales linajes de aves. Para ver mejor la imagen que abre esta entrada, haz click en ella.

El nuevo artículo es Richard O. Prum et al., “A comprehensive phylogeny of birds (Aves) using targeted next-generation DNA sequencing,” Nature, AOP 07 Oct 2015, doi: 10.1038/nature15697; el del año pasado es Erich D. Jarvis et al., “Whole-genome analyses resolve early branches in the tree of life of modern birds,”Science 346: 1320-1331, 12 Dec 2014, doi: 10.1126/science.1253451. Nos los compara Gavin H. Thomas, “Evolution: An avian explosion,” Nature, AOP 07 Oct 2015, doi: 10.1038/nature15638. También recomiendo el número especial de Science editado por Guojie Zhang, Erich D. Jarvis, M. Thomas P. Gilbert, “A flock of genomes,” Science 346: 1308-1309, 12 Dec 2014, doi: 10.1126/science.346.6215.1308.

Por supuesto, los conflictos entre ambos árboles filogenéticos se centran en las bifurcaciones más tempranas. ¿Por qué difiere tanto la topología de ambos árboles a pesar de usar un gran número de genomas? Una posibilidad es que hubo una explosión de especiación después de la extinción del Cretácico-Paleógeno tras la cual surgieron los principales linajes de aves en una ramificación casi simultánea. Pero también es posible que la diferencia entre ambas filogenias moleculares sea resultado de que ambos estudios muestrean diferentes partes del genoma aviar. ¿Qué pasará cuando se analicen los genomas de, pongamos, 1000 aves? ¿Cambiará de nuevo su filogenia molecular?

Una filogenia robusta depende de la calidad del material fósil. Los árboles filogenéticos se calibran usando el registro fósil con todas sus imperfecciones inherentes. Pero el registro fósil de las aves es irregular, incompleto y sesgado geográficamente. Para la mayoría de las divergencias no se dispone de ninguna evidencia fósil. Además, el registro fósil subestima la verdadera edad de origen, ya que los fósiles tienden a ser más jóvenes que la edad de divergencia. Sin un registro fósil perfecto, la filogenia molecular debe ser tomada con cierta precaución, siendo normal que se publiquen diferentes árboles filogenéticos en conflicto.

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Durante los últimos tres lustros, la búsqueda directa de una partícula de materia oscura tipo WIMP ha seguido una ley tipo Moore: la sección eficaz de interacción se ha reducido por un factor de dos cada quince meses. Durante la década de los 1990 se buscaba una WIMP que interaccionara con la materia (ordinaria) vía el intercambio de bosones Z. Los experimentos actuales están estudiando la interacción vía el intercambio de bosones de Higgs. Todavía queda bastante hueco aún no explorado.

En el próximo lustro LUX, XENON1T y LZ, entre otros, explorarán la región de masas para las WIMP entre 10 GeV y 10 TeV. En paralelo, SuperCDMS, DAMIC y CRESST, entre otros, explorarán la región de baja masa, entre 1 GeV y 10 GeV. Aún es pronto para preocuparse por no haber encontrado una WIMP responsable de la materia oscura. Falta una década para alcancemos el fondo de neutrinos y tengamos que empezar a imaginar nuevas técnicas de búsqueda.

Nos lo cuenta Dan Hooper (Fermilab), “The Search for Dark Matter’s Particle Identity (Circa 2015),” DESY Theory Workshop “Physics at the LHC and Beyond,” Hamburgo, Alemania, 29 Sep 2015 [contribution].

Los modelos de evolución galáctica predicen una acumulación de materia oscura en el centro de cada galaxia, incluyendo las pequeñas galaxias satélites. El telescopio espacial Fermi de rayos gamma de la NASA ha observado un exceso en el centro de la Vía Láctea. Entre 2009 y 2010 había serias dudas, que se disiparon entre 2011 y 2013; en la actualidad está fuera de toda duda, aunque la cuestión pendiente es su origen.

El exceso se distribuye con simetría casi esférica con un fluyo que cae radialmente como ~1/r^2,4 entre ~0,06° y ~10° de Sgr A*, lo que implica una densidad de materia oscura (si ésta es su origen) de ρ_DM ~ 1/r^1,2 entre ~10–1500 pc; el exceso está picado en ~1–3 GeV y se ajusta bastante bien con las predicciones para una partícula WIMP con una masa ~35–50 GeV que se aniquila en una par quark–antiquark bottom–antibottom (bb). En su caso, será observada en la próxima década (o, si sonríe la fortuna, en el próximo lustro).

Sin embargo, la señal observada podría tener su origen en una población de púlsares de milisegundos (recuerda que un púlsar es una estrella de neutrones en rápida rotación a una estrella compañera que transforma su energía cinética en emisión de radio y rayos gamma); la acreción de materia a partir de la estrella compañera puede acelerar un púlsar hasta que emita en el régimen de los milisegundos (~1.5 ms), lo que incrementa su vida durante más de mil millones de años. Se considera muy plausible que haya una población de más de 2000 púlsares milimétricos a una distancia de menos de 1,8 kpc del centro galáctico que den cuenta del exceso observado por Fermi.

El telescopio espacial Fermi ha observado púlsares milimétricos fuera del centro galáctico, pero sus características no permiten explicar el exceso del centro galáctico (Samuel K. Lee et al., “Evidence for Unresolved Gamma-Ray Point Sources in the Inner Galaxy,” arXiv:1506.05124 [astro-ph.HE]; Richard Bartels et al., “Strong support for the millisecond pulsar origin of the Galactic center GeV excess,” arXiv:1506.05104 [astro-ph.HE]). Si una población de púlsares milimétricos explica el exceso de rayos gamma en Sgr A entonces debe ser diferente de la población observada lejos del centro galáctico (algo perfectamente plausible, por otro lado).

Para decidir la cuestión debemos estudiar en detalle todas las fuentes puntuales de rayos gamma en el entorno de Sgr A. No será fácil. Pero la recompensa será doble: entender mejor nuestra galaxia (la población de púlsares en su centro) y, al mismo tiempo, entender mejor nuestro universo (la materia oscura). Como he afirmado varias veces en este blog, todos tenemos mucha prisa por conocer las respuestas, pero olvidamos que, en ciencia, lo que se disfruta más es el camino hasta obtenerlas.

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El futuro de la ropa de vestir son los tejidos funcionales. Las fibras de óxido de grafeno son prometedoras al ser muy elásticas pero muy resistentes. Por primera vez se ha logrado fabricar usando maquinaria textil convencional un tejido mixto que combina nylon y fibras de óxido de grafeno. Hasta ahora sólo se había logrado tejer estas fibras mixtas a mano en un entorno de laboratorio. Un paso importante hacia la próxima generación de tejidos funcionales con una amplia gama de aplicaciones.

Para usar maquinaria textil convencional se han fabricado las fibras con un método húmedo de hilado con fibras textiles secas (dry-jet wet-spinning method). Un estudio reológico de las propiedades viscoelásticas de estas fibras de óxido de grafeno en gel ha permitido encontrar los parámetros de fabricación óptimos para su uso en una maquinaria textil convencional. Estas fibras hilables muestran un módulo de Young de ~ 7,9 GPa, una resistencia a la tracción de ~ 135,8 MPa y una dureza de ~ 5,7 MJ/m³.

El artículo es Shayan Seyedin et al., “Towards the Knittability of Graphene Oxide Fibres,” Scientific Reports 5: 14946 (2015), doi: 10.1038/srep14946 (open access).

La gran ventaja de las fibras de óxido de grafeno es que permiten almacenar energía, lo que permite desarrollar telas para ropa multifuncionales sin necesidad de una batería adicional. Se han realizado grandes progresos en los últimos años, pero la mayoría de las demostraciones se basan en el tejido a mano, en un entorno controlado, de las telas. El nuevo trabajo presenta un nuevo método para producir fibras de óxido de grafeno de alta flexibilidad y alta tenacidad y demuestra que se pueden usar para tejer tejidos tubulares utilizando usando una máquina de tejer la trama circular. Por supuesto, se requiere un control cuidadoso de varios parámetros de hilado, pero siendo un primer paso se espera que en los próximos años se logre fabricar telas de todo tipo.

Esta figura ilustra el método húmedo de hilado con fibras textiles secas. Una dispersión de óxido de grafeno es estirada en un chorro líquido delgado (como se haría volcando un bote de leche condensada). Dicho chorro penetra en un baño húmedo de coagulación que contiene una solución acuosa de hidróxido de potasio (KOH) o de cloruro de calcio (CaCl2) disuelto en una mezcla de agua, etanol e isopropanol. El resultado es la gelificación del chorro (se forma una “piel” alrededor del chorro) que mejora sus propiedades mecánicas (son mejores al usar el cloruro de calcio en lugar del hidróxido de potasio).

En el artículo se caracterizan las propiedades reológicas de las fibras de óxido de grafeno. La clave es la adecuada reorientación molecular de las láminas de óxido de grafeno. Para ello hay que optimizar los parámetros del método húmedo de hilado (como la apertura de la boquilla que inyecta el chorro, el caudal de inyección y la altura de estirado hasta alcanzar el baño de coagulación).

Por supuesto, todavía queda mucha investigación para que las fibras de óxido de grafeno se popularicen entre nuestra ropa. Sin embargo, los pasos de gigante que se están dando en los últimos años sugieren que hay pocas dudas al respecto. En unas décadas muy pocos jóvenes vestirán tejidos que no sean funcionales. Tiempo al tiempo.

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El ADN humano está formado por unos 3.200 millones de nucleótidos. La anemia falciforme es una hemoglobinopatía debida a una mutación de un solo nucleótido (una A por una T) en el codón de un solo aminoácido (una V por una E) en la sexta posición de la secuencia de la globina beta, una de las cuatro cadenas polipéptidas de la hemoglobina. Como resultado en lugar de tetrámeros que transportan de forma eficiente el oxígeno se forman polímeros ineficientes. El eritrocito (glóbulo rojo) se atrofia y adquiere forma de hoz (glóbulo rojo falciforme).

Un solo nucleótido en un codón, una adenina (A) en lugar de una timina (T), que acabó con la vida de más de 56.000 personas en el año 2013. Un solo aminoácido, una valina (V) en lugar de un glutamato (E), un aminoácido hidrófugo en lugar de uno hidrófilo, un pequeño cambio bioquímico que provoca la formación de polímeros de globinas beta (falciformación de la hemoglobina) cuando la concentración de oxígeno en los glóbulos rojos baja del nivel normal (homeostasis). A veces pequeños cambios provocan una enorme diferencia.

Nos lo recuerdan Joshua G. Stern, Eric A. Gaucher, “Accessing and applying molecular history,” PeerJ PrePrints, 11 Aug 2015, doi: 10.7287/peerj.preprints.1293v1. Por cierto, esta entrada nace de la lectura a Juan Vicente Mulet Bayona, “Un cambio con mala pata,” Naukas, 19 Abr 2012.

La secuencia de aminoácidos de la globina beta humana (arriba) y de la globina S de un glóbulo rojo falciforme (abajo) muestra un solo cambio. El sexto aminoácido, resaltado en amarillo, supone un cambio menor del 1%. En el ADN supone un cambio de un codón GTA o GTG (valina) en lugar de un codón GAA o GAG (glutamato). Cual efecto mariposa, una pequeña mutación que supone un enorme cambio en el fenotipo.

La hemoglobina, que transporta el oxígeno de forma eficiente, es un tetrámero formado por cuatro cadenas polipéptidas. En los humanos adultos (hemoglobina HbA) está formada por dos globinas alfa (141 aminoácidos (aa) cada una) y dos globinas beta (146 aa). En el feto humano (hemoglobina fetal HbF) está formada por dos globinas alfa y dos globinas gamma (146 aa). Para tratar la anemia falciforme se ha propuesto una terapia génica que logre expresar en los glóbulos rojos adultos la globina gamma en lugar de la globina beta (mutada). Para ello habría que editar de alguna forma el ADN de las células madre hematopoyéticas (a partir de las cuales se diferencian los glóbulos rojos). Estas células se encuentran en la médula ósea y se ha propuesto el uso de trasplantes de médula ósea (quizás usando células madre pluripotentes inducidas (iPS) editadas por la técnica CRISPR). Más información divulgativa en Katharine Gammon, “Gene therapy: Editorial control,” Nature 515: S11–S13, 13 Nov 2014, doi: 10.1038/515S11a.

Esta figura muestra una representación molecular en 3D de la hemoglobina falciforme (arriba), destacando la valina (arriba, derecha) y de la hemoglobina normal (abajo), destacando el glutamato (abajo, derecha). Estas imágenes se han obtenido con el software Chimera de la UCSF a partir de datos del Protein Databank (PDB). Un cambio molecular muy pequeño que provoca la formación de polímeros de globinas que reducen la eficiencia de transporte del oxígeno y provocan una anemia que puede llegar a matar al enfermo.

Para tratar la anemia falciforme los médicos prescriben a niños y adultos la hidroxiurea. Por causas que aún se están estudiando, este fármaco aumenta la producción de globina gamma tanto en adultos como niños, lo que mejora los síntomas. Más información en Sai Lakshmana Vankayala et al., “Unlocking the Binding and Reaction Mechanism of Hydroxyurea Substrates as Biological Nitric,” Journal of Chemical Information and Modeling 52: 1288–1297, 2012; doi: 10.1021/ci300035c.

Los genes de la globina gamma y de la globina beta son parálogos, es decir, son genes homólogos (que provienen del mismo gen ancestral) que se han duplicado el uno del otro en el genoma de una especie durante la evolución. A veces sorprende los caminos que toma la evolución. A veces sorprende la importancia de un solo nucleótido.

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Se suele afirmar que las tecnologías cuánticas exigen una revolución en las técnicas de fabricación. Se publica en Nature la implementación de una puerta lógica cuántica CNOT usando cubits implementados con puntos cuánticos fabricados en silicio mediante técnicas fotolitográficas convencionales. Ya se había demostrado una puerta lógica de desplazamiento de fase sobre un cubit con esta tecnología. Por tanto, ya se dispone de un conjunto universal de puertas lógicas cuánticas. Por ello este avance relevante nos hace soñar en las tecnologías de estado sólido basadas en silicio protagonizando una revolución cuántica.

Por cierto, una puerta lógica cuántica CNOT (puerta NOT controlada) opera en dos cubits y realiza sobre el primer cubit la operación NOT (invertir el valor de |0> a |1> y viceversa) en función del valor del segundo cubit (la inversión se realiza solo cuando vale |1>). Por supuesto, esta puerta cuántica actúa sobre estados en superposición cuántica de los cubits (estados |ψ> = α |0> + β |1>, con |α|²+ |β|² = 1). Más información en la wikipedia.

El artículo es M. Veldhorst et al., “A two-qubit logic gate in silicon,” Nature 526: 410–414, 15 Oct 2015, doi: 10.1038/nature15263.

Los cubits de estado sólido usados en este trabajo son puntos cuánticos. Su fabricación es convencional y sus estados cuánticos se inicializan, controlan y leen usando técnicas bien conocidas: impulsos eléctricos en combinación con técnicas de resonancia magnética. Ya hay cubits implementados usando compuestos semiconductores III-V, como el GaAs, pero el futuro pasa por los puntos cuánticos de silicio.

La importancia de la puerta cuántica CNOT para dos cubits es que junto a una puerta cuántica de desplazamiento de fase para un solo cubit constituye un conjunto universal de puertas cuánticas: Todo circuito cuántico se puede construir con estas dos puertas cuánticas. La importancia de implementar estas puertas usando puntos cuánticos de silicio es que se considera que esta tecnología es escalable. Por tanto, se ha dado un gran paso hacia el futuro de la computación cuántica.

Por supuesto, no basta con predecir en teoría la escalabilidad de una tecnología, hay que demostrarla. Se requieren mejoras importantes en la fidelidad de lectura/escritura de estas puertas cuánticas para que veamos circuitos con muchas puertas. Recuerda que para que sean útiles se requieren miles de puertas. Sin embargo, ello no quita que un proceso de fabricación de puertas lógicas cuánticas compatible con la tecnología estándar CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) sea realmente muy prometedor. Solo el tiempo dirá si acaba siendo revolucionario.

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Un núcleo radiactivo puede emitir dos neutrinos (desintegración beta doble), pero también puede emitir dos fotones (desintegración gamma doble). Un proceso muy raro que ha sido observado en núcleos de bario (Ba-137) y ha merecido ser publicado en la prestigiosa revista Nature. Se han observado tanto la desintegración en un fotón como en dos fotones, estimando el cociente entre ambas.

La desintegración radiactiva γγ fue predicha por la física Maria Göppert-Mayer en su tesis doctoral (c. 1930). Esta desintegración fue observada en 1984 usando núcleos de calcio (Ca-40) y circonio (Zr-90), y en 1987 en núcleos de oxígeno (O-16). Sin embargo, la observación directa del fenómeno no se ha logrado hasta 30 años después usando Ba-137. El estado excitado de este átomo emite fotones (rayos γ) de 661,66 keV, pero una vez cada 487.805 veces emite dos fotones (rayos γγ) cuya suma de energías es exactamente 661,66 keV. La medida es complicada porque requiere separar ambos fotones en un intervalo de tiempo en la escala de nanosegundos y evitar detecciones espurias.

El artículo es C. Walz et al., “Observation of the competitive double-gamma nuclear decay,” Nature 526: 406–409, 15 Oct 2015, doi: 10.1038/nature15543; más información divulgativa en Alexandra Gade, “Nuclear physics: Sometimes γ-rays come in twos,” Nature 526: 330–331, 15 Oct 2015, doi: 10.1038/526330a.

¿Por qué se ha tardado tanto tiempo en observar sin género de dudas la desintegración gamma doble? Porque hay que rodear la fuente con varios detectores y de alguna forma evitar que un fotón (como 1 en la figura izquierda) interaccione con un electrón del electrón (dispersión de Compton) dando lugar a un segundo fotón que incida en otro detector (como el 2 en la figura). Para evitarlo se han usando bloques de plomo entre los detectores. Además, se exige una detección simultánea de ambos fotones, con un error |Δt| ≤ 1,2 ns (nanosegundos), para evitar coincidencias aleatorias (que se dan en intervalos entre 20 ns ≤ |Δt| ≤ 76 ns). Estas dificultades parecen pequeñas, pero son la causa de que hayan sido necesarios unos 30 años para superarlas.

¿Para qué sirve este raro modo de desintegración? Como su origen es la electrodinámica cuántica (QED) se podrá usar para estudiar los núcleos atómicos con nuevos ojos. Por ahora no se ve prevén aplicaciones prácticas.

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