La belleza de un amanecer

La belleza de una familia

Una bella ecuación

Así podríamos seguir indefinidamente, la belleza está por todas partes y se expresa de diversas maneras

No sé si la belleza es un principio físico. Lo que sí se es que el cariño y la amistad es una necesidad del “espíritu” y  del “alma”, de nuestro Ser.  Si carecemos de esa parte de nosotros, en realidad no somos, no estamos completos, nos falta ese algo esencial que  nutre los sentimientos.  El hombre es un animal social, necesita de los demás, y, está claro que el SER está en la unión de dos partes, al igual que sin quarks no tenemos núcleo ni átomo, sin dos partes contrapuestas no tenemos ese uno esencial.

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Una reciente investigación ha sugerido por primera cómo pudo aparecer el ARN, quizás la primera molécula de material genético, a partir de las transformaciones de sustancias encontradas en cometas.

La hipótesis del “mundo ARN” es uno de los pilares de la investigación sobre el origen de la vida. Según ella, antes de la vida tal como la conocemos, debieron formarse moléculas de ARN que asumieron, además de sus funciones actuales, las del ADN y las enzimas.

Un ARN sencillo puede generar péptidos en las condiciones del “mundo ARN”. Así, actuaría como un antecesor muy simple de la función que lleva a cabo el ribosoma. La química demuestra que la formación abiótica de un híbrido ARN-péptido es posible.

Se cree que hay posibles precursores de la vida dispersos por nubes interplanetarias, cometas y asteroides – NASA/JENNY MOTTAR

• Demuestran que ya había vida en la Tierra hace 4.100 millones de años
• Un ordenador portátil podría encontrar vida fuera de la Tierra
• Philae encuentra moléculas precursoras de la vida en el Sistema Solar
• El componente básico del ARN pudo surgir en los cometas

«Describimos una ruta química simple que permite a pequeñas moléculas transformarse en nucleósidos, los precursores del ARN», ha explicado a ABC Thomas Carell, químico en la Universidad de Múnich y primer autor del estudio.

A través de unas reacciones químicas relativamente sencillas, estos investigadores han sugerido cómo es posible que unas moléculas de aspecto insignificante se conviertan en uno de los ingredientes básicos de la vida.

Tal como ha explicado Ricardo Amils, catedrático en microbiología de la Universidad Autónoma de Madrid, se trata de compuestos sencillos (como ácido cianhídrico, amoníaco y derivados del ácido fórmico) con los que se puede sintetizar ARN. Este «primo» del ADN es capaz de hacer dos importantísimas funciones en los seres vivos: puede almacenar y codificar información genética (que se hereda y se transfiere) y puede formar monedas energéticas, unas moléculas que se intercambian en el interior de los seres vivos y que permiten que desarrollen sus reacciones químicas.

 

Una de las cosas más interesantes de estas moléculas precursoras es que parecen estar dispersadas por el Universo. Están presentes en el polvo interplanetario y sobre la superficie de asteroides, cometas y planetas rocosos. De hecho, en el caso de esta investigación, los precursores se encontraron sobre la superficie del cometa 67 P/Churyumov-Gerasimenko, la «roca» investigada por la sonda Philae de la Agencia Espacial Europea.

El papel de volcanes y rayos

 

 

El investigador Juli Peretó, especialista en la investigación del origen de la vida en la Universidad de Valencia, ha explicado cómo se cree que ocurrió el milagro: «El ARN pudo actuar como material genético y como catalizador (facilitando ciertas reacciones químicas). Podría haber estado encapsulado en vesículas membranosas de aminoácidos y otros péptidos cortos». Gracias a esto, y a la presencia de azúcares y aminoácidos, estas pequeñas cápsulas «aprendieron» a conectar la materia y la energía del exterior para su propio beneficio, en lo que sería la versión más primitiva del metabolismo.

 

Así fue cómo, hace 4.000 o 3.500 millones de años, esas vesículas se organizaron y originaron las primeras formas de vida. Algunos creen que las moléculas precursoras de la vida llegaron a la Tierra bordo de asteroides, y que allí se transformaron y permitieron la aparición de los primeros seres vivos. Pero otros, como Thomas Carell, sitúan el origen en el propio planeta. Quizás, los rayos, los volcanes y los mares de la superficie pudieron ser el caldo de cultivo ideal para las semillas de la vida. Y así, a partir de una posible chispa de ARN, comenzó un proceso imparable de supervivencia, multiplicación y adaptación a un Universo hostil.

 

El huevo y la gallina

 

 

-El primer ser vivo, basado en el ADN: ¿Qué fue antes? ¿El huevo o la gallina? Para muchos investigadores esta es la paradoja que surge cuando se piensa en el primer ser vivo. Por una parte este necesitaba pasar a sus herederos su material genético, y por otra extraer energía de ciertas reacciones químicas. Algunos creen que el ADN quedó rodeado por una vesícula y comenzó a replicarse. El problema es que esta molécula necesita a otros para hacer estas reacciones.

 

 

-El ARN, «chico para todo»: La mayoría apoya la idea de que fue el ARN el que permitió la aparición del primer ser vivo. Este material genético puede él solo favorecer reacciones químicas cruciales.

-Proteínas, el poder del músculo: No pueden replicarse, pero son grandes trabajadoras. Algunos sugieren que fueron las protagonistas en el origen de la vida.

Reportaje de prensa.

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AVANCES DE LA HUMANIDAD

Ha pasado más de un siglo desde que se hicieron una serie de observaciones desconcertantes, que condujeron al esclarecimiento de algunas cuestiones antes oscuras.  El inglés William Crookes (el del “tubo Crookes”) logró disociar del uranio una sustancia cuya ínfima cantidad resultó ser mucho más radiactiva que el propio uranio.  Apoyándose en su experimento, afirmó que el uranio no tenía radiactividad, y que esta procedía exclusivamente de dicha impureza, que él denomino “uranio X”.

Antoine Henri Becquerel

Por otra parte, Henri Becquerel descubrió que el uranio purificado y ligeramente radiactivo adquiría mayor radiactividad con el tiempo, por causas desconocidas.  Si se dejan reposar durante algún tiempo, se podía extraer de él repetidas veces uranio activo X. Para decirlo de otra manera: por su propia radiactividad, el uranio se convertía en el uranio X, más activo aún.

Por entonces, Rutherford, a su vez, separó del torio un “torio X” muy radiactivo, y comprobó también que el torio seguía produciendo más torio X. Hacia aquellas fechas se sabía ya que el más famoso de los elementos radiactivos, el radio, emitía un gas radiactivo, denominado radón.  Por tanto, Rutherford y su ayudante, el químico Frederick Soddy, dedujeron que, durante la emisión de sus partículas, los átomos radiactivos de transformaban en otras variedades de átomos radiactivos.

Varios químicos, que investigaron tales transformaciones, lograron obtener un surtido muy variado de nuevas sustancias, a los que dieron nombres tales como radio A, radio B, mesotorio I, mesotorio II y Actinio C.  Luego los agruparon todos en tres series, de acuerdo con sus historiales atómicos. Una serie de originó del uranio disociado; otra, del torio, y la tercera, del actinio (si bien más tarde se encontró un predecesor del actinio, llamado “protactinio” -en la imagen de abajo-).

En total se identificaron unos cuarenta miembros de esas series, y cada uno se distinguió por su peculiar esquema de radiación.  Pero los productos finales de las tres series fueron idénticos: en último término, todas las cadenas de sustancias conducían al mismo elemento, estable: PLOMO.

Ahora bien, esas cuarenta sustancias no podían ser, sin excepción, elementos disociados, entre el uranio (92) y el plomo (82) había sólo diez lugares en la tabla periódica, y todos ellos, salvo dos, pertenecían a elementos conocidos.

En realidad, los químicos descubrieron que aunque las sustancias diferían entre sí por su radiactividad, algunas tenían propiedades químicas idénticas.  Por ejemplo, ya en 1.907, los químicos americanos Herbert Newby Mc Coy y W.H. Ross descubrieron que el “radiotorio” (uno entre los varios productos de la desintegración del torio) mostraba el mismo comportamiento químico que el torio, y el “radio D”, el mismo que el del plomo; tanto, que era llamado a veces “radio plomo”.  De todo lo cual se infirió que tales sustancias eran en realidad variedades del mismo elemento: el radio-torio, una forma de torio; el radio-plomo, un miembro de una familia de plomos, y así sucesivamente.

La radiación alfa consiste en núcleos de helio-4 (⁴He) y es detenida fácilmente por una hoja de papel. La radiación beta, que consiste en electrones, es detenida por una placa de aluminio. La radiación gamma es finalmente absorbida cuando penetra en un material denso.

         Frederick Soddy

En 1.913, Soddy esclareció esa idea y le dio más amplitud.  Demostró que cuándo un átomo emitía una partícula alfa, se transformaba en un elemento que ocupaba dos lugares más abajo en la lista de elementos, y que cuando emitía una partícula beta, ocupaba, después de su transformación, el lugar inmediatamente superior.  Con arreglo a tal norma, el “radio-torio” descendería en la tabla hasta el lugar del torio, y lo mismo ocurría con las sustancias denominadas “uranio X” y “uranio Y”, es decir, que los tres serían variedades del elemento 90.  Así mismo, el “radio D”, el “radio B” el “torio B” y el “actinio B” compartirían el lugar del plomo como variedades del elemento 82.

Soddy dio el nombre de “isótopos” (del griego iso y topos, “el mismo lugar”) a todos los miembros de una familia de sustancias que ocupaban el mismo lugar en la tabla periódica.  En 1.921 se le concedió el premio Nóbel de Química.

¿Qué es un isótopo?

Un isótopo es un tipo de átomo, la unidad más pequeña de materia que reúne las propiedades químicas de un elemento de la tabla periódica.

 

Los átomos cuentan con electrones, protones y neutrones. Para pertenecer a un elemento químico determinado, los átomos deben tener un número específico de electrones y de protones. La cantidad de protones en su núcleo se denomina “número atómico” y se emplea para organizar los elementos en la tabla periódica.

No obstante, los átomos pertenecientes a un mismo elemento químico pueden presentar diferentes cantidades de neutrones en su núcleo; dichas variedades se denominan “isótopos”. Todos los isótopos de un mismo elemento tienen prácticamente las mismas propiedades químicas. Sin embargo, difieren en cuanto a sus propiedades físicas, en particular la masa atómica. Si emiten radiación, se denominan “isótopos radiactivos” o “inestables”; en caso contrario, se denominan “isótopos estables”.

 

El modelo sobre los isótopos protón-electrón del núcleo concordó perfectamente con la teoría de Soddy.

Al retirar una partícula de dicho núcleo, exactamente lo que necesitaba para bajar dos lugares en la tabla periódica.  Por otra parte, cuando el núcleo expulsaba un electrón (partícula beta), quedaba sin neutralizar un protón adicional, y ello incrementaba en una unidad la carga positiva del núcleo, lo cual era como agregar una unidad al número atómico, y, por tanto, el elemento pasaba a ocupar la posición inmediatamente superior en la tabla periódica de elementos.

¡Maravilloso!

Lo de maravilloso de antes, es que me entusiasmo con los movimientos que lleva a cabo la naturaleza para conseguir sus fines.

¿Cómo se explica que cuando el torio se descompone en “radio-torio” después de sufrir no una, sino tres desintegraciones, el producto siga siendo torio?  Pues bien, en este proceso el átomo de torio pierde una partícula alfa, luego una partícula beta y, más tarde, una segunda partícula beta.  Si aceptamos la teoría sobre el bloque constitutivo de los protones, ello significa que el átomo ha perdido cuatro electrones (dos de ellos, contenidos presuntamente en la partícula alfa) y cuatro protones.  (La situación actual difiere bastante de este cuadro, aunque, en cierto modo, esto no afecta al resultado.)

El núcleo de torio constaba inicialmente (según se suponía) de 232 protones y 142 electrones.  Al haber perdido cuatro protones y otros cuatro electrones, quedaba reducido a 228 protones y 138 electrones.  No obstante, conservaba todavía y el número atómico 90, es decir, el mismo antes.

Así, pues, el “radio-torio”, a semejanza del torio, posee 90 electrones planetarios, que giran alrededor del núcleo.  Puesto que las propiedades químicas de átomo están sujetas al número de sus electrones planetarios, el torio y el “radio-torio” tienen el mismo comportamiento químico, sea cual fuere su diferencia en peso atómico (232 y 228, respectivamente).

Los isótopos de un elemento se identifican por su peso atómico, o “número másico”.  Así, el torio corriente se denomina torio 232, y el “radio-torio”, torio 228.  Los isótopos radiactivos del plomo se distinguen también por estas denominaciones:

Así, el torio corriente se denomina torio 232, y el “radio-torio”, torio 228. Los isótopos radiactivos del plomo

Plomo 210 – Plomo 214-Plomo 212 y Plomo 211

“radio D” – “radio B” – “Torio B” y “Actinio B”

Se descubrió que la noción de isótopos podía aplicarse indistintamente tanto a los elementos estables como a los radiactivos.  Por ejemplo, se comprobó que las tres series radiactivas anteriormente mencionadas terminaban en tres formas distintas de plomo.  La serie del uranio acababa en plomo 206; la del torio, en el plomo 208, y la del actinio, en el plomo 207.  Cada uno de estos era un isótopo estable y “corriente” del plomo, pero los tres plomos diferían por su peso atómico.

    Francis William Aston en 1922

Mediante un dispositivo inventado por cierto ayudante de J.J. Thomson, llamado Francis William Aston, se demostró la existencia de los isótopos estables. En 1.919, Thomson, empleando la versión primitiva de aquel artilugio, demostró que el neón estaba constituido por dos variedades de átomos: una cuyo número de masa era 20, y otra, 22.  El neón 20 era el isótopo común; el neón 22 lo acompañaba en la proporción de un átomo por cada diez.  (Mas tarde se descubrió un tercer isótopo, el neón 21, cuyo porcentaje en el neón atmosférico era de un átomo por cada 400.)

Entonces fue posible, al fin, razonar el peso atómico fraccionario de los elementos.  El peso atómico del neón (20, 183) representaba el peso conjunto de los tres isótopos, de pesos diferentes, que integraban, el elemento en su estado natural.  Cada átomo individual tenía un número másico entero, pero el promedio de sus masas -el peso atómico- era un número fraccionario.

Aston procedió a mostrar que varios elementos estables comunes eran, en realidad, mezclas de isótopos.  Descubrió que el cloro, con un peso atómico fraccionario de 35’453, estaba constituido por el cloro 35 y el cloro 37, en la “proporción” de cuatro a uno.  En 1.922 se le otorgó el premio Nóbel de Química.

En el discurso pronunciado al recibir el premio, Aston predijo la posibilidad de aprovechar la energía almacenada en el núcleo atómico, vislumbrando ya las futuras y nefastas bombas y centrales nucleares.  Allá por 1.935, el físico canadiense Arthur Jeffrey Dempster empleó el instrumento de Aston para avanzar sensiblemente en esa dirección.  Demostró que, si bien 993 de cada 1.000 átomos de uranio ordinario, uranio 238 (no válido para combustible nuclear), los siete restantes eran uranio 235 (buen combustible nuclear).  Y, muy pronto se haría evidente el profundo significado de tal descubrimiento.

“La Teoría de la Utilización Progresiva (PROUT) Una nueva filosofía socio-económico-política, fue propuesta por Prabhat Ranjan Sarkar en el año 1959. … Esta teoría económica está basada en el concepto de máxima utilización.”

Así, después de estar siguiendo huellas falsas durante un siglo, se reivindicó definitivamente la teoría de Prout.  Los elementos estaban constituidos por bloques estructurales uniformes; si no átomos de hidrógeno, sí, por lo menos, unidades con masa de hidrógeno.

¿Qué no será capaz de inventar el hombre para descubrir los misterios de la naturaleza?

Gracias a investigaciones como las que antes he relatado, podemos hoy disfrutar y tener una vida cómoda y de inusitados medios a nuestro alcance para poder saber sobre el por qué de las cosas.

Bueno, entonces… ¿Sabemos realmente lo que la materia es?

La frase aunque parezca contradictoria, se acerca mucho a la realidad del momento que vivimos en nuestro Presente. Si creemos que sabemos lo que la materia es… Podríamos estar en lo cierto (en el sentido de que estamos en el buen camino), el Modelo Estándar de la Física de Partículas nos ha llevado a un niel aceptable de que sabemos y estamos en un nivel aceptable de conocimiento. Sin embargo, esos 19 parámetros presentes en el Modelo (metidos con calzador, para que cuadren las cuentas),  parecen decirnos que falta alguna cosa. En este punto, parece lógico preguntarse ¿Qué hay más allá de los Quarks?

Cuando sepamos responder a esa pregunta… ¡Sabremos lo que la materia es!

Emilio Silvera Vázquez

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De vez en cuando habrá que dedicar un rato a las cosas divertidas. ¡Qué situación!

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Decaimiento β^– de un núcleo. Se ilustra cómo uno de los neutrones se convierte en un protón a la vez que emite un electrón (β^-) y un antineutrino electrónico, decir, en el decaimiento β^–  (beta menos), un neutrón del núcleo se transforma en un protón mediante la interación débil, emitiendo simultáneamente un electrón (β^– ) y un neutrino electrónico.

La desintegración Beta del neutrón está mediada por un Bosón W^–,que transforma uno de sus quarks, y se desintegra en el par electrón-antineutrino. Ahora leamos el reportaje de la Revista “Investigación y Ciencia”, referido a la física de partículas y a unas mediciones efectuadas que no son coincidentes.

“Dos técnicas de precisión arrojan valores distintos para el tiempo que tardan los neutrones en desintegrarse. ¿Se trata de un error experimental, o hay un misterio más profundo?

En síntesis

Un neutrón libre es un neutrón que existe fuera de un núcleo atómico. Mientras que los neutrones pueden ser estables cuando están unidos dentro de los núcleos, los neutrones libres son inestables y se desintegran con una vida media de 886 segundos, unos quince minutos.

Los neutrones libres no son estables: pasados unos 15 minutos, un neutrón se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino. Conocer con exactitud su vida media es clave para abordar varias cuestiones en física y cosmología.

Existen dos métodos para determinar con precisión la vida media de esta partícula. El primero cuenta los neutrones que quedan en un recipiente después de cierto tiempo; el segundo cuenta los protones generados en su desintegración.

Hace años que una y otra técnica arrojan valores considerablemente dispares. Se cree que la discrepancia obedece a errores sistemáticos en alguno de los experimentos; sin embargo, hasta ahora nadie ha logrado dar con ellos.

Así hemos podido desvelar el secreto de que como se dice antes y se ve en la imagen, el neutrón al desintegrarse sigue este camino:

¹⁴ ₆C → ¹⁴ ₇N + e^–

Este proceso ocurre espontáneamente en neutrones libres, en el transcurso de 885.7(8) s de vida media.

Un neutrón está formado por dos quarks dowm (abajo) y un quark up (arriba), tiene una vida media de 14,761 minutos, es una partícula de la familia de los hadrones en su vertiente bariónica, interacción: con la Gravedad, la nuclear débil y la nuclear fuerte, su símbolo es n, su antipartícula es el antineutrón, la teorizo Rutherford y la descubrió James Chadwick, su masa es de  1,674 927 29(28)×10⁻²⁷ K., la carga eléctrica es cero, espín ½. Se conoce cuando forma parte del átomo por nucleón.

Por suerte para la vida en la Tierra, la mayor parte de la materia no es radiactiva. Aunque no solemos darle demasiada importancia, este hecho no deja de resultar sorprendente, ya que el neutrón (uno de los constituyentes, junto con el protón, de los núcleos atómicos) es propenso a desintegrarse. En el interior de un núcleo típico el neutrón puede vivir durante largo tiempo, pero, aislado, se desintegra en otras partículas en unos 15 minutos. Decimos «unos 15 minutos» para ocultar nuestra ignorancia al respecto, ya que, hasta ahora, no hemos sido capaces de medir con exactitud la vida media de esta partícula.

El neutrón y el protón forman los núcleos de los átomos; el protón es estable (su vida media es superior a 10³² años, según PDG 2012), pero el neutrón es inestable (vía la interacción electrodébil se desintegra en un protón) y aislado su vida media es de solo 880,1 ± 1,1 segundos (14 minutos y 40,1 segundos).

Resolver este «rompecabezas de la vida media del neutrón» no solo supone una cuestión de orgullo para nuestro gremio, el de los físicos experimentales, sino que resulta también vital para comprender mejor las leyes físicas. La desintegración del neutrón constituye uno de los procesos más sencillos en los que interviene la interacción débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Para entenderla por completo, hemos de saber cuánto tarda un neutrón aislado en desintegrarse. Por otro lado, la vida media del neutrón condicionó cómo se formaron los elementos químicos más ligeros después de la gran explosión que dio origen a nuestro universo. A los cosmólogos les gustaría poder calcular las abundancias esperadas de los distintos elementos y contrastarlas con los datos obtenidos por los astrofísicos. Un acuerdo apuntalaría nuestras teorías cosmológicas, mientras que una discrepancia indicaría la existencia de fenómenos físicos aún por descubrir. Pero, para poder llevar a cabo dicha comparación, hemos de conocer con exactitud cuánto vive un neutrón antes de desintegrarse.

Hace más de diez años, dos grupos experimentales, uno en Francia y otro en EE.UU., intentaron medir con precisión la vida media del neutrón. Uno de nosotros (Geltenbort) pertenecía al primer equipo, mientras que el otro (Greene) trabajaba en el segundo. Con sorpresa y cierta inquietud, comprobamos que nuestros resultados diferían de manera considerable. Algunos teóricos sugirieron que la discrepancia podría deberse a fenómenos físicos exóticos, como que parte de los neutrones se hubiesen desintegrado en partículas nunca antes observadas. Nosotros, sin embargo, achacamos la diferencia a una razón mucho más mundana: uno de los grupos —o ambos— tenía que haber cometido algún error o sobreestimado la precisión de sus resultados.

Hace poco, el equipo estadounidense completó un largo y concienzudo proyecto para estudiar la principal fuente de error que afectaba a sus mediciones. Lejos de zanjar la cuestión, sus esfuerzos solo confirmaron los resultados previos. Al mismo tiempo, otros investigadores verificaron los resultados del grupo de Geltenbort. Esta discrepancia nos ha dejado más perplejos de lo que ya estábamos, pero no hemos abandonado. Por el momento, ambos equipos y otros físicos experimentales seguimos buscando una respuesta.

CRONOMETRAR NEUTRONES

El neutrón y el protón forman los núcleos de los átomos; el protón es estable (su vida media es superior a 10³² años, según PDG 2012), pero el neutrón es inestable (vía la interacción electrodébil se desintegra en un protón) y aislado su vida media es de solo 880,1 ± 1,1 segundos (14 minutos y 40,1 segundos)

En teoría, determinar la vida media del neutrón es sencillo. Entendemos bien la física del proceso y disponemos de las herramientas adecuadas para estudiarlo. Sabemos que, siempre que una partícula pueda desintegrarse en otras de menor masa, acabará haciéndolo si en el proceso se conservan ciertas propiedades, como la carga eléctrica o el espín. En la llamada desintegración beta, un neutrón se transforma en un protón, un electrón y un antineutrino. Las masas de estas tres partículas suman algo menos que la masa del neutrón, pero la carga y el espín totales permanecen idénticos. Entre las cantidades conservadas se incluye la suma de masa y energía, por lo que las tres partículas finales incorporan esa pequeña diferencia de masa en forma de energía cinética.”

Nota: El artículo me ha sido enviado por Don José Gómez, un contertulio y visitante de ésta página que, con buen criterio, apunta que en cuanto a esas diferencias, las pruebas deben ser repetidas en distintos lugares y, si es posible, por distintos científicos también, ya que, en física de partícula, los resultados de un experimento, debe coincidir sin fisuras.

Publica: Emilio Silvera V.

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