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martes, 16 de diciembre de 2014

Los átomos también hacen sombra


Una unidad de materia tan pequeña como el átomo también tiene sombra, y por primera vez un grupo de científicos ha conseguido fotografiarla usando un microscopio de alta resolución. El hallazgo se publica en la revista Nature Communications y tendrá importantes implicaciones en la física atómica, la computación cuántica y la biomicroscopía.

"No se puede ver nada más pequeño que un átomo utilizando la luz visible", ha explicado Dave Kielpinski, uno de los autores, de la Universidad de Griffith (Australia). Para conseguir fotografiar su sombra, los investigadores aislaron átomos de Iterbio en una cámara libre de fuerzas eléctricas que fueron expuestos a frecuencias específicas de luz. La sombra del átomo se enviaba a un detector y la imagen se captó gracias a una cámara digital acoplada a un microscopio de súper alta resolución. La precisión de este proceso es casi inimaginable. "Si cambiamos la frecuencia de la luz que brilla en el átomo en solo una parte por millón, la imagen ya no puede ser vista", ha indicado Kielpinski.


Más allá de la anécdota, el hallazgo tendrá aplicaciones en numerosos campos científicos. "Estos experimentos nos van a ayudar a confirmar muchas teorías de física atómica y también será útil en computación cuántica", ha afirmado Erik Streed, otro de los autores. La biología también se verá beneficiada, ya que se podrán medir muestras muy frágiles como el ADN, sensible a las radiaciones infrarrojas y ultravioletas. "Podremos predecir la cantidad de luz necesaria para observar procesos en las células sin llegar a destruirlas", ha explicado el investigador.

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¿Es posible transferir información del pasado al futuro?




Aún está muy lejano el día en el que, emulando al famoso `Doc´ de la película Regreso al futuro, construyamos un vehículo que nos permita movernos a lo largo del tiempo. Sin embargo, los avances de la física cuántica nos acercan vertiginosamente a un mundo en el que lo que se ve no es lo que parece y en el que la ficción se convierte en realidad. Ahora, un grupo internacional de científicos en el que participa el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha propuesto un experimento para permitir la transferencia de información entre pasado y futuro, aprovechándose de las propiedades del vacío cuántico.

El llamado vacío cuántico es un estado de baja energía en el que no se encuentran partículas físicas tal y como las entendemos, pero que está lleno de ondas electromagnéticas fluctuantes y de partículas virtuales. El vacío se puede cargar de energía y la relación entre las partículas y el vacío es similar a la relación entre las ondas del sonido y la materia por la que se propagan. "Gracias a estas fluctuaciones, es posible hacer que el vacío esté entrelazado en el tiempo; es decir, el vacío que hay ahora y el que habrá en un instante de tiempo posterior, presentan fuertes correlaciones cuánticas", ha afirmado Borja Peropadre, del Instituto de Física Fundamental del CSIC.

En su trabajo, que se publica en la revista Physical Review Letters, los científicos han aprovechado estas correlaciones cuánticas utilizando la tecnología de circuitos superconductores. "Los circuitos superconductores permiten reproducir la interacción entre materia y radiación, pero con un grado de control asombroso. No sólo permiten controlar la intensidad de la interacción entre átomos y luz, sino también el tiempo que dura la misma. Gracias a ello, hemos podido amplificar efectos cuánticos que, de otra forma, serían imposibles de detectar", ha explicado Carlos Sabín, director del estudio.
De este modo, haciendo interaccionar fuertemente dos átomos P (pasado) y F (futuro) con el vacío de un campo cuántico en distintos instantes de tiempo, los científicos han encontrado que P y F acaban fuertemente entrelazados. "Es importante señalar que no sólo es que los átomos no hayan interaccionado entre ellos, sino que en un mundo clásico, ni siquiera sabrían de su existencia mutua", comentan los investigadores.


Esta conexión a través del tiempo se podría emplear en el futuro como memoria cuántica. "Codificando el estado de un átomo P en el vacío de un campo cuántico, podremos recuperarlo pasado un tiempo, en el átomo F. Esa información de P, que está siendo ?memorizada' por el vacío, será transferida después al átomo F sin pérdida de información", ha concluido Peropadre.

El siglo de la relatividad olvidado por el Nobel


El siglo de la relatividad. Olvidados por el Nobel
En 1974 la Fundación Nobel decidió abrir 
En 1974 la Fundación Nobel decidió abrir algunos de sus archivos. Así supimos que Einstein fue nominado 62 veces en 12 años. Y no ha sido el que más nominaciones ha recibido. Arnold Sommerfeld, otro de los padres de la teoría cuántica, fue nominado 81 veces, pero nunca consiguió la preciada medalla. "La historia de la ciencia moderna podría ser escrita sin mirar más allá de los nombres de los premios Nobel de física, química y medicina", escribió un periodista en 1911. Nada más lejos de la realidad. Al menos en física.

Un comité caprichoso

Dejando a un lado que en sus primeras décadas el Comité Nobel decidió que la investigación teórica no merecía tanto crédito como la experimental, para ganar el Nobel es necesario trabajar en áreas que él considere importantes. Por ejemplo, durante el eclipse de Sol de noviembre de 1919 el astrofísico Arthur Eddington confirmó una de las predicciones más asombrosas de la relatividad general: la masa de los cuerpos curva el espacio y ése es el significado de la gravedad. Así se daba el espaldarazo a la segunda teoría más importante de la historia de la física. Cualquiera hubiera apostado por Einstein en los Nobel de 1920, pero no se le concedió. El premio recayó en Charles-Edouard Guillaume por descubrir una aleación de níquel y acero que se mantenía casi inalterada a pesar de que hubiera cambios en su entorno. Aunque este descubrimiento fue decisivo para construir instrumentos que midiesen con altísima precisión, la elección no podía ser más errada.

Einstein, caído en desgracia

Y al año siguiente fue peor. Quien informó a la Academia de Ciencias sueca del trabajo de Einstein sobre la relatividad fue Allvar Gullstrand, un profesor de óptica de la Universidad de Uppsala. No entendió nada, pero se vio en la obligación de negar el premio al alemán. La Academia conocía el error cometido, pero decidió no otorgarle el premio. Fue al año siguiente, con la incorporación del profesor de física Carl Wilhelm Oseen, cuando se le concedió con carácter retroactivo. Pero Ossen no se creía la relatividad y quería dar un tirón de orejas al genio. Al final Einstein recibió el Nobel por su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico, algo menor comparado con la relatividad. Los premios de los últimos 20 años han sido otorgados, casi exclusivamente, a investigaciones sobre física atómica y nuclear y física de partículas. Incluso los dos dados a temas de astrofísica son engañosos, pues tratan de procesos nucleares. Y es que algunas ramas de la física, como la biofísica o la acústica, están desterradas de la gloria del Nobel. Al menos a los geofísicos les queda el consuelo del premio Crafoord, que también se entrega en la Academia de Ciencias sueca. En 2002, este galardón recayó en el geofísico Dan P. Makenzie, el padre de la Tectónica de Placas, la teoría central de la geología moderna. El Nobel de física de ese año fue a parar, sin embargo, a la astrofísica de partículas y de altas energías, la detección de neutrinos y fuentes cósmicas de rayos X. La diferencia entre ambas contribuciones es abismal, pero estudiar nuestro planeta no parece ser motivo de reconocimiento para el Comité Nobel.

Olvidados por todos

La biofísica es otra rama olvidada. Uno de los proyectos más atractivos, que trata de elucidar el origen de la vida, se centra en la construcción de una nanoprotocélula artificial que sea capaz de evolucionar bajo condiciones controladas. En él participan muchos científicos de diversos países -en España destaca el físico Ricard Solé, de la Universidad Pompeu Fabra-, pero viendo la trayectoria de los Nobel es dudoso que sea premiado. Algo parecido ocurre en los medios de comunicación. Nunca aparece la parte de la física dedicada a medir las constantes universales o a determinar los patrones de medida. Y eso que nuestro conocimiento del mundo depende de ellos. También uno de los aspectos de la física menos conocido es el que involucra a la definición de las unidades de medida. Por ejemplo, mientras que definir un metro es fácil -la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299.792.458 segundos-, no ocurre lo mismo con el kilogramo. El modelo es un prototipo de platino e iridio guardado en una cámara especial de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas. La cosa es tan compleja que como su peso aumenta una parte en mil millones cada año debido a la suciedad que se acumula en su superficie, el Comité Internacional de Pesos y Medidas ha declarado que el valor patrón es el que se obtiene al pesar el cilindro justo después de ser limpiado siguiendo un determinado protocolo. Otra de las investigaciones poco conocidas se refiere a los relojes atómicos. A finales de la década de los 90 los mejores sólo retrasaban un segundo en 300.000 años. En 2004, los británicos del Laboratorio Nacional de Física anunciaron el desarrollo de otro 300 veces más exacto, algo fundamental, por ejemplo, para mejorar la resolución espacial del sistema de posicionamiento global de los satélites.


Fuente: http://www.muyinteresante.es/ciencia/articulo/el-siglo-de-la-relatividad-olvidados-por-el-nobel

¿Puede fotografiarse un átomo?


molcula-pentaceno
La respuesta es sí. En 2009, a través de un Microscopio de Fuerzas Atómicas (AFM), científicos del laboratorio de IBM en Zúrich (Suiza) lograron visualizar por primera vez los átomos que forman una molécula. En Kharkov, Ucrania, se fue un paso más allá y se consiguió ver directamente la estructura de un solo átomo, comprobando muchos supuestos de la física cuántica.


La fotografía de una molécula de pentaceno (C22H14), publicada en la revista Science, en agosto de 2009, constituyó todo un hito para la Física y la Química. Gracias al AFM sito en Zurich, se pudieron observar los átomos de los cinco anillos de benceno que componían la molécula en concreto. La elección precisa del pentaceno respondía a su consideración de materia susceptible de ser utilizada en nuevos semiconductores orgánicos. El logro supuso un claro avance en la investigación en nanotecnología y el desarrollo de la electrónica molecular.

Casi de forma simultánea, investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Kharkov, en Ucrania, tomaban una fotografía de un átomo de carbono. En ella se podía apreciar la nube de electrones que conforman su estructura. Se trataba de la primera vez que se conseguía ver directamente la estructura de un átomo con semejante detalle. Con ello, además, se confirmaban no sólo las predicciones de la física cuántica sino también la corrección de la forma en que se venían representando los átomos desde los años 80. Según se comprobó, el átomo, más que un punto, es una nube de electrones de carga negativa que orbitan alrededor del núcleo, de carga positiva y compuesto por protones y neutrones.

Albert Einstein

Albert Einstein sigue siendo una figura mítica de nuestro tiempo; más, incluso, de lo que llegó a serlo en vida, si se tiene en cuenta que su imagen, en condición de póster y exhibiendo un insólito gesto de burla, se ha visto elevada a la dignidad de icono doméstico, junto a los ídolos de la canción y los astros de Hollywood.

Sin embargo, no son su genio científico ni su talla humana los que mejor lo explican como mito, sino, quizás, el cúmulo de paradojas que encierra su propia biografía, acentuadas con la perspectiva histórica. Al Einstein campeón del pacifismo se le recuerda aún como al «padre de la bomba»; y todavía es corriente que se le atribuya la demostración del principio de que «todo es relativo» a él, que luchó encarnizadamente contra la posibilidad de que conocer la realidad significara jugar con ella a la gallina ciega.

Albert Einstein nació en la ciudad bávara de Ulm el 14 de marzo de 1879. Fue el hijo primogénito de Hermann Einstein y de Pauline Koch, judíos ambos, cuyas familias procedían de Suabia. Al siguiente año se trasladaron a Munich, en donde el padre se estableció, junto con su hermano Jakob, como comerciante en las novedades electrotécnicas de la época.


El pequeño Albert fue un niño quieto y ensimismado, que tuvo un desarrollo intelectual lento. El propio Einstein atribuyó a esa lentitud el hecho de haber sido la única persona que elaborase una teoría como la de la relatividad: «un adulto normal no se inquieta por los problemas que plantean el espacio y el tiempo, pues considera que todo lo que hay que saber al respecto lo conoce ya desde su primera infancia. Yo, por el contrario, he tenido un desarrollo tan lento que no he empezado a plantearme preguntas sobre el espacio y el tiempo hasta que he sido mayor».

Albert Einstein en 1947
En 1894, las dificultades económicas hicieron que la familia (aumentada desde 1881, por el nacimiento de una hija, Maya) se trasladara a Milán; Einstein permaneció en Munich para terminar sus estudios secundarios, reuniéndose con sus padres al año siguiente. En el otoño de 1896, inició sus estudios superiores en la Eidgenossische Technische Hochschule de Zurich, en donde fue alumno del matemático Hermann Minkowski, quien posteriormente generalizó el formalismo cuatridimensional introducido por las teorías de su antiguo alumno. El 23 de junio de 1902, empezó a prestar sus servicios en la Oficina Confederal de la Propiedad Intelectual de Berna, donde trabajó hasta 1909. En 1903, contrajo matrimonio con Mileva Maric, antigua compañera de estudios en Zurich, con quien tuvo dos hijos: Hans Albert y Eduard, nacidos respectivamente en 1904 y en 1910. En 1919 se divorciaron, y Einstein se casó de nuevo con su prima Elsa.


Durante 1905, publicó cinco trabajos en los Annalen der Physik: el primero de ellos le valió el grado de doctor por la Universidad de Zurich, y los cuatro restantes acabaron por imponer un cambio radical en la imagen que la ciencia ofrece del universo. De éstos, el primero proporcionaba una explicación teórica, en términos estadísticos, del movimiento browniano, y el segundo daba una interpretación del efecto fotoeléctrico basada en la hipótesis de que la luz está integrada por cuantos individuales, más tarde denominados fotones; los dos trabajos restantes sentaban las bases de la teoría restringida de la relatividad, estableciendo la equivalencia entre la energía E de una cierta cantidad de materia y su masa m, en términos de la famosa ecuación E = mc², donde c es la velocidad de la luz, que se supone constante.

Einstein con Elsa, su segunda esposa
El esfuerzo de Einstein lo situó inmediatamente entre los más eminentes de los físicos europeos, pero el reconocimiento público del verdadero alcance de sus teorías tardó en llegar; el Premio Nobel de Física, que se le concedió en 1921 lo fue exclusivamente «por sus trabajos sobre el movimiento browniano y su interpretación del efecto fotoeléctrico». En 1909, inició su carrera de docente universitario en Zurich, pasando luego a Praga y regresando de nuevo a Zurich en 1912 para ser profesor del Politécnico, en donde había realizado sus estudios. En 1914 pasó a Berlín como miembro de la Academia de Ciencias prusiana. El estallido de la Primera Guerra Mundial le forzó a separarse de su familia, por entonces de vacaciones en Suiza y que ya no volvió a reunirse con él.

Contra el sentir generalizado de la comunidad académica berlinesa, Einstein se manifestó por entonces abiertamente antibelicista, influido en sus actitudes por las doctrinas pacifistas de Romain Rolland. En el plano científico, su actividad se centró, entre 1914 y 1916, en el perfeccionamiento de la teoría general de la relatividad, basada en el postulado de que la gravedad no es una fuerza sino un campo creado por la presencia de una masa en el continuo espacio-tiempo. La confirmación de sus previsiones llegó en 1919, al fotografiarse el eclipse solar del 29 de mayo; The Times lo presentó como el nuevo Newton y su fama internacional creció, forzándole a multiplicar sus conferencias de divulgación por todo el mundo y popularizando su imagen de viajero de la tercera clase de ferrocarril, con un estuche de violín bajo el brazo.

Durante la siguiente década, Einstein concentró sus esfuerzos en hallar una relación matemática entre el electromagnetismo y la atracción gravitatoria, empeñado en avanzar hacia el que, para él, debía ser el objetivo último de la física: descubrir las leyes comunes que, supuestamente, habían de regir el comportamiento de todos los objetos del universo, desde las partículas subatómicas hasta los cuerpos estelares. Tal investigación, que ocupó el resto de su vida, resultó infructuosa y acabó por acarrearle el extrañamiento respecto del resto de la comunidad científica

Einstein tocando el violín, una de sus aficiones favoritas
A partir de 1933, con el acceso de Hitler al poder, su soledad se vio agravada por la necesidad de renunciar a la ciudadanía alemana y trasladarse a Estados Unidos, en donde pasó los últimos veinticinco años de su vida en el Instituto de Estudios Superiores de Princeton, ciudad en la que murió el 18 de abril de 1955.

Einstein dijo una vez que la política poseía un valor pasajero, mientras que una ecuación valía para toda la eternidad. En los últimos años de su vida, la amargura por no hallar la fórmula que revelase el secreto de la unidad del mundo hubo de acentuarse por la necesidad en que se sintió de intervenir dramáticamente en la esfera de lo político. En 1939, a instancias de los físicos Leo Szilard y Paul Wigner, y convencido de la posibilidad de que los alemanes estuvieran en condiciones de fabricar una bomba atómica, se dirigió al presidente Roosevelt instándole a emprender un programa de investigación sobre la energía atómica.

Luego de las explosiones de Hiroshima y Nagasaki, se unió a los científicos que buscaban la manera de impedir el uso futuro de la bomba y propuso la formación de un gobierno mundial a partir del embrión constituido por las Naciones Unidas. Pero sus propuestas en pro de que la humanidad evitara las amenazas de destrucción individual y colectiva, formuladas en nombre de una singular amalgama de ciencia, religión y socialismo, recibieron de los políticos un rechazo comparable a las críticas respetuosas que suscitaron entre los científicos sus sucesivas versiones de la idea de un campo unificado.

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