Ayer, 03 de noviembre de 2015, fue el último día de colisiones protón contra protón (pp) a 13 TeV c.m. en el LHC Run 2 durante el año 2015. Hoy se inicia la preparación de la máquina para las colisiones ión de plomo contra ión de plomo (PbPb) a 2,51 TeV que se iniciarán el 23 de noviembre de 2015 (según la planificación actual). Sin olvidar los pequeños problemas asociados a un nuevo Run con mayor energía, podemos calificar 2015 como un año exitoso para el LHC (siglas de Large Hadron Collider, o Gran Colisionador de Hadrones). La planificación para el resto del año en PDF.

Se han superado 4 /fb (inversos de femtobarn) de colisiones pp ofrecidas a los dos grandes detectores: ATLAS 4,32 /fb y CMS 4,11 /fb (no todas estas colisiones se logran grabar en disco duro con éxito para su análisis posterior). Los otros detectores también han acumulado un buen número de datos: LHCb 0,363 /fb y ALICE: 0,007 /fb. El análisis de estas colisiones nos ofrecerá información muy relevante en la primavera y verano del año 2016, cuando se publiquen los resultados en diferentes conferencias científicas. Más información sobre la estadística de colisiones en la supertabla.

La última inyección de protones con haces estables que ha sido todo un éxito fue el Fill #4569, que tras 11:20 horas ofreció a los detectores casi 0,3 /fb. Esta figura muestra la luminosidad integrada acumulada por CMS, el número total de colisiones, indicando que se han grabado en disco 3,6 /fb de colisiones.

Esta figura muestra la luminosidad integrada acumulada por ATLAS, indicando que se han grabado en disco 3,9 /fb de colisiones. El análisis de estas colisiones en busca de validar el modelo estándar a 13 TeV así como buscar nueva física requerirá cierto tiempo (que depende de cada análisis). Los resultados más fáciles de obtener se esperan para las conferencias de invierno (febrero y marzo de 2016) y la mayoría de los más interesantes para las del verano (julio y agosto de 2016).

Esta tabla resume los récords que se han logrado este año 2015. La inyección que ha ofrecido una mayor luminosidad integrada ha sido el Fill #4538 (26 de octubre) 0,277 /fb (o sea 277 /pb, inversos de picobarn). El 01 de noviembre fue el día más productivo y la semana del 18 de octubre la más productiva. El número máximo de paquetes de protones que se inyectaron fue de 2232, en la inyección Fill #4540, que duró unas 12:35 horas y ofreció unos 150 /pb a ATLAS y CMS. La inyección con haces estables más larga superó las 24 horas (24:19 horas). La tabla muestra otros datos similares que no comentaré. Para más información sobre una inyección (Fill) concreto puedes consultar la supertabla.

Comparando el LHC Run 1 con el LHC Run 2 se observa que la pendiente de incremento de la luminosidad integrada ha sido en 2015 (13 TeV) más alta que en 2011 (7 TeV), aunque no ha alcanzado la de 2012 (8 TeV). Todos esperamos que en 2016 se supere esta pendiente y la luminosidad integrada total en el segundo año del LHC Run 2 nos ofrezca muchas alegrías (y pocos sorpresas, que estas cuestiones suelen estar asociadas a problemas).

Esta figura muestra la luminosidad pico alcanzada durante el LHC Run 1 en los años 2010, 2011 y 2012, y durante el LHC Run 2 en el año 2015. Este año se ha alcanzado ∼5 × 10³³ /cm²/s (separando los paquetes de protones a 25 ns), algo inferior al récord de 2012, que fue ∼7,6 × 10³³ /cm²/s (separando los paquetes a 50 ns). Todo augura que el año próximo se superará este récord sin problemas.

En resumen, creo que podemos calificar 2015 como un año más de éxito del LHC. Las colisiones a 13 TeV nos permitirán explorar el modelo estándar como nunca antes hemos podido hacerlo. Quizás descubramos algún resquicio, algún indicio, que nos lleve más allá.

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Los antiprotones deben responder a la fuerza nuclear fuerte exactamente igual que los protones. Lo ha comprobado con gran detalle el experimento STAR del RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) del BNL (Brookhaven National Laboratory, Upton, New York, EE.UU.) que estudia las colisiones entre iones de oro a una energía de 200 GeV por nucleón. La interacción fuerte entre dos antiprotones es igual que entre dos protones (dentro de los márgenes de error del experimento).

El resultado se ha obtenido tras analizar unas 500 millones de colisiones entre iones de oro y apunta a que la antimateria (los antiátomos cuyos núcleos están formados por antiprotones y antineutrones) se comporta exactamente igual que la materia (hasta donde hemos podido medir la posible diferencia).

El artículo es The STAR Collaboration, “Measurement of interaction between antiprotons,” Nature, AOP 04 Nov 2015, doi: 10.1038/nature15724; más información divulgativa en Andrew Grant, “Antiprotons match protons in response to strong nuclear force. Collider experiment finds antimatter behaves just like ordinary matter,” Science News, 04 Nov 2015.

Para comparar la interacción fuerte entre dos antiprotones y entre dos protones se han usado dos parámetros: la longitud de dispersión f0 (fm), relacionada con las secciones transversales elásticas, y el alcance efectivo de la interacción d0 (fm), que está en la escala de los femtometros (fm). Como muestra esta figura (parte izquierda) los valores para protones y antiprotones son coherentes entre sí dentro de los márgenes de error experimental y sistemático. Este resultado confirma las predicciones teóricas de la cromodinámica cuántica (QCD) que explica la interacción fuerte entre nucleones y antinucleones como una interacción efectiva debida a la interacción entre los quarks y antiquarks que los constituyen vía el intercambio de gluones. La QCD es una teoría invariante CPT y el nuevo estudio confirma esta invariancia (aunque hay estudios específicos mucho más precisos).

Las colisiones ultra-relativistas de iones de oro producen una densidad de energía similar a la de los primeros microsegundos del universo tras el big bang. En dicho entorno se producen grandes cantidades de antimateria (antinucleones y antinúcleos). Gracias a ello se pueden medir los parámetros ƒ0 y d0 asociados a la fuerza nuclear fuerte entre antinucleones igual que entre nucleones. La técnica de medida usada se basa en las correlaciones cuánticas entre el momento lineal de los antiprotones que se mide por interferometría en intensidad (ténicas HBT, siglas de Hanbury, Brown y Twiss). Inventada en la década de 1950 esta técnica se usa mucho, sobre todo para estudiar condensados de Bose-Einstein y gases de Fermi ultrafríos. Sin entrar en detalles técnicos, la figura de la derecha muestra el resultado obtenido, a partir del cuál se obtienen los parámetros ƒ0 y d0.

La correlación en momento lineal C(k*) en función del momento lineal k* para las interacciones a pares entre protones y entre antiprotones muestran una curva muy similar. Como muestra esta figura (abajo) se confirma que dicha interacción es muy similar (la QCD predice que debe ser idéntica). Por supuesto serán necesarios futuros estudios (como los que se obtendrán usando las colisiones entre iones de plomo en el detector ALICE del LHC) para mejorar la precisión de estas medidas y confirmar de forma más fiable la predicción teórica. Aún así, el resultado obtenido por STAR del RHIC es un gran aporte a nuestro conocimiento sobre la interacción fuerte entre antiprotones.

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Imagina una gota de agua sobre un material superhidrófugo. ¿Qué pasará si reduces la presión ambiental? La gota empezará a oscilar sobre la superficie, como si ésta fuera un trampolín. De hecho, en algunos casos, la altura de cada rebote de la gota crece como ocurriría en un trampolín. Un curioso fenómeno que ilustra muy bien el vídeo que tienes más abajo.

¿Por qué la gota se pone espontáneamente a rebotar sobre la superficie? La superficie superhidrófuga está recubierta de pilares micrométricos. Entre estos pilares hay una capa de aire que está encerrada cierta presión. La reducción de la presión ambiental combinada con la evaporación de la gota, permite que escape parte de este aire en la región de pilares que rodea la gota. Este escape de aire a mayor presión genera una fuerza hacia arriba sobre la gota. Cuando la gota cae el proceso se repite si la presión ambiental sigue disminuyendo, provocando un rebote periódico de amplitud creciente similar al de un trampolín.

El artículo es Thomas M. Schutzius et al., “Spontaneous droplet trampolining on rigid superhydrophobic surfaces,” Nature 527: 82–85 (05 Nov 2015), doi: 10.1038/nature15738; más información divulgativa en Doris Vollmer, Hans-Jürgen Butt, “Materials science: Droplets leap into action,” Nature 527: 41–42 (05 Nov 2015), doi: 10.1038/527041a.

Las superficies superhidrófugas son realmente fascinantes. Su energía interfacial (la energía superficial asociada a los enlaces intermoleculares entre los pilares y el líquido) induce una adhesión de las gotas extremadamente baja. Como la energía de adhesión es muy pequeña fenómenos como la evaporación y la salida de aire retenido entre los pilares son suficientes para inducir una fuerza hacia arriba en la gota. Inicialmente se pone en vibrar sin elevarse sobre la superficie. Pero conforme estas fuerzas aumentan acaban saliendo disparada hacia arriba, hasta que la gravedad la hace caer.

Los autores, afiliados al ETH de Zurich, Suiza, han desarrollado un modelo mecánico sencillo para el comportamiento de la gota (remito al artículo a los interesados en los detalles). Además, han desarrollado algoritmo de control de la presión ambiental que permite controlar el rebote de la gotita de agua (tiene un radio de R0 ≈ 0, 1 cm = 1 mm). La superficie superhidrófuga usada tiene micropilares con un diámetro de 1,4 μm, una separación de 6,5 μm y una altura de 4,8 μm. La presión ambiental se reduce o se incrementa a un ritmo de 0,1 bar/s; la presión mínima alcanzable es de 0,01 bar.

Lo más curioso de este estudio es que ilustra que experimentos muy simples pueden dar resultados espectaculares. La aplicación de presión negativa a un sistema es la forma más común para incrementar la tasa de evaporación y se usa mucho en los laboratorios químicos y técnicos. ¿Por qué nadie ha observado estos fenómenos con anterioridad? A veces, lo más sorprendente es que, sabiendo cómo lograrlo, casi cualquiera puede repetirlo en su laboratorio.

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La radiación de Hawking se suele interpretar como la formación de un par de partículas en el horizonte de sucesos de un agujero negro, una de las cuales escapa y la otra queda atrapada. Ambas partículas tienen un origen común, luego según la mecánica cuántica deben estar entrelazadas. Un experimento en un análogo acústico a un agujero negro (un agujero mudo) ha observado señales de este entrelazamiento cuántico usando fonones en un estado condensado de Bose–Einstein unidimensional.

Por ahora la correlación observada no es suficiente para proclamar una observación definitiva del fenómeno (que podría darle el Premio Nobel a Stephen Hawking). Futuros estudios deberán estudiar todos los detalles para garantizar que se trata de un entrelazamiento cuántico en toda regla entre ambos fonones. Ello no quita que el resultado sea muy prometedor.

El artículo es Jeff Steinhauer, “Observation of thermal Hawking radiation and its entanglement in an analogue black hole,” arXiv:1510.00621 [gr-qc]. Me enteré gracias a Sabine Hossenfelder, aka Bee, “Dumb Holes Leak,” BackReaction, 01 Nov 2015.

También cito a William G. Unruh, “Dumb holes: analogues for black holes,” Phil. Trans. R. Soc. A 366: 2905-2913, 28 Aug 2008, doi: 10.1098/rsta.2008.0062; Ulf Leonhardt, Thomas G Philbin, “The case for artificial black holes,” Phil. Trans. R. Soc. A 366: 2851-2857, 28 Aug 2008, doi: 10.1098/rsta.2008.0072.

La idea de usar análogos físicos de agujeros negros para estudiar la radiación de Hawking en un laboratorio terrestre fue introducida por V. Moncrief (1980) y fue popularizada por W. G. Unruh (1981), quien inventó en 2008 el término agujeros mudos para los análogos acústicos; los agujeros mudos son mudos porque el sonido no puede escapar (igual que la luz no puede hacerlo de los agujeros negros). Las ondas acústicas se pueden estudiar en un fluido convencional, como el río que muestra esta figura extraída de Leonhardt–Philbin (2008), pero sus propiedades cuánticas requieren usar condensados de Bose–Einstein.

Imagina peces en un río que pueden nadar como máximo a la velocidad v que viven en un río cuya agua tiene una velocidad variable, con una velocidad máxima u. Los peces quedan atrapados en las regiones del río donde u > v, actuando las zonas donde u = –v, como horizontes de sucesos. Aguas arriba tenemos el horizonte de sucesos de un agujero negro, ya que los peces que superan este horizonte ya no pueden volver a salir. Aguas abajo tenemos el horizonte de sucesos de un agujero blanco, ya que los peces que superan este horizonte ya no pueden volver a entrar.

Este análogo acuático unidimensional del espaciotiempo de un agujero negro se puede reproducir en laboratorio si los peces se sustituyen por ondas acústicas en el agua cuya velocidad máxima es la velocidad del sonido en el agua. Para estudiar las propiedades cuánticas de estas ondas acústicas como partículas (fonones) se requiere un fluido adecuado. La propuesta de Unruh en 2008 fue usar un estado condensado de Bose–Einstein (BEC) unidimensional.

La velocidad de los fonones en el BEC depende de la densidad de las partículas que lo forman. A mayor densidad, mayor velocidad. Introduciendo una variación de la densidad en el BEC (por ejemplo, usando un láser) se construye un análogo acústico a un agujero negro, un agujero mudo. Los fonones pueden escapar en la región de mayor densidad, parte exterior del horizonte, pero no pueden hacerlo en la región de menor densidad, la parte interior del horizonte. En el trabajo de Steinhauer el BEC está enfriado a 1 nK y se requiere que el gradiente de densidad permita que la temperatura de Hawking del agujero mudo sea inferior a 1 nK para observar la radiación de Hawking.

Los trabajos previos del grupo de Steinhauer que han demostrado que sus BEC son agujeros mudos son Oren Lahav et al., “Realization of a Sonic Black Hole Analog in a Bose-Einstein Condensate,” Phys. Rev. Lett. 105: 240401 (2010), doi: 10.1103/PhysRevLett.105.240401, arXiv:0906.1337 [cond-mat.quant-gas]; I. Shammass et al., “Phonon Dispersion Relation of an Atomic Bose-Einstein Condensate,” Phys. Rev. Lett. 109: 195301 (2012), doi: 10.1103/PhysRevLett.109.195301, arXiv:1207.3440 [cond-mat.quant-gas]; R. Schley et al., “Planck Distribution of Phonons in a Bose-Einstein Condensate,” Phys. Rev. Lett. 111: 055301 (2013), doi: 10.1103/PhysRevLett.111.055301, arXiv:1307.2055 [cond-mat.quant-gas].

Para observar la radiación de Hawking en un BEC es necesario un mecanismo que la amplifique. Como la región atrapada tiene dos horizontes, que actúan como análogos a espejos en una cavidad láser, se puede usar un análogo a un láser acústico. Este tipo de láser ya fue demostrado en agujeros negros ópticos ( “El láser de agujeros negros ópticos,” LCMF, 03 Dic 2012). Steinhauer ha logrado implementar un láser de agujeros mudos en Jeff Steinhauer, “Observation of self-amplifying Hawking radiation in an analogue black-hole laser,” Nature Physics 10: 864–869 (2014), doi: 10.1038/nphys3104, arXiv:1409.6550 [cond-mat.quant-gas].

La medida del entrelazamiento de la radiación de Hawking acústica amplificada por el láser de agujeros mudos no es fácil. Steinhauer ha realizado una propuesta teórica basada en la correlación entre variaciones de la densidad del BEC (o de la velocidad de las ondas acústicas). En mi opinión, no soy experto en estas lides, no está tan claro que las ondas acústicas se comporten como fonones individuales y, por supuesto, tampoco que estas correlaciones violen las desigualdades de Bell, requisito para garantizar que se trata de entrelazamiento cuántico.

No está del todo claro (al menos en mi opinión) que estas correlaciones permitan una verificación fiable del entrelazamiento cuántico, pero los interesados en la propuesta teórica pueden consultar a Jeff Steinhauer, “Measuring the entanglement of analogue Hawking radiation by the density-density correlation function,” Phys. Rev. D 92: 024043 (July 2015), doi: 10.1103/PhysRevD.92.024043, arXiv:1504.06583 [gr-qc].

Esta figura muestra una medida de las correlaciones C(x,x’) entre la densidad del BEC unidimensional en dos puntos x y x’. El horizonte se encuentra en el punto x=0 (x’=0), marcado por la línea verde a trazos y su línea perpendicular no dibujada). Las bandas negras que emanan del horizonte en el origen muestran la correlación de la radiación de Hawking a ambos lados del horizonte (posible señal del entrelazamiento entre cada dos partículas responsables de la emisión).

La línea verde continua muestra la dirección de instantes iguales (puntos que se propagan a la misma velocidad). Esta línea aclara que la correlación observada entre los pares de ondas radiadas por Hawking ocurre a instantes iguales medidos desde su emisión en el horizonte. Por supuesto, en mi opinión, está bastante claro que se trata de correlaciones clásicas. Su interpretación como correlaciones cuánticas es muy especulativa.

Steinhauer interpreta esta figura como una prueba de la observación del entrelazamiento entre las partículas emitidas por radiación de Hawking en el agujero mudo. Recuerda que el horizonte está en el punto x=0 (x’=0), y que valores positivos x>0 (x’>0) son la parte exterior (out) del horizonte y valores negativos x<0 (x’<0) son la parte interior (in). Los cuatro cuadrantes se marcan como (in,out), (in,in), (out,in) y (out,out) en la figura.

En esta figura la correlación se ve menos clara que en la anterior, las líneas negras paralelas a la línea verde continua. En los experimentos realizados por Steinhauer se observa claramente la correlación, pero no veo clara su interpretación rigurosa en el contexto de la radiación de Hawking. Una discusión detallada está más allá del objeto de este artículo (los físicos interesados pueden consultar el artículo de Steinhauer para una interpretación optimista). Lo que está claro es que hay correlaciones clásicas entre las ondas acústicas dentro y fuera del horizonte; que dichas correlaciones sean debidas a correlaciones cuánticas asociadas al entrelazamiento no lo tengo nada claro.

Esta figura presenta la correlación observada en función del número de onda (k), proporcional a la frecuencia (ω) y al inverso de la longitud de onda (λ). La curva continua representa la correlación para la partícula de Hawking (radiada al exterior) y la curva a trazos la de la partícula compañera (que cae hacia dentro del horizonte). La curva punteada corresponde a la población de partículas de Hawking medidas a la temperatura de Hawking del horizonte.

Steinhauer interpreta como señal de entrelazamiento que las curvas continua y a trazos estén por encima de la curva punteada para grandes frecuencias (k>2). La pequeña figura insertada muestra la no separabilidad de la medida, proporcional al grado de entrelazamiento (que se da para valores positivos, es decir, para k>2). Para Sabine Hossenfelder esta es la mayor pega del trabajo de Steinhauer. Según las ideas actuales sobre la radiación de Hawking la correlación debería ser similar a todas las frecuencias (altas y bajas). Pero la figura solo la muestra a frecuencias altas. Futuros estudios tendrán que aclarar este punto (o bien las ideas de Hawking son incorrectas, o bien el experimento de Steinhauer está mal interpretado).

Lo importante es que se ha dado un primer paso hacia futuros estudios que esclarezcan la cuestión. Estos estudios no son fáciles de ejecutar en laboratorio, pero en las últimas décadas el manejo de los BEC se ha convertido en algo asequible en muchos lugares del mundo. Repetir estos experimentos parece asequible. Gracias a ello creo que se puede prever que habrá estudios en detalle de las propiedades de las ondas acústicas observadas y de sus correlaciones. No sé si se confirmará el entrelazamiento cuántico, pero seguro que se obtendrán resultados muy interesantes.

Permíteme un último párrafo optimista. Quizás no falten muchos años para que se pueda observar de forma fehaciente y fuera de toda el entrelazamiento entre las partículas dentro y fuera del horizonte predicho por Stephen Hawking. Si se logra la alfombra roja hacia el Nobel será extendido bajo las ruedas de su silla.

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Hoy, 06 de noviembre, si estás en Málaga, no te pierdas a las 18:00 horas la charla de Jorge Frías Perles, aka @jorgejfrias, “Elogio de la duda” (como ya sabes la ciencia es la duda metódica). “En un mundo de estímulos y respuestas, la capacidad de dudar es un lujo poco valorado. Esta charla indaga en las distintas acepciones de este término, y de cómo algunas de ellas han servido como pilar para el avance científico.”

Las charlas Hablando de Ciencia en Málaga 2015 son el prólogo oficial del evento de divulgación científica “Desgranando Ciencia” que se celebra en el Parque de las Ciencias de Granada en el mes de diciembre. Por cierto, necesitan más financiación. ¡Apóyalos vía el crowdfunding de Lánzanos! Tu pequeño esfuerzo económico será recompensado de distintas formas.

El programa de las charlas en Málaga merece realmente la pena. ¡No te las pierdas!

Viernes 16 de octubre: Óscar Huertas Rosales, aka @scariosHR, “Niño, ¡No le des transgénicos a la abuela!”

“En la vida diaria percibimos como más peligrosas las cosas que nos son ajenas, lejanas, exóticas, las que raramente hacemos y las que no conocemos. Sobre todo las que no conocemos. Sin embargo subestimamos el peligro de lo propio, lo cercano, lo común, lo cotidiano y lo que conocemos o que supuestamente conocemos. En la charla mostraré que no todo lo cotidiano es inocuo ni todo lo raro es peligroso. Pero sobretodo ayudaré a conocer de verdad las cosas para no sobrestimar peligros que no existen. Invito a todo el mundo a que traiga físicamente ejemplos de transgénicos a la charla… porque todo el mundo tiene transgénicos en casa, lo sepas o no.”

Viernes 23 de octubre: José Luis Moreno Garvayo, aka @jlmgarvayo, “Pseudoarqueología no, falsa arqueología”

“Asociamos la pseudoarqueología con la afirmación de la existencia de civilizaciones extraterrestres, la Atlántida, que “seres superiores” construyeron los grandes monumentos como las pirámides de Egipto o las de Mesoamérica etc. Por este motivo es importante destacar que la pseudoarqueología, también llamada arqueología “alternativa” por algunos de sus defensores, no se trata de un campo de estudio seguido por gente corriente que tiene un sano interés en conocer su pasado —la llamada arqueología popular—. Mezclados en la panoplia de las arqueologías “alternativas” encontramos una serie de afirmaciones irracionales y contrarias a la ciencia, o, lo que es peor, que fomentan nacionalismos cruentos, sustentan ideas racistas y presentan hechos radicalmente falsos.”

Recomiendo leer a José Luis Moreno, aka @jlmgarvayo, “Pseudoarqueología no, falsa arqueología (I),” Afán por Saber, 25 Oct 2015; “Pseudoarqueología no, falsa arqueología (y II),” Afán por Saber, 26 Oct 2015.

Viernes 6 de noviembre: Jorge Frías Perles, aka @jorgejfrias, “Elogio de la duda”

“En un mundo de estímulos y respuestas, la capacidad de dudar es un lujo poco valorado. Esta charla indaga en las distintas acepciones de este término, y de cómo algunas de ellas han servido como pilar para el avance científico.”

Viernes 13 de noviembre: Alejandro López Martín, “Las grietas de la ciencia” y Carlos Vivar Ríos, “La percepción de la información”

Alejandro: “En esta charla se pretende realizar un recorrido personal en el cual se analiza la estructura de la producción científica con el objetivo de poner sobre la mesa problemas actuales y sus posibles soluciones.”

Carlos: “La ciencia actual está generando una gran cantidad de datos que están suponiendo un quebradero de cabeza para los científicos, es el llamado problema del “Big Data”. En respuesta a esto, las técnicas de visualización de datos han evolucionado notablemente para poder comunicar de una manera rigurosa y eficiente toda esta gran cantidad de información. Sin embargo, aunque estas estrategias visuales cuenten con la actual hegemonía en todas las disciplinas, se muestran contraproducentes ante ciertos problemas. Ante éstos, la sonificación, es decir, la representación de los datos en forma de sonido, se está mostrando como una potente alternativa a tener en cuenta. El análisis de los datos provenientes de sondas espaciales, la caracterización de tejidos biológicos o el estado de la bolsa son algunos ejemplos donde se ha aplicado esta nueva estrategia. Durante esta charla reflexionaremos de estas y otras técnicas de percibir la información que nos rodea.”

Recuerda: Todas las charlas se ofrecerán en el salón de actos de Unicaja, en la Plaza de la Marina nº 3 de Málaga capital. Comenzarán a las 18.00 horas. Todas las charlas se grabarán y se subirán al canal de YouTube de Hablando de Ciencia. Os esperamos a todos en Málaga.

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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.

En las películas y series de ciencia ficción, como Star Trek y Star Wars, aparece una tecnología que permite capturar y mover las naves especiales sin contacto alguno. Científicos británicos y de la Universidad Pública de Navarra han construido el rayo tractor sónico más avanzado del mundo, capaz de hacer levitar y manipular con extremo detalle pequeños objetos (de tamaño milimétrico). Estas pinzas acústicas son ondas de ultrasonidos lanzadas desde 64 altavoces. El primer autor del estudio, que se publica en Nature Communications, es un joven informático de la Universidad Pública de Navarra, España.

El artículo es Asier Marzo, Sue Ann Seah, Bruce W. Drinkwater, Deepak Ranjan Sahoo, Benjamin Long, Sriram Subramanian, “Holographic acoustic elements for manipulation of levitated objects,” Nature Communications 6: 8661 (27 Oct 2015), doi: 10.1038/ncomms9661; en este blog puedes ver un vídeo ilustrativo en “Un rayo tractor acústico para levitar y manipular objetos,” LCMF, 28 Oct 2015.

Más información en “Un rayo tractor como el de Star Trek hace levitar objetos,” Agencia SINC, 27 Oct 2015; Antonio Martínez Ron, “Cuando el sonido te atrapa… literalmente,” Next, Voz Pópuli, 27 Oct 2015; María Pérez Ávila, “Levitar objetos con música,” Ciencia, El Mundo, 27 Oct 2015;

En películas y series de ciencia ficción como Star Wars o Star Trek aparecen rayos tractores. Una tecnología capaz de capturar y mover naves espaciales sin ningún contacto físico. ¿La ciencia actual permite que esta tecnología sea posible? El rayo tractor es una tecnología que ha fascinado a los científicos e ingenieros durante décadas. En la ciencia ficción los rayos tractores funcionan en el vacío del espacio interestelar, por ello deben estar basados en ondas electromagnéticas (como la luz). La energía de estas ondas depende de su frecuencia o color; la luz visible por nuestros ojos es muy poco energética, mucho menos que la luz ultravioleta o los rayos X, pero más energética que la luz infrarroja y mucho más energética que las ondas de microondas y muchísimo más energética que las ondas de radio. Además de la energía es importante el tamaño de las ondas, la llamada longitud de onda. Imaginemos las olas que llegan a la orilla en una playa. La distancia entre cada dos olas que llegan a la orilla es el doble de la longitud de onda de las olas. Para que un rayo tractor pueda mover una nave espacial con cierto tamaño es necesario usar ondas cuya longitud de onda sea más grande que dicho tamaño; para un nave espacial con varios metros de diámetro hay que usar ondas con una longitud de onda de dicho tamaño, es decir, ondas de radio tipo onda media. El problema es que estas ondas tienen una energía muy pequeña comparada con la energía de la luz visible o con los rayos X. Por ello se necesita una potencia enorme para fabricar un rayo tractor que pueda mover una nave espacial, tanta potencia que puede provocar daños estructurales en la propia nave espacial. Un rayo tractor óptico para naves espaciales está más allá de lo que podemos concebir con la tecnología actual. Ello no impide que en laboratorio haya rayos tractores basados en láseres (las llamadas pinzas ópticas) que permiten manipular objetos muy pequeños. Usando luz visible o infrarroja se ejercen fuerzas de piconewtons (billonésimas de newton) que permiten manipular objetos más pequeños que la punta de un alfiler, como células vivas en microscopio. Manipular objetos más grandes usando luz es imposible porque necesitamos ondas con una potencia enorme y con una longitud de onda similar al tamaño del objeto. Los rayos tractores basados en ondas electromagnéticas en el vacío que aparecen en la ciencia ficción son imposibles, pero hay una alternativa. Aprovechar el aire de nuestra atmósfera para usar ondas sonoras para desarrollar pinzas acústicas y rayos tractores sónicos que permitan manipular objetos pequeños, como levitar una pequeña esfera de plástico en el aire.

Estos rayos tractores basados en sonido permiten que un objeto pequeño levite en el aire en contra de la gravedad, ¿se podrían usar para hacer levitar a una persona en el aire? Todavía no es posible hacer levitar a una persona usando un rayo tractor acústico. Por un lado la longitud de onda del sonido tiene que ser superior a varios metros, es decir, frecuencias inferiores a unos 100 hercios (Hz), infrasonidos. Y por otro lado, la potencia acústica debe ser enorme para compensar el peso de la persona en contra de la fuerza de la gravedad. En los laboratorios hay sistemas que permiten levitar en el aire un objeto de unos pocos gramos usando potencias acústicas superiores a 150 dB. Para levitar una persona se requieren potencias acústicas que provocarían daños irreparables en su oído y en su propio cuerpo. Sin embargo, levitar objetos pequeños, como pequeños insectos, es posible mediante sistemas de pinzas acústicas. Estos sistemas de levitación son muy interesantes para muchas aplicaciones porque permiten emular en tierra firme y a bajo coste el entorno de microgravedad que se tiene en el espacio. Esta semana ha sido noticia un joven investigador español, Asier Marzo, de la Universidad Pública de Navarra, es el autor principal de un estudio en el que colaboran científicos británicos que ha desarrollado un rayo tractor sónico capaz de levantar y manipular pequeños objetos. Estas “pinzas acústicas” usan ondas de ultrasonidos (más allá de las frecuencias audibles por el oído humano) lanzadas desde 64 pequeños altavoces que pueden atrapar, levantar y mover pequeños objetos, como bolitas de plástico de menos de 1 mm de diámetro. La ventaja de los ultrasonidos es que se pueden propagar por el aire, por el agua o incluso por tejidos vivos para hacer levitar objetos de diferentes tamaños y materiales, como gotas de líquidos o incluso células vivas. Estos sistemas acústicos permiten manipular los objetos sin necesidad de tocarlos, ni contaminarlos. Ya existían las pinzas acústicas, pero eran sistemas formados por trampas que envuelven el objeto por todos lados con emisores de ultrasonidos. El nuevo sistema es un rayo tractor acústico que logra atrapar y manipular objetos desde una dirección frontal, sin necesidad de envolver el objeto por todos lados.

Este sistema acústico de manipulación de pequeños objetos es una nueva tecnología desarrollada por investigadores españoles y británicos, ¿qué aplicaciones prácticas puede tener? En este nuevo estudio ha colaborado una compañía llamada Ultrahaptics, una spin-off que nació en el año 2013 en la Universidad de Bristol, Gran Bretaña, que desarrolla tecnologías hápticas, es decir, para la interacción entre máquinas y humanos a través del tacto. Se espera que el nuevo sistema sea el prototipo de futuros dispositivos comerciales de micromanipulación de objetos que explote a nivel comercial la compañía Ultrahaptics. El nuevo rayo tractor sónico, que se ha publicado en la revista científica Nature Communications, promete una amplia gama de aplicaciones, como el transporte y la manipulación de objetos delicados para su ensamblaje en líneas de producción industriales; las pinzas acústicas evitan el contacto físico y con ello posibles daños a estos objetos. También se piensa que podría tener aplicaciones biomédicas; una versión en miniatura podría capturar y transportar cápsulas de medicamentos o incluso instrumentos microquirúrgicos a través de tejidos vivos. Estos son ejemplos del gran espectro de aplicaciones que podría tener el nuevo rayo tractor sónico que han desarrollado el español Asier Marzo y sus colegas. Debemos ser cautos, porque todavía estamos hablando de investigación básica y todas estas aplicaciones requieren desarrollos futuros, algunos de los cuales ya están en curso. Las pinzas acústicas y otros sistemas similares de manipulación de objetos ya existían. Pero el nuevo diseño permite un grado de manipulación sin precedentes hasta ahora. Sin lugar a dudas poder manipular objetos pequeños como si estuvieran en un entorno de microgravedad, moverlos en tres dimensiones e incluso rotarlos, podría ser de gran utilidad en muchísimas aplicaciones industriales.

En un concierto con la música alta todos hemos notado como nos vibra el pecho. Esta fuerza nos empuja pero no nos atrapa. ¿Cómo se puede lograr que el sonido atrape un objeto y lo ponga a levitar en el aire contra la gravedad? Para hacer levitar objetos usando ondas ópticas o acústicas lo habitual es usar las llamadas pinzas ópticas o pinzas acústicas que actúan como trampas para las objetos. La idea es muy antigua y su formulación matemática se remonta a los trabajos en 1962 del físico ruso Lev P. Gor’kov. Las primeras pinzas ópticas las desarrolló el físico estadounidense Arthur Ashkin en la década de los 1970, pero estos sistemas ópticos permitían manipular objetos microscópicos. Las primeras pinzas acústicas que permitían manipular pequeños objetos macroscópicos se desarrollaron en la década de los 1980. Estos sistemas de pinzas realmente no son rayos tractores porque usan una trampa de ondas que encajona el objeto; el emisor de las ondas está en la base de la trampa y se coloca un reflector apropiado encima del objeto. Gracias a ello el objeto está atrapado en una caja de ondas, sean ópticas o acústicas, que ejerce fuerzas por debajo y por encima del objeto permitiendo que levite en el aire. En el año 2006 se usaron estas trampas acústicas con ultrasonidos a 16,7 kHz (cuya longitud de onda es de 20,3 mm en el aire a temperatura ambiente) para levitar pequeños animales vivos, como hormigas, escarabajos y arañas durante más de 30 minutos; dicen los investigadores que tras la levitación todos estos animales volvieron a su vida normal sin daño físico aparente. Pero estos sistemas de trampas acústicas no son rayos tractores. Para desarrollar un rayo tractor como tal hay que enviar las señales acústicas desde varios micrófonos con cierto ángulo de tal forma que actúen como unas pinzas para atrapar objetos. Este diseño es el que han logrado el español Asier Marzo, de la Universidad Pública de Navarra, y sus colegas. De hecho han presentado tres diseños diferentes de rayos tractores que permiten una manipulación muy precisa de los objetos que se ponen a levitar. Realmente es apasionante lo que la ciencia, con colaboración española, puede llegar a lograr.

¿Exactamente como funcionan estos nuevos sistemas de rayos tractores sónicos y cuáles son sus novedades respecto a diseños de pinzas acústicas ya existentes? La clave de las nuevas pinzas acústicas diseñadas por Asier Marzo, de la Universidad Pública de Navarra, y sus colegas es el uso de técnicas holográficas, similares a las usadas para desarrollar hologramas ópticos a los que estamos ya muy habituados. Estas técnicas permiten un control del sonido en un grado que nunca antes se había logrado. Se genera el equivalente acústico a un holograma que permite manipular varios objetos en tiempo real sin contacto alguno con estas. Un software por ordenador calcula el sonido que tiene que emitir cada uno de los altavoces para que el campo acústico proyectado sobre el objeto sea óptimo y permita su manipulación en detalle. Gracias a ello además de levitar objetos, se pueden atraer y alejar en el eje vertical, mover en el plano horizontal e incluso ponerlos a rotar sobre cierto eje. El sistema está formado por 64 altavoces de ultrasonidos a 40 kHz (cada uno tiene un diámetro de 10 mm) que crean ondas de ultrasonidos que varían en frecuencia e intensidad creando un campo de fuerzas que sostiene a un pequeño objeto (una esfera de poliestireno de entre 0,6 y 3,1 mm de diámetro) haciéndolo levitar en el aire en contra de la gravedad. En el nuevo estudio se han presentado tres diseños diferentes para la configuración de los altavoces. El primero son unas pinzas acústicas, similares a un par de dedos, que pueden mover el objeto que levita en una plano horizontal. El segundo es un vórtice acústico, similar a un pequeño tornado sonoro que atrapa el objeto en su centro, que permite rotar el objeto a gran velocidad. Y el tercero es un rayo tractor acústico, una especie de jaula acústica de alta intensidad que rodea y atrapa a los objetos, que los mantiene levitando en el aire y permite que suban y bajen en la dirección vertical. Los tres sistemas se pueden combinar en un sistema mixto para permitir una gran libertad en la levitación y manipulación de estos objetos. Realmente es apasionante lo que se puede lograr con estos sistemas acústicos, más aún, teniendo en cuenta que se trata de un logro en el que han intervenido investigadores españoles. La ciencia española no deja de sorprendernos.

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Los valores actuales de la masa del bosón de Higgs y del quark top apuntan a que el universo no es estable, aunque es metaestable. Se publica en Physical Review Letters el cálculo más preciso de la estabilidad del modelo estándar que confirma que es metaestable, pero destaca que la masa del quark top está a solo 1,3 sigmas del valor crítico para la estabilidad. Con gran probabilidad el universo podría ser estable incluso sin necesidad de la existencia de nueva física.

Así lo confirman simulaciones de Montecarlo que tienen en cuenta la incertidumbre de todos los parámetros del modelo estándar. Un resultado sorprendente para muchos físicos ya acostumbrados a la metaestabilidad como señal de que hay algo más allá del modelo estándar. El nuevo trabajo apunta a que un conocimiento más preciso de la masa del bosón de Higgs, de la masa del quark top y de la constante de acoplamiento fuerte podría estabilizar el modelo estándar hasta la escala de energía de Planck. Quizás no solo el universo descrito por el modelo estándar parece estable sino que también lo es.

El artículo es A. V. Bednyakov et al., “Stability of the Electroweak Vacuum: Gauge Independence and Advanced Precision,” Phys. Rev. Lett. 115: 201802, 09 Nov 2015, doi: 10.1103/PhysRevLett.115.201802, arXiv:1507.08833 [hep-ph]; más información divulgativa en Alexander Kusenko, “Viewpoint: Are We on the Brink of the Higgs Abyss?,” Physics 8: 108, 09 Nov 2015.

Recomiendo leer “Sobre la estabilidad de nuestro universo,” LCMF, 25 Jul 2015, y “La estabilidad del vacío del modelo estándar,” LCMF, 13 Sep 2012.

El estado del vacío del universo hoy en día corresponde al vacío del modelo estándar a baja energía, que viene determinado por el vacío del campo de Higgs a baja energía. Para estudiar el campo de Higgs a alta energía hay que extrapolar la física del modelo estándar hasta cerca de la escala de Planck; el cálculo no es fácil, requiere usar teoría de perturbaciones a varios lazos (loops) y tener en cuenta la incertidumbre actual de los parámetros del modelo estándar para determinar la evolución del autoacoplamiento del campo de Higgs λ(μ). Bajo estas aproximaciones, hasta ahora, el cálculo sugería que a gran energía se tiene λ(μ)<0, es decir, el vacío del campo de Higgs se vuelve inestable y debe aparecer otro vacío, un vacío verdadero. En dicho caso hoy en día vivimos en un falso vacío.

Los acoplamientos de las interacciones gauge del modelo estándar SU(2)_I×U(1)_Y×SU(3)_c dependen de la escala de renormalización μ, sean g(μ), g'(μ) y g_s(μ), resp. El autoacoplamiento del campo de Higgs λ(μ) y los acoplamientos de la interacción de Yukawa con cada fermión, y_f(μ) también dependen de μ. La evolución de estos parámetros en función de μ se estudia mediante las ecuaciones del grupo de renormalización que dependen de la llamada función beta, β(μ), asociada a cada campo. Para calcular esta función hay que usar teoría de perturbaciones. El resultado depende del orden perturbativo al que se realicen los cálculos. Pero a mayor orden los cálculos son más difíciles de ejecutar porque el número de diagramas de Feynman a considerar crece exponencialmente con el número de lazos (loops).

Hoy en día se conocen todas las funciones beta hasta tres lazos; solo se conocen a cuatro lazos las asociadas a g_s(μ) e y_q(μ). En los cálculos no entran las masas de las partículas directamente (medidas como una resonancia a cierta energía en los experimentos) sino su valor en los polos del propagador asociado; estos polos para las masas de las partículas se calculan usando teoría de perturbaciones y solo se conocen hasta dos lazos. Como los diferentes parámetros de las ecuaciones del grupo de renormalización se conocen con un número diferente de lazos hay dos opciones: o bien tomar todos los parámetros al menor número de lazos, o bien aplicar técnicas de ajuste autoconsistente. Esta segunda opción es la elegida por Bednyakov y sus colegas en el nuevo artículo para Physical Review Letters.

Bednyakov y sus colegas han usado la incertidumbre de los parámetros del modelo estándar determinada por el Particle Data Group (PDG2014) para estudiar mediante métodos de Montecarlo los valores críticos de la masa del quark top para la estabilidad. El resultado es M_cri,t = (171,54 ± 0,30 ^+0,26_−0,41) GeV que es compatible con la estimación actual de la masa del quark top M_MC,t = (173,21 ± 0,87) GeV, ya que difiere en menos de 1,3 sigmas de confianza estadística. Por tanto, el nuevo resultado acerca el modelo estándar a la estabilidad (en física de partículas los efectos a menos de 2 sigmas se consideran irrelevantes). La incertidumbre en los parámetros del modelo estándar tiene un efecto mucho mayor de lo que se pensaba.

Futuros cálculos más precisos y medidas experimentales más precisas de todos los parámetros del modelo estándar tendrán que confirmar la conclusión a la que apunta el nuevo estudio. Pero todo parece que el modelo estándar podría estar justo en el borde entre la estabilidad y la metaestabilidad. Quizás sea válido hasta muy cerca de la energía de Planck (1,22 × 10¹⁹ GeV).

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Imagina un material poroso. Seguro que piensas en un sólido poroso similar a una zeolita. Un líquido poroso parece imposible, pero se ha publicado hoy en Nature. En el año 2009 se publicaron unas moléculas orgánicas en forma de jaula que prometían el desarrollo de nuevos sólidos porosos. Su disolución en concentración elevada en un disolvente cuyas moléculas son tan grandes que no pueden penetrar en los poros ha permitido el desarrollo del primer líquido poroso.

Los sólidos porosos tienen muchas aplicaciones en la industria y los líquidos porosos podrían competir con ellos en muchas de ellas. Por ejemplo, atrapar el dióxido de carbono emitido por la industria o actuar como medio catalizador en muchas reacciones químicas industriales. Todo apunta a que los líquidos porosos podrían revolucionar el campo de los materiales porosos: son más fáciles de transportar, almacenar y procesar que los sólidos.

El artículo es Nicola Giri et al., “Liquids with permanent porosity,” Nature 527: 216–220 (12 Nov 2015), doi: 10.1038/nature16072; más información en Michael Mastalerz, “Materials chemistry: Liquefied molecular holes,” Nature 527: 174–176 (12 Nov 2015), doi: 10.1038/527174a. He citado también a Tomokazu Tozawa et al., “Porous organic cages,” Nature Materials 8: 973–978 (2009), doi: 10.1038/nmat2545.

La porosidad es un fenómeno físico que se observa en muchos sistemas naturales, incluidos los seres vivos, desde la corteza de un árbol a las esponjas marinas. En la industria química los materiales porosos más usados son las zeolitas (gracias a su buena estabilidad térmica y resistencia mecánica). En especial se usan como catalizadores al ofrecer una gran área superficial gracias a sus poros.

La diferencia entre un sólido y un líquido son las fuerzas intermoleculares (mucho más débiles en el líquido). Para minimizar estas fuerzas en las moléculas orgánicas de tipo jaula Nicola Giri y sus colegas han unido las moléculas orgánicas tipo jaula a un disolvente que las dota de grupos oligo-éter. El resultado son líquidos permanente porosos para muchos gases con moléculas cuyo diámetro sea inferior a 2,5 Å, ya que las moléculas orgánicas de tipo jaula tienen una cavidad en su centro con un diámetro ~5 Å que está rodeada por cuatro ventanas de entrada de ~4 Å de diámetro.

Giri y sus colegas han realizado simulaciones de dinámica molecular con el código GROMACS para una muestra de 40 jaulas y 480 moléculas de disolvente. Los resultados están en buen acuerdo con los resultados experimentales para la absorción en el líquido poroso de moléculas pequeñas como metano, nitrógeno, dióxido de carbono y xenón.

En resumen, un sorprendente trabajo que nos muestra que las innovaciones en la ciencia de los materiales son continuas. Materiales plausibles pero que parecen (casi) imposibles, a veces, acaban siendo una realidad con un futuro prometedor.

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Este año participo en la edición de 2015 de las tertulias Beer for Science en Málaga. Mi charla/tertulia “Higgsteria entre cervezas” será el próximo jueves 12 de noviembre a las 19:30 horas en la Cervecería Molly Malone’s Teatinos (Bulevar Louis Pasteur, 9). Contaré brevemente cómo funciona el mayor colisionador de partículas del mundo (LHC) y sus dos detectores más grandes (ATLAS y CMS). Tras ello explicaré cómo se produce la partícula de Higgs en el LHC, cómo se desintegra y cómo ha sido descubierta. Mi idea es hablar durante unos 45 minutos y luego abrir un turno de debate con el público asistente.

Más información en “Comienza una nueva edición en 2015 de las tertulias ‘Beer for Science’,” UCiencia 28 Oct 2015. Por cierto, Beer for Science en Málaga está organizado por el Servicio de Publicaciones y Divulgación Científica, Vicerrectorado de Investigación y Transferencia de la Universidad de Málaga; cuenta con el apoyo de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT). Las tertulias en 2016 se retomarán en febrero.

Así que, si estás en Málaga el próximo 12 de noviembre por la tarde, y te apetece saber más sobre la Higgsteria, no dudes en pasarte. ¡Te estaremos esperando!

El 26 de noviembre será la segunda charla (última del año 2015), “Sound and Brain” impartida por Antonio Matas Terrón, también a las 19:30 horas. Matas Terrón, del Departamento de Métodos de la Investigación e Innovación Educativa hablará sobre la importancia de la música como realidad conscustancial de la naturaleza humana, ya que, a pesar de que vivimos rodeados de ella, a menudo somos poco conscientes del efecto que el sonido tiene en nosotros.

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Un púlsar (acrónimo en inglés de pulsating star) es una estrella de neutrones que gira muy rápido y emite radiación muy intensa a intervalos cortos y regulares. El telescopio espacial Fermi de la NASA ha descubierto los dos primeros púlsares de rayos gamma fuera de nuestra galaxia. Se encuentra en una de sus galaxias satélites, la Gran Nube de Magallanes, en concreto, en la Nebulosa de la Tarántula.

El artículo es The Fermi LAT Collaboration, “An extremely bright gamma-ray pulsar in the Large Magellanic Cloud,” Science 350: 801-805, 13 Nov 2015, doi: 10.1126/science.aac7400. También recomiendo The Fermi-LAT collaboration, “Deep view of the Large Magellanic Cloud with six years of Fermi-LAT observations,” Astronomy & Astrophysics, AOP 05 Nov 2015, doi: 10.1051/0004-6361/201526920, arXiv:1509.06903 [astro-ph.HE].

Fermi LAT ha observado en rayos gamma entre 20 MeV y 300 GeV la Gran Nube de Magallanes (LMC) durante seis años (73 meses). En la imagen de la izquierda se muestra lo observado en dicha región; en la figura de la derecha se ha eliminado el fondo y se muestra solo la señal cuyo origen es LMC. Un análisis detallado de la evolución temporal de esta imagen permite detectar la presencia de púlsares.

En las imágenes se observan dos púlsares PSR J0537−6910 (púlsar a 16 ms), asociado al remanente de una supernova de hace ~5000 años, y PSR J0540−6919 (púlsar a 50 ms), asociado al remanente de la supernova SNR 0540-69.3 de hace ~1140 años. Ambos se encuentran en LMC, pero el nuevo artículo en Science estudia en detalle PSR J0540−6919, calificado como el primer púlsar observado fuera de la Vía Láctea. De hecho, este púlsar es el más brillante observado hasta la fecha (se conocen unos 2500 púlsares, unos 160 descubiertos por Fermi LAT), con una luminosidad unas 20 veces mayor que la del Púlsar del Cangrejo (PSR B0531+21), situado en la Nebulosa del Cangrejo (descubierto en 1969; el primer púlsar se descubrió en 1967).

La fuente del púlsar PSR J0540–6919 ha sido detectada con 17 σ de confianza estadística. Su espectro se ajusta muy bien al esperado para un púlsar de rayos gamma. De hecho, PSR J0540–6919 se suele llamar el “gemelo del cangrejo” (Crab’s twin) porque sus campos magnéticos, curvas de rotación y edad son muy similares. Sin embargo, difieren mucho en su luminosidad en rayos gamma, siendo PSR J0540–6919 es ~20 veces más luminoso. No se conoce el origen de esta diferencia, pero podría estar relacionada con la dirección del eje de giro de la estrella de neutrones.

El estudio de los púlsares fuera de nuestra galaxia promete ser muy interesante en los próximos años. Habrá que estar atento a los nuevos descubrimientos en este área.

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Te recomiendo disfrutar del vídeo de las charlas “Los límites de la Física Fundamental”, ciclo de conferencias coordinado por Ángel Uranga, del Instituto de Física Teórica UAM–CSIC, en la Residencia de Estudiantes del CSIC, Madrid. Conferencias dirigidas a un público general impartidas por relevantes físicos españoles.

Programa del ciclo de conferencias “Los límites de la Física Fundamental” en PDF.

“El misterioso vacío de la física cuántica y la cosmología“, Antonio González Arroyo [Enlace, Vídeo].

“Neutrinos: la luz invisible“, Michele Maltoni [Enlace, Vídeo].

“¿Qué sabemos del Big Bang y por qué?“, Enrique Álvarez [Enlace, Vídeo].

“El líquido perfecto al comienzo del universo“, Karl Landsteiner [Enlace, Vídeo].

“Las fronteras teóricas del universo“, Tomás Ortín [Enlace, Vídeo].

“La fuerza de las interacciones fundamentales“, Gregorio Herdoiza [Enlace, Vídeo].

“Desenredando la teoría de cuerdas“, Ángel Uranga [Enlace, Vídeo].

“LHC más allá del bosón de Higgs“, Pablo García Abia [Enlace, Vídeo].

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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.

Un papel fabricado con óxido de grafeno cambia de forma ante distintos estímulos (puede incluso “caminar” por una superficie lisa e incluso girar) y podría ser la puerta a nuevos dispositivos inteligentes. Al exponer el material a luz o cuando se calienta ligeramente este material activo se pliega y permite desarrollar sistemas flexibles que cambian de forma. Se cree que podría ser usado en ropa inteligente capaz de cambiar de forma (y de estilo) como respuesta a la temperatura corporal, o a los cambios ambientales. También podría permitir desarrollar paneles solares que se orienten hacia la posición del Sol. O incluso músculos artificiales para robots, sensores capaces de activar dispositivos de seguridad, etc.

El artículo es Jiuke Mu et al., “Origami-inspired active graphene-based paper for programmable instant self-folding walking devices,” Science Advances 01: e1500533, 06 Nov 2015, doi: 10.1126/sciadv.1500533.

Más información divulgativa en César Tomé (Próxima), “Un material inteligente cargado de ideas,” Next, Voz Pópuli, 11 Nov 2015; Mª Victoria S. Nadal, “Un papel de grafeno se mueve y camina solo gracias a la luz y al calor,” Materia, El País, 12 Nov 2015; Sarah Romero, “Mini robots origami hechos con papel de grafeno,” Muy Interesante, 12 Nov 2015.

El grafeno es el material de moda. Todo el mundo habla de sus propiedades revolucionarias y de sus futuras aplicaciones. Sin embargo, aún no hay aplicaciones comerciales en el mercado. ¿No pasará con el grafeno como con el cuento de la lechera y al final todo se quede en nada? El grafeno es un material asombroso, una hoja de un solo átomo de grosor formada por átomos de carbono colocados en una estructura hexagonal tipo panel de abeja. El grafeno combina muchas propiedades sorprendentes en un solo material, es muy duro, muy resistente, muy flexible, muy ligero, conduce muy bien el calor, la electricidad y soporta grandes presiones. Se han propuesto gran número de aplicaciones para el grafeno en informática, telecomunicaciones, aeronáutica e incluso biomedicina. El gran problema del grafeno es su fabricación. Sus propiedades físicas son tan revolucionarias cuando se usa grafeno ultrapuro, fabricado con la máxima calidad. Pero lograrlo a escala industrial con los métodos actuales de fabricación es muy difícil. Por ello el grafeno es muy caro, con un coste prohibitivo para la mayoría de sus aplicaciones prácticas. Muchos científicos están tratando de reducir los costes de fabricación, pero aún queda mucho camino por recorrer. Aún así casi todas las semanas se proponen nuevas aplicaciones potenciales del grafeno. Esta semana se ha publicado el uso del óxido de grafeno como material inteligente. Los materiales inteligentes o materiales activos son capaces de cambiar sus propiedades de forma controlada y reversible. Por ejemplo, los materiales activos con memoria de forma tienen la capacidad de cambiar su forma o deformarse en presencia de calor, luz o campos magnéticos, recuperando su forma original en su ausencia. Un equipo de científicos chinos liderado por Jiuke Mu, de la Universidad Donghua (China), ha desarrollado un papel a base de óxido de grafeno que se puede plegar y desplegar en función de la luz o el calor que recibe. Este material tiene memoria de forma y al estirarse y contraerse cuando se le expone a la luz o al calor permite desarrollar robots tipo origami que parten de una forma plana y se despliegan sobre una superficie lisa, pudiendo caminar o incluso girar en ella.

El origami o papiroflexia es el arte de origen japonés del plegado de papel sin usar tijeras ni pegamento para obtener figuras de formas variadas. Todos conocemos la famosa pajarita de papel. Los robots tipo origami son parecidos a estas figuras de papel. Exactamente, los robots tipo origami están formados por polígonos planos unidos entre sí por aristas que actúan a modo de bisagras. Similares a las figuras de papiroflexia, cambiando los ángulos entre los polígonos en estas aristas se logra que estos robots se autoensamblen, partiendo de un diseño plano fácil de transportar, y se muevan para cumplir su misíon. Los robots origami tienen su origen en el trabajo pionero de científicos de la Universidad de Harvard y del MIT, el Instituto Tecnológico de Massachusetts, en Bostón, EE.UU., que se publicó en la revista Science en agosto de 2014. Sus robots estaban fabricados con materiales plásticos planos, en concreto, polímeros con efecto memoria que se contraen al alcanzar 100 ºC de temperatura. Estos robots origami de polímeros son capaces de cargar hasta el doble de su peso, nadar en agua, seguir trayectorias predefinidas y cumplir ciertas tareas sencillas. El trabajo publicado esta semana en la revista Science Advances por el equipo del científico chino Jiuke Mu, de la Universidad Donghua (China), usa un material de óxido de grafeno en lugar de polímeros activos, lo que permite usar pequeños cambios de temperatura para plegar y desplegar el robot. Gracias a usar grafeno los nuevos robots origami son muy ligeros y muy resistentes, siendo capaces de soportar hasta cinco veces su peso. Además, se pliegan y despliegan mucho más rápido y de forma más suave que los de polímeros activos gracias a que el grafeno tiene una gran conductividad eléctrica y térmica, que permite absorber la luz o el calor muy rápidamente.

El artículo es S. Felton et al., “A method for building self-folding machines,” Science 345: 644-646, 8 Aug 2014, doi: 10.1126/science.1252610; más información divulgativa en “Este ‘transformer’ de origami es capaz construirse a sí mismo y escapar,” Agencia SINC, 07 Ago 2014.

¿Qué aplicaciones prácticas tienen estos robots origami de grafeno? La gran ventaja de los nuevos robots origami basados en papel fabricado con óxido de grafeno respecto a los basados en polímeros activos es que se pueden fabricar a temperatura ambiente, lo que implica que consume menos energía y facilita su industrialización; hay que recordar que la mayoría de los materiales con memoria de forma se deben fabricar a temperaturas muy elevadas. Sin embargo, como ocurre con otras aplicaciones del grafeno, ahora mismo la gran barrera industrial es el precio de fabricación del óxido de grafeno de alta calidad. Siendo más barato fabricar óxido de grafeno que grafeno puro, todavía el coste es excesivo. El artículo del Dr. Mu y sus colegas chinos presenta prototipos de diseño muy sencillo. Uno tiene la forma de la cruz de la bandera de Suiza, con los lados del cuadrado central de la cruz capaces de doblarse hasta 90 grados. Al incidir luz infrarroja de un láser estos lados se pliegan en unos 0,2 segundos y el cuadrado central de la cruz se levanta como apoyado en cuatro patas. Controlando la luz incidente del láser se logra que este robot origami se ponga a caminar sobre la superficie e incluso cambie de dirección. El movimiento es torpe, pero se trata de un prototipo muy sencillo. También se han propuesto prototipos de unas pinzas que funcionan a modo de dedos de una mano para coger objetos y un robot tipo oruga que repta por la superficie al ritmo del encendido y apagado de la luz. Se conciben otros diseños más complicados, como los propuestos con robots origami de polímeros activos. Desde el punto de vista de las aplicaciones prácticas, como el grafeno es un nanomaterial se podrán fabricar microrrobots y nanorrobots con utilidad en biomedicina, capaces de trabajar en condiciones fisiológicas como nanosensores robóticos que se moverían dentro del cuerpo humano en función de la luz, de la temperatura, del pH o de la humedad en los tejidos vivos. Se podrán usar los robots origami de grafeno como músculos artificiales autoplegables para robots industriales y en ingeniería de tejidos. También se concibe el desarrollo de paneles solares que se orientarán hacia la posición del Sol sin usar motores ni energía externa, solo la luz solar. E incluso ropa inteligente que cambie de forma y de estilo dependiendo de la temperatura corporal o de los cambios ambientales. Las aplicaciones potenciales de estos robots origami basados en papel de óxido de grafeno son casi infinitas.

El papel de óxido de grafeno responde a la luz y al calor doblándose por ciertas esquinas. ¿Podemos explicar de forma sencilla cómo funciona este proceso físico? Los robots origami usan materiales activos que transforman algún tipo de energía, como la luz o el calor, para producir trabajo mecánico en aristas que actúan como bisagras, permitiendo el plegado y desplegado de estructuras autoplegables. El óxido de grafeno es grafeno en el que algunos átomos de carbono están ligados a grupos químicos funcionales, como grupos hidroxilo (-OH), grupos carboxilo (-COOH) y puentes de epóxido (-O). Como resultado el óxido de grafeno es muy hidrofílico y se hidrata fácilmente si se expone a vapor de agua o se sumerge en agua. Además, el óxido de grafeno es muy elástico, muy flexible y muy fuerte. Para lograr el autoplegado de ciertas zonas, que actuarán como bisagras, se marcan estas zonas en el papel de óxido de grafeno–hidroxilo depositando en ellas capas de óxido de grafeno reducido con polidopamina (llamado GO-PDA). La dopamina es un neurotransmisor que disuelto en una disolución tampón a pH moderadamente básico polimeriza al ser oxidada por el oxígeno del aire u otros oxidantes. El resultado es la polidopamina, un compuesto químico que contiene grupos quinona, catecol y aminas, que se usa como material para recubrir superficies y dotarlas de propiedades hidrofílicas. El óxido de grafeno tiene un grosor de 1,5 nm y el óxido de grafeno–polidopamina alcanza 5 nm. El GO-PDA contiene agua que absorbe del aire en el ambiente. Si estas láminas se iluminan con calor (luz infrarroja) o con luz visible (mediante un láser), el agua se evapora y hace que las láminas se arruguen, plegando el papel en la forma prediseñada en el patrón. Cuando se apaga la luz, el papel reabsorbe el agua del ambiente, se rehidrata y vuelve a quedar plano. Estos movimientos repetidos hacen posible que el robot origami se desplace. Para hacer que cambie de dirección basta con irradiar con calor o con luz solo una parte del papel, haciendo que se flexione, mientras que la otra permanece estirada. El funcionamiento no puede ser más sencillo. Cuando en los próximos años se logre fabricar grafeno a escala industrial y a bajo coste habrá una explosión de aplicaciones prácticas. Una de ellas serán los microrrobots de origami basados en óxido de grafeno. El presente del grafeno está en los laboratorios de investigación, pero su futuro industrial es muy prometedor.

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El experimento Xenon1T para la búsqueda de partículas WIMP de materia oscura ya ha sido inaugurado. Tras una primera fase de calibración, sus primeros resultados científicos se publicarán a principios del año 2016 (una semana de toma de datos ya permite límites de exclusión mejores que los de LUX). Situado en el Laboratorio Subterráneo de Gran Sasso (LNGS), a unos 120 km de Roma, Italia, su sensibilidad no tiene precedentes. Se espera que podrá cazar a algunas de las más de cien mil partículas de materia oscura del halo galáctico que atraviesan cada centímetro cuadrado de tu piel cada segundo.

Más información en “XENON1T: Gearing up to detect dark matter,” LNGS News, Nov 2015. Infografía resumen en PDF. Más información técnica en Elena Aprile (XENON1T Collaboration), “The XENON1T Dark Matter Search Experiment,” arXiv:1206.6288 [astro-ph.IM].

Xenon1T es un detector de partículas WIMP (partículas de materia oscura que interaccionan vía el bosón de Higgs con la materia bariónica). Para ello se usa un tanque con 3500 kg de xenón líquido (marcado como TPC en este dibujo) suspendido y sumergido en un tanque mayor de 700 m³ de agua líquida ultrapura (este segundo tanque de unos 10 m de altura es el que se ve en las fotografías). El xenón líquido se encuentra a –95 °C y su tanque está rodeado de 248 fotomultiplicadores (detectores de fotones) de alta sensibilidad.

La interacción de una WIMP con un nucleón de un átomo de xenón lo ioniza. Como el xenón es un gas noble, se forma un enlace (metaestable) con otro átomo de xenón cercano; este dímero se relaja en dos átomos no ionizados emitiendo luz ultravioleta y electrones (una nube de carga de ionización). Como el xenón líquido es extremadamente transparente, la luz de centelleo (S1) se detecta mediante fotomultiplicadores situados en la parte inferior del tanque de xenón líquido. Usando campos eléctricos muy intensos los electrones de ionización se aceleran para que abandonen el tanque de xenón líquido por la parte superior del tanque y pasen a una región con xenón gaseoso; estos electrones se recombinan con el xenón gaseoso emitiendo luz de centelleo secundaria (S2) que se detecta mediante otros fotomultiplicadores en la parte superior del tanque. La detección en secuencia de ambas señales S1 y S2, así como su cociente de energías, permite discernir entre la interacción WIMP-nucleón e interacciones espúreas debidas a radiación gamma.

Xenon100 (2012) ha logrado una sensibilidad de 7×10⁻⁴⁵ cm² para la sección eficaz de interacción independiente del espín de una partícula WIMP y un nucleón del xenón; se espera que Xenon1T (2017) alcance ∼ 2×10⁻⁴⁷ cm² tras dos años de toma de datos. Si existe una WIMP con una masa de and 100 GeV/c², XENON1T debería detectar unos 100 sucesos en este tiempo. Si no lo hace nos dará los límites de exclusión más restrictivos hasta el momento. Se espera que las primeras semanas de toma de datos sean suficientes para que Xenon1T (2016) logre mejores límites de exclusión que LUX (2013).

La colaboración Xenon agrupa a 21 grupos de investigación de EEUU, Alemania, Italia, Suiza, Portugal, Francia, Países Bajos, Israel, Suecia y Emiratos Árabes Unidos. El LNGS, situado bajo 1,4 km de roca, es el laboratorio estrella del Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) de Italia. En este blog estaremos atentos a cuando se publiquen los primeros resultados de Xenon1T. Con toda seguridad serán muy interesantes.

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Las guías de onda de silicio propagan solitones cuando se aplican pulsos de gran intensidad, lo que requiere usar luz lenta. Al cubrirlas con grafeno se elimina esta restricción. Una guía de ondas de silicio/grafeno muestra un efecto Kerr cinco veces mayor y propaga pulsos láser de femtosegundos en distancias de hasta 20 mm. Sin el grafeno la guía de silicio propaga solitones lentos. Con el grafeno la guía de silicio/grafeno propaga solitones ultrarrápidos (así los han bautizado los autores del nuevo trabajo).

El artículo es Ken Liu et al., “Ultra-fast pulse propagation in nonlinear graphene/silicon ridge waveguide,” Scientific Reports 5: 16734 (18 Nov 2015), doi: 10.1038/srep16734.

Los solitones en fibra óptica son ondas no lineales que se propagan de forma robusta gracias al efecto Kerr (una birrefringencia no lineal en la que el índice de refracción adquiere un término adicional no lineal proporcional a la intensidad, i.e., n(I) = n₀ + n₂ I). En fibras ópticas convencionales, de sílice, este efecto es muy pequeño (n₂ ~ 10⁻²⁰ m²/W). Sin embargo, este efecto es unas cien veces mayor en guías de onda integradas en chip fabricadas con silicio (n₂ ~ 4,0 × 10⁻¹⁸ m²/W). Aún así, sigue siendo muy pequeño (salvo que se use luz de gran intensidad). En teoría se puede incrementar el efecto recubriendo la guía de onda con un metal. El mejor metal posible (en rigor, un semimetal) es el grafeno (una hoja de solo un átomo de grosor de carbono en una estructura hexagonal tipo panel de abeja).

El grafeno tiene un coeficiente de Kerr efectivo enorme (n₂ ~ 10⁻¹² m²/W para luz infrarroja de 1,56 μm y n₂ ~ 10⁻¹³ m²/W para 1,00 μm), unos seis órdenes de magnitud mayor que el silicio. Sin embargo, no propaga solitones (pulsos ópticos no lineales) porque tiene un coeficiente de absorción enorme (para una longitud de onda de 1,56 μm el grafeno tiene un coeficiente de refracción complejo de 3,0 + 2,8 i; recuerda que la parte imaginaria corresponde a la absorción y que para el silicio es unos diez órdenes de magnitud más pequeño). Al recubrir con una hoja de grafeno la guía de onda de silicio se obtiene un pequeño incremento en el efecto de Kerr, se obtiene n₂ ~ 1,3 × 10⁻¹⁷ m²/W para modos ópticos TE y n₂ ~ 1,4 × 10⁻¹⁷ m²/W para modos ópticos TM (un valor cinco veces mayor que en la guía de silicio).

La nueva guía de ondas híbrida grafeno/silicio está formada por una guía de ondas de silicio (color azul en la figura), recubierta por una hoja de grafeno, cuyo grosor es menor de 1 nm (color rojo), una capa de dióxido de silicio (SiO2) de 40 nm de grosor (color verde claro) y una capa de nitruro de silicio (Si3N4) de 200 nm de grosor (color verde oscuro). En los experimentos se han propagado pulsos de 300 fs (femtosegundos) con una potencia de 0,30 mW (~5,0 pJ), 0,38 mW (~6,3 pJ), 0,44 mW (~7,3 pJ) y 0,50 mW (~8,3 pJ); el coeficiente de Kerr medido en dichos experimentos es de n₂ ~ 2,2 × 10⁻¹⁷ m²/W (aproximadamente constante).

En resumen, el nuevo estudio confirma que el coeficiente de Kerr del grafeno es enorme y que la incorporación de grafeno en guías de onda de silicio (compatibles con la tecnología CMOS) promete el futuro desarrollo de computadores completamente ópticos basados en solitones.

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Gran parte de la belleza de las mariposas Morpho se debe a la iridiscencia de sus alas azules. Pintar una superficie con alas de mariposa no parece fácil, pero se puede nanofabricar un material biomimético iridiscente que simule las alas de mariposa. Por ahora la pintura de alas de mariposa Morpho no es una imitación perfecta: tiene una reflectancia un 20% menor que la del ala de una mariposa Morpho y su color azul se corre ligeramente hacia el rojo para ángulos rasantes (presenta un déficit de un 16% en el azul para estos ángulos). Futuros trabajos tendrán que corregir estas pequeñas deficiencias.

El artículo es Sichao Zhang, Yifang Chen, “Nanofabrication and coloration study of artificial Morphobutterfly wings with aligned lamellae layers,” Scientific Reports 5: 16637 (18 Nov 2015), doi: 10.1038/srep16637.

La nueva pintura se basa en una nanoestructura 3D que imita las escamas de las alas de las mariposas Morpho. Su fabricación usa litografía de haces de electrones para lograr una estructura fotónica formada por nanopilares con capas alternas de PMMA (el polímero termoplástico llamado polimetilmetacrilato), pintado de color azul en la figura, cuyo índice de refracción es de 1,50, y LOR (el material Lift-Of-Resist patentado por MicroChem Corp.), pintado de color ocre en la figura, con índice de refracción 1,58; también se ha fabricado una estructura solo con PMMA, pintado de color celeste en la figura. Ambos materiales (PMMA y LOR) carecen de color bajo luz visible (son totalmente transparentes). La capa de PMMA tiene un grosor de 87 nm y la de LOR de 130 nm; se han fabricado y estudiado pilares con 11 capas (5 periodos) y 15 capas (7 periodos).

La respuesta fotónica de los pilares multicapa de PMMA/LOR ha sido estudiada mediante simulaciones por ordenador (con el método de diferencias en el dominio del tiempo, FDTD). El espectro del color reflejado está picado a 480 nm (color azul) con un pico adicional a 590 nm (color amarillo) causado por la interfaz PMMA/Si (en el punto de apoyo del pilar); este segundo pico se minimiza si se apoyan los pilares en cuarzo.

Sin entrar en detalles del proceso de fabricación, estas micrografías al microscopio electrónico de barrido (SEM) muestran el resultado. Las medidas experimentales del espectro de luz reflejada en la región visible (400–700 nm) realizadas con un espectrómetro muestran que el espectro está picado a 430 nm, en lugar de los 480 nm predichos por las simulaciones numéricas. Se cree que está desviación de 50 nm en la luz azul se debe a variaciones en el grosor de las capas de PMMA/LOR durante el proceso de fabricación. De hecho, en los casos en los que la fabricación ha sido más exitosa se ha logrado picar el espectro más cerca de 480 nm.

Esta figura muestra la variación angular del espectro medido para luz incidente a un ángulo de 0º (arriba) y 30º (abajo) respecto a la dirección normal, para ángulos de medida entre −40° y 40° respecto a la dirección normal. Las figuras de la izquierda corresponde a la estructura PMMA/LRO y las de la derecha a la estructura PMMA (sin LRO). La intensidad reflejada se reduce a la mitad cuando el ángulo de visión supera los 16º respecto a la normal. A partir de ese ángulo el espectro se corre ligeramente hacia el rojo (unos 48 nm). La comparación entre la estructura PMMA/LRO y la estructura PMMA muestra la importancia de alternar ambos materiales.

En resumen, la biomimética y la nanofotónica, gracias a las nuevas técnicas de fabricación nanotecnológicas, permiten imitar a la Naturaleza hasta un grado que hace una década parecía casi inimaginable. La pintura de alas de mariposa Morpho es realmente asombrosa.

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Seguro que ya lo sabes, el nigeriano Enoch Opeyemi Oluwole no ha demostrado la hipótesis de Riemann. No lo ha hecho aunque lo diga el diario nigeriano Vanguard y lo repitan BBC World, The Telegraph, Independent, Daily Mail, La Vanguardia, o Quo, entre otros. Ya lo sabrás si has leído a The Aperiodical (Part 2), The Herald, CNN, Quartz, Gaussianos, El Confidencial, o MadrImasD, entre otros.

Quizás te preguntes, ¿qué ha demostrado Enoch? ¿Qué ha hecho este nigeriano para copar titulares por un día? Permíteme que te lo aclare (hasta donde yo puedo llegar, dado que no pude estar en Viena cuando anunció su trabajo).

Enoch ha impartido una charla en una conferencia (International Conference on Mathematics and Computer Science 2015, Viena, Austria) titulada “The Eigenvalues (Energy Levels) of the Riemann Zeta Function” [Abstract en el Libro de Actas en PDF] que presenta un método de optimización cuadrática para calcular un número finito de ceros de la función zeta de Riemann asumiendo que tienen la forma z = 1/2 + i t. Por tanto, asume la validez de la hipótesis de Riemann para proponer un método de cálculo de un número finito de ceros de la función de Riemann. ¿Así se puede desarrollar un método que permita demostrar la hipótesis de Riemann? Obviamente, no. Salvo que se use reducción al absurdo no se puede demostrar que algo es verdad asumiendo que es verdad.

Hay pocos detalles publicados, pero el resumen de su ponencia en Viena no deja lugar a dudas. Su nuevo trabajo se basa en su artículo de 2013 titulado “The Riemann zeta function and its extension into continuous optimization equation” publicado en el Elixir International Journal [PDF]. Puedes leerlo si quieres (las ecuaciones se ven fatal, pero si conoces el tema las reconocerás) y comprobar tú mismo que el paso de la ecuación (16) a la (17) asume la hipótesis de Riemann. Luego se usa la ecuación (17) para derivar la integral (31). Para calcular los ceros de la función de Riemann de la forma z = 1/2 + i t, basta minimizar la integral (31) en el parámetro t. El resultado es el problema de optimización cuadrática con restricciones (37), que se puede transformar en un problema de optimización sin restricciones usando un método de penalización.

¿Comprobar numéricamente la hipótesis de Riemann es suficiente para demostrarla? Obviamente, no lo es. Xavier Gourdon [PDF] la verificó para los primeros diez billones de ceros en 2004 (usando el algoritmo de Odlyzko–Schönhage). ¿El método numérico de Enoch es mejor? No, ni mucho menos. La optimización cuadrática de problemas con una matriz no definida positiva, como la que usa Enoch, son NP-duros. No hay algoritmos eficientes para su solución (se requiere que la matriz sea definida positiva). Por tanto, con los mejores métodos numéricos de optimización cuadrática con restricciones creo que su método permitirá calcular, como mucho, algunos millones de ceros (tras miles de horas de cómputo en un superordenador). Hasta donde yo sé, Enoch propone su método sin haber calculado ningún cero; si ha usado un ordenador personal habrá podido obtener algunos miles de ceros.

En su página web en Academia, Enoch recopila artículos con supuestas demostraciones publicados en las últimas décadas (por cierto, ninguna de ellas firmada por él); todas son bien conocidas por los aficionados a la hipótesis de Riemann y todas ellas son erróneas.

¿Por qué tanto revuelo? A todos nos gusta que un africano resuelva uno de los grandes problemas abiertos de la matemática actual y obtenga un premio de un millón de dólares. Pero, lo siento, este no es el caso.

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“Como amantes caprichosas, la mecánica cuántica y la relatividad pugnan por conseguir nuestra atención exclusiva, pero el universo las necesita a las dos. ¿Por qué? Muy sencillo: porque rigen nuestras vidas conjuntamente. [El] hombre ha recorrido un largo camino para la comprensión del cosmos. [Está] listo para emprender la búsqueda de la verdad última del universo y el todo. ¿Significa eso que la ciencia nunca dejará de hacer descubrimientos nuevos? La única respuesta que podemos dar hoy a esa pregunta es: nadie lo sabe. Aún.”

Los libros de las colecciones de RBA a veces tienen un título que confunde y un subtítulo que aclara el contenido. Arturo Quirantes Sierra, aka @elprofedefisica, “Espacio-tiempo cuántico. En busca de una teoría del todo,” Un paseo por el cosmos, Colecciones RBA (2015) [151 pp.], es un buen ejemplo. Si buscas un libro sobre la naturaleza del espacio, del tiempo, del espacio-tiempo clásico y del espacio-tiempo cuántico, lo siento, este no es tu libro. Mi buen amigo Arturo ha escrito un libro sobre la búsqueda de la teoría del todo. Por ejemplo, “espacio-tiempo” aparece por primera vez en la página 58 en su libro de 151 páginas.

La destreza como divulgador de Arturo está fuera de toda duda. Su blog “El profe de Física” es muy recomendable. Su estilo es riguroso, con tendencias hacia la ciencia ficción y con ciertas dosis de humor. No te defraudará el libro (salvo por el título). Como es amigo me permito criticarle. Yo esperaba un libro sobre la naturaleza del espacio-tiempo, desde las ideas filosóficas hasta las últimas ideas físicas. Un libro que discutiera los grandes problemas de la gravedad cuántica, la descripción cuántica del espacio-tiempo. Pero que no te engañen mis palabras, el libro está bastante bien y te lo recomiendo si quieres dar un paseo “en busca de una teoría del todo” (que no es poco).

El capítulo 1, “Las fuerzas del universo” [pp. 13-35] repasa la historia de la ciencia desde Aristóteles a Maxwell. Los aficionados a los libros de Colecciones RBA habrán leído esta historia decenas de veces escrita por multitud de autores. Arturo no ofrece nada nuevo en este tema tan trillado. Finaliza con “Hoy por hoy, todas las interacciones observadas en el universo pueden explicarse únicamente en virtud de cuatro tipos de fuerzas: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. Si encontrásemos una excepción, mañana tendríamos que postular la existencia de una quinta fuerza, pero por ahora no ha sido necesario” [pág. 34].

“Espacio y tiempo; grande y pequeño” [pp. 37-65], el capítulo 2, tiene un título prometedor, pero también decepciona un poco. Discute la “catástrofe ultravioleta” como origen de la mecánica cuántica y el “problema del éter” como origen de la relatividad especial. “La relatividad general y el tejido del espacio-tiempo” [pp. 58-65] se discuten con extrema brevedad. “Fue entonces cuando el propio concepto de tiempo y espacio como entidades separadas se desvaneció. En su lugar, apareció un espacio-tiempo de cuatro dimensiones como entidad única e inseparable” [pág. 58]. “Una concepción de espacio-tiempo no plano. Desde ese momento, la imagen newtoniana de la gravedad como una fuerza de atracción desaparece. Lo que hace realmente una masa gravitatoria, según la visión einsteniana, es curvar el espacio-tiempo a su alrededor” [pág. 64].

El libro se anima con el capítulo 3, “Una primera unificación: gravedad y electromagnetismo” [pp. 67-85]. “A comienzos de la década de 1910, Albert Einstein y [el físico teórico finlandés] Gunnar Nordström buscaban de forma independiente las ecuaciones de la relatividad general” [pág. 69]. David Hilbert, “Hermann Weyl y su intraducible gauge” nos llevan hacia “el asunto de las dimensiones enrolladas” [pág. 81]. “Entre otros motivos, el planteamiento de Nordström se demostró inviable porque este había utilizado la relatividad especial, de aplicación restringida. El mérito de intentarlo por vez primera en el nuevo marco teórico de la relatividad general correspondió al matemático alemán Theodor Kaluza” [pág. 81]. “Oskar Klein, un físico teórico sueco [se] convirtió en el complemento ideal para el matemático Kaluza” [pág. 82].

“La teoría de Kaluza-Klein, [con] una nueva dimensión espacial extra, [predice] la existencia de una partícula sin masa, sin carga y de espín cero que nunca había sido observada. Otro problema vino dado por el grado de compactificación de la dimensión extra. El tamaño de ese minúsculo bucle está relacionado con el valor de la carga eléctrica de las partículas y [ha] de ser idéntico para todo el espacio; algo incompatible con los principios de la relatividad general” [pág. 84].

El breve capítulo 4, “Relatividad y cuántica, ¿dos teorías incompatibles?” [pp. 87-99], nos presenta “el experimento EPR: la paradoja de Einstein, Podolski y Rosen” (por desgracia Arturo comete algunos errores conceptuales en su presentación). “Se ha de conservar la energía del sistema, pero hay otra cantidad que debe conservarse, llamada espín. [El] experimento de los fotones nos dice que esa información se transmite de algún modo mediante una ‘acción fantasma’ a una velocidad prácticamente infinita, lo que viola tanto la relatividad como el principio de localidad” [pág. 92]. “Dos partículas que han interactuado y comparten la misma función de onda (partículas entrelazadas) pueden comunicarse, aparentemente, más rápido que la luz. Como a esas velocidades superlumínicas no existe realmente transferencia de energía o de información, no se violan los principios de la relatividad general” [pág. 95]. Una pena. Gran parte del contenido entre las páginas 92 y 95 es incorrecto. Arturo comete errores de bulto, aunque se lean en muchos libros.

El título del libro “Espacio-tiempo cuántico” sugiere que versa del contenido del quinto y último capítulo, “Hacia la gravedad cuántica” [pp. 101-143]. En mi opinión, una versión de 150 páginas de este capítulo de 40 hubiera enriquecido mucho la colección “Un paseo por el cosmos” de RBA. Una oportunidad perdida. Este capítulo se inicia rotundo: “Cuando se habla de unificar la mecánica cuántica y la relatividad suele sobreentenderse que estamos hablando de la relatividad general” [pág. 103]. “En una teoría cuántica de campos el concepto de partícula deja paso al de campo” [pág. 106].

La cromodinámica cuántica da pie a un inciso sobre los nombres de los quarks. Muy divertido: “En definitiva, usando la terminología de Murray Gell-Mann y sus colegas, la naturaleza y todo lo que nos rodea está compuesta por diminutos requesones coloreados de seis sabores distintos, unidos entre sí con pegamento” [pág. 108]. Pero el capítulo 4 parece escrito con premura y contiene pequeñas erratas. Como cuando dice el “Higgs [fue] descubierto en el gran colisionador de hadrones del CERN en el año 2013″ [pág. 112].

“Más allá del modelo estándar: las teorías de gran unificación” [pp. 116-120], nos habla brevemente de las GUT, cuyo “nombre no es totalmente inocente. Guts significa tripas, pero en inglés norteamericano se le asigna también el significado de tener coraje o echarle agallas a algo. Cualquier intento de ir más allá del modelo estándar significa entrar en territorio desconocido, y para intentarlo, ciertamente hay que echarle… guts” [pág. 117]. Las GUT dan pie a “La teoría cuántica de bucles (LQG), ¿una teoría del todo?” [pp. 120-125], que “parte de una visión granular del espacio. [Se] basa en la idea de que el espacio tiene escalas mínimas de tamaño” [pág. 120].

Tras discutir la radiación de Hawking y la entropía de los agujeros negros en LQG, se pasa a “Enredados en la teoría de cuerdas” [pp. 125-129] sobre la teoría de cuerdas bosónicas. “El término ‘teoría del todo’ se abrevia en inglés como TOE (Theory of Everything). La expresión inglesa on your toes (literalmente, ‘de puntillas’) se usa para expresar un estado de alerta en el que se dedican todos los esfuerzos y energía a la consecución de una meta, algo así como ‘ponerse las pilas’. Resultaría divertido descubrir que lo que nos permite estar alerta y de puntillas sea… un conjunto de cuerdas” [pág. 128]. “Otra teoría más: la supersimetría o supercuerdas” [pp. 129-133] nos menciona la teoría M: “O bien nuestro universo tiene 11 dimensiones o, sencillamente, no funciona. [La] teoría M, como cualquier otra, debe ser capaz de efectuar predicciones o, al menos, ofrecer algún modo de verificación experimental. De otro modo se quedará en mera conjetura” [pág. 133].

Finaliza el libro de Arturo con “¿Hay ciencia después de un espacio-tiempo cuántico?” [pp. 134-143], con mención a la psicohistoria de Isaac Asimov, a la armonía matemática de los cielos de Johannes Kepler y las teoría de Kurt Gödel vía ‘Esta frase es falsa’. “¿Existe la posibilidad de que suceda algo así en física? O lo que es lo mismo, ¿hay algún problema físico que no pueda en principio ser resuelto mediante teorías y matemáticas? No lo sabemos” [pág. 141].

“Si algún día el ser humano alcanza la anhelada meta de la unificación de las leyes de la física y descubre la teoría del todo, tendrá a su disposición la herramienta definitiva para profundizar en el entendimiento del cosmos. Pero será tan solo una herramienta. Las respuestas a las grandes preguntas que tanto nos intrigan deberán provenir de otra fuente. Esa es tarea de filósofos, metafísicos y pensadores” [pág. 143].

En resumen, un buen libro sobre la búsqueda de una teoría del todo que seguro que disfrutarás si te atreves a zambullirte en sus páginas.

La entrada Reseña: “Espacio-tiempo cuántico” de Arturo Quirantes 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.

Como estrategia de camuflaje, algunos peces tienen estructuras microscópicas en las células de su piel que reflejan luz polarizada. Gracias a ello ‘desaparecen’ de la vista de sus depredadores en el océano especies de peces como Selene vomer y el jurel patudo. El descubrimiento podría ayudar a los investigadores de materiales a crear métodos más eficaces de camuflaje para barcos en el océano.

El artículo es Parrish C. Brady et al., “Open-ocean fish reveal an omnidirectional solution to camouflage in polarized environments,” Science 350: 965-969, 20 Nov 2015, doi: 10.1126/science.aad5284. El tema ya fue noticia, recomiendo los artículos de Parrish C. Brady et al., “Polaro–cryptic mirror of the lookdown as a biological model for open ocean camouflage,” PNAS 110: 9764-9769, 11 Jun 2013, doi: 10.1073/pnas.1222125110, y de T. M. Jordan, J. C. Partridge, N. W. Roberts, “Non-polarizing broadband multilayer reflectors in fish,” Nature Photonics 6: 759–763, 21 Oct 2012, doi: 10.1038/nphoton.2012.260 [PDF gratis].

Más información en “Descubren cómo algunos peces consiguen volverse ‘invisibles’ en el océano,” Europa Press, RTVE.es, 19 Nov 2015; “Un pez puede hacer invisible a la Marina de EEUU,” Vídeo, Ciencia, ABC, 20 Nov 2015. Noticias similares ya se publicaron hace algún tiempo: Javier Salas, “Los peces burlan las leyes de la física para salvar el pellejo,” Materia.es, 21 oct 2012; “Arenques y sardinas contra la polarización de la luz,” Agencia SINC, 22 Oct 2012; “Descubren en un pez una nueva forma de camuflaje en el océano,” Vista al Mar, 06 Jun 2013.

Los animales que viven en el fondo del mar pueden camuflarse como un camaleón imitando los colores de su entorno. Sin embargo, los peces en alta mar no pueden esconderse en ningún lugar. ¿Cómo se camuflan los peces que viven en el oceáno en aguas abiertas? Muchos peces, como los arenques y las sardinas, tienen una piel de color plateado o metálico. Los metales producen brillos intensos, algo conocido por todos los aficionados a la fotografía, y los depredadores acuáticos podrían detectar a los peces de color plateado gracias a estos brillos. Sobre todo porque la luz del Sol no está polarizada, pero bajo la superficie del agua tiende a polarizarse, lo que hace que estos brillos sean más intensos. El mecanismo que usan estos peces para camuflarse recuerda al que usan los fotógrafos para eliminar estos brillos, la llamada polarización cruzada. Los fotógrafos usan filtros polarizadores en los objetivos de sus cámaras para reducir los reflejos en los objetos fotografiados, pero un único filtro polarizador solo permite quitar los reflejos de superficies no metálicas. Para quitar los reflejos de una superficie metálica hay que usar dos filtros polarizadores. Uno se coloca en el objetivo de la cámara y el otro en el flash que ilumina la escena. Cuando el flash emite luz polarizada, se puede ajustar el filtro en la cámara para evitar dichos reflejos. Los peces como los arenques y las sardinas usan esta idea de la polarización cruzada para esconderse de sus depredadores. Así lo descubrieron en el año 2012 investigadores de la Universidad de Bristol, Gran Bretaña. Las células de la piel de estos peces están recubiertas de múltiples capas de cristales de guanina con alto índice de refracción que actúan como un filtro de polarización para la luz que reflejan a partir de la luz solar polarizada por el agua del mar. Gracias a las múltiples láminas de guanina en las células de su piel estos peces pueden reducir sus reflejos hacia el entorno y en especial los brillos metálicos de su piel. Sin importar el ángulo de incidencia de la luz, la piel de estos peces tiene una reflectividad casi constante en todas direcciones. Esta técnica de camuflaje de aranques y sardinas en alta mar les permite escapar a la visión de sus depredadores, como el delfín o el atún.

Este descubrimiento podría ayudar a camuflar barcos y submarinos en el océano. Los investigadores en materiales de camuflaje para navíos militares seguro que están interesados en este descubrimiento. ¿Se sabe si están financiando los militares este tipo de investigaciones? Así es, la Armada o la Marina de los Estados Unidos está financiando la investigación biológica en las técnicas de camuflaje de los peces, como muestra el nuevo estudio de investigadores de la Universidad de Texas, en Austin, EE.UU., publicado esta semana en la revista Science. El estudio de la Universid de Bristol se realizó en laboratorio, bajo condiciones controladas. Este nuevo estudio se ha realizado en el océano abierto, usando un equipo experimental subacuático para medir la polarización. Un grupo de buzos captura los peces en su hábitat y miden su color in situ. Se han obtenido más de 1500 mediciones videopolarimétricas de peces en diferentes condiciones de iluminación solar. En concreto se han estudiado el jurel plateado (Caranx sexfasciatus) y el pez jorobado (Selene vomer). Estos peces se camuflan muy bien bajo luz polarizada, en especial en los llamados “ángulos de persecución” que abarcan ángulos de 45 grados desde la cola, es decir, la dirección desde la que un depredador persegue a estos peces. Además, se han realizado medidas en laboratorio que confirman que estos peces se camuflan bajo la luz polarizada gracias a las láminas de guanina que tienen dentro de las células de su piel, que dispersan la luz polarizada de forma diferente dependiendo del ángulo. Este mecanismo podría inspirar el desarrollo de nuevos materiales de camuflaje para su uso en alta mar. Por ello estos sistemas de camuflaje de los peces son financiados por los militares que están interesados en cómo camuflar sus navíos.

En alta mar la fuente de luz es el Sol, cuya posición cambia durante el transcurso de un día. ¿Cómo afecta este cambio al camuflaje de los peces? El nuevo estudio liderado por la doctora en biología Molly E. Cummings de la Universidad de Texas, en Austin, realizado en alta mar ha estudiado a los peces en diferentes momentos del día. Gracias a ello se ha descubierto que los peces jorobados son capaces de manipular las propiedades polarización de la luz que refleja su piel para acercarse al valor óptimo en cada momento del día. Sin embargo, los detalles del mecanismo de control del grado de polarización y del ángulo de polarización de la luz reflejada en función de las condiciones ambientales que usan estos peces es todavía un misterio. La Dra. Cummings propone dos opciones en su artículo en Science para explicar el control del camuflaje óptico, la llamada polarocripsis, de los peces. La primera es que se trate de un proceso totalmente pasivo, en el que los diferentes elementos de la piel de los peces responden de forma automática al ángulo de la luz del Sol. Y la segunda opción es que se trate de un proceso activo en el que interviene el sistema nervioso central de estos peces. Los peces quizás cambien la orientación relativa de sus cuerpos con respecto al Sol o usen el control motor de sus músculos para estirar o encoger las células de su piel, como hacen los camaleones con las suyas para cambiar de color. Se requieren futuros estudios que aclaren este misterio. La evolución de las especies las dota de estrategias biológicas que les permiten sobrevivir en hábitats tan adversos como el mar abierto. Estas soluciones de la Naturaleza son fuente de inspiración para los ingenieros y científicos que estudian nuevos materiales.

Los peces usan la polarización de la luz para camuflarse en mar abierto. En la Naturaleza todas las estrategias de defensa suelen llevar aparejadas una estrategia de ataque. ¿Hay depredadores marinos capaces de ver luz polarizada? Todavía no sabemos si hay peces capaces de ver luz polarizada y procesarla con su sistema nervioso central. Una manera en la que un pez puede manipular de forma activa la reflexión de su piel es cambiando el ángulo con el que nada en función de la posición del Sol. Pero no se puede descartar que los ojos de estos peces sean sensibles a la luz polarizada y que respondan a ella en lugar de a la posición del Sol. Sin embargo, aún no hay pruebas de laboratorio que confirmen esta hipótesis de forma concluyente. El color de la piel de los animales es debido a unas células de su piel que tienen pigmentos en su interior capaces de reflejar la luz, llamados cromatóforos. Los peces marinos de piel plateada tienen en su piel cromatóforos que reflejan luz iridiscente, llamados iridóforos, o luz blanca metálica, llamados leucóforos. Los iridóforos son células con pigmentos que reflejan la luz usando láminas de esquemocromos cristalinos sintetizados a partir de guanina, una base nitrogenada. Los leucóforos usan otra base nitrogenada llamada purina. La guanina es una de las bases nitrogenadas que forman parte de los ácidos nucleicos, el ADN y el ARN, junto a la adenina, la citosina y la timina en el ADN o el uracilo en el ARN. De hecho, la adenina y la guanina del ADN son moléculas derivadas de la purina. Los peces estudiados en el nuevo trabajo publicado en Science por investigadores de la Universidad de Texas, en Austin, el jurel plateado y el pez jorobado, presentan iridóforos en su piel. Las láminas de guanina, llamadas esquemocromos, generan colores iridiscentes metálicos cuando son iluminadas con luz blanca debido a la difracción que sufren los rayos de luz al atravesar estas láminas que tienen forman rectangular. Alineadas en vertical producen una reflexión especular en la dirección vertical que les da su característico color plateado o metálico. Pero las láminas de guanina en el plano horizontal tiene sus ejes con una distribución de ángulos muy variada, lo que provoca una gran reflexión difusa a lo largo del eje horizontal. Gracias a ello en los “ángulos de persecución” la luz que refleja la piel de estos peces está despolarizada, lo que reduce los brillos metálicos y permite el camuflaje en aguas abiertas. Esta polarocripsis de los peces promete aplicaciones en ciencia de los materiales. La ingeniería biomimética se inspira en la Naturaleza para ofrecer soluciones prácticas a problemas muy difíciles, como el camuflaje de navíos en alta mar.

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Hoy, lunes 23 de noviembre, a las 19:00 h., no te pierdas la conferencia “El Genoma a través de los tiempos: el ADN de Cervantes” impartida por Antonio Alonso Alonso (Instituto Nacional de Toxicología y Ciencias Forenses de Madrid), en el Ámbito Cultural de El Corte Inglés C/ Hilera, Málaga.

Esta conferencia forma parte de la XIII Edición de Encuentros con la Ciencia, que se celebrará entre el 23 de noviembre de 2015 y el 19 de febrero de 2016. Organizados por Enrique Viguera, Ana Grande y José Lozano (Universidad de Málaga), Mariola Argibay (IES Cánovas del Castillo), Juan Carlos Aznar (IES Vega de Mijas) y Julia Toval (Sociedad Malagueña de Astronomía). Con gran número de patrocinadores, se inlucyen dos exposiciones y ocho conferencias.

Lunes 23 noviembre 19:00 h: El genoma a través de los tiempos: el ADN de Cervantes, Dr. Antonio Alonso Alonso, Instituto Nacional de Toxicología y Ciencias Forenses de Madrid. Página web con el anuncio.

“Se trata de una conferencia centrada en las aplicaciones forenses del ADN, en la que se han seleccionado algunos casos forenses relevantes en los que la tecnología del ADN ha sido una herramienta fundamental en su resolución. La historia de cada uno de los casos forenses dará paso a la ciencia del ADN que hay detrás relatada a un nivel divulgativo y nos introducirá en otras aplicaciones presentes y futuras de la tecnología del ADN forense en la investigación criminal y en la identificación de personas desaparecidas. De forma especial nos referiremos a las labores de investigación forense que se han llevado a cabo en el Convento de las Trinitarias para acreditar la localización de los restos mortales de Miguel de Cervantes e incluiremos una serie reflexiones de lo que nos podría aportar la genética forense del siglo XXI sobre algunos enigmas del escritor, tales como su origen familiar y biogeográfico, si pudiéramos recuperar su genoma de los restos óseos”.

Viernes 04 diciembre 2015, 19:30 h: Recetas matemáticas y fórmulas culinarias, Dra. Mercedes Siles Molina, Universidad de Málaga.

Lunes 21 diciembre 19:30 h: Del fondo del mar al planeta rojo. Un viaje lleno de luz, Dr. Javier Laserna Vázquez, Universidad de Málaga.

Lunes 11 enero 19:30 h: Sistemas CRISPR-Cas, una revolución biotecnológica con origen bacteriano, Dr. Francisco Juan Martínez Mojica, Universidad de Alicante.

Lunes 18 enero 19:30 h: Conviviendo con invasores, Dra. María Altamirano Jeschke, Universidad de Málaga.

Lunes 25 enero 19:30 h: El día de Regreso al Futuro: ¿se puede viajar en el tiempo? Dr. Miguel Ángel Sabadell, Editor Ciencia MUY Interesante.

Lunes 08 febrero 19:30 h: I left my heart in the Jurassic. La dinomanía hoy, Dr. José Luis Sanz, Universidad Autónoma de Madrid.

Viernes 19 febrero 19:30 h: El enemigo dentro. ¿Cómo reparan el ADN nuestras células?, Dr. Luis Blanco Dávila, Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (CSIC).

Exposiciones:

Inauguración viernes 04 diciembre 19:30 h: El sabor de las matemáticas.

Inauguración lunes 18 enero 19:00 h: El joven rostro de la Ciencia.

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Bernard Bigot, director general de ITER, el reactor de fusión experimental que se está construyendo en Cadarache, Francia, ha anunciado que la primera inyección de plasma (que marca el final de su construcción) se retrasará hasta 2025. Recuerda que el proyecto se inició en 2006 y se planificó la primera inyección de plasma para 2016, pero en 2010 se retrasó hasta 2019.

El gran problema es el coste. En 2006 se estimó un coste de 5.000 M€ (millones de euros), que en 2013 se recalculó en 15.000 M€. La Gran Recesión (la crisis económica entre 2008 y 2015) ha sido una losa terrible para el proyecto ITER. Ahora nadie quiere hablar de coste total (con seguridad superará los 20.000 M€). El 45% lo financia la Unión Europea, mientras que el resto se reparte entre China, India, Japón, Rusia, Corea del Sur y EE.UU., cada uno aportando un 9,16%.

Nos lo cuenta Daniel Clery, “ITER fusion project to take at least 6 years longer than planned,” Science Insider, 19 Nov 2015.

Te recuerdo que ITER es un reactor de fusión de tipo tokamak resultado de más de 60 años de investigación. Cuando esté construido será el mayor tokamak del mundo, con un volumen de 840 metros cúbicos en la cámara toroidal que contiene el plasma. En teoría producirá unos 500 MW de potencia con un factor de ganancia Q=10, es decir, con una entrada de energía de solo 50 MW. No será un prototipo de reactor de fusión comercial, sino que servirá para diseñar dicho prototipo, que se llamará DEMO.

La inyección de plasma no significa que se inyecte combustible fusionable. Primero habrá que aprender a usar la máquina para controlar la estabilidad del plasma, algo que puede costar varios años (al menos un lustro). ¿Cuándo se inyectará combustible por primera vez? Como pronto en 2030, salvo que se planifique una vía rápida para la fusión. La planificación detallada no se conocerá hasta junio de 2016. La clave, como siempre, el éxito de la ronda de financiación para 2017.

Todo parece indicar que la fusión nuclear comercial será cosa de la segunda mitad del siglo XXI. Una vía rápida hacia la fusión podría permitir que DEMO estuviera construido en 2040. Pero al ritmo actual no estará listo antes de 2050. Algunos expertos reclaman una vía ultrarrápida hacia la fusión, pero los gobiernos que financian ITER hacen oídos sordos a su petición.

Recomiendo leer mi post “Hacia un reactor de fusión comercial en 2030,” Naukas, 11 Jun 2012.

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