domingo, 27 de septiembre del 2020 Fecha
Ir a la página principal Ir al blog

IMPRESIÓN NO PERMITIDA - TEXTO SUJETO A DERECHOS DE AUTOR




El futuro incierto, el mundo del mañana.

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Futuro incierto    ~    Comentarios Comments (0)

RSS de la entrada Comentarios Trackback Suscribirse por correo a los comentarios

Ciencia de los Materiales
Más Oscuro Que el Color Negro

Foto: Chris Gunn/NASA“Un equipo de ingenieros de la NASA desarrolla actualmente un material más oscuro que el color negro y que ayudará a que los científicos logren realizar mediciones científicas difíciles de llevar a cabo, o consigan observar objetos astronómicos que hoy es difícil o imposible discernir, como por ejemplo planetas semejantes a la Tierra en órbita alrededor de otras estrellas.

El material ultraoscuro, basado en la nanotecnología, está siendo desarrollado por un equipo de diez expertos del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA, en Greenbelt, Maryland.

Se trata de un delgado recubrimiento de nanotubos de carbono de pared múltiple, diminutos tubos huecos de carbono puro, aproximadamente 10.000 veces más delgados que un cabello humano. Los nanotubos tienen una multitud de usos potenciales, particularmente en la electrónica y en el campo de los materiales avanzados, gracias a sus propiedades eléctricas únicas y a su extraordinaria robustez. Pero en esta nueva aplicación, la NASA está interesada en usar la nanotecnología para ayudar a suprimir la luz errante que interfiere en las mediciones hechas con instrumental óptico.”

Lo que debe quedarnos claro es que, cada día, avanzamos un poco más en todas las disciplinas del saber humano y, más rápidamente de lo que algunos puedan suponer, nos estamos preparando para un futuro que está a la vuelta de la esquina.

¿Qué dirían nuestros ancestros de los móviles y de las múltiples aplicaciones que pueden ser aplicadas para realizar funciones asombrosas? Como ha pasado con Internet, el mundo de los teléfonos móviles ha desbordado cualquier previsión que pudiera haberse formalizado de las espectativas de futuro. Cada día, sentado cómodamente en el salón de casa, puedo hablar con mi hija María que está en México por razones de trabajo. Es algo que, aunque seámos de este tiempo, no deja de asombrarnos también a nosotros.

Muchos van siendo los logros que todos los campos vamos conquistando y, tanto en nuestro planeta como en el Espacio Interestelar, en el Universo, se van logrando victorias que, en un futuro lejano serán imprescindibles para la continuidad de nuestra especie.

Los cinco grandes descubrimientos de la Física de los últimos 25 años
   Se consiguió el teletransporte que  ya es posible en el mundo cuántico… ¡Sólo es cuetión de Tiempo! Acordáos, en 2012, un equipo internacional de científicos logró teletransportar fotones a través de 143 kilómetros de distancia, rompiendo todos los registros anteriores. Además, un grupo de físicos israelíes ha anunciado que ha conseguido entrelazar dos fotones que nunca habían coincidido en el tiempo, esto es, que existieron en momentos diferentes.
La construcción de un ingenio que nos lleve de un lado a otro del Universo burlando la velocidad de la luz, como ocurre en Star Trek, está aún muy lejos de hacerse realidad, pero el teletransporte ya es posible en el mundo cuántico, ese universo extraño que rige el comportamiento de lo diminuto, las moléculas y los átomos, y en el que es posible que ocurran cosas tan mágicas como estar en dos sitios a la vez.
Computación cuántica
Computadoras con velocidad y capacidad descomunales o materiales con “superpoderes” son algunas de las tecnologías desarrolladas a partir de los hallazgos más importantes de la física contemporánea. Son muchos los avanzas que han sido realizados en el campo de la Física y costaría trabajo elegir algunos como los mejores. ¡Todos tienen una importancia enorme!
bec_20021007.jpg
La creación del primer condensado de Bose-Einstein (1995): El quinto estado de agregación de la materia (los tres más conocidos son sólido, líquido y gaseoso, y el cuarto es el plasma) se produce a temperaturas que se aproximan al cero absoluto. Los átomos se fusionan a baja energía, y comienzan a comportarse como ondas, y no como partículas. A su descubrimiento se le auguran varias aplicaciones: instrumentos de medición y relojes atómicos más exactos, y la capacidad de almacenar información en las futuras computadoras cuánticas. Su creación en laboratorio reforzó las teorías cuánticas fundamentales desarrolladas por el Premio Nobel de Física Enrico Fermi sobre el comportamiento y la interección de los electrones.
La aceleración de la expansión del Universo (1997): Las evidencias de una misteriosa fuerza antigravitatoria, la “energía oscura”, que causa la expansión del Universo a un ritmo cada vez más veloz confirmaron una idea originalmente propuesta -y descartada- por Albert Einstein. Este descubrimiento sacudió las bases de la cosmología observacional y supuso un gran avance en la comprensión de la evolución y el destino final del cosmos, al constatar que está dominado por energía, no por materia.
neutrinos
La prueba de que los neutrinos tienen masa (1998): La evidencia de la ínfima masa de los neutrinos es un paso clave para entender mejor a una de las partículas subatómicas más enigmáticas del modelo estándar –la teoría que describe las interacciones y las partículas elementales de toda la materia– y su relación con la cosmología y la astrofísica. Miles de millones de minúsculos neutrinos nos atraviesan cada segundo, sin tocar nada ni dejar rastro. Pero son esenciales en todos los átomos que existen y tienen la clave para entender lo que hace funcionar al Sol.
Colisión de particulas
El bosón de Higgs (2012): Esta partícula elemental fue propuesta en teoría en 1964 por Peter Higgs para explicar la razón de la existencia de masa en las partículas elementales. Sus rastros físicos fueron descubiertos por científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) en el Acelerador de partículas LHC y, ha hecho posible que uno de los parámetros aleatorios del Modelo Estándar (la masa de las partículas), se confirmara para perfeccionar lo que sabemos que, en no pocos casos, son intuiciones no confirmadas.
     Cinco tecnologías que cambiarán el mundo
- Terapia de hadrones: puede tratar tumores con un acelerador de partículas en miniatura, controlado desde un tablero.
- Computación cuántica: permite simular y crear modelos moleculares de nuevos fármacos.
- Grafeno: es importante para la electrónica y la creación de materiales muy resistentes.
- Superlentes nanoscópicos: capaces de producir imágenes a partir de luz evanescente.
- Recolección de energía cinética: energía portátil basada en la triboelectricidad o electrificación por contacto de materiales.
Como estamos aquí y todo ocurre a nuestro alrededor, estando como estamos inmersos en nuestros pequeños problemas cotidianos, no prestamos o prestamos poca atención a lo que realmente está pasando ¡ahora mismo! en los miles de laboratorios del mundo, en las investigaciones que sobre la materia y el Universo mismo se están realizando y, de los muchos inventos y nuevos ingenios que se están logrando. En menos de 50 años, nuestro mundo, será “otro mundo”.
Nadie ha podido nunca predecir el futuro que, por su naturaleza intrínseca, es y será siempre incierto. Sin embargo, nadie puede negar que no son pocas las cuestiones y los hechos que ahora están aquí con nosotros y que, hace tan sólo unos décadas, eran simples predicciones. Es decir, sí que podemos intuir, en parte, lo que podrá pasar.
Nos estamos preparando para poder tocar, aunque sea con la punta de los dedos, la naturaleza de ese “universo oscuro” que presentimos.

¿Qué es el tiempo? ¿Lo sabremos alguna vez?

 

 

 

 

 

¿La vida en la Tierra es un fenómeno único? Seguramente no, las probabilidades son muchas para que sea al contrario. Sin embargo… ¡las distancias!

 

 

Dicen que la gravedad cuántivca subyace en la teoría de cuerdas pero… ¿Podremos unificar la mecánica cuántica y la gravedad?

 

 

¿Podemos explotar las rarezas de la mecánica cuántica? ¿Cómo es posible que se produzca el entrelazamiento cuántico? Es cierto que casi todos los avances actuales de la Física, son fruto de la aplicación de la física cuántica, así los ordenadores cuánticos, el teletransporte del que antes se habló y muchos otros, tienen su origen en este fenómeno cuántico que no es bien conocido de todos.

 

 

¿Qué es el entrelazamiento cuántico?

 Esta propiedad, cuyo término fue introducido en 1935 por Schrödinger (el del famoso gato que lleva su nombre), es un proceso en el que una sola función de onda describe dos objetos separados. Se da la particularidad de que estos dos objetos comparten una misma existencia, como si estuvieran unidos por un cordón umbilical invisible o una onda que, en teoría, se puede propagar por todo el universo.
Ahora amigos, me despido después de haber dejado aquí unas cuantas cuestiones para que os hagan pensar. Ya sabéis, “No solo de Pan vive el Hombre!
Feliz fin de semana.
emilio silvera

Esos diminutos objetos que conforman la materia

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (0)

RSS de la entrada Comentarios Trackback Suscribirse por correo a los comentarios

 

 

 

El electrón es poseedor de una carga eléctrica negativa; y, al girar el electrón sobre su propio eje genera un campo magnético que denominamos espín. El espín proporciona una medida del momento angular intrínseco de toda partícula. Añadiendo el espín como un cuarto número cuántico, se logró dar una explicación más completa de las características de los espectros de átomos que poseen un solo electrón. Actualmente, la existencia del espín del electrón está confirmada por muchos resultados experimentales. Pronto, el concepto de espín se amplió a todas las partículas subatómicas, incluidos los protones, los neutrones y las antipartículas.

Así, las interacciones magnéticas y la dupliidad de muchas líneas espectrales (estructura fina), son los efectos atribuidos a la existencia de ese momento magnético (el momento del espín), que surge debido al movimiento de rotación del electrón alrededor de su eje. El momento angular de rotación no puede cambiar de ninguna manera, que que forma parte intrínseca de la particula como una propiedad más, como lo son la masa o su carga eléctrica. El momento cuántico del espín (s) del electrón tiene valores de ±½.

 

En concreto, cuando se realiza una medición del espín en diferentes direcciones, sólo se obtienen una serie de valores posibles. que son sus posibles proyecciones sobre esa dirección. Por ejemplo, la proyección del momento angular de espín de un electrón, si se mide en una dirección particular dada por un campo magnético externo, puede resultar únicamente en los valores \hbar/2 o bien -\hbar/2.

El valor de espín está cuantizado, lo que significa que no pueden encontrarse partículas con cualquier valor del espín, sino que el espín de una partícula siempre es un múltiplo entero de \hbar/2 (donde \hbar es igual a h la constante de Planckdividida entre 2\pi.

 Kronig  Goudsmit  Uhlenbeck
Ralph Kronig, físico alemán (1904-1996)
Samuel Goudsmit, físico holandés (1902-1978)
George Uhlenbeck, físico holandés (1900-1988)

Usualmente se ve cómo la partícula gira sobre su eje, a semejanza de un trompo, o como la Tierra o el Sol, o nuestra galaxia o, si se me permite decirlo, como el propio universo. En 1.925, los físicos holandeses George Eugene Uhlenbeck y Samuel Abraham Goudsmit aludieron por primera vez a esa rotación de las partículas. Éstas, al girar, generan un minúsculo campo electromagnético; tales campos han sido objeto de medidas y exploraciones, principalmente por parte del físico alemán Otto Stern y el físico norteamericano Isaac Rabi, quienes recibieron los premios Nobel de Física en 1.943 y 1.944 respectivamente, por sus trabajos sobre dicho fenómeno.

 http://farm5.static.flickr.com/4140/4745204958_afd02b2486.jpg

Esas partículas (al igual que el protón, el neutrón y el electrón), que poseen espines que pueden medirse en números mitad, se consideran según un sistema de reglas elaboradas independientemente, en 1.926, por Fermi y Dirac; por ello, se las llama y conoce como estadísticas Fermi-dirac. Las partículas que obedecen a las mismas se denominan fermiones, por lo cual el protón, el electrón y el neutrón son todos fermiones.

 

Hay también partículas cuya rotación, al duplicarse, resulta igual a un número par. Para manipular sus energías hay otra serie de reglas, ideadas por Einstein y el físico indio S. N. Bose. Las partículas que se adaptan a la estadística Bose-Einstein son bosones, como por ejemplo la partícula alfa.

Las reglas de la mecánica cuántica tienen que ser aplicadas si queremos describir estadísticamente un sistema de partículas que obedece a reglas de esta teoría en vez de los de la mecánica clásica. En estadística cuántica, los estados de energía se considera que están cuantizados. La estadística de Bose-Einstein se aplica si cualquier número de partículas puede ocupar un estado cuántico dad. Dichas partículas (como dije antes) son bosones, que tienden a juntarse.

Los bosones tienen un momento angular nh/2π, donde n es cero o un entero, y h es la constante de Planck. Para bosones idénticos, la función de ondas es siempre simétrica. Si sólo una partícula puede ocupar un estado cuántico, tenemos que aplicar la estadística Fermi-Dirac y las partículas (como también antes dije) son los fermiones que tienen momento angular (n + ½)h / 2π y cualquier función de ondas de fermiones idénticos es siempre antisimétrica. La relación entre el espín y la estadística de las partículas está demostrada por el teorema espín-estadística.

 

En un espacio de dos dimensiones es posible que haya partículas (o cuasipartículas) con estadística intermedia entre bosones y fermiones. Estas partículas se conocen con el nombre de aniones; para aniones idénticos, la función de ondas no es simétrica (un cambio de fase de +1) o antisimétrica (un cambio de fase de -1), sino que interpola continuamente entre +1 y -1. Los aniones pueden ser importantes en el análisis del efecto Hall cuántico fraccional y han sido sugeridos como un mecanismo para la superconductividad de alta temperatura.

 

               El principio de exclusión de Pauli y el cuarto número cuántico, el spin

Debido al principio de exclusión de Pauli, es imposible que dos fermiones ocupen el mismo estado cuántico (al contrario de lo que ocurre con los bosones). La condensación Bose-Einstein es de importancia fundamental para explicar el fenómeno de la superfluidez. A temperaturas muy bajas (del orden de 2×10-7 K) se puede formar un condensado de Bose-Einstein, en el que varios miles de átomos dorman una única entidad (un superátomo). Este efecto ha sido observado con átomos de rubidio y litio. Como ha habréis podido suponer, la condensación Bose-Einstein es llamada así en honor al físico Satyendra Nath Bose (1.894 – 1.974) y a Albert Einstein. Así que, el principio de exclusión de Pauli tiene aplicación no sólo a los electrones, sino también a los fermiones; pero no a los bosones.

Si nos fijamos en todo lo que estamos hablando aquí, es fácil comprender cómo forma  un campo magnético la partícula cargada que gira, pero ya no resulta tan fácil saber por qué ha de hacer lo mismo un neutrón descargado. Lo cierto es que cuando un rayo de neutrones incide sobre un hierro magnetizado, no se comporta de la misma forma que lo haría si el hierro no estuviese magnetizado. El magnetismo del neutrón sigue siendo un misterio; los físicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalente a cero, aunque por alguna razón desconocida, logran crear un campo magnético cuando gira la partícula.

 

Particularmente creo que, si el neutrón tiene masa, si la masa es energía (E = mc2), y si la energía es electricidad y magnetismo (según Maxwell), el magnetismo del neutrón no es tan extraño, sino que es un aspecto de lo que en realidad es materia. La materia es la luz, la energía, el magnetismo, en  definitiva, la fuerza que reina en el universo y que está presente de una u otra forma en todas partes (aunque no podamos verla).

Sea como fuere, la rotación del neutrón nos da la respuesta a esas preguntas:

¿Qué es el antineutrón? Pues, simplemente, un neutrón cuyo movimiento rotatorio se ha invertido; su polo sur magnético, por decirlo así, está arriba y no abajo. En realidad, el protón y el antiprotón, el electrón y el positrón, muestran exactamente el mismo fenómeno de los polos invertidos.

Es indudable que las antipartículas pueden combinarse para formar la antimateria, de la misma forma que las partículas corrientes forman la materia ordinaria.

 

Los investigadores, de la organización europea de investigación nuclear (CERN), lograron atrapar 38 átomos de hidrógeno de antimateria en una fracción de segundo, un tiempo que permite comenzar a estudiar su estructura. Esto supone un hito histórico ya que, según explica el especialista en Ciencia de la BBC, Jason Palmer, pese a que antes se había logrado producir antihidrógeno, en las ocasiones anteriores se destruyó inmediatamente al entrar en contacto con la materia.

La primera demostración efectiva de antimateria se tuvo en Brookhaven en 1.965, donde fue bombardeado un blanco de berilio con 7 protones BeV y se produjeron combinaciones de antiprotones y antineutrones, o sea, un antideuterón. Desde entonces se ha producido el antihelio 3, y no cabe duda de que se podría crear otros antinúcleos más complicados aún si se abordara el problema con más interés.

Pero, ¿existe en realidad la antimateria? ¿Hay masas de antimateria en el universo? Si las hubiera, no revelarían su presencia a cierta distancia. Sus efectos gravitatorios y la luz que produjeran serían idénticos a los de la materia corriente. Sin embargo, cuando se encontrasen las masas de las distintas materias, deberían ser claramente perceptibles las reacciones masivas del aniquilamiento mutuo resultante del encuentro. Así pues, los astrónomos observan especulativamente las galaxias, para tratar de encontrar alguna actividad inusual que delate interacciones materia-antimateria.

No parece que dichas observaciones fuesen un éxito. ¿Es posible que el universo esté formado casi enteramente por materia, con muy poca o ninguna antimateria? Y si es así, ¿por qué? Dado que la materia y la antimateria son equivalente en todos los aspectos, excepto en su oposición electromagnética, cualquier fuerza que crease una originaría la otra, y el universo debería estar compuesto de iguales cantidades de la una y de la otra.

 

 En la prensa pudimos leer la noticia:

“Un grupo de investigadores de la Universidad de Syracusa acaba de anunciar una serie de importantes hallazgos sobre una extraña partícula subatómica, el mesón Bs, que podrían explicar por qué el Universo contiene mucha más materia que antimateria.

La cuestión de la “antimateria perdida” ha intrigado a los Físicos durante décadas. Según predicen los modelos vigentes, durante el Big Bang tuvo por fuerza que producirse una cantidad igual de materia que de antimateria. Pero en la actualidad todo lo que vemos a nuestro alrededor está hecho de materia. ¿Dónde está, pues, la antimateria que falta?

Este es el dilema. La teoría nos dice que debería haber allí antimateria, pero las observaciones lo niegan, no lo respaldan. ¿Es la observación la que falla? ¿Y qué ocurre con los núcleos de las galaxias activas, e incluso más aún, con los quásares? ¿Deberían ser estos fenómenos energéticos el resultado de una aniquilación materia-antimateria? ¡No creo! Ni siquiera ese aniquilamiento parece ser suficiente, y los astrónomos prefieren aceptar la noción de colapso gravitatorio y fenómenos de agujeros negros, como el único mecanismo conocido para producir la energía requerida.

Con esto de la antimateria me ocurre igual que con el hecho, algunas veces planteado, de la composición de la materia en lugares lejanos del universo. “Ha caído una nave extraterrestre y nuestros científicos han comprobado que está hecha de un material desconocido, casi indestructible”. Este comentario se ha podido oír en alguna película de ciencia ficción. Podría ser verdad (un material desconocido), sin embargo, no porque la nave esté construida por una materia distinta, sino porque la aleación es distinta y más avanzada a partir de los materiales conocidos del universo. En cualquier parte del universo, por muy lejana que pueda estar, rigen los mismos principios y las mismas fuerzas: la materia y la energía son las mismas en cualquier parte. Lo único que puede diferir es la forma en que se utilice, el tratamiento que se le pueda dar, y sobre todo, el poseer el conocimiento y la tecnología necesarios para poder obtener el máximo resultado de las propiedades que dicha materia encierra, porque, en última instancia, ¿es en verdad inerte la materia?

 

                 El saludo los destruiría a los dos

Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos aún a años luz de saber y conocer sobre su verdadera naturaleza. Nos podríamos preguntar miles de cosas que no sabríamos contestar. Nos maravillan y asombran fenómenos naturales que ocurren ante nuestros ojos, pero que tampoco sabemos, en realidad, a qué son debidas. Sí, sabemos ponerles etiquetas como la fuerza nuclear débil, la fisión espontánea que tiene lugar en algunos elementos como el protactinio o el torio, y con mayor frecuencia, en los elementos que conocemos como transuránicos.

A medida que los núcleos se hacen más grandes, la probabilidad de una fisión espontánea aumenta. En los elementos más pesados de todos (einstenio, fermio y mendelevio), esto se convierte en el método más importante de su ruptura, sobrepasando a la emisión de partículas alfa. ¡Parece que la materia está viva! Son muchas las cosas que desconocemos, y nuestra curiosidad nos empuja continuamente a buscar esas respuestas.

El electrón y el positrón son notables por sus pequeñas masas (sólo 1/1.836 de la del protón, el neutrón, el antiprotón o el antineutrón), y por lo tanto, han sido denominados leptones (de la voz griega leptos, que dignifica “delgado”).

 

          Al fin se pudo conseguir imágenes de los electrones en distintas modalidades y, cada día, este pequeño objeto va teniendo menos secrtetos

Aunque el electrón fue descubierto en 1.897 por el físico británico Joseph John Thomson (1.856 – 1.940), el problema de su estructura, si la hay, aún no está resuelto. Conocemos su masa y su carga negativa que responden a 9’1093897 (54) × 10-31 Kg la primera, y 1’60217733 (49) × 10-19 culombios la segunda, y también su radio clásico r0 igual a e2/(mc2) = 2’82 × 10-13 cm. No se ha descubierto aún ninguna partícula que sea menos masiva que el electrón (o positrón) y que lleve una carga eléctrica, sea la que fuese (sabemos cómo actúa y cómo medir sus propiedades, pero aún no sabemos qué es), que tenga asociada un mínimo de masa.

Lo cierto es que el electrón es una maravilla en sí mismo. El universo no sería como lo conocemos si el electrón fuese distinto a como es; bastaría un cambio infinitesimal para que, por ejemplo, nosotros no pudiéramos estar aquí ahora.

¡No por pequeño se el insignificante!

Recordémoslo, todo lo grande está hecho de cosas pequeñas. En realidad, existen partículas que no tiene asociada ninguna masa en absoluto, es decir, ninguna masa en reposo. Por ejemplo, las ondas de luz y otras formas de radiación electromagnética se comportan como partículas (Einstein en su efecto fotoeléctrico y De Broglie en la difracción de electrones*). Esta manifestación en forma de partículas de lo que, de ordinario, concebimos como una onda, se denomina fotón, de la palabra griega que significa “luz”.

 

Funciones de onda del electrón en el átomo de hidrógeno

El fotón tiene una masa de 1, una carga eléctrica de 0, pero posee un espín de 1, por lo que es un bosón. ¿Cómo se puede definir lo que es el espín? Los fotones toman parte en las reacciones nucleares, pero el espín total de las partículas implicadas antes y después de la reacción deben permanecer inmutadas (conservación del espín). La única forma de que esto suceda en las reacciones nucleares que implican a los fotones radica en suponer que el fotón tiene un espín de 1. El fotón no se considera un leptón, puesto que este término se reserva para la familia formada por el electrón, el muón y la partícula tau, con sus correspondiente neutrinos: υe, υμ y υτ.

 

                                                                          Emitiendo fotones de luz

Existen razones teóricas para suponer que cuando  las masas se aceleran (como cuando se mueven en órbitas elípticas en torno a otra masa o llevan a cabo un colapso gravitacional), emiten energía en forma de ondas gravitaciones. Esas ondas pueden, así mismo, poseer aspecto de partícula, por lo que toda partícula gravitacional recibe el nombre de gravitón.

La forma gravitatoria es mucho, mucho más débil que la fuerza electromagnética. Un protón y un electrón se atraen gravitacionalmente con sólo 1/1039 de la fuerza en que se atraen electromagnéticamente. El gravitón (aún sin descubrir) debe poseer, correspondientemente, menos energía que el fotón, y por tanto, ha de ser inimaginablemente difícil de detectar.

emilio silvera