El estado de Hoyle del carbono 12

En el universo primigenio, antes de las estrellas, sólo había hidrógeno y helio (tal vez con un poco de litio), sintetizados en el Big Bang. El resto de los elementos se formaron en los hornos estelares. El carbono tiene un estatus especial: su fusión con núcleos de helio (partículas α) conduce al nitrógeno, al oxígeno y finalmente a la química de la vida. Pero formar el carbono no es una tarea fácil.

En 1954 Fred Hoyle descubrió que, después de la fusión de dos partículas α para formar berilio 8, hay una probabilidad finita de que una tercera partícula α se junte a las otras dos en una resonancia de tres cuerpos. Esta resonancia cercana al estado fundamental (ahora llamada estado de Hoyle) normalmente se desintegra, pero a veces dura lo suficiente como para decaer al estado fundamental del ¹²C. La radiación gamma que revela esta transición se detectó unos años más tarde.

Un grupo germano-americano ha realizado recientemente nuevos cálculos ab initio en redes, incluyendo correcciones de tercer orden en la teoría de campos efectiva quiral, que revelan las configuraciones de menor energía del núcleo ¹²C. En el estado fundamental, las partículas α mantienen su individualidad, pero se agrupan en un triángulo compacto, lo que parece razonable para obtener la mínima energía.

El estado de Hoyle era más sorprendente, pues las partículas α ni estaban agrupadas de forma compacta ni en una cadena recta. En cambio, formaban una ángulo obtuso abierto, similar a la molécula del agua. Los resultados numéricos encajan bien con los datos experimentales disponibles. Ahora el grupo va a tratar de realizar cálculos en redes de mayor resolución.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/66/2/10.1063/PT.3.1874

Siguiendo la pista al virus Ébola en las células huésped

Cuando un genoma viral atraviesa la membrana de una célula, ésta se ve abocada a replicar el genoma extraño creando las proteínas que constituyen la cubierta del virus (o cápside). Las proteínas de la cápside se ensamblan por sí solas; los genomas replicados se introducen dentro; y los nuevos virus así creados salen violentamente de la célula.

Para reproducirse, los virus se apropian de las fábricas moleculares del huésped. Pero un equipo dirigido por Robert Stahelin (Escuela de Medicina de la Universidad de Indiana y Universidad de Notre Dame, Indiana) ha descubierto algo diferente. El virus letal del Ébola aprovecha otra molécula totalmente diferente que se halla dentro de las células: la actina.

Partículas del virus Ébola vistas a través de un microscopio
electrónico de barrido. [Imagen: Charting the Path of the
Deadly Ebola Virus in Central Africa. PLoS Biol 3/11/2005: 
e403 doi:10.1371/journal.pbio.0030403]

La actina se polimeriza formando filamentos que conforman la estructura interna de la célula. Su presencia en las cápsides del Ébola ya se había detectado antes, pero su papel no estaba claro. Para resolver el misterio, Stahelin y su equipo crearon células mutantes cuyas moléculas de actina se etiquetaron con mCherry, una proteína fluorescente roja. También crearon proteínas mutantes del Ébola que, cuando se expresan, etiquetan una proteína de la cápside llamada VP40 con EGFP, una proteína fluorescente verde.

Usando microscopía confocal y rastreo de una sola partícula, el equipo de Stahelin halló que los filamentos de actina no solo atraían al VP40, sino que dirigían el movimiento de las proteínas por la célula. Además, introduciendo en las células una toxina que inhibe la polimerización de la actina, descubrieron que los filamentos de actina fomentan la construcción de la cápside.

Dado que la actina se encuentra en todas las células con núcleo, no parece sorprendente que un virus evolucionara para aprovechar esta molécula. Pero ahora que se ha revelado la dependencia que el Ébola tiene de la actina, tenemos una pista más para hallar un tratamiento para esta enfermedad que generalmente mata al 90% de sus víctimas.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/66/1/10.1063/PT.3.1847

El esparadrapo que no duele

Los esparadrapos que sujetan a la piel tubos para respirar y otros dispositivos médicos no solo son adhesivos, sino también fuertes. Después de todo, han de resistir tanto el desgaste como las fuerzas de cizalladura entre la piel y el esparadrapo que podrían mover el aparato que está sujeto.

Sin embargo, para los bebés y los pacientes mayores, el propio esparadrapo representa un peligro. Cuando se quita, puede rasgar la piel, provocando molestias y, a veces, dejando una cicatriz o algo peor. En los Estados Unidos, el acto de quitar uno de estos esparadrapos es responsable de 1,5 millones de lesiones anuales.

          La capa externa del nuevo esparadrapo se despega 
          fácilmente, dejando atrás la capa adhesiva. 
          (Foto de Bryan Laulicht, tomada de MITnews.)

Para abordar este problema, un equipo bajo la dirección de Jeffrey Karp (Hospital Brigham and Women's y MIT) ha diseñado un esparadrapo que aprovecha los eficaces adhesivos modernos que no irritan la piel y son duraderos, pero que además se pueden despegar sin lesionar la piel.

La innovación consiste en cubrir la capa de refuerzo con un sustrato no adhesivo y después usar un láser para grabar regiones microscópicas en ese material intermedio, de modo que las capas adhesiva y de refuerzo puedan entrar en contacto. Esta técnica permite crear un esparadrapo que distribuye las fuerzas de cizalladura sobre un área grande, pero localiza la tensión cuando se aplican las fuerzas que entran en juego al despegar el esparadrapo.

El resultado es que la capa externa del esparadrapo se despega fácilmente al tirar de él, mientras que la capa adhesiva que queda pegada a la piel se puede quitar con facilidad frotando suavemente. Un buen invento, ¿no crees?
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/66/1/10.1063/PT.3.1845

¿Partículas con carga fraccionaria? ¿Dónde?

Los quarks tienen cargas fraccionarias ±e/3 y ±2e/3. Pero la fuerza que los une formando los hadrones es tan fuerte que los quarks no pueden encontrarse como partículas libres. Y tampoco se ha visto hasta la fecha ninguna otra partícula con una carga fraccionaria.

No obstante, no existe ningún impedimento teórico obvio para la existencia de partículas libres con carga fraccionaria, mientras sean inmunes a la fuerza nuclear fuerte. En realidad, algunas extensiones del modelo estándar de la teoría de partículas anticipan la existencia de partículas masivas con cargas fraccionarias (FCHAMPs por sus siglas en inglés) sin interacciones fuertes.

Estas extensiones predicen, en función de las supuestas masa y carga de la FCHAMP, el ritmo de producción de pares de FCHAMPs de cargas opuestas en colisiones entre protones de alta energía. La marca distintiva de una FCHAMP sería su pérdida de energía anormalmente baja mediante la ionización de los materiales del detector.

Sin embargo, la colaboración que dirige el gigantesco detector CMS (mostrado en la foto) del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN no ha encontrado señales de producción de FCHAMPs en los restos de casi 10¹⁴ colisiones p-p durante el año 2011. Cuanto más masiva es la FCHAMP, menor debería ser su ritmo de producción. Dado el resultado nulo, la colaboración asigna un límite inferior a la masa (con un 95% de confianza) de unas 400 masas de protón (m_p) si las cargas de la FCHAMP son ±2e/3, y de 260 m_p si son ±e/3.

Detector CMS del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN.
[Foto original de Domenico Salvagnin de Legnaro (Italia).]

En realidad, las teorías que se tienen en cuenta no limitan las cargas fraccionarias a esos valores (±e/3 y ±2e/3), pero el ritmo de producción aumentaría al aumentar la carga. ¿Será posible algún día encontrar un quark suelto viajando por el espacio? ¿Qué nuevas implicaciones tendría sobre nuestro conocimiento del universo? Solo el tiempo lo dirá.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/66/1/10.1063/PT.3.1844

Escudo contra las pirañas

Existe un pez en el Amazonas que ha desarrollado una defensa de múltiples capas contra la voraz piraña. Unos físicos de materiales de la Universidad de California en Berkeley, bajo la dirección de Robert Ritchie, han estado investigando tal pez. Mediante exámenes microscópicos y pruebas mecánicas han revelado los secretos del arapaima (paiche o pirarucú), uno de los peces de agua dulce más grandes del planeta.

Arapaima gigas, acuario del zoo de Colonia. [Foto: © Superbass / CC-BY-SA-3.0 (via Wikimedia Commons)].

Las escamas del arapaima tienen una cubierta exterior ultradura diseñada para provocar la fractura de los dientes en el punto de penetración. Además, las escamas tienen una forma ondulada que permite desviar la presión a una capa de colágeno más gruesa y más elástica que se halla debajo de las escamas.

El mismo colágeno está dispuesto en capas retorcidas que solapan entre sí. Estas finas capas se  llaman lamellae y tienen un grosor de unos 50 nanómetros. Son capaces de deslizarse ligeramente en respuesta a un mordisco, haciendo que la presión se extienda sobre un área mayor.

Este tipo de escamas pueden considerarse un ejemplo de la evolución de un material biológico destinado a una función particular. Están ahí para resistir concretamente el mordisco de las pirañas a través de múltiples niveles de defensa.

El arapaima (Arapaima gigas) es un carnívoro gigante, llegando a alcanzar hasta cuatro metros de longitud y un peso de más de 200 kilos. Su mayor amenaza la tiene en el hombre, que empezó a cazarlo en grandes cantidades para comerlo durante el siglo XIX. Actualmente, su población está significativamente reducida, pero aún resiste.
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Fuente:
http://phys.org/news/2013-10-amazon-fish-super-shield-piranhas.html

Colosales nubes de radiación

Foto: X-ray: NASA/CXC/Tokyo Institute of Technology/J.Kataoka et al, Radio: NRAO/VLA.

Los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los centros de las galaxias expulsan chorros de radiación que pueden transportar enormes cantidades de energía a grandes distancias.

En la imagen podemos ver columnas inmensas de radiación que constituyen la amplia fuente bilobular 3C353, donde la galaxia es el punto diminuto y brillante del centro de la fotografía.

Las nubes gigantes de radiación se pueden ver en el rango de los rayos X desde el observatorio Chandra de la NASA (en color púrpura) y en las longitudes de onda de radio desde el radiotelescopio Very Large Array (en color naranja).
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Fuente:
http://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/multimedia/3C353-giant-radiation-plumes.html

Agua extrema

Las estrellas, las explosiones nucleares y el universo primigenio son tres ámbitos donde la materia existe en condiciones extremas de presión, temperatura y densidad. No obstante, durante las últimas décadas, cada vez es más fácil tener acceso a la materia extrema en el laboratorio.

Imagen hecha por un artista de una explosión de rayos gamma,
donde normalmente se producen condiciones extremas.
(Autor: ESO/L. Calçada).

El agua es uno de los materiales favoritos debido a su casi incompresibilidad y su relevancia en los interiores de los planetas gigantes. Pero llevar el agua al extremo normalmente requiere unos 100 kJ de energía por experimento.

 Un equipo de físicos del Instituto Tecnológico de Israel Technion ha podido generar agua extrema a una escala menor. Cogieron alambres de cobre o aluminio y los enrollaron alrededor de una bola que luego disolvieron, creando una caja esférica formada por los alambres. Esta caja se conecta a un generador de energía pulsante, con una acumulación de energía de unos 6 kJ.

Cuando se sumerge la caja en agua y se libera de repente la energía acumulada, los alambres se volatilizan y producen potentes ondas de choque que se superponen para formar una onda mayor que converge en el centro de la esfera. Ahí, durante menos de un microsegundo, el agua se comprime hasta siete veces.

Combinando los resultados experimentales y las simulaciones, los investigadores dedujeron que la temperatura del agua alcanza casi 10⁵ K (más caliente que la superficie del Sol) a una presión de 2×10⁷ atm (mayor que en el núcleo interno de la Tierra). Sorprendente, ¿verdad?
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/65/12/10.1063/PT.3.1815

Posiblemente el volcán más grande de la Tierra

Al noroeste del Océano Pacífico se encuentra un enorme volcán que perfectamente podría ser el más grande de la Tierra, así como un rival en tamaño del Olympus Mons (o Monte Olimpo) de Marte, el mayor volcán que se conoce en el sistema solar. El Macizo Tamu, el monte submarino más antiguo de la formación conocida como la meseta Shatsky, es aproximadamente del tamaño de las Islas Británicas.

Mediante perfiles sísmicos y muestras del sitio, los investigadores han llegado a la conclusión de que el macizo Tamu, situado entre Japón y Hawái, es un enorme volcán basáltico en escudo. Se formó hace unos 145 millones de años al sur de la meseta Shatsky, que tiene a su vez el tamaño del estado de California en Estados Unidos.

El macizo Tamu es mayor que los complejos de volcanes de las islas de Hawái e Islandia. Las mesetas oceánicas de Ontong Java y Kerguelen son más grandes, pero ambas se consideran complejos compuestos con múltiples volcanes.

El pariente marciano de Tamu, Olympus Mons, puede parecer más impresionante porque se alza más de 22 km sobre la superficie del Planeta Rojo. Por el contrario, la cima del macizo Tamu sólo está a algo más de 4 km del fondo marino.

No obstante, sus volúmenes son comparables. Tamu es solo un 25% más pequeño en volumen. Tamu es como un iceberg: tiene un grosor de 30 km, con la mayor parte de la masa en el interior del manto terrestre, mientras que el Olympus se formó sobre una sólida litosfera que soporta su peso.

Futuras investigaciones sobre el macizo Tamu explorarán cómo tal volumen de magma se formó debajo del volcán antes de entrar en erupción. Por cierto, se encuentra inactivo desde hace 140 millones de años.

Fuente:
http://blogs.discovermagazine.com/d-brief/2013/09/05/contender-to-largest-volcano-in-the-solar-system-found-on-earth/#more-2987

Localización del macizo Tamu.
(Foto: Versión de Image:Elevation.jpg cortada por User:Seattle Skier).

Japón

Macizo
Tamu

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Hawái

La importancia de los rayos X

Hace 160 000 años murió un niño en el norte de África y su mandíbula fue hallada hace unos años bien conservada en Jebel Irhoud, una cueva de Marruecos donde se han hecho hallazgos arqueológicos significativos. Sorprendentemente, se sabe que el niño murió cuanto tenía unos 2839 días. Y lo sabemos porque los dientes humanos crecen con microscópicos incrementos de esmalte diarios, que pueden verse claramente en una microtomografía de rayos X del diente del niño.

En realidad, este tipo de tomografías es uno de los métodos más precisos hasta la fecha para identificar cambios graduales en el registro fósil humano; y estos cambios son cruciales para comprender los orígenes de la anatomía actual. La reconstrucción tomográfica de un fósil es solo uno de los múltiples ejemplos en los que los métodos de rayos X pueden determinar de forma no destructiva y con gran detalle la composición estructural o química de los materiales.

Otros ejemplos incluyen el descubrimiento de pinturas escondidas bajo famosas obras maestras y de pruebas matemáticas escritas con tinta ya desvanecida en el Palimpsesto de Arquímedes; el seguimiento del movimiento migratorio de los peces mediante la medida de la acumulación de metales en sus otolitos; y el análisis de la madera para determinar las fechas de famosas erupciones volcánicas.

Radiografía de la mano de Albert von Kölliker
tomada por Wilhelm Röntgen en 1896. (Foto
original de W. Röntgen; versión actual creada
por Old Moonraker).

Los métodos modernos de rayos X también abarcan fenómenos transitorios tan diferentes como insectos tragando y respirando en tiempo real, electromigración en nanocables, rápidas transiciones de fase, turbulencia en microrreactores y ondas de choque en gases.

En todos estos casos, el detector de rayos X pone el límite a lo que se puede hacer. Idealmente, los detectores deberían ofrecer una alta resolución espacial, temporal y energética. Pero en la práctica tienen que ser diseñados para optimizar la resolución de algunos aspectos, a menudo a costa de la resolución de otros.

Además, aunque los detectores de rayos X han mejorado por regla general en los últimos años, en gran parte gracias a mejoras en los sistemas electrónicos, no han avanzado al mismo ritmo que las fuentes y la óptica de los rayos X. Cuando Wilhelm Röntgen investigó por primera vez los rayos X en 1895, usó un tubo de Crookes para generarlos y emulsiones de película fotográfica para registrarlos; la fotografía de la mano de su mujer es un ejemplo famoso. Los tubos de Crookes ya no se usan, pero las emulsiones fotográficas siguen con nosotros.

La utilidad de los rayos X hace que el desarrollo de los detectores no se haya estancado, sino que aún se siguen mejorando guiados por la necesidad de mayores resoluciones en algunos aspectos de la medida.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/65/12/10.1063/PT.3.1819

Separación de partículas sin filtros

Un grupo de investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) ha desarrollado un nuevo método en el campo de los microfluidos para separar partículas del mismo tamaño (en la escala de los micrones) pero diferente forma. La novedad del método está en su simplicidad.

Mientras otros métodos de separación por forma implican configuraciones complicadas, pantallas deflectoras o algún tipo de campo externo que rompa la simetría, el método de UCLA se basa en las diferentes maneras en que las partículas ruedan libremente por un canal rectangular. Los dos pares de paredes del canal están suficientemente próximos (unas decenas de micrones) como para que el gradiente de velocidad transversal del flujo se extienda hasta el centro del canal.

Cuando las partículas siguen el flujo, el gradiente de velocidad las empuja hacia las paredes, mientras una fuerza inducida por estas las empuja hacia dentro. Para varillas y otras partículas con proporciones similares, predomina la fuerza hacia fuera más que para esferas y partículas con proporciones más iguales.

El resultado es un gradiente de forma a lo largo del flujo que se puede utilizar para enviar la parte central del flujo por una salida y la parte exterior por otra. Simplemente con una pasada, el grupo de UCLA extrajo el 96% de las esferas de una mezcla 50-50 de esferas y varillas.

Glóbulos rojos; los de forma de hoz tienen
la anemia falciforme. (Foto atribuida a
Drs. Noguchi, Rodgers y Schechter,
de NIDDK; US government agency,
http://www.cc.nih.gov/ccc/ccnews/nov99/)

Aplicaciones posibles de la técnica incluyen: la separación de glóbulos rojos sanos de los enfermos y deformados; la clasificación de nanopartículas artificiales; y la segregación de organismos unicelulares en diferentes estados de división celular. De hecho, el equipo de UCLA ha confirmado que su método puede separar las células de la levadura que se reproducen por gemación de las que no.

Como decía Leonardo da Vinci, "la sencillez es la máxima sofisticación".
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/65/11/10.1063/PT.3.1779

La corteza espiral de una estrella

En la constelación Sculptor, a unos mil años luz, la estrella gigante roja R Sculptoris está expulsando grandes cantidades de su masa mediante un fuerte viento solar (o estelar) complementado con pulsos térmicos periódicos. Estos pulsos son fases breves de helio explosivo quemándose en una delgada región fuera del núcleo de carbono-oxígeno de la estrella, y van creando una capa esférica de gas y polvo que envuelve a la estrella.

Gracias al proyecto astronómico ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), Matthias Maercker, del Observatorio Europeo Austral (ESO) y la universidad de Bonn, y sus colegas han podido descubrir una sorprendente estructura interna en forma de espiral, donde antes solo se apreciaba una especie de grumos en la corteza que rodea R Sculptoris.

Curiosa espiral alrededor de la gigante roja R Sculptoris.
(Imagen: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. Maercker et al.)

Con unos 40 arcosegundos, la espiral indica la presencia de otra estrella que no se ve y que orbita alrededor de la primera con un periodo de 350 años. La detallada estructura de la espiral permite determinar varias propiedades importantes tanto del sistema binario como del pulso térmico. A su vez, esto ayuda a comprender y modelar mejor las últimas fases de la evolución estelar y, posiblemente, el futuro de nuestro sol.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/65/12/10.1063/PT.3.1831

Interacciones entre ondas solitarias

Desde que en 1834 John Scott Russell describió por primera vez una gran ola solitaria de forma constante que se propagaba por un canal escocés, tales olas (u ondas) han sido el objeto de numerosos estudios en ámbitos tan diversos como la oceanografía, la óptica, la cosmología, la física de los plasmas e incluso la biofísica.

Se las llama solitones y son ondas no lineales por naturaleza, con velocidades que dependen de la amplitud. Cuando chocan en una dimensión, pueden rebotar entre sí o la más rápida salta sobre la más lenta. En dos dimensiones, pueden ocurrir interacciones más complejas todavía.

Mark Ablowitz y Douglas Baldwin, de la Universidad de Colorado en Boulder, han observado con sorprendente frecuencia diversas interacciones no lineales entre múltiples olas solitarias en dos playas planas. Los dos matemáticos descubrieron que las interacciones normalmente ocurren, aunque brevemente, en aguas poco profundas en el intervalo de dos horas durante la marea baja; tienden a suceder en grupos; y son extraordinariamente resistentes a cambios en la profundidad, perturbaciones debidas al viento o incluso a las rupturas.

Las diversas estructuras de las olas se pueden reproducir usando una ecuación de ondas no lineal en dos dimensiones. La misma ecuación sirve para aproximar la propagación de los tsunamis y los investigadores advierten que interacciones no lineales similares podrían amplificar notablemente el poder destructivo de un tsunami.

Y tú, ¿has visto alguna vez una de estas olas solitarias? Echa un vistazo a este vídeo para descubrirlo. (Vídeo de YouTube sobre interacciones de tipo Y grabado por Mark J. Ablowitz en Nuevo Vallarta, Mexico y editado junto a Douglas E. Baldwin.)

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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/65/11/10.1063/PT.3.1777

Hubble muestra nuevos cúmulos globulares

Cúmulos globulares en Abell 1689. [Foto: NASA, ESA, J. Blakeslee (NRC Herzberg
Astrophysics Program, Dominion Astrophysical Observatory), and K. Alamo-Martinez
(National Autonomous University of Mexico) Acknowledgment: H. Ford (JHU)]

Esta nueva imagen del cúmulo de galaxias Abell 1689 muestra la región con un detalle sorprendente, captando agrupaciones doradas, estrellas brillantes, galaxias espirales y arcos azules. Abell 1689 es uno de los mayores cúmulos de galaxias conocidos: tan masivo que deforma el espacio que lo rodea, doblando y aumentando la luz de galaxias más lejanas como si se tratara de una lupa cósmica.

Pero al mirar más de cerca el cúmulo Abell 1689, el telescopio espacial Hubble (de la NASA y la Agencia Espacial Europea) divisó recientemente unos 10 000 cúmulos globulares. Según esto, los astrónomos estiman que este cúmulo de galaxias podría contener más de 160 000 globulares, la población más grande que se haya encontrado en un cúmulo de galaxias. Para comparar, nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene unos 150 cúmulos de este tipo.

Estudiando los cúmulos globulares dentro de este masivo y lejano cúmulo de galaxias, los astrónomos también descubrieron que estos globulares son indicadores fiables de la cantidad de materia oscura contenida dentro de cúmulos de galaxias como Abell 1689. Los cúmulos globulares son agrupaciones densas de cientos de miles de estrellas, algunas de las más antiguas del universo.

La imagen de la izquierda, tomada por la cámara avanzada para sondeos (ACS por sus siglas en inglés) del Hubble, muestra las numerosas galaxias que forman Abell 1689. La caja cerca del centro indica una de las regiones exploradas por el Hubble y que contiene una rica colección de cúmulos globulares.

La imagen de la derecha muestra más de cerca esta región del cúmulo llena de cúmulos globulares. Aparecen como miles de puntitos blancos, como una tormenta de copos de nieve. Las manchas blancas mayores son galaxias enteras llenas de estrellas.

Cada vez más cerca, pero todavía tan lejos...
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Fuente:
http://www.spacetelescope.org/images/heic1317b/

El mejor cubit, de momento

El espín de un electrón (con dos valores: hacia arriba o hacia abajo) constituye un cubit natural en un posible ordenador cuántico. Sin embargo, hay dos problemas principales que impiden que estos ordenadores sean ya una realidad: conservar la coherencia de fase de los cubits el tiempo necesario para poder realizar una secuencia de cálculos cuánticos y la capacidad de adaptar el proceso a escalas mayores.

Por ejemplo, los cubits hechos de átomos aislados presentan tiempos de coherencia largos, pero son difíciles de convertir en aparatos macroscópicos. Por otro lado, los cubits formados a partir de semiconductores pueden usarse sin problemas a grandes escalas, pero normalmente adolecen de tiempos de decoherencia altos.

Pero un grupo de investigación de la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia), con Andrea Morello y Andrew Dzurak a la cabeza, ha combinado las ventajas de ambas estrategias fabricando un cubit basado en el espín electrónico de un solo átomo.

Representación de un cubit mediante la esfera de Bloch.

Normalmente un átomo de fósforo incorporado en una base de silicio dona un electrón que aumenta la conductividad eléctrica del Si, pero a temperaturas criogénicas el electrón queda atrapado alrededor del núcleo de P. El cubit formado por el espín del electrón puede mantener la coherencia gracias a un débil acoplamiento espín-órbita y a la casi ausencia de espín nuclear en la red de Si que lo rodea.

Una vez colocado el P en un chip de Si, los investigadores colocaron un transistor para inicializar y leer el estado de espín del cubit. Entre esas operaciones, utilizaron pulsos de microondas en resonancia con la frecuencia de transición del espín, para manipular de forma coherente el estado del cubit durante más de 200 μs; y este tiempo es suficientemente largo como para permitir más de 1000 operaciones con los cubits.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i11/p20_s1

Órdenes de enlace químico fraccionarios (II/II)

(Este artículo es continuación de Órdenes de enlace químico fraccionarios (I/II). Te recomiendo que lo leas primero).

El método de Leo Gross, Gerhard Meyer y sus colaboradores de IBM en Zúrich utiliza la microscopía de fuerza atómica (AFM por sus siglas en inglés) para distinguir experimentalmente entre enlaces de diferente orden. Esta técnica es capaz de caracterizar los enlaces de dos formas: a través de diferencias en la densidad electrónica y mediante diferencias en la longitud del enlace.

Para evitar que el proceso de medida afectara a las moléculas, el equipo acopló una sola molécula de monóxido de carbono a la punta de cobre del microscopio, creando así una punta de escala atómica bien definida y químicamente inerte. Además, tomaron las medidas en un régimen en el que las fuerzas repulsivas debidas al principio de exclusión de Pauli dominaban sobre las fuerzas de van der Waals y las electrostáticas.

Usaron diferentes alturas de la punta del AFM: 3,6 Å y 3,4 Å. Y, en efecto, encontraron que los enlaces hexágono-hexágono eran más brillantes (es decir, más ricos en electrones) que los enlaces hexágono-pentágono. La diferencia era más clara con las puntas de alturas mayores.

Fullereno, con forma de balón de fútbol.
(Modelo creado por Michael Ströck (mstroeck)
el 6 de febrero de 2006 en iMol para Mac OS X y
Photoshop CS2. Publicado bajo licencia GFDL)

Pero con las alturas menores encontraron algo inesperado. Se sabe que los enlaces de mayor orden hexágono-hexágono son más cortos que los de menor orden hexágono-pentágono; pero la diferencia real (unos 0,07 Å) sería prácticamente invisible en una imagen de AFM, incluso a las resoluciones a las que trabajaba el equipo. No obstante, debido a que la imagen tomada presentaba distorsión, la diferencia de longitud de los enlaces aparecía como diez veces su valor real, permitiendo así la confirmación experimental de este resultado teórico.

Hasta ahora, los investigadores de IBM sólo han mirado enlaces paralelos a la superficie de su sustrato, lo que hace que esta técnica sea especialmente apropiada para estudiar defectos en la estructura plana del grafeno. El siguiente paso sería aplicarlo a moléculas mayoritariamente planas, pero con algunos picos y valles. Sin embargo, esta técnica siempre estaría limitada a explorar los enlaces en la superficie de una molécula; los que se encuentren dentro de una estructura tridimensional estarían fuera de su alcance.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i11/p14_s1

Órdenes de enlace químico fraccionarios (I/II)

En su forma más simple, los enlaces químicos covalentes entre átomos aparecen en variedades sencillas, dobles y triples, dependiendo de cuántos pares de electrones comparten los átomos. Pero cuando los pares de electrones se extienden entre varios átomos, los enlaces pueden tomar un orden fraccional, a medio camino entre sencillos y dobles. Por ejemplo, la estructura del benceno se puede representar de dos formas diferentes como un anillo de enlaces sencillos y dobles alternados. Pero la estructura real es un cruce entre las dos, en la que cada enlace tiene orden 1,5.

Benceno representado de diversas formas.

Los pares de electrones no siempre se distribuyen uniformemente entre todos los átomos que los comparten. En el fullereno C₆₀ (que tiene forma de balón de fútbol), cada enlace carbono-carbono tiene también un orden fraccional entre 1 y 2. Pero, a diferencia del benceno, no todos los enlaces del C₆₀ son equivalentes. La teoría predice fácilmente que un enlace compartido por dos de las facetas hexagonales del fullereno deberían tener un orden ligeramente mayor (0,16 pares más de electrones) que un enlace compartido por un hexágono y un pentágono.

En el caso del C₆₀, esta predicción teórica se puede verificar experimentalmente. Los enlaces de mayor orden son más cortos que los de menor orden, y los patrones de difracción de rayos X de los cristales de C₆₀ revelan esa diferencia en longitud entre los enlaces de hexágono-hexágono y los de hexágono-pentágono. Necesitamos, sin embargo, más precisión para probar totalmente la teoría.

Pero los experimentos de difracción de mayor precisión prácticamente están restringidos a moléculas que pueden cristalizar. Para las moléculas que no pueden llevarse a forma cristalina, o para estructuras que son intrínsecamente únicas (como un defecto en una lámina de grafeno o una molécula en una reacción química desconocida), tales experimentos tienen un uso limitado.

Afortunadamente, esto no es el fin de la historia, ya que Leo Gross, Gerhard Meyer y sus colaboradores descubrieron otra forma de ahondar en el conocimiento de los enlaces fraccionarios. Podrás leerlo en la segunda parte de este artículo.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i11/p14_s1

El sonido de los compuestos químicos

La capacidad de detectar e identificar compuestos gaseosos de forma rápida y precisa tiene muchas aplicaciones, como el control de la polución en tiempo real o la detección de armas químicas en el campo de batalla. Un método sensible que suele usarse para medir un gas traza es la espectroscopia fotoacústica con láser (LPAS por sus siglas en inglés). En la LPAS, la absorción de luz láser por una muestra genera calor local, que a su vez produce ondas acústicas; estas ondas se pueden detectar con un micrófono y analizarse.

Ahora Kristan Gurton y sus colaboradores han demostrado un modo de extender la LPAS a múltiples señales de absorción, lo que permite la detección de una especie de gas concreta en tiempo real. La mayor disponibilidad de láseres (en especial, láseres de cascada cuántica) en la zona espectralmente rica del infrarrojo medio, facilita la realización de este nuevo método.

Los investigadores llenaron una celda fotoacústica con el gas que se quería analizar y después lo iluminaron con tres láseres de diferentes longitudes de onda simultáneamente. Mediante la modulación de cada láser a una frecuencia diferente, Gurton y compañía pudieron separar a partir de la señal del micrófono la absorción da cada longitud de onda del láser. Las ratios de las señales de absorción dan lugar a medidas que son independientes de la concentración.

Se hicieron diversas pruebas con diferentes concentraciones de distintos compuestos (acetona, alcohol isopropílico y cinco gases nerviosos) y comprobaron que el método distinguía claramente todos los compuestos salvo dos de las especies, con una sensibilidad de partes por millón.

Si se añadieran más láseres a diferentes longitudes de onda, se podrían distinguir las especies todavía mejor. Los investigadores piensan que un aparato suficientemente resistente para un uso sobre el terreno podría tener el tamaño de un cartón de leche. Un buen tamaño para sustituir la tableta y disfrutar de la música de los gases del entorno.

Escuchando a la acetona. (Autor: Ben Mills, Benjah-bmm27)

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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i10/p20_s2

Las ondas cerebrales revelan tu pasado (II/II)

(Este artículo es continuación de Las ondas cerebrales revelan tu pasado (I/II). Te recomiendo que lo leas primero). 

Para probar su hipótesis, utilizaron voluntarios que realizaron un ejercicio de entrenamiento que activaba claramente una red bien definida de neuronas de la corteza cerebral. La actividad cerebral de los sujetos se monitorizaba usando un escáner de imagen por resonancia magnética funcional (IRMf) antes, inmediatamente después y 24 horas después del ejercicio de entrenamiento, para ver si la actividad afectaba de alguna forma al patrón de ondas cerebrales de reposo.

El efecto del día después de la activación cerebral: La imagen
del fondo muestra patrones espontáneos (o de reposo) antes
de la sesión de entrenamiento. La imagen de delante presenta
patrones espontáneos un día después de la sesión, lo que ilustra
el efecto a largo plazo del entrenamiento. Foto: Weizmann
Institute of Science, a través de technewsdaily.com.

Los investigadores se sorprendieron al encontrar que la experiencia de realizar la actividad de entrenamiento no solo cambió los patrones de las ondas en reposo justo después de que ocurriera, sino que en realidad reforzó nuevos enlaces entre neuronas incluso 24 horas más tarde.

El descubrimiento tiene implicaciones en la comprensión de la individualidad humana. Los patrones de las ondas cerebrales espontáneas no solo podrían mostrar información sobre sucesos recientes, sino que, si se monitoriza durante un tiempo, podría también revelar una especie de perfil personal del cerebro de esa persona. Por ejemplo, qué conexiones establece el cerebro fácilmente o cuáles le cuesta más hacer.

Podría demostrarse la veracidad o falsedad de las cosas que uno sospecha sobre sí mismo, mediante un mapa cerebral que mostrara las habilidades, deficiencias, preferencias y capacidad de aprendizaje. Estos perfiles individuales "imparciales" serían especialment últiles a la hora de diagnosticar o conocer las patologías cerebrales asociadas a una amplia gama de incapacidades cognitivas.
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Fuente:
http://www.technewsdaily.com/18428-brainwaves-reveal-secrets-of-your-past.html

Las ondas cerebrales revelan tu pasado (I/II)

Los científicos han descubierto que el cerebro humano guarda la huella de sucesos pasados durante, al menos, 24 horas después de que haya tenido lugar la experiencia. Lo que significa que algún día se podría revelar tu historia personal simplemente mirando tu cerebro. Además, el patrón de las ondas cerebrales podría también ofrecer pistas en cuanto a lo que nos hace diferentes de los demás.

Este descubrimiento se debe a la investigación que se lleva haciendo en el departamento de neurobiología del Instituto Weizmann relativa a la actividad constante del cerebro humano, que no para ni cuando dormimos. Cuando tenemos los ojos abiertos y procesando información visual, el cerebro experimenta ráfagas de actividad en las células nerviosas. Cuando tenemos los ojos cerrados, las ráfagas son sustituidas por ondas cerebrales superlentas, conocidas como ondas cerebrales espontáneas o de reposo.

Estas ondas espontáneas son fáciles de detectar. Son complejas, pero altamente organizadas y simétricas, y siempre viajan a través de la misma parte del cerebro: la capa más superficial o corteza cerebral. Estas ondas podrían ayudar a comprender mejor lo que hace a cada persona única. La idea es que los patrones de las ondas constituirían "archivos" de experiencias pasadas.

Esta hipótesis se basa en el hecho de que el cerebro tiene la capacidad de cambiar a largo plazo. A medida que añadimos nuevas experiencias, los enlaces entre las neuronas cambian, lo que se conoce como plasticidad. La plasticidad representa una parte clave a la hora de anticipar cuál será el resultado de una acción particular antes de que la hagamos.

Al examinar estos enlaces de plasticidad, los investigadores pensaron que podrían determinar si las experiencias recientes de un individuo se reflejaban en los patrones de ondas cerebrales que emergían espontáneamente. Para probar su hipótesis, utilizaron voluntarios que realizaron un ejercicio de entrenamiento que activaba claramente una red bien definida de neuronas de la corteza cerebral.

Si quieres conocer el resultado de este experimento, no te pierdas la segunda parte de este artículo.
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Fuente:
http://www.technewsdaily.com/18428-brainwaves-reveal-secrets-of-your-past.html

Sistema de radioterapia compacto

Los sincrotrones producen unos haces de rayos X estrechos e intensos que son ideales para eliminar tumores. Con diámetros de solo 10-100 μm, estos haces distribuyen la dosis adecuada con gran precisión. Además, por causas de momento desconocidas, la alta intensidad de estos haces es más efectiva destruyendo tumores, a la vez que menos dañina para el tejido sano, que los haces de menor intensidad que normalmente se usan en radioterapia.

Pero los sincrotrones son grandes, caros y escasos. Así que, para sortear estas desventajas, Sha Chang y Otto Zhou (Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill) están desarrollando un método compacto y práctico para llevar a las clínicas lo que se conoce como radioterapia de microhaces.

Su estrategia es producir rayos X a través del choque de electrones altamente energéticos contra un ánodo de tungsteno, de modo similar a las cámaras dentales y otros aparatos médicos de rayos X. Pero, en lugar de obtener los electrones por evaporación a partir de un cátodo metálico, usan el efecto de campo para extraer los electrones de un cátodo hecho de nanotubos de carbono. Gracias al pequeño diámetro de los nanotubos, los haces de rayos X que resultan, aunque menos intensos que los de los sincrotrones, son casi igual de estrechos.

Para probar si la tecnología es práctica, hicieron una simulación de un aparato capaz de tratar ratones de laboratorio. El aparato virtual consiste en un conjunto de 12 o más unidades ordenadas en forma circular y que dirigen sus haces hacia el centro del círculo. En efecto, el aparato puede distribuir una dosis capaz de acabar con un tumor a volúmenes muy definidos dentro de un ratón fantasma.

Y ahora están probando su primer prototipo. Más efectivo, menos dañino, ¿qué más podemos pedir?

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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i9/p18_s3

Pelos de platino para una piel artificial

La piel humana es única como sensor mecánico, ya que no sólo detecta la magnitud de la fuerza de contacto, sino también los detalles sobre cómo se ha aplicado la fuerza. De este modo, sabemos si nos clavan algo, si nos pellizcan, si nos tocan suavemente o si nos dan un tirón.

Ahora unos investigadores de la Universidad Nacional de Seúl han diseñado una piel electrónica que puede distinguir de modo similar el modo en que se la toca. La piel consiste en dos láminas finas de polímero, cada una revestida de nanofibras capilares recubiertas de platino. Cuando las láminas se colocan como en la ilustración, las nanofibras (que miden un micrón de largo y una décima de micrón de ancho) se entrelazan para formar contactos Pt-Pt que cierran un circuito electrónico.

El área de contacto total (y, por tanto, la resistencia) cambia cuando se somete a la lámina a una tensión mecánica. La presión, la torsión o la cizalladura producen cada una marcas electrónicas diferentes; e incluso si se aplican las tres al mismo tiempo, la tensión detectada se puede separar en sus partes componentes.

En pruebas de laboratorio, la piel artificial era tan sensible como para seguir el movimiento de insectos y detectar el impacto de una gota de agua. De esto modo, estos sensores delgados y flexibles podrían usarse como prótesis o monitores médicos; por ejemplo, si se pone como una venda alrededor de la muñeca, el aparato podría medir las pulsaciones fácilmente. ¿Se te ocurren otros usos?
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i9/p18_s1

Visualizador del cambio climático

Se habla mucho de lo que los modelos predicen en relación con el cambio climático. Y de cómo afectarían al clima diversos escenarios de dióxido de carbono y otras emisiones causadas por el hombre. Pero, ¿te gustaría verlo por ti mismo?

En mayo, el Servicio Geológico de Estados Unidos y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore lanzaron el Visualizador de Cambio Climático Global (GCCV, por sus siglas en inglés), una aplicación web que permite a cualquiera comprobar de forma simulada los cambios pasados y futuros en los ciclos anuales de precipitación y temperatura por todo el mundo. La dirección es: http://regclim.coas.oregonstate.edu/gccv/

El GCCV incorpora más de 20 modelos climáticos que abarcan desde el año 1850 hasta el 2100. También puede echarse un vistazo al periodo holoceno de hace 6000 años y al último máximo glacial (hace 21 000 años). El estudio del clima a lo largo de la historia es una buena manera de probar la sensibilidad de los modelos y comprobar si reproducen bien los grandes cambios climáticos de los que hay constancia.

A menudo, se oye que va a aumentar la temperatura un grado en una zona del mundo a partir de un año dado. Pues bien, esta aplicación web puede ayudarnos a ver las cosas con una perspectiva más amplia y a comprender mejor lo que los modelos predicen realmente.

Si visitas la aplicación web, no dudes en contarnos tu experiencia.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v66/i7/p28_s2

¿Qué es el plasma?

Puede que cuando hablemos de plasma, lo primero que se nos venga a la cabeza sean las televisiones de plasma. Y está bien, pero eso no cubre todo el plasma del universo. Aunque nos parezca extraño, resulta que el plasma es el estado de la materia más abundante: constituye aproximadamente el 99% de la materia del universo.

Como vemos en la imagen, podemos obtener plasma simplemente aplicando calor. Cuando calentamos un sólido, obtenemos líquido. Cuando el líquido se calienta más, se vaporiza. Cuando se aplica más calor, las moléculas se disocian en los átomos que las forman. Y si seguimos calentando, los átomos finalmente se separan en iones y electrones. Este nuevo estado de la materia es lo que llamamos "plasma".

Esquema de los distintos estados por los que atraviesa la materia cuando
se la va calentando. Los rangos de temperatura son aproximados.

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Fuente:
http://www.facebook.com/worldscientific

Científicos muy preocupados por el medio ambiente

Algunos de estos científicos y ciudadanos están tan preocupados por el medio ambiente que han decidido crear una asociación para abordar los temas relacionados con ello: la Unión de Científicos Preocupados (UCS, por sus siglas en inglés^[1]). Se trata de una organización sin ánimo de lucro que busca soluciones para los problemas medioambientales. Y uno de ellos está relacionado con la forma de obtener la energía que tanto apreciamos.

Foto: janie.hernandez55/Flickr/CC

Hay mucha gente que piensa que las opciones energéticas que tomamos tienen implicaciones directas o indirectas sobre nuestra salud, nuestros trabajos, el medio ambiente, etc. Energía limpia, energía verde, energía nuclear, energía X, ... ¿Cuál elegirías tú si pudieras?

En general, la meta de la UCS es utilizar la ciencia (de forma rigurosa e independiente) para resolver los problemas más urgentes de nuestro planeta. Combinando análisis técnicos y apoyos sociales, tratan de buscar soluciones innovadoras y prácticas para lograr un futuro sano, seguro y sostenible. Puedes echar un vistazo a su página web para saber más de ellos: información sobre los problemas actuales, posibilidades, qué se puede hacer.

Union of Concerned Scientists (Facebook)

http://www.ucsusa.org/clean_energy/

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Fuente:
http://www.facebook.com/worldscientific

1. ^{^} Union of Concerned Scientists.

La bebida alcohólica que más se bebe

"¡Ron, ron, ron, la botella de ron!". Para los piratas, parece ser la bebida más popular. Pero, actualmente lo que más se bebe es el vodka, principalmente porque los rusos toman enormes cantidades: en el 2012, casi 2 000 millones de litros se bebieron, el equivalente a 14 litros por cada hombre, mujer y niño. (No es de extrañar que la Organización Mundial de la Salud ponga a los rusos entre los bebedores más grandes del mundo según sus últimos datos). 

¿Y qué tienen los filipinos con la ginebra? El gusto de los filipinos por la ginebra se puede atribuir en parte al buen márquetin y al puesto arraigado que tiene en el mercado local. La ginebra San Miguel (la número dos del mercado mundial) empezó allí en 1834.

Si quieres conocer más datos, haz clic en las figuras de abajo para saber cuánto se consumió en el 2012 de vodka, ron, whisky, ginebra y tequila en algunos países.

Consumo global. Ml (megalitros) = 1 000 000 l

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Fuente:
http://www.facebook.com/worldscientific

¿Has mentido alguna vez?

Esta es una de esas preguntas que aparecen en los exámenes para evaluar las competencias personales de los candidatos a un puesto de trabajo. Si queremos ser sinceros, la respuesta siempre será afirmativa.

Sin embargo, la verdadera pregunta es: ¿qué edad tenías cuando dijiste tu primera mentira? Es posible que, pensando mucho, llegues a recordar una mentira de hace mucho, mucho tiempo. Pero es más probable que no puedas recordar tu verdadera primera mentira, porque los estudios demuestran que bebés de tan solo seis meses fingen llorar como si les doliera algo para atraer la atención de los padres.

Y es algo que no mejora con el tiempo, pues un adulto dice una media de una o dos mentiras al día. Mentirijillas, mentiras piadosas, mentiras nobles,... O las clásicas mentiras de toda la vida, la cuestión es que es algo con lo que vivimos día a día.

Para aprender más sobre el arte y la ciencia de mentir, puedes probar esta página: http://braingames.nationalgeographic.com/episode/12/winter12/?source=hp_dl1_channel_braingames_eyes_2013062

Imagen de Jem Hologram. (http://www.flickr.com/photos/23155863@N03/5612050125)

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Fuente:
http://www.facebook.com/worldscientific 

Los gradientes de concentración estimulan la resistencia antibiótica

Para que una bacteria se vuelva resistente a un antibiótico, son necesarias varias mutaciones favorables. Y conseguirlas todas es difícil. Si la concentración del medicamento es demasiado alta, los mutantes intermedios no tendrán suficiente ventaja competitiva para sobrevivir al fármaco; y si la concentración del medicamento es demasiado baja, los mutantes se verán arrasados por la población original mucho mayor, antes de que puedan adquirir la siguiente mutación.

Neisseria gonorrhoeae (Foto:CDC/ Dr. Norman Jacobs, 1974).

Sin embargo, Mycobacterium tuberculosis, Neisseria gonorrhoeae y otras bacterias patógenas siguen desafiando los antibióticos. Pero, ¿cómo? Un equipo de investigadores de la Universidad de California San Diego (UCSD) tiene una posible respuesta, basada en dos ideas básicas y verosímiles: que las concentraciones del fármaco varían dentro de un huésped y que las bacterias se pueden mover entre zonas de diferente concentración.

Podría suceder que las bacterias, una vez adquirida una mutación favorable en una zona de baja concentración, establecieran colonias en una zona de concentración ligeramente mayor, donde podrían subsistir, a diferencia del resto de bacterias que no han mutado. De este modo, los mutantes podrían proliferar en la nueva zona sin competición. Si el proceso se repite varias veces, al final las bacterias podrían conseguir una resistencia total al fármaco.

Para valorar esta posibilidad, el equipo de la UCSD construyó un modelo estocástico en el que la adquisición gradual de resistencia depende de la facilidad con que cada generación de bacterias muta (favorablemente o desfavorablemente), prolifera, muere o migra a una nueva zona. Asignando probabilidades verosímiles a estos procesos, los investigadores encontraron que sus bacterias simuladas acababan adquiriendo resistencia al fármaco y lo hacían rápidamente.

El siguiente paso es probar el modelo en un experimento con microfluidos. Veremos qué pasa.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i8/p20_s2

Nueva técnica de imágenes para analizar arte

Los métodos ópticos ofrecen herramientas poderosas e inocuas para diagnosticar obras de arte, lo que constituye una parte importante de la conservación y los tratamientos forenses de las mismas.

Por ejemplo, la interferometría con luz láser visible puede detectar defectos estructurales y los cambios a lo largo del tiempo, debidos quizás a variaciones en las condiciones ambientales. La radiación del infrarrojo cercano puede penetrar bajo la superficie de un cuadro; de este modo, la reflectografía (o toma de imágenes por reflectancia) en ese rango de longitudes de onda puede descubrir detalles como dibujos preliminares y cambios hechos por el artista.

La termografía (registro gráfico de la radiación térmica emitida desde la superficie en el rango del infrarrojo medio y lejano) es capaz de detectar variaciones en la temperatura y la emisividad debidas a la presencia de materiales heterogéneos o defectos bajo la superficie. En el otro lado del espectro, los rayos X se están usando cada vez más en las técnicas forenses para analizar obras de arte.

Y ahora Claudia Daffara, Daio Ambrosini, Luca Pezzati y Domenica Poletti han demostrado una nueva técnica llamada cuasirreflectografía térmica (TQR por sus siglas en inglés). Se trata de un método que registra la radiación de infrarrojo medio reflejada por un objeto. El equipo trabajó en la banda de 3 a 5 μm para reducir el ruido de fondo, ya que los objetos a temperatura ambiente emiten considerablemente menos radiación de cuerpo negro a esas longitudes de onda que en el infrarrojo lejano.

La resurrección, de Piero della Francesca
([Public domain], via Wikimedia Commons).

Como fuente de luz, los investigadores usaron lámparas halógenas modificadas para que su espectro estuviera en la región del infrarrojo medio. De este modo, el equipo demostró que la radiación reflejada es sensible a la composición de la superficie y permite así diferenciar distintos materiales.

En el artículo que el equipo publicó en la revista Optics Express, se pueden ver ejemplos partiendo de obras de arte concretas. Entre otras cosas, esta nueva técnica es capaz de revelar características sutiles, como variaciones en los pigmentos, retoques o distintas técnicas de ejecución, que no se pueden detectar con los métodos que usan el infrarrojo cercano.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i8/p20_s1

Seguimos buscando extraterrestres

El instituto SETI^[1] de Estados Unidos sigue buscando vida extraterrestre. Es un proyecto lleno de seguidores entusiastas y que alimenta la imaginación de los creadores de películas; lo cual, a su vez, genera una baja reputación para el instituto y para los seres que su equipo espera encontrar. Por ello, su actual director ve su papel como un agente de relaciones públicas tanto para el instituto como para sus potenciales colaboradores extraterrestres.

Pero, aunque la primera impresión es que la gente que se dedica a esto es un poco rara o friki, resulta que hay ciencia y científicos tras este proyecto. La misión de SETI es "explorar, entender y explicar el origen, naturaleza y prevalencia de la vida en el universo". Y se trata de una empresa que, ayudada por el crecimiento exponencial de la tecnología, podría no estar tan lejos de lograr resultados.

Con los nuevos telescopios, la capacidad de encontrar nuevos mundos que pudieran contener alguna forma de vida ha aumentado. Actualmente, se han confirmado cientos de exoplanetas. Y, sin embargo, no se trata más que de un vaso de agua en el océano cuando se lo compara con tantas estrellas como hay en una sola galaxia.

Por ello, siempre se está intentanto mejorar los métodos actuales e introducir otros nuevos o mejores. Por ejemplo, las nuevas técnicas que se planea implementar ahora van a aumentar enormemente el número de tipos de señales diferentes (literalmente, miles de millones de tipos nunca explorados antes) que se pueden detectar.

En el pasado, se pensaba que había posibilidad de civilización en torno a cada una de las estrellas. Ahora, los científicos del SETI pueden afirmar que no es así, que la vida es poco frecuente, incluso las bacterias. Cuanto más se conoce sobre este tema, más se da uno cuenta de qué especiales somos en comparación con el resto del universo.

A pesar de ello, el director del SETI piensa que hay vida extraterrestre inteligente en nuestra galaxia: es demasiado grande como para que no la haya. Además, no tendrán nuestro aspecto; pero su tecnología de radio será similar a la nuestra porque la física es la misma. Tal vez E.T., allí donde esté, esté pensando algo similar.
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Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201301/profilesjan2013.cfm

1. ^{^} Search for ExtraTerrestrial Intelligence (Búsqueda de inteligencia extreterrestre).

Antiguas tablas astronómicas mayas

Allá por el año 800 d. C., los mayas que habitaban la zona de Petén (Guatemala) llevaron a cabo un proyecto de renovación urbana, para lo cual llenaron una serie de viviendas de escombros y tierra antes de empezar a construir sobre ellas. Pasaron los años y finalmente los arqueólogos empezaron a redescubrir la belleza oculta del sitio: el yacimiento arqueológico de Xultún.

Un equipo multidisciplinario, con el arqueólogo William Saturno (Universidad de Boston) a la cabeza, se ha encontrado no hace mucho con un tesoro intelectual en las paredes de una de esas estructuras enterradas. Se trata de dos tablas, aparentemente de cálculos astronómicos antiguos.

Una tabla de jeroglíficos incluye docenas de columnas, cada una con tres dígitos. La mayoría de las columnas no son legibles, pero las tres últimas (todas con símbolos de la Luna sobre los dígitos) es evidente que representan una secuencia de números separados por 177 o 178, según el número de días del "semestre" maya de seis meses lunares.

Representación de la segunda tabla, debida a M. Alesmo.

La otra tabla tiene cuatro columnas y cada una presenta una figura sobre cinco dígitos que expresan un número en base 20. Los números grandes de cada columna están relacionados con periodos de tiempo importantes para los mayas, incluyendo el año de 365 días. Pero cada número es también un múltiplo entero o semientero de los periodos sinódicos (periodos orbitales aparentes según se perciben desde la Tierra) de Venus y Marte.

Unos códices que datan de entre el 1300 y el 1521 d. C. muestran que los mayas buscaban la armonía entre sucesos astronómicos y sus rituales sagrados. Las tablas de Xultún, según Saturno y sus colegas, pueden haber estado inspiradas siglos antes por el mismo deseo.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i7/p18_s2

Materiales que manipulan el flujo del calor (II/II)

(Este artículo es continuación de Materiales que manipulan el flujo del calor (I/II). Te recomiendo que lo leas primero). 

La solución al problema estaba en usar un material con conductividad térmica anisótropa. Para hacerlo, apilaron de forma alternativa muchas capas finas de dos materiales ordinarios, uno un buen conductor térmico y el otro un buen aislante térmico. En dirección perpendicular a los planos de las capas, sus resistencias térmicas se suman en serie; y en dirección paralela a los planos, se suman en paralelo. Si se escogen bien los dos materiales, de forma que el producto de sus conductividades térmicas sea igual al cuadrado de la conductividad del material de fondo, las capas apiladas se combinan con el fondo y apenas producen distorsión en el gradiente de temperatura que las rodea.

Si se colocan las capas en círculos concéntricos, se crea un escudo térmico que aisla la región interior del cilindro de cualquier gradiente térmico. Si se ordenan de forma radial, el efecto es el contrario: se amplifica el efecto del gradiente térmico en el interior del cilindro, una tarea útil en muchas aplicaciones energéticas.

Dentro del cilindro, el calor fluye en sentido
contrario a lo que sucede fuera.

Pero cuando se disponen las capas en forma de espiral, se consigue un efecto inesperado: una inversión local de la dirección del flujo, de modo que el calor fluye de derecha a izquierda dentro del cilindro en respuesta a un flujo externo de izquierda a derecha. El calor fluye hacia la parte más fría (como siempre), sólo que las posiciones de la fuente de calor y el disipador se invierten dentro del cilindro.

Narayana y Sato están tratando de incorporar otras técnicas de ingeniería de materiales para diseñar sus materiales térmicos. Asimismo, investigan el potencial de materiales con conductividades térmicas que dependen considerablemente de la temperatura.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i7/p16_s1

Materiales que manipulan el flujo del calor (I/II)

El flujo del calor es algo que sucede a diario, allí donde hay una diferencia de temperatura. Es un concepto relativamente fácil de comprender, al menos en el nivel más básico: el calor fluye hacia la zona más fría; lo hace más rápido cuanto mayor es la diferencia de temperatura; y hay algunos materiales que favorecen el flujo más que otros.

El calor fluye de la zona caliente (rojo) a la fría (azul).

Pero si lo comparamos con el caso análogo de la corriente eléctrica, el calor es mucho más difícil de controlar o de aprovechar. Un mayor control del flujo del calor podría ayudar a proteger los sensibles componentes electrónicos de las temperaturas extremas, a sacar mejor provecho de la energía térmica solar o incluso, tal vez, a crear los análogos térmicos de los diodos y los transistores electrónicos.

Sin embargo, que sea difícil no quiere decir que sea imposible, como así lo demuestra el trabajo de Yuki Sato y su ayudante postdoctoral Supradeep Narayana, del Instituto Rowland de la Universidad de Harvard. En su investigación, han usado técnicas del campo de metamateriales para manipular el flujo del calor. Se han inspirado en los dispositivos que hacen a algunas regiones "invisibles" a ondas electromagnéticas, ondas acústicas, campos estáticos y otras señales.

Se pusieron la meta de diseñar un cilindro hueco de paredes gruesas que, cuando se le introdujera en un material con un gradiente de temperatura uniforme y perpendicular al eje del cilindro, pudiera alterar drásticamente el flujo del calor dentro del cilindro sin afectar al flujo fuera del mismo. Pero rápidamente se dieron cuenta de que ninguna sustancia ordinaria podría lograr este efecto. Un cilindro hueco de un material con una conductividad térmica mucho mayor o menor que la del material de fondo, podría disminuir el gradiente de temperatura dentro, pero a costa de distorsionarlo enormemente fuera.

¿Qué hacer entonces? ¿Se trataba de un callejón sin salida? Sal de dudas leyendo la segunda parte de este artículo.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i7/p16_s1

Las mejores noticias de física del 2012 (IV/IV)

(Este artículo es continuación de Las mejores noticias de física del 2012 (III/IV). Te recomiendo que lo leas primero).

Hielo marítimo
En septiembre, el Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo (NSIDC por sus siglas en inglés) anunció que en el 2012 se batió el récord de 2007 de la cantidad más baja de hielo marítimo. El hielo sólo cubría 3,42 millones de kilómetros cuadrados del ártico, 18% menos que en el 2007 y 49% menos que la media entre 1979 y 2000. Los climatólogos dicen que esto es más evidencia de que el cambio climático es muy preocupante y que el aumento de las temperaturas globales afectan al medioambiente.

Retractaciones
Ha habido dos importantes este año 2012. En febrero, el CERN anunció que la controvertida afirmación del año precedente de que los neutrinos parecían viajar más rápido que la luz, era probablemente el resultado de un cable suelto. Dos meses después, el científico principal del equipo que hizo el anuncio dejó su cargo. En octubre, Moses Chan se retractó oficialmente de su declaración del 2004 sobre el descubrimiento de los supersólidos. En un experimento diseñado para eliminar una fuente de error que se identificó por primera vez en 2007, Chan fue incapaz de recrear los efectos observados en sus primeros experimentos.

Saturno y Titán arriba a la izquierda.

Agua
Durante todo el año ha habido noticias sobre el descubrimiento de agua en sitios inesperados del sistema solar. En junio, apareció un artículo en Science que decía que la nave espacial Cassini había encontrado indicios de un océano líquido de agua por debajo de la capa helada de Titán, un satélite de Saturno. En septiembre, el vehículo explorador Curiosity de la NASA encontró capas de cantos rodados, evidencia de que posiblemente hubo agua fluyendo por arroyos profundos sobre la superficie de Marte. También en septiembre, un grupo de científicos afirmó haber encontrado agua de forma inesperada en el asteroide Vesta. Y en noviembre la nave espacial Messenger de la NASA halló indicios de agua congelada bajo la superficie del planeta más cercano al Sol: Mercurio.
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Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201302/topphysicshead.cfm

Las mejores noticias de física del 2012 (III/IV)

(Este artículo es continuación de Las mejores noticias de física del 2012 (II/IV). Te recomiendo que lo leas primero).

"Teletransporte"
¿Cuál es la mayor distancia que dos partículas cuánticas pueden mantenerse en un estado entrelazado? ¿Un metro, diez, cien,...? En mayo un equipo de China nos dio una respuesta: 97 kilómetros fue la distancia a la que teletransportaron un fotón, casi cien veces el récord hasta entonces. Pero en septiembre volvió a batirse el récord, cuando un equipo de Austria que trabajaba en las Islas Canarias pudo teletransportar un par de fotones entre dos islas: una distancia de 147 kilómetros. La meta de teletransportar un par de partículas entre un satélite que orbita la Tierra y la superficie del planeta no parece estar tan lejos.

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Bosón de Higgs
Fue el 4 de julio cuando el CERN anunció que había encontrado lo que parecía ser el tan buscado fotón de Higgs. El laboratorio fue prudente en su primer anuncio, diciendo que únicamente habían encontrado un bosón con unas propiedades similares a las del Higgs. Han sido décadas de trabajo y miles de millones de dólares para construir el Large Hadron Collider. Pero ahora el descubrimiento confirma la existencia del "campo de Higgs", que da masa a la materia y que fue propuesto por primera vez hace casi 50 años.

Nuevo Premio de Física
Los premios Nobel tienen ahora una nueva competencia, desde que el multimillonario ruso Yori Milner anunció en julio el nuevo Premio de Física Fundamental. Nueve fueron los primeros ganadores (principalmente físicos teóricos del campo de la cosmología, las matemáticas y la teoría de cuerdas) y cada  uno recibió tres millones de dólares. Milner eligió personalmente al primer grupo, pero en el futuro, los que recibieron el premio el año anterior escogerán en parte a los siguientes ganadores. Además, en diciembre, Milner concedió dos premios especiales, uno a Stephen Hawking y otro para ser compartido entre investigadores principales del CERN por el descubrimiento del bosón de Higgs.

Máser
Unos investigadores de Inglaterra anunciaron en agosto la creación del primer máser de estado sólido que funciona a temperatura ambiente. Los primeros máseres se construyeron en 1954, pero eran débiles y requerían temperaturas extremadamente bajas para funcionar. Poco después, aparecieron los primeros máseres de estado sólido, que ofrecían más energía, pero todavía necesitaban temperaturas cercanas al cero. El equipo del Imperial College London desarrolló una técnica completamente nueva para crear un haz colimado de microondas usando p-trifenil como medio activo en vez del tradicional rubí cristalino.

Y aún hay más de estas noticias del 2012. No te pierdas la última parte.
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Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201302/topphysicshead.cfm