El vacío superconductor – La máquina de Higgs-Kibble II

 « Algunos desarrollos de la Física Teórica…Son notables

“…en alguna pequeña charca caliente, tendrían la oportunidad de hacer el trabajo y organizarse en sistemas vivos…”

                                   Esas palabras de arriba reflejaban los pensamientos de Darwin

Que, dicho sea de paso, en lo que a la vida se refiere, ésta se abre paso en los lugares más estremos e inesperados por muy malas condiciones que allí puedan estar presentes. Así ocurre con los llamaodos extremófilos que, pueden estar, casi en cualquier sitio.

Hasta que supimos que existían otros sistemas planetarios en nuestra Galaxia, ni siquiera se podía considerar esta posibilidad como una prueba de que la vida planetaria fuera algo común en la Vía Láctea. Pero ahora se sabe que más de cien estrellas de nuestra zona de la galaxia tienen planetas que describen órbitas alrededor de ellas. Casi todos los planetas descubiertos hasta ahora son gigantes de gas, como Júpiter y Saturno (como era de esperar, los planetas grandes se descubrieron primero, por ser más fáciles de detectar que los planetas pequeños), sin embargo es difícil no conjeturar que, allí, junto a estos planetas, posiblemente estarán también sus hermanos planetarios más pequeños que, como la Tierra, pudieran tener condiciones para generar la vida en cualquiera de sus millones de formas.

En otros comentarios, ya nos referimos a los elementos más abundantes del Universo: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON). Lee Smolin, de la Universidad de Waterloo,  Ontario, ha investigado la relación existente entre, por una parte, las estrellas que convierten unos elementos más sencillos en algo como el CHON y arroja esos materiales al espacio, y, por otra parte, las nubes de gas y polvo que hay en éste, que se contrae para formar nuevas estrellas.

Nuestro hogar dentro del espacio, la Vía Láctea, es una entre los cientos de miles de millones de estructuras similares dispersas por todo el Universo visible, y parece ser una más, con todas las características típicas – de tipo medio en cuanto a tamaño, composición química, etc.- La Vía Láctea tiene forma de disco plano, con alrededor de cien mil años luz de diámetro, y está formada por doscientos mil millones de estrellas que describen órbitas en torno al centro del disco.

El Sol, en realidad, sólo es importante para nosotros y los seres vivos del planta Tierra, su vegetación, la temperatura de los océanos…,  al ser el cuerpo central de nuestro Sistema Solar, y con mucho, la estrella más cercana al planeta Tierra y la única que se puede estudiar con todo lujo de detalles. Se clasifica como una estrella G2V: una estrella amarilla con una temperatura efectiva de 5.770 K (tipo espectral G2) y una enana de la secuencia principal (clase de luminosidad V). Los detalles de su composición son sobradamente sabidos por todos y cabe destacar su abundancia de hidrógeno – 71% en masa- y de helio el 27% y elementos más pesados hasta completarlo. Por lo tanto, nuestro Sol no destaca por nada entre esa multitud de de cientos de miles de millones de estrellas.

Recorre su órbita a una distancia del centro que viene a ser más o menos dos tercios del diámetro. En el centro de la Galaxia las estrellas forman una protuberancia, de tal modo que desde el exterior daría la sensación de estar viendo un enorme huevo frito, en el que la protuberancia sería la yema. Sin embargo, el modo en que este disco gira revela que todo el material brillante (materia bariónica) que compone la parte visible de la Vía Láctea queda sujeto por el tirón gravitatorio de una materia invisible que no brilla ni emite radiación y que viene a ser más o menos diez veces mayor que la materia visible de la Galaxia y que muchos suponen que está diseminada en un halo situado alrededor de ella, extendiéndose mucho más allá del borde del disco de estrellas brillantes.

Recreación artística del WHIM en la Pared del Escultor

Descubrir qué es realmente esta materia oscura (yo prefiero llamarla -hasta que sepamos que es…si es algo- no luminosa o materia escondida) constituye un tema de crucial interés para los astrónomos, pero no entraremos ahora en eso, ya que, para lo que estamos tratando, no tiene importancia. Muchas galaxias en forma de disco se caracterizan por una especie de serpentinas que se alejan en espiral desde su centro, lo que hace que se les aplique el nombre de galaxias espirales. Es fácil estudiar las pautas que siguen los llamados “brazos espirales”, porque las galaxias se encuentran relativamente cerca unas de otras, si comparamos estas distancias con sus tamaños.

Andrómeda, la galaxia espiral más cercana comparable a la Vía Láctea, se encuentra con respecto a nosotros a una distancia de poco más de dos millones de años luz; parece una gran distancia, pero la galaxia de Andrómeda es tan grande (un poco mayor que la Vía Láctea) que, incluso a esa distancia, vista desde la Tierra cubre un trozo de cielo del tamaño de la Luna, y puede observarse a simple vista en una noche despejada y sin luz lunar, si nos situamos lejos de las ciudades y de otras fuentes de emisión de luz.

NGC 5584 es una bonita galaxia que exhibe orgullosa sus inmensos criaderos de estrellas en los brazos espirales que azulean el contorno y que,  con mas de 50 mil años-luz de diámetro. Se encuentra a 72 millones de años-luz de distancia, en dirección de la constelación de Virgo.

Los brazos espirales, que son una característica tan llamativa en galaxias como la nuestra, son visibles porque están bordeados por estrellas calientes de gran masa que relucen con mucho brillo. Esto significa que también son estrellas jóvenes, ya que no hay estrellas viejas que tengan gran cantidad de masa.

No hay misterio alguno en cuanto al modo en que mantienen esa forma espiral. Se debe exclusivamente a un fenómeno de retroalimentación. c Las nubes gigantescas a partir de las cuales se forman las estrellas pueden contener hasta un millón de veces la masa del Sol cuando empieza a contraerse gravitatoriamente para formar estrellas. Cada nube que se contrae produce, no una sola estrella de gran tamaño, sino todo un conglomerado de estrellas, así como muchas estrellas menores. Cuando las estrellas brillantes emiten luz, la energía de esta luz estelar (especialmente en la parte ultravioleta del espectro) forma una burbuja dentro de la nube, y tiende a frenar la formación de más estrellas. Sin embargo, una vez que las estrellas de gran masa han recorrido sus ciclos vitales y han explotado, sembrando además el material interestelar con elementos de distintos tipos, la onda expansiva ejerce presión sobre las nubes interestelares cercanas y hace que éstas comiencen a contraerse.

Las ondas procedentes de distintas supernovas, al entrecruzarse unas con otras, actúan mutuamente para barrer el material interestelar y formar nuevas nubes de gas y polvo que se contraen produciendo más estrellas y supernovas, en un ejemplo clásico de interacción que se mantiene por sí sola en la que intervienen una absorción de energía (procedentes de las supernovas) y una retroalimentación.

Si la nube es demasiado densa, su parte interna se contraerá gravitatoriamente de manera rápida, formando unas pocas estrellas grandes que recorren sus ciclos vitales rápidamente y revientan la nube en pedazos antes de que puedan formarse muchas estrellas. Esto significa que la generación siguiente de estrellas nace de una nube más delgada, porque ha habido pocas supernovas que barrieran material formando pedazos densos. Si la nube es tan delgada que su densidad queda por debajo de la densidad óptima, nacerán muchas estrellas, y habrá gran cantidad de explosiones supernovas, lo cual producirá gran número de ondas de choque que barrerán el material interestelar, acumulándolo en nubes más densas.

De esta manera, por ambas partes, las retroalimentaciones operan para mantener un equilibrio aproximadamente constante entre la densidad de las nubes y el número de supernovas (y estrellas de tipo Sol) que se producen en cada generación. La propia pauta espiral resulta del hecho de que la galaxia realiza movimiento de rotación y está sometida al tirón gravitatorio que crea la fuerza de marea proveniente de esa materia no luminosa.

Con la gentil autorización de NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) IC 349

¿Existen los espíritus? Esta toma del telescopio Hubble casi lo sugiere. Muestra una nube de materia interestelar con el nombre de IC 349, que es inundado con radiación, por la joven estrella Merope, en las Pléyades, y es incitada a brillar. La enorme radiación de la estrella, prontamente dispersará a esta nube y la destruirá. Las Pléyades son conocidas como incubadoras de muchas nuevas estrellas masivas, que en su estado “juvenil” emiten enormes cantidades de irradiación.

Claro que, la materia interestelar es variada. Existen nubes de gas y polvo fríos, que son ricas en interesantes moléculas y se llaman nubes moleculares gigantes; a partir de estas nubes se forman nuevas estrellas (y planetas). Hay nubes de lo que consideraríamos gas “normal”, formadas por átomos y moléculas de sustancias tales como el hidrógeno, y quizá tan caliente como una habitación cerrada durante toda la noche y con la temperatura de dos cuerpos dormidos y emitiendo calor. Además, hay regiones que se han calentado hasta temperaturas extremas mediante la energía procedente de explosiones estelares, de tal modo que los electrones han sido arrancados de sus átomos para formar un plasma cargado de electricidad.

También existe una amplia variedad de densidades dentro del medio interestelar. En la modalidad más ligera, la materia que está entre las estrellas es tan escasa que sólo hay un átomo por cada mil centímetros cúbicos de espacio: en la modalidad más densa, las nubes que están a punto de producir nuevas estrellas y nuevos planetas contienen un millón de átomos por centímetro cúbico. Sin embargo, esto es algo muy diluido si se compara con el aire que respiramos, donde cada centímetro cúbico contiene más de diez trillones de moléculas, pero incluso una diferencia de mil millones de veces  en densidad sigue siendo un contraste espectacular.

La cuestión es que, unos pocos investigadores destacaron allá por 1.990 en que todos estos aspectos –composición, temperatura y densidad- en el medio interestelar dista mucho de ser uniforme. Por decirlo de otra manera más firme, no está en equilibrio, y parece que lo que lo mantiene lejos del equilibrio son unos pocos de procesos asociados con la generación de las pautas espirales.

Esto significa que la Vía Láctea (como otras galaxias espirales) es una zona de reducción de la entropía. Es un sistema auto-organizador al que mantienen lejos del equilibrio, por una parte, un flujo de energía que atraviesa el sistema y, por otra, como ya se va viendo, la retroalimentación. En este sentido, nuestra Galaxia supera el test de Lovelock para la vida, y además prestigiosos astrofísicos han argumentado que las galaxias deben ser consideradas como sistemas vivos.

Creo que llevan toda la razón.

Independientemente de todo esto, no debemos olvidar que existen multitud de mundos en en los que la vida, podría estar presente… ¡De tántas maneras! que nos sorprendería comprobar que nosotros, los humanos, no somos la única especie inteligente de este inmenso lugar que llamamos Universo y que aún estamos tratando de conocer. Cuando podamos vencer las distancias… ¿Qué sorpresas maravillosas nos esperan?

emilio silvera

  ¡Nuestras Mentes! Esas desconocidas

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Llegar a la entrada de una misteriosa gruta y no entrar… ¡No es nuestra condición! La curiosidad nos hará dar el paso y atravesar ese límite que nos separa de lo exterior hacia ese otro mundo desconocido y misterioso donde esperamos encontrar maravillas.

Mi curiosidad me lleva a indagar y profundizar por los hechos del pasado para tratar de comprender como pudimos llegar hasta aquí. Nada aparece de manera expontánea y todo, según nos dice la física, tiene una causa. Es decir, lo que pasa hoy es fruto de lo que ayer pasó y, nuestro futuro, estará cargado de nuestro presente. Siempre ha sido así y lo seguirá siendo. Los humanos somos curiosos por naturaleza y siempre estamos, desde pequeños, con… ¡el por qué y el cómo! ¡Queremos saber!

Como aquí tratamos mucho sobre física, con frecuencia busco antecedentes del pasado remoto que me lleven a comprender cómo, de forma paulatina, hemos avanzado en esta disciplina y qué pensamientos primeros desencadenaron esa aventura. Desde luego, en lo que he podido constatar, han sido los hindúes los que más se acercaron a las modernas ideas del átomo, la física cuántica y otras teorías actuales. Posiblemente el pensamiento atomista griego recibió influencias de la India a través de las civilizaciones persas. Sin embargo, los hundúes carecían de la sofisticación experimental de los antiguos chinos, los árabes medievales o los europeos a partir de la ilustración.

El Rig-Veda, que data de alguna fecha situada entre el año 2000 y 1500 a. C., es el primer texto hundú en el cual se exponen unas ideas que pueden considerarse leyes naturales universales. La ley cósmica está relacionada con la luz cósmica, con los dioses y, posteriormente, de manera específica con Brahman.

Hacia la época de Buda (500 a C.), los Upanishad, escritos durante un período de varios siglos, mencionaban el concepto de svabhava, definido como “la naturaleza inherente a los distintos objetos materiales”; es decir, su eficacia causal única, tal como la combustión en el caso del fuego, o el hecho de fluir hacia abajo en el caso del agua. El pensador jaini Bunaratna dice: “Todo lo que existe ha llegado a existir por acción de los svabhava. Así… la tierra se transforma en una vasija y no en paño… A partir de los hilos se produce el paño y no la vasija”.

Hechos fortuitos, sucesos inesperados, colisiones y extinciones inesperadas, pueden cambiar…¡tántas cosas!

En cambio el concepto de yadrcha, o Azar, ha existido también desde tiempos muy remotos, aunque no consiguió una aceptación amplia. El yadrcha implicaba la falta de orden y la aletoriedad de la causalidad. Ambos conceptos se sumaron a la afirmación del griego Demócrito, formulado medio siglo más tarde: “Todo lo que hay en el universo es fruto del Azar y la necesidad”.

El ejemplo que dio Demócrito -similiar al de los hilos de paño- fue la amapola. El que la semilla de la amapola eche raíces o se muera es una cuestión de azar, depende de si va a parar a terreno fértil o cae en unas piedras y roca yerma. Sin embargo, que crezca hasta convertirse en una amapola y no en un olivo es cuestión de causalidad. Aristóteles y otros griegos antiguos rechazaron la importancia del azar, o yadrcha. Claro que, ¿quién no se ha equivocado alguna vez? Infalible… nadie es.

El argumento que se dio tradicionalmente en Occidente señalaba que Demóscrito escribió sobre física, mientras que lo que  los Upanishad describían era metafísica, aunque las palabras fueran similares: “Los Upanishad se refieren a un cosmos imaginario simbólico. Demócrito hablaba sobre cómo son las cosas en realidad o (más bien) como podían ser. Claro que, ninguno de ellos (ni los antiguos Hindúes ni Demócrito) dedujeron sus teorías a partir de experimentos, motivo por el cual, deben ser consideradas ambas, más filosóficas que científicas y, sin embargo, también deben ser consideradas como precursoras de lo que después sería la realidad física, con lo cual, llegamos al hecho cierto de que, lo imaginario y lo real, llegados a un punto, siempre pueden convergir en una realidad buscada primero por las ideas y, más tarde, por la experimentación.

No hace mucho tiempo, en estas mismas páginas os contaba:

   Para los hindúes, Maya era como un velo invisible con el que rozaban los objetos y adquirian masa

“Claro que, si no fuera tan largo de contar, os diría que, en realidad, el Campo de Higgs se descubrió hace ya muchos siglos en la antigua India, con el nombre de maya, que sugiere la idea de un velo de ilusión para dar peso a los objetos del mundo material. Pocos conocen que, los hindúes fueron los que más se acercaron a las ideas modernas sobre el átomo, la física cuántica y otras teorías actuales. Ellos desarrollaron muy temprano sólidas teorías atomistas sobre la materia. Posiblemente, el pensamiento atomista griega recibió las influencias del pensamiento de los hindúes a través de las civilizaciones persas. El Rig-Veda, que data de alguna fecha situada entre el 2000 y el 1500 a. C., es el primer texto hindú en el que se exponen unas ideas que pueden considerarse leyes naturales universales. La ley cósmica está realcionada con la luz cósmica.”

Anteriores a los primeros Upanishads tenemos en la India la creación de los Vedas, visiones poéticas y espirituales en las que la imaginación humana ve la Naturaleza y la expresa en creación poética, y después va avanzando hacia unidades más intensamente reales que espirituales hasta llegar al Brahmán único de los Upanishads y, es ahí, donde realmente entraron en el mundo material de la naturaleza de las cosas que comenzaron a mirar desde la perspectiva lógica-filosófica que, de alguna manera, dejaba atrás a la más incomprensible y profunda metafísica que es más, cosa del espíritu que de lo que podemosm tocar, la materia.

Ramayana

Pero la primera aparición histórica es la que nos viene recogida por los Vedas, las obras escritas en sánscrito del ritual religioso elaboradas por los …

Los vedas

Pero la primera aparición histórica es la que nos viene recogida por los Vedas, las obras escritas en sánscrito del ritual religioso elaboradas por los arios, un pueblo llegado a la India desde el noreste entre los siglos XVI y XIII (a, C.). En el grupo de los “arya”, de los nobles, estaban las tres castas de los brahmanes u hombres de la religión, los ksatriya o guerreros,y la casta última de los vaisya o pueblo; con ellos, pero a una gran distancia social, estaban los sudra o vasallos, los que no eran “arya”, pero iban junto a los nobles. Esta obra del Veda, del conocimiento, que empieza con el libro del Rig Veda, libro que se debió escribir hacia el siglo ** (a.C.), se continúa con el Yajur Veda, conteniendo el primer ritual, el Sama Veda, en el que figuran los cantos religiosos, y el Atarva Veda, el tratado de la religión íntima para uso privado de los fieles. El Rig Veda, con más de 1.000 himnos y 10.000 estrofas, nos habla de un Universo compuesto de dos partes: Sat y Asat. Sat es el mundo existente, la parte destinada a las divinidades y a la humanidad; Asat, el mundo no existente, es el territorio del demonio. En Sat está la luz, el calor y el agua; en Asat sólo hay oscuridad, porque los demonios viven en ella, en la noche. El Sat, el mundo visible y existente, está compuesto de tres esferas, la superior del firmamento, el aire que está sobre nuestras cabezas y el suelo del planeta sobre el que vivimos. 

El Sanscrito, el lenguaje más antiguo de la literatura india, tendría el mismo origen que el latín y el griego. Hasta el siglo XVIII se creía que el sánscrito era el proto-lenguaje de Europa. decíamos que en su ámbito de uso, todas las lenguas tienen su propia tradición literaria repleta de leyendas. La Antigua Indua fue famosa por su rica narrativa, la cual fue registrada por escrito mucho más tarde, al igual que ocurrió en el resto del mundo. Textos antiguos como el Rig Veda, una colección de himnos datada hacia 1200 a. C. Otras escrituras védicas tratan de temas religiosos y filosóficos. Hoy en día, las más conocidas son las enseñanzas filosóficas de Upanishads. Las dos Epopeyas más importantes de la literatura en Sánscrito antiguo son el Mahabharata y el Ramayana.

En realidad, la literatura conquistó el mundo. Los relatos épicos indios constituyen un ejemplo de la rica tradición literaria de los tiempos antiguos. En China Confucio inició el primer canon literario con los cinco clásicos. En realidad, su nombre chino K´ung-fu-tzu, que se puede traducir, aproximadamente, como “Maestro Kong”, fue degenerado al latin por misioneros jesuitas que estuvieron en China.

Confucio (chino simplificado y tradicional: 孔子, pinyin: kǒngzǐ, Wade-Giles: K’ung-fu-tzu, literalmente «Maestro Kong»)

En la India el pensamiento se hará profundo, los sentimientos se afinarán. En Grecia las pasiones y las ideas se cubrirán con el prestigio del arte y el vestido mágico de la belleza. Pero ninguna poesía sobrepuja a ciertos himnos védicos en elevación moral, en alteza y amplitud intelectual. Hay allí el sentimiento de lo divino en la Naturaleza, de lo invisible que la rodea y de la grande unidad que penetra el todo. ¿Cómo nació civilización semejante?. ¿Cómo se desarrolló tan alta intelectualidad en medio de guerras de raza y de la lucha contra la Naturaleza?. Aquí se detienen las investigaciones y las conjeturas de la ciencia contemporánea.

En efecto, el libro sagrado de los Persas, el Zend-Avesta, habla de un antiguo legislador bajo el nombre de Yima, y Zoroastro, al fundar una religión nueva, apela a ese predecesor como al primer hombre a quien habló Ormuzd, el Dios vivo, como Jesucristo apeló a Moisés. — El poeta persa Firdousi llama a ese mismo legislador Djem, el conquistador de los Negros —. En la epopeya india, en el Rámáyana, él aparece con el nombre de Rama, vestido de rey indio, rodeado de los esplendores de una civilización avanzada; pero conserva sus dos caracteres distintos de conquistador, renovador e iniciado.

                                    El templo de la diosa Demeter, en Eleusis, sede de los misterios

En las tradiciones egipcias la época de Rama es designada por el reino de Osiris, el señor de la luz, que precede al reino de Isis, la reina de los misterios. En Grecia, en fin, el antiguo héroe semidiós era honrado bajo el nombre de Dionisos, que viene del sánscrito Deva Nahousha, el divino renovador. Orfeo dio ese nombre a la Inteligencia divina y el poeta Nonnus cantó la conquista de la India por Dionisos, según se contiene en las tradiciones de Eleusis. Como los radios de un mismo círculo, todas esas tradiciones designan un centro común. Siguiendo su dirección, se puede llegar a él. Entonces por encima de los Vedas, sobre el Irán de Zoroastro, en el alba crepuscular de la raza blanca se ve salir de los bosques de la antigua Escitia al primer creador de la religión aria, ceñido con su doble tiara de conquistador y de iniciado, llevando en su mano el fuego místico, el fuego sagrado que iluminará a todas las razas. A Fabre d’Olivet pertenece el honor de haber encontrado ese personaje y de trazar la vía luminosa que a él conduce.

       En la India siempre se tuvo una predisposición especial para los pensamientos profundos

Como siempre me pasa, me desvío del tema principal, estoy escribiendo sobre algo concreto y me llega un recuerdo que me distrae y lo quiero poner en el papel, lo cierto es que, hablamos de los hindúes que explicaron el universo en términos de átomos, las unidades de materia más pequeñas que no es posible crear ni destruir. Tres sistemas filosóficos fundamentales son importantes en el atomismo hundú: La escuela Niyaya-Vaisesika, el jainimso y el budismo. Aunque el atomismo hundú (desarrollado alrededor del año 600 a. C.) parece haber evolucionado más o menos en la misma época que el atomismo griego (aproximadamente 430 a. C.), se mantuvo como un concepto aceptado a lo largo de toda la Edad Media. Es una cuestión discutida si la cultura hindú influyó en la griega, o si ambas, se desarrollaron independientemente. Todos los indicios nos llevan a pensar que fueron los hindúes los primeros que hablaron del átomo y que, más tarde, a traves de otras culturas, fue Demócrito el quer cogió las antorcha de la idea para expandir su luz.

A Leucipo y a Demócrito se les atribuye el concepto de átomo que, de ninguna manera era el átomo que arriba podemos ver, una figura más moderna, cuando los físicos llegaron a descubrir la constitución del átomo verdadero y de cómo trabajaban todos sus constituyentes y el por qué de sus presencias en el díminuto objeto. Sin embargo, tan importante.

Como siempre pasa en estos casos en los que, con poco espacio se quieren decir muchas cosas, nos quedamos cortos y deseosos de continuar, contando hechos del pasado que nops trajeron a este presente en el que, conceptos como el átomo, la materia, el azar, la causalidad, etc., resultan estar más claros en nuestras mentes pero, no debemos olvidar que, su es así (que lo es), gran parte de estos conocimientos nos llegaron desde allí, del tiempo remoto, de mentes mucho tiempo desaparecidas que, sin embargo, nos dejaron sus ideas que perviven.

emilio silvera

  Las galaxias; Pequeños universos creadores de mundos y vida

Una investigación ha desarrollado una nueva estructura cuántica capaz de emitir fotones individuales de color rojo. El avance, que se publica en la revista Nature Materials, se basa en el confinamiento cuántico que se genera en cada uno de los puntos y que les permite modular la energía de la luz que emiten.

En este trabajo han participado investigadores de la Universidad de Zaragoza, el Institut de Recerca en Energia de Catalunya (IREC), la Universidad de Barcelona y del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC. El investigador Jordi Arbiol de este último explica:

“El resultado final son hilos unidimensionales, de tamaño nanométrico, compatibles con la tecnología electrónica actual, que permitirían crear dispositivos a mayor escala con un control total de la emisión de luz, fotón a fotón”.

Pero centrémonos en el trabajo que aquí se prenta hoy y que comienza hablando de los…

Nanohilos

No sólo las moléculas, los Nanotubos o el grafeno son las apuestas para sustituir al silicio. Otros elementos como los Nanohilos fabricados a partir de materiales semiconductores o los Nanohilos metálicos tendrán también cierto protagonismo. En concreto, los Nanohilos semiconductores presentan un gran potencial como transistores pero también presentan aplicaciones en campos como octoelectrónica o en la fabricación de censores biológicos. Por otro lado los Nanohilos metálicos, cuya síntesis controlada es más difícil, poseen gran interés como interconectores. En el caso de los Nanohilos formados de materiales Ni, Co o Fe se puede aprovechar también su potencial comportamiento magnetorresisitivo para ser usados en dispositivos de almacenamiento magnético. Los Nanohilos metálicos son interesantes a su vez porque los efectos de tamaño inducen en ellos la aparición de transiciones de fase martensíticas y la aparición de configuraciones no cristalinas.” Veamos que pasa con las Nanopartículas.

Nanopartículas

Quizás, junto a los nanotubos de carbono, las nanopartículas representan los materiales que tienen una repercución tecnológica más inmediata. Además de sus propiedades intrínsecas, las nanopartículas representan los materiales que tienen una repercusión tecnológica más inmediata. Además de sus propiedades intrínsecas, las nanopartículas, debido a su pequeño tamaño, pueden convertirse en diminutos dispositivos capaces de  realizar otras funciones, como transportar un medicamento específico por el torrente sanguíneo sin obstruirlo. Para lograr esto, las nanopartículas deben ser el soporte de capas de moléculas autoensambladas que confieren una funcionalidad adicional a las mismas.

Como su propio nombre indica, el término “nanopartícula” designa una agrupación de átomos o moléculas que dan lugar a una partícula con dimensiones nanométricas. Es decir, que su tamaño está comprendido entre 1 y 100 nm. Dependiendo de cuáles sean los átomos o moléculas que se agrupan se originarán diferentes tipos de nanopartículas. Así, por ejemplo, tendremos nanopartículas de oro, de plata o nanopartículas magnéticas si están formadas por átomos de Fe o Co. Su pequeño tamaño hace que la relación superficie/volumen crezca y por tanto que estas estructuras tengan unas propiedades características y esencialmente distintas a las que presenta el material en volumen.

Una estrategia para la formación de nanopartículas es recubrirlas con distintas capas de manera tal que cada una aporte funcionalidades diferentes al sistema. Así, por ejemplo, recientemente se han descrito nanopartículas cuyo interior está formado por un material magnético, como el Co, seguido de una capa intermedia de SiO₂ que aporta estabilidad al sistema y finalmente una superficie de oro.

El tamaño final de la nanopartícula es de 3 nm, y esta estructura laminar hace que tengan un núcleo magnético que posibilite su guiado, y una superficie de oro que facilite  el autoensamblado de moléculas orgánicas o biológicas para diferentes  aplicaciones. Entre éstas destaca su uso como biosensores. Para ello se inmoviliza material biológico, como ácido desoxirribonucleico (ADN) o el llamado ácido nucléico péptidico (PNA, del inglés peptide nucleic acid), que siendo un ácido nucléico artificial, presenta un “esqueleto” molecular formado por enlaces peptidicos y una estructura de bases nucleicas exactamente igual a la del ADN. El PNA puede reconocer cadenas complementarias de ADN, incluso con mayor eficiencia para la hibridación que la que representa el ADN para reconocer su hebra complementaria. Por este motivo, el PNA se ha propuesto como sonda para la fabricación de biosensores altamente eficientes. Estas macromoléculas unidas a superficies o nanopartículas son capaces de detectar diferentes analítos de interés, particularmente otars moléculas biológicas.

Sin embargo, el concepto de nanopartícula debe concebirse en un sentido más amplio ya que no sólo puede estar basada en un núcleo inorgánico, pudiéndose sintetizar nanopartículas poliméricas. Yendo un poco más allá una cápsida vírica puede entenderse como una nanopartícula formada por una carcasa proteica. Esta cápsida vírica tiene dimensiones  nanométricas y, en muchos casos, burla con facilidad las membranas celulares. Por esta razón este tipo de “nanopartículas” se proponen para su uso en nanomedicina, y son el objeto de estudios básicos  en los que las herramientas como los microscopios de fuerzas atómicas juegan un papel esencial. En particular, estas herramientas nos permiten caracterizar las propiedades mecánicas y las condiciones de ruptura de cápsidas víricas así como la forma en la que dichas cápsidas se comportan ante, por ejemplo, cambios controlados de humedad.

En un discurso recientemente impartido en la Universidad Europea de Madrid, William F. Clinton, ex-Presidente de los EE.UU, afirmó que ” el cometido del siglo XXI será salvar al mundo del cambio climático, regenerar la economía y crear empleo. El futuro más allá será la Nanotecnología y la biotecnología”. El propio W.F. Clinton fue el impulsor de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología durante su mandato, convirtiendo durante los últimos 10 años a EE.UU en el líder mundial en la generación de conocimientos básicos y aplicados en el ámbito de la Nanotecnología.

Nadie pone en duda las afirmaciones de W.F. Clinton sobre el papel de la Nanotecnología en nuestro futuro a medio y largo plazo, por lo uqe es imperativo estar suficientemente preparados para construir este nuevo paradigma científico. En el caso concreto de España, las dos últimas ediciones del Plan Nacional de I+D+I han encumbrado las investigaciones en Nanociencia y Nanotecnología a la categoría de Acción Estratégica. En la actualidad se están poniendo en marcha varios centros dedicados a Nanotecnología. Dichas iniciativas son producto, por lo general, de costosos impulsos puntuales, locales, dirigidos por científicos con iniciativa, pero no son fruto de una actuación de conjunto, planificada siguiendo una estrategia  quiada por unos objetivos ambiciosos, en los que impere la coordinación y el uso eficiente de los recursos. La actual coyuntura económica no invita al optimismo a este respecto, por lo que sería necesario poner en marcha iniciativas que promuevan la adquisición de infraestructuras, la formación de técnicos, la coordinación entre centros emergentes, etc.

Otro punto sobre el que no hay que descuidarse tiene que ver con la formación, en todos los niveles educativos, en Nanotecnología. En este sentido son numerosas las universidades españolas que ofrecen cursos de master y/o doctorado con contenidos relacionados con la Nanotecnología. Sin embargo, muchos de estos cursos tienen pocos estudiantes inscritos, al igual que ocurre con muchos estudios de grado relacionados con las ciencias básicas. La tarea de fascinar y atraer a nuestros jóvenes hacia la ciencia debe comenzar mucho antes. En este sentido, los conceptos inherentes a la Nanotecnología deben formar parte del conocimiento que debe llegar a los estudiantes de educación secundaria, como ocurre en países como Alemania, Finlandia, Taiwán, Japón, EE.UU., etc. Además, la Nanotecnología es una materia que causa cierta fascinación a los adolescentes por lo que puede ser un buen punto de partida para incentivar las vocaciones científicas. Esta ha sido una de las principales razones por las que los autores de este artículo junto con otros investigadores (Carlos Briones del Centro de Astrobiología y Elena Casero de la Universidad Autónoma de Madrid) accedieron a la petición de la Fundación Española de Ciencia y Tecnología (FECyT) para escribir una Unidad Didáctica de Ciencia y Tecnología. Dicho libro ya se encuentra en todos los institutos españoles de educación secundaria y bachillerato, y se puede descargar desde la web de la FECyT. Esperemos que esta pequeña contribución, junto con otras de mayor calado que deben promoverse desde las diversas administraciones públicas, permita tomar la senda que nos lleve a medio plazo hacia la tan ansiada sociedad basada en el conocimiento.

Fuente: Revista Española de Física. Volumen 23 Nº 4 de 2009

Los Autores:

D. José Ángel Martín Gago, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, Concejo Superior de Investigaciones científicas, Centro de Astrobiología /CSIC/INTA), Instituto Nacional de Técnica Aerpespacial, y, D. Pedro A. Serena Domingo, del Instituo de Ciencia y Materiales de Madrid y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas.