Frase célebre

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

miércoles, 22 de julio de 2015

Levitación mediante el sonido

Si hacemos rebotar una onda de sonido en un espejo acústico, la superposición de las ondas original y reflejada pueden dar lugar a una onda de presión estacionaria. Una partícula localizada en ese campo de presión sentirá una fuerza que la lleva a una posición de equilibrio estable. De hecho, una onda acústica estacionaria con suficiente amplitud puede incluso suspender una partícula en contra de la acción de la gravedad.
Onda estacionaria (en negro) frente a ondas que se desplazan (en rojo y azul).
Numerosos investigadores han utilizado aparatos acústicos de este tipo para estudiar el comportamiento de gotas líquidas sin las complicaciones de un recipiente contenedor. El problema con los aparatos convencionales es que la separación entre el generador de ondas y el reflector debe estar sintonizada de forma resonante para obtener una onda estacionaria.

Ahora Marco Andrade (Instituto de Física de la Universidad de São Paulo, Brasil) y sus compañeros han mostrado un aparato que puede hacer levitar partículas (y manipularlas) sin la necesidad de un ajuste fino. Su invento está basado en una propuesta de hace décadas de Charles Rey. Consiste en un transductor cilíndrico de 10 mm de diámetro que genera el sonido, y un reflector cóncavo algo más grande.

Acoustic levitation

Para el caso de geometría coaxial que aparece a la izquierda de la representación gráfica, las bolas atrapadas permanecen a una distancia fija del espejo, incluso cuando la separación entre el transductor y el espejo varía de 50 mm a 100 mm. Además, cuando se desalinean los ejes del transductor y el espejo (como aparece en la representación de la derecha), las bolas ajustan sus posiciones permaneciendo confinadas todo el tiempo.
_____
Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/3/10.1063/PT.3.2712

jueves, 9 de julio de 2015

¿Cómo se formaron las galaxias enanas?

Las galaxias enanas esferoidales son pequeñas y antiguas, y contienen una proporción de materia oscura mayor que galaxias más grandes o los cúmulos globulares, que también son pequeños y antiguos. Como son poco brillantes, las galaxias enanas esferoidales que se pueden estudiar son solo las que rodean la Vía Láctea y la cercana galaxia de Andrómeda.

A pesar de sus peculiaridades, las enanas esferoidales son bastante similares al entorno galáctico en el que se hallan, de modo que es posible que se empezaran a formar al mismo tiempo. Aunque esta suposición deja en el aire algunos aspectos. Por ejemplo, alrededor del 60% de las enanas esferoidales de Andrómeda ocupan aproximadamente un halo esférico en torno a la galaxia; y el resto ocupa una delgada región con forma de torta que abarca el plano galáctico de Andrómeda. Una distribución de este tipo es difícil de producir si todas las enanas empezaron a formarse con la galaxia anfitriona cuando colapsó por primera vez.

Pegasus dSph
Enana esferoidal Pegaso, galaxia satélite de
Andrómeda. [Imagen original de la NASA 
(http://apod.nasa.gov/apod/ap990122.html) 
[Public domain], via Wikimedia Commons]
Una posible alternativa supone que las enanas del plano galáctico se formaron después de las otras, a partir del material que se esparció por el sistema cuando Andrómeda se fusionó con otra galaxia. Para arrojar algo de luz sobre el misterio, Michelle Collins (Universidad Yale) y sus colaboradores han utilizado el instrumento DEIMOS del telescopio Keck II para observar dos de las enanas esferoidales que se hallan en el plano galáctico de Andrómeda. Después de determinar la composición química y otras propiedades de las enanas, los investigadores las compararon con otras observaciones que existen de 12 enanas esferoidales del plano galáctico y 17 del halo esférico, todas en la galaxia de Andrómeda.

Tras la comparación, no encontraron diferencias apreciables entre los dos tipos de enanas esferoidales, lo que sugiere que todas ellas se formaron al mismo tiempo y del mismo material. Con el marco cosmológico actual, no es fácil explicar una distribución tan claramente bimodal. Pero eso es lo bueno de la astronomía: siempre hay algo nuevo que explicar mejor.
_____
Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/3/10.1063/PT.3.2710

viernes, 26 de junio de 2015

Un hidrogel que se comporta como el cartílago

En el campo de la bioingeniería, los hidrogeles son considerados como materiales multiuso. Consisten en redes de polímeros hidrófilos entrelazados y suelen ser blandos, biocompatibles y muy absorbentes. Se pueden utilizar como cápsulas para la aplicación controlada de fármacos, como películas delgadas en las lentes de contacto e incluso como sensores en los alcoholímetros.

En la ingeniería de tejidos (o medicina regenerativa), los hidrogeles se usan a menudo como soportes para las células que van a reemplazar los tejidos. Ahora Takuzo Aida, Yasuhiro Ishida (ambos del instituto de investigación RIKEN de Japón) y Takayoshi Sasaki (Instituto Nacional de Ciencias de Materiales de Japón) y sus equipos de investigadores han diseñado un hidrogel que puede hacer las funciones del tejido mismo.
Elbow joint - deep dissection (anterior view, human cadaver)
Vista del cartílago articular (articular cartilage) de la articulación
del codo. [Imagen original de Anatomist90 (Own work) 
[CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons]

El nuevo material se comporta como el cartílago articular que lubrica las articulaciones: puede soportar una carga pesada a lo largo de una dirección, a la vez que estirarse y deformarse con facilidad en las otras. En el cartílago real, el comportamiento lubricante es el resultado de la interacción compleja entre las células, las fibras de colágeno y una multitud de proteínas extracelulares. En la versión sintética, es el producto de una receta más sencilla: los investigadores mezclaron copos de óxido de titanio en una solución de moléculas precursoras del hidrogel y lo sometieron al campo intenso de un imán superconductor, que hizo el resto.

Un hidrogel de este tipo se prepara mediante un proceso de cuatro pasos. Se mezclan nanohojas de óxido de titanio con una solución de moléculas precursoras del hidrogel; se aplica un campo magnético que orienta las hojas en capas espaciadas de forma regular; las moléculas precursoras se polimerizan para envolver las nanohojas en una matriz de hidrogel; finalmente, se quita el campo magnético. La repulsión culombiana entre las nanohojas cargadas negativamente endurece el material en la dirección normal a las capas, pero permite que se pueda estirar y deformar fácilmente a lo largo del plano de las capas.

Sin embargo, para que pueda llegar a ser una solución viable como sustituto del cartílago, el nuevo hidrogel tendrá que verificar que es capaz de soportar ciclos de carga mucho más duros que los que se usaron en las mediciones preliminares de los investigadores. Y dado que el mecanismo que hace posible el comportamiento anisótropo del material depende de interacciones electrostáticas, se debería estar seguro de que sus propiedades se mantendrían en el entorno altamente iónico del interior del cuerpo. De momento, Aida y sus colaboradores han demostrado que, después de una semana inmerso en suero fisiológico, el hidrogel retiene sus propiedades estructurales y mecánicas.

El equipo de investigadores también considera que el hidrogel podría usarse como aislador de vibraciones. La anisotropía mecánica del material hace que la energía vibracional se concentre en modos paralelos a las capas de titanato. Como experimento de prueba, pusieron un plato de cristal equilibrado sobre pilares de hidrogel que se apoyaban a su vez sobre una mesa que podía oscilar mecánicamente. Cuando el eje rígido del hidrogel está alineado verticalmente, el plato permanece nivelado, incluso si tiembla la mesa. Cuando se cambian los pilares por un hidrogel más convencional, el plato se tambalea y la esfera que estaba encima para verificar el equilibrio se cae.

Esta capacidad de aislar las vibraciones es especialmente relevante y prometedora para países que suelen sufrir terremotos, como Japón, país de origen de los investigadores.
_____
Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/3/10.1063/PT.3.2707

sábado, 13 de junio de 2015

Preciosos fenómenos ópticos: los halos

El fenómeno óptico conocido como halo se forma cuando la luz del Sol o de otra fuente es refractada por los cristales de hielo de la atmósfera de la Tierra. Aunque normalmente se encuentran en los cirros, nubes altas y ligeras, los cristales conocidos como prismas de hielo a veces se pueden hallar cerca del suelo.

Los halos se observan con mayor frecuencia que los arcoíris. Y de las muchas configuraciones de halos, el más común es el halo circular o de 22°. Este tipo de halo se produce cuando los cristales de hielo hexagonales presentan una amplia distribución de orientaciones; lo de los 22° hace referencia al ángulo con el que los cristales desvían la luz en el borde interior del círculo.

En la foto, tomada en una tarde fría en una playa escocesa, se pueden apreciar varias características asociadas a los cristales de hielo de la atmósfera, entre los que destaca el halo circular que rodea el sol.
Ice halos above Foveran beach - geograph.org.uk - 675126
Halo circular sobre una playa de Escocia. [Autor de la foto: 
Martyn Gorman [CC BY-SA 2.0], via Wikimedia Commons]
La Organización de las Naciones Unidas (ONU) ha declarado el año 2015 como el Año Internacional de la Luz y las Tecnologías basadas en la Luz. Uno de los principales proyectos de la celebración se denomina "Light: Beyond the Bulb" (Luz: Más allá de la bombilla). Desarrollado por el Observatorio Chandra de Rayos X y patrocinado por SPIE con apoyo de la Unión Astronómica Internacional, el proyecto muestra la diversidad de la ciencia basada en la luz que se está investigando en la actualidad en todo el espectro electromagnético, en todas las disciplinas científicas y en todas las plataformas tecnológicas.

Que la luz nos acompañe siempre.
_____
Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/2/10.1063/PT.3.2698

domingo, 31 de mayo de 2015

Seguridad cuántica para las tarjetas de crédito

Entre las muchas características extraordinarias que distinguen la mecánica cuántica de la mecánica clásica está el llamado teorema de imposibilidad de clonación cuántica. Resumidamente, viene a decir que es imposible duplicar perfectamente un estado cuántico desconocido.

La criptografía cuántica trata de explotar esta propiedad para así poder mantener las comunicaciones seguras y a salvo de posibles oídos ajenos. Pues bien, ahora Pepijn Pinkse y sus colaboradores de la Universidad de Twente y de la Universidad Técnica de Eindhoven han demostrado cómo proporcionar una identificación física a prueba de fraudes utilizando autentificación de seguridad cuántica (QSA por sus siglas en inglés).

Las claves en su experimento consistían en finas capas de pintura blanca que recubrían las "tarjetas" que se deseaba autentificar. Cuando un pulso de luz (con sólo unos pocos fotones) se enfoca sobre una clave, el patrón de la luz reflejada depende de la forma espacial del pulso de fotones, que se puede programar, y de las posiciones al azar e irreproducibles de más de un millón de nanopartículas de óxido de zinc que se encuentran en la pintura.

Después de medir y anotar esa dependencia en un "registro" inicial de la clave, los investigadores podían examinar la misma con un pulso de forma arbitraria y comparar así la respuesta esperada con lo que realmente se observaba. La clave correcta se distinguía claramente de una clave incorrecta, e incluso de un intento optimizado de falsificación basado en información robada del registro.

Y otras características que añaden atractivo a la técnica QSA es que no depende de datos secretos guardados en algún sitio y que se puede implementar con la tecnología actual. Como vemos, la seguridad cuántica está cada vez más cerca.

Bank cards
Foto original de MediaPhoto.Org (mediaphoto.org Own work) [CC BY 3.0], via Wikimedia Commons.

_____
Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/2/10.1063/PT.3.2676

sábado, 16 de mayo de 2015

El cometa de Rosetta tiene mucho deuterio

Los planetólogos han sospechado desde hace tiempo que los cometas y los asteroides trajeron agua y compuestos orgánicos a la Tierra durante una época conocida como el Bombardeo Intenso Tardío, cientos de millones de años después de que se formara el planeta. Pero la contribución de los cometas y su procedencia todavía son temas discutidos.

Para distinguir entre las diferentes posibilidades, un buen método es comparar la proporción entre el deuterio y el hidrógeno (D/H) del agua del mar con la que se encuentra en distintos conjuntos de cometas. En los aproximadamente doce cometas investigados hasta el momento, se piensa que las ratios D/H observadas representan los valores locales donde y cuando los componentes del cometa se condensaron.

Comet 67P on 19 September 2014 NavCam mosaic
Cometa 67P/Churiumov-Guerasimenko.
[Imagen original de ESA/Rosetta/NAVCAM,
CC BY-SA IGO 3.0 [CC BY-SA 3.0-igo], undefined]
La última medida isotópica procede de la sonda espacial Rosetta (de la Agencia Espacial Europea), que está ahora orbitando alrededor del cometa 67P/Churiumov-Guerasimenko, de 4 km de anchura. Utilizando el espectrómetro de masas de la Rosetta, Kathrin Altwegg (Universidad de Berna, Suiza) y sus compañeros han medido la relación D/H de la delgada atmósfera del cometa, siendo su valor tres veces el de la Tierra.

Este valor tan alto es un duro golpe contra la teoría de que los cometas del cinturón de Kuiper trajeron el agua a la Tierra, teoría que había sido reforzada hace tres años cuando el telescopio espacial Herschel descubrió un cometa (103P/Hartley 2) cuya relación D/H coincidía con la de la Tierra. A semejanza del Hartley 2, se piensa que el cometa Churiumov-Guerasimenko se originó en el cinturón de Kuiper, más allá de la órbita de Neptuno.

Altwegg y sus colaboradores especulan que la inconsistencia de estos valores podría reflejar orígenes distintos, a pesar de que ahora sean parte de la misma familia. La nueva medida apunta a los asteroides condríticos, cuyas ratios D/H son sistemáticamente más parecidas a las de la Tierra, como la fuente más probable de nuestros océanos. Seguiremos investigando...
_____
Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/2/10.1063/PT.3.2675

viernes, 1 de mayo de 2015

La explosión de una estrella supermasiva

En el centro de casi todas las galaxias se encuentran agujeros negros supermasivos, con masas millones o miles de millones de veces la del Sol. Y esos agujeros negros alimentan quásares lejanos y brillantes que ya existían cuando el universo sólo tenía mil millones de años. Sin embargo, comprender cómo se pudieron formar tales agujeros negros supermasivos tan pronto en la historia del universo es un reto.

Algunos modelos teóricos sugieren que se pudieron originar como estrellas supermasivas (de unas 10 000 masas solares o más) que colapsan en agujeros negros y después aumentan mediante acrecimiento y fusiones de galaxias hasta alcanzar los tamaños observados ahora.

A través de nuevas simulaciones con superordenadores, Ke-Jung Chen (de la Universidad de California en Santa Cruz) y sus compañeros han revelado que algunas estrellas primordiales de unas 55 000 masas solares podrían acabar no como agujeros negros (como predicen los modelos), sino que morirían como supernovas sumamente energéticas. Debido a que estas estrellas masivas queman helio en su núcleo, los efectos de la relatividad general pueden hacer que sean dinámicamente inestables, dando lugar a un rápido colapso del núcleo de la estrella y alimentando un fuego termonuclear explosivo. Entonces, la estrella explota de forma tan violenta y completa que no quedan restos masivos.

En la imagen se puede ver una simulación en dos dimensiones del interior de una estrella supermasiva de 55 500 masas solares un día después del comienzo de la explosión. La circunferencia exterior es ligeramente mayor que la órbita de la Tierra. En el núcleo interior de helio se producen reacciones nucleares que convierten el helio en oxígeno y dan lugar a violentas inestabilidades del fluido que aceleran la reacción. En unas pocas horas, la explosión habrá liberado suficiente energía como para dispersar por completo la estrella. Se espera que este resultado siga valiendo para tres dimensiones.

Explosion of supermasive star
Imagen de Ken Chen, Universidad de California en Santa Cruz (UCSC).

_____
Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/1/10.1063/PT.3.2666
Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...