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Desde el pasado pero, ¡siempre hacia el futuro!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en La Ciencia    ~    Comentarios Comments (4)

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                      Imagem cedida por Diamond Light Source

Acelerador de partículas construido en las instalaciones del Diamond Ligth Source en Oxfordshire (Inglaterra). Llamado la Fuente luminosa de diamante, el Diamond synchrotron comenzó a funcionar en enero de 2007. La luz que puede generar este artefacto es 100 mil millones de veces más brillante que un rayo X estándar médico.

Un acelerador de partículas (como todos sabemos) es, a grandes rasgos, una máquina que mediante campos electromagnéticos acelera partículas hasta que alcanzan velocidades inimaginables. Luego, por ejemplo, hacen chocar estas partículas y así se consigue saber de qué está formada la materia en sus partes más diminutas (mucho más diminutas que un átomo). Eso es lo que hace el LHC.

Sin embargo, en el caso de este acelerador, los científicos esperaban usar la luz del Diamond synchrotron para “leer” los textos antiguos que han sufrido el daño significativo. Porque los potentes rayos X permitirán hacerlo sin ni siquiera abrir el libro. El synchrotron emite un rayo X tan poderoso que, al incidir en una voluta, permite producir una imagen de 3-D del texto.

La técnica ya había sido aplicada satisfactoriamente en textos escritos con la tinta de hierro, que los escribanos comenzaron a usar en el siglo XII. Algunas de las tintas hechas con extractos vegetales y sales de hierro utilizadas en el Siglo XII deterioran el tipo de pergamino utilizado, imposibilitando la lectura de documentos valiosos. Simplemente he querido incluir esta introducción para que os hagais una idea de hasta donde puede llegar nuestro ingenio.

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                                                                       (ilustración de un nano robot)

 

Si hablamos de nuevos inventos en los campos más diversos, nos podríamos sorprender de lo que se ha conseguido en los últimos años que, desde  una “mano robótica” capaz de realizar toda clase de movimientos, “El sexto sentido”, una interfaz gestual portable que permite la interacción entre los gestos y los movimientos naturales del cuerpo humano con una computadora,  o, un Implantes de retina, que devuelve la visión a pacientes con degeneración macular y ceguera mediante implantes microelectrónicos. Entre los últimos inventos dedestaca una variedad de plástico hecha con orina de cerdo y lentes de contacto biónicos. Se inventa un proceso capaz de cultivar parte de un corazón humano a partir de células madre, una máquina que puede imprimir una novela completa de 300 páginas en tan solo 3 minutos y por un costo ínfimo, una batería que funciona con cualquier solución azucarada y enzimas de digestión de glucosa capaz de extraer electrones que crean electricidad…

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Las nuevas tecnologías y los inventos que se están produciendo en el diglo XXI, harían abrir la boca por el asombro a los filósofos naturalistas del pasado que trataban de profundizar en el conocimiento de la Naturaleza. Ellos fueron los que pusieron las primeras piedras del Edificio que hoy, llamamos Ciencia.

Corazones e Hígados artificiales, el guante de braille para ciegos, o, yendo más allá…

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Un “Diente telefónico”. Se trata de un minúsculo implante que se coloca en el diente molar y que mediante un complejo sistema de señales y vibraciones permite recibir llamadas telefónicas. Tejido artificial nanotecnológico, Parche hormonal anticonceptivo, o, esa invención que hace posible que con una pequeña gota nos permite descubrir si en una bebida se ha vertido alguna de las llamadas “drogas del depredador” como las GHB o la Ketamina. Estas drogas suelen utilizarse por violadores y secuestradores pues facilitan dicho crimen al desinhibir a la víctima. El “Motor a nanoescala”, lo suficientemente pequeño como para viajar en la espalda de un virus. Un dispositivo que administra medicamentos a través de ondas sonoras que sustituyen las inyecciones, siendo igual de efectivas. Plástico inteligente capaz de modificar su estructura ante la exposición de determinadas longitudes de onda. Un dispositivo móvil creado por Aqua Sciences que permite beber agua del aire. ¿Os imaginais lo que supondrá eso en la travesía de un desierto? INSCENTINEL inventa un sistema de entrenamiento para que abejas sean capaces de detectar bombas y explosivos.

Como se descubrió la penicilina

  Las cosas no llegaron por arte de magia… ¡muchas ideas hicieron falta!

Ahora miramos a nuestro alrededor y todo lo que vemos que ocurre nos parece lo normal, que las cosas son así. Sin embargo, habría que pensar -por ejemplo, en el ámbito de la física de partículas- que, el diluvio de estructuras subnucleares que desencadenó “el acelerador”  de partículas, fue tan sorprende como los objetos celestes que descubrió el telescopio de Galileo. Lo mismo que pasó con la revolución galileana, con la venida de los aceleradores de partículas, la Humanidad adquirió unos conocimientos nuevos e insospechados acerca de cómo era el mundo, la naturaleza de la materia.

Que en este caso de los aceleradores se refería al “espacio interior” en lugar de al “espacio exterior” no los hacía menos profundos ni menos importantes. El descubrimiento de los microbios y del universo biológico invisible por Pasteur fue un descubrimiento similar y, ya puestos, haremos notar que pocos se acuerdan ya de Demócrito, aquel filósofo sontiente que, tomó prestado de los antiguos hindúes, la idea del á-tomo, la expresión “más pequeña de la materia” que era “indivisible”.

Ahora sabemos que Demócrito estaba equivocado y que el átomo, sí se puede dividir. Sin embargo, él señaló un camino y, junto a Empédocles, el que hablaba de “elementos” como agua, aire, fuego y tierra, para significar que eran los componentes, en la debida proporción de todo lo que existía…, junto a otros muchos, nos han traído hasta aquí. Así que, los inventos que antes se mencionaban, no han llegado porque sí, ha sido un largo camino, mucha curiosidad y mucho trabajo y, no lo olvidemos: ¡Observar, Imaginar y Experimentar!

Nos dimos cuenta y estaba claro que la búsqueda de la menor de las partículas requería que se expandiese la capacidad del ojo humano: primero lupas, después microscopios y, finalmente… ¡Aceleradores! que, utilizando energías inimaginables ( 14 TeV), nos llevaría hasta las entrañas de la materia que tratamos de conocer.

Todos estos experimentos en los aceleradores han posibilitado muchos de los avances que hoy día conocemos en los distintos campos del saber humano. Generalmente, cuando se habla de aceleradores de partículas, todos piensan en el Bosón de Higgs y cosas por el estilo. Sin embargo, las realidades prácticas de dichos ingenios van mucho más allá.

CERN

“La “gran ciencia” (big science) genera tecnología, tecnología punta, genera industria, mucha industria, genera riqueza. Los grandes aceleradores de partículas, como el LHC del CERN, son ejemplos perfectos de ello. La tecnología de aceleradores de partículas ha permitido desarrollar dispositivos de implantación iónica que se utilizan para la fabricación de mejores semiconductores, para la fabricación prótesis de rodilla más duraderas, para la fabricación de neumáticos menos contaminantes, para el desarrollo de nuevas terapias contra el cáncer. Esto último gracias a que lo último de lo último en superimanes superconductores está en los grandes aceleradores. Esta tecnología ha permitido desarrollar y permitirá mejorar los potentes imanes necesarios en el diagnóstico clínico (como en resonancia magnética nuclear) y para terapias contra el cáncer basadas en haces de protones. Nos lo cuenta Elizabeth Clements, en “Particle physics benefits: Adding it up,” Symmetry, dec. 2008″ (Francis (th)E mule Science’s News).

Beneficios de la investigación básica en Física de Partículas: La tecnología desarrollada en los aceleradores de partículas tiene beneficios indirectos para la Medicina, la Informática, la industria o el medio ambiente. Los imanes superconductores que se usan para acelerar las partículas han sido fundamentales para desarrollar técnicas de diagnóstico por imagen como la resonancia magnética. Los detectores usados para identificar las partículas son la base de los PET, la tomografía por emisión de positrones (antipartícula del electrón). Y muchos hospitales utilizan haces de partículas como terapia contra el cáncer.

Con velocidades 10.000 mayor que una conexión típica, “The Grid” podrá enviar un catálogo completo de información desde Gran Bretaña a Japón en menos de 2 segundos. Esta red, creada en el centro de física de partículas CERN, puede proveer el poder necesario para transmitir imágenes holográficas; permitir juegos en línea con cientos de miles de personas, y ofrecer una telefonía de alta definición en video al precio de una llamada local

Así, la World Wide Web (WWW), el ‘lenguaje’ en el que se basa Internet, fue creado en el CERN para compartir información entre científicos ubicados alrededor del mundo, y las grandes cantidades de datos que se producen motivan el desarrollo de una red de computación global distribuida llamada GRID. Los haces de partículas producidos en aceleradores tipo sincrotrón o las fuentes de espalación de neutrones, instrumentos creados para comprobar la naturaleza de la materia, tienen aplicaciones industriales en la determinación de las propiedades de nuevos materiales, así como para caracterizar estructuras biológicas o nuevos fármacos. Otras aplicaciones de la Física de Partículas son la fabricación de paneles solares, esterilización de recipientes para alimentos o reutilización de residuos nucleares, entre otros muchos campos.

Tambien en el campo de la Astronomía, el LHC, nos puede ayudar a comprender cosas que ignoramos. Nos henmos preguntado sobre la existencia de estrellas de Quarks-Gluones, y, sobre el tema, algo nos ha dicho ya el Acelerador Europeo de Partículas que trata de llegar hasta “la materia oscura” y algunos otros enigmas que nos traen de cabeza.

No es extraño encontrarnos una mañana al echar una mirada a la prensa del día, con noticias como éstas:

Colisión de iones pesados registrada por el experimento ALICE. (Imagen: CERN.)

El acelerador europeo ha obtenido plasma de quarks-gluones, el primer estado de la materia tras el Big Bang.

 

“No todo son bosones de Higgs en las instalaciones del CERN. Aún hay muchas preguntas sobre el universo y sus partículas que se pueden responder a base de colisiones de alta energía. Y en eso, elLHC es el mejor. Un grupo de investigadores del consorcio europeo ha realizado nuevas mediciones de la que creen que es el primer tipo de materia que hubo durante los instantes iniciales del universo. El plasma de quarks-gluones.

Los quarks y los gluones son, respectivamente, los ladrillos y el cemento de la materia ordinaria. Durante los primeros momentos tras el Big Bang, sin embargo, no estaban unidos constituyendo partículas —como protones o neutrones— sino que se movían libremente en estado de plasma. A base de colisionar iones de plomo —que es un átomo muy pesado— a velocidades cercanas a las de la luz, el LHC pudo recrear durante pequeños lapsos de tiempo las que se creen fueron las condiciones de los primeros momentos del universo.

El plasma de quarks-gluones es extremo y efímero. Por eso los investigadores han tenido que analizar los resultados de más de mil millones de colisiones para obtener resultados significativos.”

Evento de colisión de 7 TeV visto por el detector LHCb. El experimento del LHCb en el LHC estará bien ubicado para explorar el misterio de la antimateria. Crédito: LHC, CERN. Ya sabéis que, durante muchos años, la ausencia de antimateria en el Universo ha atormentado a los físicos de partículas y a los cosmólogos: mientras que el Big Bang debería haber creado cantidades iguales de materia y antimateria, no observamos ninguna antimateria primordial hoy en día. ¿Dónde ha ido? Los experimentos del LHC tienen el potencial de dar a conocer los procesos naturales que podrían ser la clave para resolver esta paradoja.

Cada vez que la materia es creada a partir de energía pura, se genera la misma cantidad de partículas y antipartículas. Por el contrario, cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan mutuamente y producen luz. La antimateria se produce habitualmente cuando los rayos cósmicos chocan contra la atmósfera de la Tierra, y la aniquilación de materia y antimateria se observa durante los experimentos de física en los aceleradores de partículas.

Equipos de físicos en todo el mundo siguen analizando datos. Aquellas primeras colisiones de protones a la alta energía prevista de 7 Teraelectronvoltios (TeV), una potencia jamás alcanzada en ningún acelerador antes, nos puede traer noticias largamente esperadas y desvelar misterios, contestar a preguntas planteadas y, en definitiva, decirnos cómo es la Naturaleza allí, donde el ojo humano no puede llegar pero, si la inteligencia.

Lo cierto es que, todos tenemos que convenir en el hecho cierto de que, el LHC es el mayor experimento físico de la historia de la Ciencia y que, de seguro, nos dará la oportunidad de comprender muchas cuestiones que antes se nos aparecían oscuras e indistinguibles entre la bruma de esa lejanía infinitesimal de la cuántica. Ahora, tenemos una herramienta capaz de llevarnos hasta aquellos primeros momentos en los que se construyó la historia del universo y, si podemos, de esta manera “estar allí”, veremos, con nuestros propios ojos lo que pasó y por qué pasó de esa manera.

Toda esta larga exposición de temas, de alguna manerta conectados, viene al caso para dejar claro que, aquellos detractores del LHC, no llevaban la razón y, sus protestas no tenían un contenido científico. El Acelerador de Partículas que llamamos abreviadamente LHC, nos ha dado y nos seguirá dando, muchos beneficios para toda la Humanidad.

emilio silvera


  1. El asombroso Universo: No sabemos todo lo que contiene : Blog de Emilio Silvera V., el 3 de febrero del 2013 a las 8:50

    […] registrada por el experimento ALICE. (Imagen: CERN.) El acelerador europeo ha obtenido plasma de quarks-gluones, el primer estado de la materia tras el Big Bang. Parece que todo lo que podamos […]

 

  1. 1
    kike
    el 12 de diciembre del 2012 a las 12:28

    ünicamente con el título del artículo ya podemos imaginarnos mil y una cosas sobre ese cosmos tan querido y temido al mismo tiempo.

     Lo normal, como hecho equidistante entre extremismos, suele ser la virtud y muchas veces la realidad, pero en el cosmos me temo que esa máxima no funciona demasiado bien; de hecho no funciona ni en el macro ni en el micro.

     En el micro, aparte de la enrevesada cuántica, con sus efectos tan poco o nada intuitivos para nuestra mente (Como puede ser un claro jemplo la dualidad onda partícula de la luz, pero dualidad que muchas veces parece manifestarse conjuntamente al mismo tiempo), hasta el hecho comprobado de que pese a que la unión de partículas da un resultado de cuerpos completamente sólidos, en realidad están construidos en su mayoría por espacio vacío(el núcleo de un átomo con sus protones y neutrones es al átomo como la cabeza de un alfiler situado en el centro de un campo de fútbol), o que los quarks que conforman los protones y neutrones tienen una dimensión cero, lo que dejaría a las matemáticas un poco  malparadas (0+0+0+0=1); y así multitud de circunstancias físicas que aún no podemos comprender en absoluto).

     Y respecto al macrocosmos, parecía que lo normal es que las estrellas, nebulosas, galaxias, etc., tuvieran unas caracteristicas más o menos comunes, con lo que se pudieran clasificar de manera que agradara a nuestra comprensión; pero hete aquí que contínuamente aparecen noticias de cuerpos que desafían esa lógica(lógica que parece más impuesta por nuestros intereses que la realidad misma), como pueda ser el reciente ejemplo del hallazgo de un agujero negro colosal, tan grande que tiene tres días de años/luz de diámetro, o sea un agujero negro más grande que nuestro sistema solar; y que posee nada más y menos que el 14% de la masa de su galaxia, galaxia mucho más grande que la nuestra.

     O el ejemplo del quasar que lanza por los polos materia a la velocidad de c. a una distancia de varios millones de años luz por cada extremo; o que existen magnetares compuestos por una inmensa bola de diamante, o que en Júpiter pudiera existir lluvia también de diamantes, etc.,etc.     

     Por cierto, sobre eso de los agujeros negros, tengo una pregunta para Maese:

     Los a.n. se van evaporando con el paso del tiempo (un tiempo larguísimo), pero parece que efectivamente van perdiendo densidad, lo que supongo significa que van perdiendo energía. pero por otra parte sabemos que nada puede escapar de un a.n., ya que aunque existen esos portentosos jets, parecen ser a consecuencia de la radiación de Hawkings, o sea, materia que sin  llegar a introducirse tras el horizonte de eventos, es desligada de su par partícula y expulsada a velocidades relativistas, por lo que no puede contabilizarse como materia proviniente del a.n.

     Entonces ¿De donde y porqué sale esa materia que poco a poco va produciendo la evaporación de los a.n.?;  a ver si por algún lugar desconocido tienen una válvula de ecape (como mera reguladora de la presión), aunque incluso pudiera encontrarse en otras dimensiones. 

     Lo dicho, en el cosmos, lo extraordinario parece la norma.

     Saludos a todeos.              

    Responder
    • 1.1
      emilio silvera
      el 13 de diciembre del 2012 a las 4:33

      Amigo mío, lo de la válvula de escape lo sueltas medio en broma pero…¿por qué no podría ser un mecanismo del a.n. para evitar su propia destrucción en ciertas circunstancias? Al fin y al cabo no conocemos tan bien como pretendemos creer a esos exóticos “personajes” que, según creo yo, radian de dos maneras:
      1. Una cuando engulle materia, en ese momento de pasar esa inmensa masa de un lugar a otro (de nuestro mundo al mundo cuántico de la singularidad), es tan fuerte la transición que antes de entrar al agujero negro, la materia radia cuando aún está en lugar seguro y sale expulsada hacia fuera. Todo eso ocurre en el Horizonte de sucesos, antes de entrar al agujero. Allí, se producen fuertes mareas cuando la materia y las ondas van cayendo el fatído lugar y la energía rotacional es inmensa en un remolino del espacio fuera del a.n. que tiene sus consecuencias en forma de radiación al estar todo eso situado en “zona segura”, es decir, sin haber llegado ni traspasado la línea de irás y no volveras.
      Cuando todo esto se está produciendo, en realidad, las áreas del horizonte absoluto, tienden a aumentar, y nunca pueden decrecer. La nueva materia que incesante cae al agujero hace que cada vez sea mayor pero, todos esos cambios producen radiación en la materia que se ve sometida a cambios increíbles y temperaturas extremas.
      Hay una cosa muy curiosa y es que, las ecuaciones que desriben cambios lentos en las propiedades de los agujeros negros (por ejemplo, cuando acrecen gas lentamente) se parecen a algunas de las ecuaciones de la termo dinámica. La semejanza es notable y se asemeja notablemente a la segunda ley de la termodinámica. De hechpo, el teorema del área, tal como lo expresa Hawking, se convierte en la segunda ley de la termodinámica simplemente con reemplazar la frase “area de horizonte” por la palabra “entropía”: en cualquier región del espacio y en cualquier instante del tiempo (medido en cualquier sistema de referencia), mídase la entropía total e todo lo que haya allí. Espérese a continuación el tiempo que se desee, y midase otra vez la entropìa total. Si nada ha salido a través de las “paredes” de su región espacial entre ambas medidas, entonces la entropía total no puede haber disminuido, y casi siempre habrá aumentado, al menos un poco y eso…quiere decir algo.
      Las primeras sugerecnias de que los agujeros negros radían fueron de Yakov Borisovich Zel´dovich, en junio de 1971. Él aseguró que los aguejros negros en rotación radiaban. La radiación que sale del agujero ejercerá una reacción sobre el agujero y poco a poco se frenará y, cuando la rotación haya desaparecido, también la radiación lo hará. Si una esfera metálica en rotación emite radiación electromagnética, análogamente, un agujero negro en rotación emitirá ondas gravitatorias. Eso decía Yakov.
      La relatividad de Einstein prohíbe muchas de esas cuestiones pero…Ahora se saber que esa bella teoría es a veces muy precisa y otras marca o indica aproximaciones de los comportamientos de la naturaleza. La Realtividad General, a pesar de tener casi cien años, aún tiene secretos que desvelar y, la gravedad cuántica no es bien comprendida, el mismo Wheeler dedujo allá por los años ciencuenta que debe implicar fluctuaciones gravitatorias del vacío, minúsculas e impredecibles fluctuaciones en curvatura del espacio-tiempo, fluctuaciones que continúan incluso cuando el espacio-tiempo está completamente vacío que está completamente vacío de cualquier materia y uno trata de eliminar de él todas las ondas gravitatorias, es decir, cuando es un vacío perfecto. Y, Zel´dovich pretendió prever, a partir de una analogía electromagnética, que estas fluctuaciones gravitatorias del vacío harían que los agujeros negros radiasen.
      Más tarde quedó demostrado que las fluctuaciones de vacío son, para las ondas electromagnéticas y gravitatorias, lo que “los movimientos de degeneración claustrofóbicos” son para los electrones. Así, según Zel´dovich siempre quedarán algunas oscilaciones aleatorias impredecibles. Estas son las fluctuaciones de vacío que según él, harían “cosquillas” a una esfera de metal o a un agujero negro en rotación y les haría radiar.
      Los cálculos de Hawking decían más. Una vez que la rotación del agujero se ha frenado, su entropía y el área de su horizonte son proporcionales al cuadrado de su masa, mientras que su temperatura y la gravedad de su superficie son proporcionales a su masa dividida por su área, lo que significa inversamente proporcionales a su masa. En consecuencia, a medida que el agujero continúa emitiendo radiación, convirtiendo masa en energía saliente, su masa disminuye, su entropía y área disminuyen, y su temperatura y gravedad en la superficie aumentan. El agujero se contrae y se hace más caliente. De hecho, el agujero se está evaporando.
      Si este supuesto de Hawking se llega a comprobar, el Nobel lo tendría seguro.
       
      2. De la otra parte, aparecen los Jets que tienen también una complicada explicación y, en este momento, tengo que ponerme a plantear las páginas del día que se pondrán en este Blog, así que otro día (que lo habrá) tendremos tiempo de hablar de todo esto con más detalle y, trataremos de llegar a comprender, al menos “de refilón” y “por los pelos” toda la complejidad que en los agujeros negros está implícita.
      Un abrazo amigo, ya me gustaría a mí saber para poder contestarte mucho mejor a lo que preguntas pero…

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  2. 2
    emilio silvera
    el 10 de septiembre del 2013 a las 8:31

    Hay temas como el que aquí tratamos que son dignos de un buen coloquio pero, mi gente está dormida y no tiene ganas de dialogar para que todos, nos podamos enriquecer al expresar nuestras pareceres en la materia tratada.

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