Enorme chorro azul gigante

No es muy habitual poder ver una fotografía de un chorro gigante (gigantic jet) con esta claridad. Son básicamente rayos pero de un tamaño enorme, de entre 50 y 70 km de longitud, y contando de que este se ha formado en la cima de una nube debe de haber llegado a la parte baja de la ionosfera. Vía APOD. Clic para ampliar.

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ESA Euronews: Los misterios de la materia oscura

Copio y pego el texto que han puesto en Youtube, los enlaces son míos.

Todo lo que nos rodea, desde el planeta Tierra hasta las galaxias distantes, representa sólo el cinco por ciento del universo. El resto es o bien energía oscura o bien materia oscura.
Algunos físicos y expertos del CERN nos ayudan a entender un poco más sobre la materia oscura.
En Ginebra hace tres años, se confirmó la existencia del bosón de Higgs. Este año se esperan nuevos hallazgos con la puesta en marcha del Gran Colisionador de Hadrones que funcionará a pleno rendimiento por primera vez.
Pero, los avances no sólo vendrán del gran acelerador de partículas. La Agencia Espacial Europea está construyendo un nuevo telescopio espacial llamado Euclides con el que se podrá observar el universo a gran escala.
Con estos dispositivos tecnológicos los físicos y cosmólogos han encontrado que la materia normal constituye sólo el 5 por ciento de todo el universo. Y la proporción de energía oscura sigue aumentando…
La investigación sigue avanzando. Y los científicos están casi seguros de que probablemente la materia oscura, podría estar integrada por algún tipo de partícula misteriosa, y que tarde o temprano terminarán por identificarla.

Caída libre

Es un error muy común suponer que en la Estación Espacial Internacional (ISS), o en cualquier vehículo en órbita alrededor del planeta, hay ausencia de gravedad, pero en absoluto es así. Los 360 kilómetros de altura de su órbita no son suficientes para que la Tierra deje de ejercer su poderosa atracción. Pero en cambio en las imágenes que nos muestran de los astronautas y de las naves vemos perfectamente que hay ausencia de peso (microgravedad en termino técnico) ¿Cómo se aclara esto? La respuesta se llama caída libre, un termino que se usa como de pasada en el lenguaje periodístico actual sin aclarar mucho las cosas. Vamos a ver si lo remediamos.

Un objeto liberado cerca de la superficie de la Tierra caerá 4,9 metros en el primer segundo, es igual que pese un kilo que una tonelada. Y un objeto disparado horizontalmente también caerá los 4,9 metros no importa la velocidad que lleve, así una bala disparada podría recorrer en el primer segundo 700 metros horizontalmente pero seguiría cayendo los 4,9 metros. Pero ¿qué ocurriría si disparamos una bala a velocidad cada vez mayor? Si disparamos con velocidad suficiente, entonces después de haber recorrido los 4,9 metros puede estar precisamente a la misma altura del suelo que estaba antes. ¿Cómo puede ser eso? La bala sigue cayendo pero la Tierra se curva por debajo de modo que cae alrededor de ella, de ahí el termino empleado: caída libre y la velocidad necesaria para que suceda todo esto se denomina velocidad de escape que es unos 11 kilómetros por segundo. Esto es lo que pasa en los vehículos en órbita, “caen” todo el rato pero su gran velocidad hace que la curvatura de la Tierra sea apreciable y nunca llega a disminuir su altura. Técnicamente es lo mismo que un avión que realice un picado en la atmósfera, a nadie se le ocurriría decir que la gravedad a desaparecido, lo que ocurre es que el avión cae y da la sensación de que hay ingravidez.

Inspirado por Seis piezas fáciles de Richard P. Feynmam.

Higgs y Englert, Nobel de Física 2013 por su descubrimiento teórico del bosón

Los científicos François Englert y Peter W. Higgs han sido galardonados con el premio Nobel de Física 2013 por su descubrimiento teórico del bosón, una partícula clave para comprender el origen de la masa.

François Englert y Peter Higgs / CERN

La Real Academia Sueca de las Ciencias ha otorgado el premio Nobel de Física 2013 al científico belga François Englert (1932) y al británico Peter W. Higgs (1929) por su “descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a la comprensión del origen de la masa de las partículas subatómicas, y que  recientemente se confirmó a través del descubrimiento del la partícula fundamental predicha, en los experimentos ATLAS y CMS en el Centro Europeo de Física de Partículas (CERN)”.

“Estoy abrumado por recibir este premio y quiero agradecer a la Real Academia Sueca este galardón. También me gustaría felicitar a todos aquellos que han contribuido al descubrimiento de esta nueva partícula, y dar las gracias a mi familia, amigos y colegas por su apoyo. Espero que este reconocimiento de la ciencia fundamental sirva para ayudar a crear conciencia sobre el valor de la investigación”, ha destacado Peter Higgs en un breve comunicado publicado por la Universidad de Edimburgo, en Escocia.

Los trabajos pioneros de Higgs y de Englert –junto al físico Robert Brout, fallecido en 2011– establecieron en el año 1964 la base teórica de la existencia del bosón de Higgs, una partícula que los físicos trataron de encontrar durante décadas. Todos los esfuerzos fueron infructuosos debido a las enormes dificultades experimentales que conllevaba su detección precisa e inequívoca.

Sin embargo, en el año 2012, el bosón de Higgs fue finalmente identificado por los detectores ATLAS y CMS del CERN. Un hito histórico para toda la comunidad científica.

Esta partícula completa el modelo estándar, que describe los componentes fundamentales de la naturaleza. El bosón higgs es el responsable de que las partículas elementales posean masa.

“Estoy sorprendido porque el premio Nobel de este año haya ido para la física de partículas”,  ha declarado el director del CERN, Rolf Heuer. “El descubrimiento del bosón de Higgs en el CERN en año pasado, que verifica el mecanismo Brout-Englert-Higgs, marca la culminación de décadas de esfuerzo intelectual de mucha gente de todo el mundo”.

Además este año 2013, François Englert y Peter W. Higgs, junto con el CERN, también han sido galardonados con el premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2013 por la formulación de la base teórica de la existencia del bosón de Higgs.

Los Premios Nobel de Física 2013

Peter Higgs (Newcastle upon Tyne-Reino Unido, 1929) estudió Física en el King’s College de la Universidad de Londres, donde se doctoró en 1954. Ese año se trasladó a la Universidad de Edimburgo, donde inició su labor docente e investigadora y, salvo un paréntesis de cuatro años en Londres, desarrolló toda su carrera, alcanzando la cátedra de Física Teórica en 1980. Desde 1996 es catedrático emérito de esta universidad. El estudio Broken Symmetries, Massless Particles and Gauge Fields, publicado en septiembre de 1964 en Physics Letters, junto al trabajo Broken Symmetries and the Masses of Gauge Boson que apareció un mes después en Physical Review Letters, son los artículos en los que Higgs expuso su teoría sobre la existencia del bosón escalar.

François Englert (Bruselas-Bélgica,1932) se licenció en Ciencias Físicas en la Universidad Libre de la capital belga en 1958 y se doctoró al año siguiente. Investigador asociado (1959-1960) y profesor asistente (1960-1961) en la Universidad de Cornell (EE.UU.), en 1961 empezó a enseñar en la Universidad Libre de Bruselas, donde también dirigió el Grupo de Física Teórica desde 1980. Desde 1998 es catedrático emérito y, en la actualidad, está vinculado con el Instituto de Estudios Cuánticos de la Universidad Chapman de California (EE UU). En agosto de 1964 publicó con Robert Brout el artículo Broken symmetry and the mass of gauge vector mesons, en el que teorizaban el mecanismo de ruptura de simetría que implicaba la presencia de la partícula fundamental o bosón escalar.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

Ingenieros estadounidenses construyen el primer ordenador con nanotubos de carbono

Un equipo de ingenieros de la Universidad de Stanford ha creado un ordenador construido enteramente con transistores de nanotubos de carbono. Aunque es muy básico, el dispositivo incluye un sistema operativo y es capaz de realizar múltiples tareas. Los responsables del proyecto, cuyos resultados se publican en Nature, ven en esta tecnología una alternativa prometedora al silicio en la construcción de los ordenadores del futuro.

Oblea que contiene ordenadores de nanotubos de carbono. / Norbert von der Groeben

En una búsqueda de nuevos materiales que sustituyan al silicio para crear equipos electrónicos más eficientes, ingenieros de la Universidad de Stanford (EE UU) han logrado construir por primera vez un ordenador hecho íntegramente con transistores de nanotubos de carbono (CNT, por sus siglas en inglés).

Se trata de un dispositivo todavía muy básico, pero que incluye un sistema operativo y es capaz de ejecutar varios programas al mismo tiempo

Los autores del proyecto, cuyos resultados se publican en el último número de Nature, señalan que este avance culmina años de esfuerzos por parte de científicos de todo el mundo para aprovechar este prometedor pero peculiar material.

Según explica a SINC Max Shulaker, autor principal del trabajo, “los nanotubos de carbono representan un importante avance respecto a los actuales transistores de silicio y prevemos  grandes mejoras tanto en el rendimiento como en la eficiencia energética”.

Los nanotubos de carbono son largas cadenas de átomos extremadamente eficientes en la conducción y el control de la electricidad. “Son tan finos que miles de ellos podrían caber unos junto a otros en un cabello humano y requieren muy poca energía para apagarlos”, indica.

Inmunidad ante imperfecciones

Shulake añade que el trabajo demuestra que es posible fabricar nanotubos de carbono, pese a que esta tecnología tiene aún imperfecciones inherentes. “Sin embargo,  nosotros hemos logrado superar estos obstáculos y presentar el sistema basado en carbono más avanzado hasta la fecha”, subraya.

Entre las dificultades que tiene trabajar con este material destaca que los nanotubos de carbono no crecen en líneas paralelas, como a los fabricantes de chips les gustaría. Otro problema es que una porción de estos nanotubos pueden acabar comportándose como cables metálicos que siempre conducen electricidad en vez de comportarse como semiconductores que pueden apagarse, señala la Universidad de Stanford en un comunicado.

Para superar estos obstáculos, el equipo llevó a cabo un diseño que llamó “inmune a imperfecciones” que consistió en eliminar los nanotubos que se comportaban como cables. Luego  apagó todos los CNT ‘buenos’ y bombeó el circuito semiconductor lleno de electricidad.

Toda esa electricidad se concentró en los nanotubos metálicos, que se calentaron tanto que se quemaron y, literalmente, se vaporizaron convirtiéndose en dióxido de carbono. “Esta sofisticada técnica eliminó todos los CNT metálicos del circuito”, indican estas fuentes.

“Evitar los nanotubos desalineados requirió aún mayor sutileza”, señalan los autores. Para ello, los investigadores crearon un potente algoritmo que traza un esquema del circuito y que garantiza que funcione sin importar si los nanotutbos están o no torcidos.

Los ingenieros utilizaron este diseño inmune a imperfecciones para ensamblar un ordenador básico con 178 transistores, un límite que vino dado por que utilizaron las instalaciones de la universidad, en vez de un proceso de fabricación industrial, aclaran.

Varias tareas

El ordenador fue capaz de realizar tareas como contar y ordenar números. Además, incorpora un sistema operativo básico que permite llevar a cabo intercambio de esos procesos. Para mostrar su potencial, los investigadores probaron que el dispositivo también podía ejecutar una instrucción comercial denominada MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages), desarrollada a comienzos de la década de los ochenta del siglo pasado por John Hennessy, ingeniero y actual presidente de la Universidad de Stanford.

Por su parte, Franz  Kreupl, investigador de sistemas electrónicos híbridos de la Universidad de Munich (Alemania) y autor de una reseña sobre el proyecto, que también ha sido publicada en en Nature, indica a SINC que trabajos tanto teóricos como experimentales “han demostrado que los nanotubos de carbono son los interruptores electrónicos de mayor eficiencia energética con una escalabilidad muy por debajo de los 10 nanómetros”.

En su opinión, el  trabajo de Shulaker y su equipo es muy valioso, ya que ha podido superar las dificultades que tiene trabajar con nanotubos de carbono y construir el primer ordenador funcional con este nuevo material emergente, “muy superior en este tipo de aplicaciones a competidores como el grafeno”.

Para concluir, los autores del trabajo señalan que la demostración del nuevo dispositivo confirma que los nanotubos de carbono son una tecnología factible para desarrollar la próxima generación de sistemas electrónicos de alta eficiencia energética.

Referencia bibliográfica:

Max M. Shulaker, Gage Hills, Nishant Patil, Hai Wei, Hong-Yu Chen, H.-S. Philip Wong y Subhasish Mitra: “Carbon nanotube computer”. Frank Kreupl: “The carbon-nanotube computer has arrived”. Science, 26 de septiembre 2013.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

Desarrollan un interruptor atómico basado en el control de la posición de un solo átomo

Un trabajo internacional, en el que participa la Universidad Autónoma de Madrid, demuestra cómo se puede fabricar un interruptor controlando eléctricamente la posición de un solo átomo. Este interruptor podría ser utilizado como el elemento de memoria más pequeño hasta ahora fabricado.

Contacto de tamaño atómico de aluminio que puede funcionar como un interruptor electrónico de tamaño nanométrico / UAM

Avances recientes en nanotecnología han permitido miniaturizar a escala atómica los interruptores electrónicos. Ahora, un equipo internacional de científicos de la Universidad de Constanza en Alemania —en el que se encuentra el físico Juan Carlos Cuevas de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM)— ha demostrado que un nanohilo de aluminio puede usarse como un interruptor que se enciende y se apaga controlando eléctricamente la posición de un único átomo.

De acuerdo con el trabajo publicado recientemente en la revista Nature Nanotechnology, estos interruptores atómicos podrían convertirse en los elementos de memoria no volátil más pequeños que hasta ahora se hayan desarrollado para el almacenamiento de información.

Los experimentos que llevaron a estas conclusiones debieron realizarse a muy bajas temperaturas (por debajo de 1 K), ya que es en estas condiciones que el aluminio se convierte en un material superconductor.

Alcanzar la superconductividad del aluminio permitió a los científicos utilizar las características corriente-voltaje para revelar las propiedades cuánticas de transporte en ambas posiciones del interruptor (apagado y encendido).

“En los experimentos se utilizó un puente metálico basado en una película delgada o nanohilo de aluminio —explica Juan Carlos Cuevas—. Este puente se rompe primero de forma controlada por medios mecánicos para formar un contacto con apenas unos pocos átomos en su parte más estrecha. Después se hace pasar una corriente eléctrica mediante un complejo protocolo, hasta que se consigue que el nanohilo exhiba dos valores de la resistencia eléctrica bien definidos. Cuando esto ocurre, el nanocircuito se comporta como un interruptor electrónico”, completa el físico de la UAM.

En el plano teórico los investigadores llevaron a cabo simulaciones por ordenador para averiguar las configuraciones atómicas que se generan en el interruptor. Estas simulaciones, combinadas con un teoría cuántica de la conducción eléctrica, permitieron a los científicos demostrar que el proceso de conmutación del interruptor se produce por la reordenación de un solo átomo inducida por el paso de la corriente.

Arquitectura sencilla

En su trabajo los científicos señalan que una de las ventajas esenciales de este nuevo tipo de interruptores es su arquitectura, la cual se basa en una sencilla configuración de dos electrodos.

“La fabricación de un dispositivo con tres electrodos, que es la estrategia que se había seguido hasta ahora, es considerablemente más compleja, especialmente a escala atómica. Esto —explica Cuevas— es debido a la diferente función de los electrodos: dos de ellos sirven como cables de corriente, mientras que por el tercero no circula la corriente y es responsable del encendido o apagado del interruptor”.

En el nuevo interruptor atómico la conmutación se lleva a cabo con la ayuda de los mismos dos cables que se emplean para la lectura de su estado. La simplicidad de este diseño podría facilitar su uso en dispositivos reales en un futuro cercano.

C. Schirm, M. Matt, F. Pauly, J.C. Cuevas, P. Nielaba and E. Scheer, A current-driven single-atom memory, Nature Nanotechnology 8, 645 (2013).

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

68 aniversario del bombardeo atómico de Hiroshima

Tal día como hoy hace 68 años, alrededor de las ocho de la mañana hora local, el ingenio nuclear llamado Little boy explosionó a 600 metros de altura de la ciudad de Hiroshima – con una población de 250.000 habitantes – con una potencia de 13 kilotones de TNT (13.000 toneladas) elevando la temperatura de la bola de fuego que se creó a un millón de grados centígrados. La descripción que hace del evento Bob Caron, el artillero de cola del Enola Gay, es espeluznante, la visión del infierno desatado por el hombre en la Tierra:

«Una columna de humo asciende rápidamente. Su centro muestra un terrible color rojo. Todo es pura turbulencia. Es una masa burbujeante gris violácea, con un núcleo rojo. Todo es pura turbulencia. Los incendios se extienden por todas partes como llamas que surgiesen de un enorme lecho de brasas. Comienzo a contar los incendios. Uno, dos, tres, cuatro, cinco, seis… catorce, quince… es imposible. Son demasiados para poder contarlos. Aquí llega la forma de hongo de la que nos habló el capitán Parsons. Viene hacia aquí. Es como una masa de melaza burbujeante. El hongo se extiende. Puede que tenga mil quinientos o quizá tres mil metros de anchura y unos ochocientos de altura. Crece más y más. Está casi a nuestro nivel y sigue ascendiendo. Es muy negro, pero muestra cierto tinte violáceo muy extraño. La base del hongo se parece a una densa niebla atravesada con un lanzallamas. La ciudad debe estar abajo de todo eso. Las llamas y el humo se están hinchando y se arremolinan alrededor de las estribaciones. Las colinas están desapareciendo bajo el humo. Todo cuanto veo ahora de la ciudad es el muelle principal y lo que parece ser un campo de aviación».

Unas 70.000 personas murieron instantáneamente. Esas fueron las afortunadas. Alrededor de 70.000 resultaron heridas y el número total de bajas hacia 1950 se estimaba en 200.000. Si os queréis informar sobre el bombardeo os remito a la excelente entrada que tiene la Wikipedia de más arriba. Os muestro unas imágenes del acontecimiento devastador. Clic para ampliar.

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Un soldado japonés camina por una devastada ciudad un mes despues del bombardeo. (U.S. Department of Navy)
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Little Boy, la bomba atómica lanzada desde el B-29 Enola Gay. Con tres metros de largo, un peso de 4000 kg y una carga de uranio de 64 kg (del cual solo se fisionó el 1,38 %). (U.S. National Archives)
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Instantes despues de la explosión. Ya se aprecian varios incendios en la ciudad y su total devastación. (U.S. National Archives)
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Nube caracteristica en forma de hongo causada por las tremendas temperaturas generadas y a la convección posterior. (U.S. National Archives)
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Vista de la destrucción de la ciudad en el otoño siguiente. (Hiroshima: The United States Strategic Bombing Survey Archive, International Center of Photography, Purchase, with funds provided by the ICP Acquisitions Committee, 2006)
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Vista del la zona del impacto, concretamente el llamado hipocentro (el punto directamente debajo de la detonación) es la intersección en forma de “Y” en la parte central izquierda de la imagen. (U.S. National Archives)
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El horror de la devastación en color, fotografía de marzo de 1946. (U.S. National Archives)
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Aspecto de como quedaron los vehículos del cuerpo de bomberos de la ciudad, a unos 1.200 metros de la zona de impacto. (U.S. National Archives)