Frase célebre

"La investigación es el proceso de recorrer callejones para ver si tienen salida." 
(Marston Bates)

jueves, 16 de abril de 2015

Una pared inteligente para móviles y tabletas

La mayoría de nuestras oficinas y hogares están llenos de microondas (que no vemos y que son emitidas por el aparato de wifi o cualquier otra estación base) que esperamos que interaccionen con nuestros aparatos inalámbricos, tales como los móviles, los portátiles y las tabletas. Unas antenas sofisticadas que están dentro de esos dispositivos ayudan a capturar las ondas que rebotan múltiples veces por la estancia. A pesar de ello, a menudo la recepción es desigual en el mejor de los casos.
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Imagen de LTSTS (Own work) [CC BY-SA 3.0 or 
Public domain], via Wikimedia Commons

Para mejorar la recepción, Mathias Fink, Geoffroy Lerosey y sus compañeros del Instituto Langevin de París están tratando de optimizar el entorno. Utilizando ideas de la acústica de regresión temporal y de los moduladores espaciales de luz de la óptica, crearon paneles de metamateriales que se pueden adaptar y que enfocan las señales inalámbricas hacia un aparato, por ejemplo un móvil.

El prototipo de modulador espacial de microondas (SMM por sus siglas en inglés) tiene 102 píxeles de celda unitaria, cada uno con dos resonadores y un circuito de realimentación dirigido al móvil. Cuando una onda con una frecuencia resonante incide sobre un píxel, el resonador secundario ajusta el píxel para que refleje con un cambio de fase de 0 o π, dependiendo de cómo el móvil haya ajustado el circuito de realimentación.

Los investigadores llevaron a cabo sus pruebas con un SMM de 0,4 m2 montado sobre una pared en una oficina con un sistema de reverberación complejo. El SMM incrementaba la señal global que llega al móvil en más de un orden de magnitud, incluso cuando el SMM, la fuente y el teléfono se hallaban fuera de la visual de cada uno de los otros.

Cuando el SMM cambia las fases, las ondas se cancelan en el teléfono. Según Fink, una "pared inteligente" de este tipo no solo reduce la energía necesaria para las comunicaciones inalámbricas, sino que los SMM pueden modificar los frentes de onda de las microondas en el campo de la física fundamental.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/news/10.1063/PT.5.7116

miércoles, 1 de abril de 2015

Diseño de sonido para coches eléctricos

El interior de un vehículo eléctrico puede resultar extrañamente silencioso sin un motor de combustión, y al mismo tiempo ser molesto por los componentes de sonido de alta frecuencia, que no resultan familiares. Las opciones para introducir sonidos virtuales no tienen límites, pero como demuestran Soogab Lee y sus colegas de la Universidad Nacional de Seúl, la psicoacústica y la teoría musical de la armonía pueden ofrecer una guía.

Tanto la sonoridad como la agudeza, que está relacionada con la proporción de componentes de alta frecuencia, pueden afectar negativamente a la creación de una sensación agradable. Por otro lado, para aumentar la impresión dinámica, los investigadores querían que los sonidos estuvieran relacionados con la velocidad. Se ha comprobado que son más agradables los sonidos del motor armónicos, cuyas frecuencias se encuentran en proporciones simples; por ello, el equipo de Seúl se centró en tonos relacionados armónicamente con el componente de alta frecuencia dominante que se produce en el interior del coche durante la aceleración.

Los investigadores emplearon en sus estudios a 27 voluntarios, que evaluaron cinco combinaciones de tonos añadidos (disponibles aquí) teniendo en cuenta su impresión general y describiendo después los sonidos en términos de pares de atributos: agradable–desagradable, tranquilo–dinámico, suave–duro, ruidoso–silencioso, claro–sordo y lujoso–barato.

Dos de las cinco combinaciones tuvieron una puntuación más alta para los apartados de lujo y agradabilidad que el sonido base y fueron los que más gustaron en general. Para una de ellas, el tono original y los añadidos tenían una proporción de frecuencias de 5:3:1, similar a la de un clarinete. La otra combinación, con subarmónicos que estaban tres y cuatro octavas por debajo del original, se consideraba más dura y sonora, pero también más dinámica. Esta última combinación era la preferida de los doce voluntarios a los que les gustaban los coches deportivos.

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Coche eléctrico recargándose. [By Epattloamer (Own work) [CC BY-SA 3.0 or GFDL], via Wikimedia Commons]
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/1/10.1063/PT.3.2645

martes, 17 de marzo de 2015

Detectar uranio blindado sobre el terreno

El personal de seguridad utiliza diversos métodos para detectar materiales sospechosos, tales como explosivos o productos químicos peligrosos. Pero el uranio (especialmente la versión altamente enriquecida, apta para emplearse en armas nucleares) puede ser difícil de detectar, debido a que se puede blindar fácilmente mediante una cantidad relativamente pequeña de plomo, que absorbe las emisiones que revelan la presencia del material fisible.

Sin embargo, si se bombardea con neutrones un objeto sospechoso, aquellos pueden penetrar sin problemas el blindaje de plomo y producir suficientes neutrones de fisión y rayos gamma como para ser detectados. La única condición para operaciones sobre el terreno es que las fuentes de neutrones necesarias sean pequeñas y ligeras.

Aerial view LLNL
Vista aérea del Laboratio Nacional Lawrence Livermore.
[Foto de LLNL, Lawrence Livermore National Security, LLC,
and the Department of Energy (National Ignition Facility) 
[Public domain], via Wikimedia Commons]
Jennifer Ellsworth y un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL por sus siglas en inglés) han desarrollado un prototipo del tamaño de una maleta como fuente de neutrones. Y dicen que incluso se puede reducir al tamaño de una fiambrera (de 5 kg y 20 W), que podría ser transportado fácilmente para inspeccionar un artículo sospechoso.

Un punto clave del aparato es un conjunto de 40 puntas de iridio grabadas. Las puntas, con un radio de 100 nm, concentran el campo eléctrico que proviene de una fuente eléctrica compacta de entre 10 y 20 kV. El campo concentrado rompe e ioniza el deuterio gaseoso molecular cerca de las puntas. Incidiendo sobre un blanco de hidruro de titanio (formado con tritio) con una tensión de polarización de −100 kV, una corriente D+ pulsante de 120 nA en el prototipo genera brotes de 107 neutrones de 14 MeV, un flujo que es un orden de magnitud mayor de lo que se conseguía con las fuentes de neutrones mediante ionización de campo.

El prototipo ha producido corrientes D+ de hasta 500 nA, consumiendo menos de 10 W. El equipo del LLNL está reduciendo el tamaño y el peso del aparato, a medida que aumenta el rendimiento. Esto hará posible que el análisis de neutrones se pueda unir a los aparatos de rayos X portátiles en el terreno de la inspección de materiales no destructiva.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/1/10.1063/PT.3.2644

lunes, 2 de marzo de 2015

Las mejores noticias de física del 2014 (III/III)

(Este artículo es continuación de Las mejores noticias de física del 2014 (II/III). Te recomiendo que lo leas primero).

La amenaza de propagación del ébola
Cuando el virus del Ébola empezó a hacer estragos en el África Occidental y creció la preocupación de su posible propagación, los científicos comenzaron a investigar su transmisión. El físico Alessandro Vespignani (Universidad Northeastern de Boston, Massachussets) utilizó modelos informáticos para simular el movimiento de la gente a través del mundo y las formas en que la enfermedad podría propagarse. Su alarmante conclusión en agosto fue que, si no se hacía nada, decenas de miles de personas podrían infectarse en unos meses. Afortunadamente, se está haciendo mucho para combatir el brote; y según los datos, de momento el número de muertes se ha mantenido en algo más de 6000.


Premios Nobel
A pesar de no ganar el premio Nobel en su propio campo, a los físicos les fue bien en octubre. El premio de física lo ganaron dos ingenieros y un físico de materiales (uno de Estados Unidos y dos de Japón), por su trabajo en el desarrollo del led azul. Después del rápido invento de los ledes rojo y verde, se tardó casi veinte años en producir un led azul eficiente. Al día siguiente, dos físicos de Estados Unidos y uno de Alemania ganaron el premio de química por el desarrollo de la microscopía de fluorescencia de superresolución, lo que rebaja los límites de la microscopía óptica hasta la escala nanométrica.



Exploración espacial
Este otoño pasado, la exploración interplanetaria fue el centro de atención de las agencias espaciales mundiales. En octubre, la India colocó con éxito un pequeño satélite en la órbita de Marte, siendo solo la cuarta agencia espacial en hacerlo y de forma más económica que cualquiera de las otras misiones a Marte hasta la fecha.

En noviembre, la sonda espacial Rosetta de la Agencia Espacial Europea (ESA) lanzó su pequeño módulo Philae sobre la superficie del cometa 67P/Churiumov-Guerasimenko, pero su vida de funcionamiento se acortó cuando el módulo rebotó, saliéndose de la zona de aterrizaje planeada y cayendo en un cráter a la sombra. Sin poder usar sus paneles solares, la batería de repuesto se descargó, pero no antes de que el módulo llevara a cabo el 80-90% de su misión científica. Parte de esos datos llevaron a la conclusión de que el contenido isotópico de las moléculas de agua del cometa no coincidía con el de la Tierra. Así que se volvía a plantear la cuestión sobre el origen del agua de nuestro planeta.

Finalmente, en diciembre, la NASA lanzó un prototipo de Orión, su nueva nave espacial diseñada para llevar astronautas a una órbita terrestre baja y también más allá.
Rosetta's Philae on Comet 67P Churyumov-Gerasimenko
Representación de cómo se planeó el anclaje del módulo Philae al cometa.  
[Imagen original de DLR, CC-BY 3.0 [CC BY 3.0 de], via Wikimedia Commons]


Acelerador de sobremesa
En diciembre, científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley anunciaron un nuevo récord mundial para un acelerador de partículas compacto. El equipo utilizó un acelerador de plasma mediante láser para proporcionar a los electrones una energía de hasta 4,25 GeV. Aunque no es tan potente como el Gran Colisionador de Hadrones, el pequeño acelerador BELLA puede hacer en aproximadamente un metro lo que el CERN hace en 1000 metros. Se espera que esta nueva tecnología de aceleradores compactos marque un nuevo camino para futuras generaciones de colisionadores de partículas.

Y hasta aquí este resumen de noticias de física del 2014. Espero que el científico dentro de ti haya disfrutado.
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Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201501/stories.cfm

viernes, 20 de febrero de 2015

Las mejores noticias de física del 2014 (II/III)

(Este artículo es continuación de Las mejores noticias de física del 2014 (I/III). Te recomiendo que lo leas primero).

La física en las películas
El 2014 ha sido un gran año para la ciencia en las películas. En marzo, se estrenó la esperada continuación de la serie de televisión de Carl Sagan, Cosmos; y el público quedó encantado con este viaje al universo. También fue en marzo cuando se estrenó el documental Locos por las partículas, que ofrecía una mirada íntima a las vidas de los investigadores del CERN que buscaban el bosón de Higgs.

La vida de Stephen Hawking apareció en la película tan aclamada por la crítica La teoría del todo, así como la del matemático Alan Turning en la película The Imitation Game (Descifrando Enigma). Finalmente, tras años de desarrollo, la película Interstellar llegó a la gran pantalla. Está inspirada en las teorías de gravitación y relatividad del físico Kip Thorne y dejó al público con la boca abierta con su impresionante representación visual de los agujeros negros y la dilatación temporal.



El elemento 117
El ununseptio (nombre temporal del elemento 117) se pudo ver por un instante en Alemania en mayo. En el Centro para la Investigación de Iones Pesados GSI Helmholtz en Darmstadt, los científicos bombardearon un blanco de berkelio con átomos de calcio acelerados para crear este elemento artificial, de vida media muy corta. Esto supone una continuación de un experimento realizado en Rusia en el 2010, en el que se creó por primera vez el elemento, confirmando así su existencia y probablemente preparando el terreno para su inclusión oficial en la tabla periódica de los elementos.

Además, uno de los isótopos del lawrencio descubierto en el proceso tenía una vida media de casi once horas, lo que da cierta esperanza a los físicos de que los experimentos podrían estar acercándose a las orillas de la "Isla de Estabilidad" para elementos superpesados, cuya existencia se trata de una hipótesis aún no comprobada.



Agujero negro galáctico
En el 2012, los astrónomos descubrieron un misterioso objeto masivo que caía hacia el agujero negro gigante que se encuentra en el centro de la Vía Láctea. Predijeron que la órbita elíptica que describía le llevaría a su punto más cercano al agujero negro hacia la mitad del verano del 2014 y se prepararon para observar los "fuegos artificiales" que se producirían a medida que el objeto iba siendo destrozado. Pero más bien fue un chisporroteo.

Originalmente se pensó que era una nube de gas gigante, pero el objeto podría albergar en realidad una estrella grande en su centro, lo que habría mantenido la nube unida ante las enormes fuerzas gravitacionales. Basándose en su trayectoria, existe una posibilidad de que en unas pocas décadas la estrella hipotética pase a través del polvo y el gas que rodea el agujero negro; quizá entonces los científicos puedan contemplar el espectáculo que habían esperado.


Simulación de una nube de gas que pasa cerca del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia. [By ESO/S. Gillessen/MPE/Marc Schartmann/L. Calçada (ESO) [CC BY 4.0], via Wikimedia Commons]

Y no acaba aquí este resumen de noticias del 2014. Aún nos queda la tercera y última parte de este artículo. 
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Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201501/stories.cfm

martes, 10 de febrero de 2015

Las mejores noticias de física del 2014 (I/III)

Aquí os entrego un resumen de las noticias de física que más llamaron la atención durante el 2014. Tal vez no sean los avances o descubrimientos más importantes del año, pero fueron de las que más se habló.

Hito en la fusión
Físicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore anunciaron en febrero que habían alcanzado un hito importante: en la Instalación Nacional de Ignición (NIF por sus siglas en inglés), 192 pulsos de láser simultáneos bombardearon pequeñas bolas de hidrógeno y las reacciones de fusión resultantes emitieron ligeramente más energía de la que se absorbió inicialmente. Se trata, así, de un primer paso clave en la fusión de confinamiento inercial.

No obstante, todavía queda mucho camino por recorrer antes de que la máquina produzca una ganancia neta de energía, ya que las bolitas de hidrógeno solo eran capaces de absorber una pequeña fracción de la energía del láser.



BICEP2
En marzo, el equipo científico responsable del telescopio BICEP2 en el Polo Sur anunció que habían visto la primera evidencia de polarización de modo B en la radiación de fondo de microondas cósmicas (CMB por sus siglas en inglés). En ese momento, se pensó que era evidencia irrefutable de las ondas gravitacionales que quedaron tras un periodo de rápida inflación en el comienzo del universo. Sin embargo, poco después del anuncio, empezaron a surgir dudas sobre los datos y sobre si el equipo había descartado sin lugar a dudas el efecto del polvo cósmico.

En el artículo que publicaron en junio, el equipo reconocía que el polvo podría haber afectado las observaciones, pero que de todas formas creían que la señal de la onda gravitacional era real. En septiembre, un nuevo informe del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea reforzó las dudas sobre los resultados iniciales, pero los dos equipos continúan trabajando juntos para resolver las discrepancias.

Por otro lado, independientemente de la investigación del BICEP2, el equipo del Planck anunció que habían acabado de procesar los datos que el satélite había tomado durante cuatro años y habían creado el mapa de la CMB más detallado hasta la fecha.

History of the Universe
Historia del universo, donde pueden verse las ondas gravitacionales.
Imagen original de Yinweichen (Own work) [CC BY-SA 3.0 
(http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons.


Neutrinos intergalácticos
En el 2013, el detector de neutrinos IceCube situado en el Polo Sur observó neutrinos altamente energéticos adicionales, lo cual supone una prueba más de que esos neutrinos provenían de fuera de nuestra galaxia. En abril se anunció un nuevo suceso, al que se le llamó "Big Bird" ("Pájaro Grande"), más energético que los denominados "Bert" y "Ernie", los anteriores campeones. Sin embargo, con algo más de dos petaelectronvoltios (el doble que los valores máximos previos), no es ni un orden de magnitud mayor, por lo que los investigadores piensan que podríamos estar cerca del límite superior para las energías de los neutrinos cósmicos.

De momento, lo dejamos aquí; pero aún hay más noticias que podrás leer en la segunda parte de este artículo.
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Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201501/stories.cfm

sábado, 31 de enero de 2015

Premio Nobel de Química 2014

Los galardonados de este año son Eric Betzig (Instituto Médico Howard Hughes), Stefan W. Hell (Instituto Max Planck de Química Biofísica) y William E. Moerner (Universidad Stanford) por su contribución al desarrollo de la microscopía de fluorescencia de superresolución.

El premio Nobel de química de este año gira en torno a cómo el microscopio óptico se convirtió en un nanoscopio, premiando dos técnicas similares pero diferentes que han sido capaces de superar el límite de Abbe.

Descrito por primera vez en 1873, el límite de Abbe dice que un microscopio no puede distinguir objetos más pequeños que aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz usada, que es unos 200 nanómetros para la luz visible. Sin embargo, los mejores microscopios que ahora utilizan los métodos que han ganado el premio Nobel tienen una resolución por debajo de 10 nm.

Hell desarrolló en el año 2000 la microscopía STED (Stimulated Emission Depletion o de reducción por emisión estimulada), que usa dos láseres concéntricos para obtener la imagen de una célula. El láser central excita moléculas fluorescentes de la muestra, mientras que el láser exterior elimina cualquier otra fluorescencia. El detector barre continuamente la muestra, registrando el brillo fluorescente y creando así una imagen con una resolución mayor de 200 nm.

STED microscopy image of Vimentin with 25nm resolution
Imagen que muestra el aumento de resolución entre la microscopía óptica y la STED. [Foto original de Fabian Göttfert, Christian Wurm [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons]
Como dice Hell, la microscopía óptica es muy importante para las ciencias de la vida porque el uso de la luz es la única forma que nos permite ver las cosas vivas; sin embargo, la resolución de la microscopía óptica está intrínsecamente limitada. Gracias a estos nuevos métodos, se ha superado ese límite. Se pueden ver detalles a una resolución espacial mucho mayor, y esto permite desvelar el funcionamiento de las células a una escala de nanómetros, que es la escala molecular.

Aunque Betzig y Moerner nunca colaboraron directamente, su trabajo contribuyó decisivamente a poner las bases para la microscopía STED.

Después de que Moerner fuera capaz de detectar una sola molécula fluorescente en 1989, a Betzig se le ocurrió la idea de superponer imágenes de moléculas individuales para crear una imagen completa. El proceso que resumió en un artículo de 1995 describía cómo proyectaba luz de diferentes longitudes de onda sobre una célula para que brillaran distintas moléculas y luego anotaba dónde aparecían los puntos de luz. De este modo, cuando se combinaban todas las imágenes, los puntos formaban un contorno coherente.

No obstante, para obtener una imagen coherente, se necesitarían muchos colores diferentes de moléculas únicas, demasiados para que fuera práctico. Así que realmente no fue hasta 2005, cuando Betzig encontró una proteína específica identificada por Moerner, que la técnica se pudo utilizar. La proteína de Moerner brillaba brevemente y después —de ahí su importancia— se apagaba sola. Una célula con esta proteína se podía iluminar múltiples veces con un láser y cada vez brillaría un conjunto diferente de proteínas, lo que proporcionaría a Betzig la constelación de puntos brillantes que necesitaba para crear una imagen coherente.

Los microscopios electrónicos son capaces desde hace tiempo de obtener la imagen de objetos menores de 200 nm, pero esa técnica daña enormemente la muestra. Por otro lado, no puede observar cosas vivas y los electrones no pueden penetrar mucho dentro de las células. Con la fluorescencia, se puede observar, por ejemplo, la E. coli a superresolución sin tener que matarla, cortarla y someterla a radiación intensa y ultravacío.

¡Felicidades a los tres premiados!
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Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201411/nobel.cfm
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