¿Qué son las "máquinas más pequeñas del mundo" y porqué ganaron el Premio Nobel de Química 2016?

¿Qué tan diminutas pueden ser las máquinas?

Tres científicos fueron los primeros en demostrar que son capaces de ser hasta 1.000 veces más pequeñas que el cabello humano.

Se trata de Jean Pierre Sauvage, Fraser Stoddart y Bernard Feringa, los galardonados del Premio Nobel de Química 2016.

Cada uno, en su tiempo, abrió las puertas a un nuevo campo de la química. El comité que otorga los Nobel comparó sus esfuerzos con los primeros intentos por desarrollar motores eléctricos en 1830, que dieron pie a una verdadera revolución.

Estos científicos de las universidades de Estrasburgo (Francia), Northwestern (EE.UU.) y Groningen (Holanda), respectivamente, fueron premiados por diseñar y sintetizar las llamadas "máquinas moleculares".

Son moléculas con movimientos controlables que pueden realizar una tarea cuando se les añade energía y que pueden tener múltiples aplicaciones en la industria, la medicina y los servicios eléctricos.

Nanomáquinas en nuestro cuerpo

Pueden ser usadas para desarrollar nuevos materiales, sensores y sistemas para almacenar energía.

"Piensa en microrobots, en nanomáquinas que en el futuro un médico podrá inyectar en el cuerpo humano para que busque células de cáncer", explicó por vía telfónica el holandés Bernard Feringa, quien no ocultó su emoción y su sorpresa por haber sido premiado.

"Me siento como los hermanos Wright que desarrollaron las primeras máquinas voladoras y ahora tenemos el Airbus", agregó.

Para que algo sea considerado una máquina, debe consistir en varias partes que semuevan de manera coordinada y desarrollen una tarea.

Jean Pierre Sauvage, quién irrumpió en este campo por accidente (al principio su campo era la fotoquímica), desarrolló en 1994 una cadena molecular -conocida como catenano- en la que un anillo rotaba de forma controlada alrededor de otro anillo cada vez que se le aplicaba energía.

Ese mismo año, Fraser Stoddart, quien creció en una granja de Escocia sin electricidad, pudo controlar los movimientos de anillos moleculares unidos por un eje.

Mientras que Ben Feringa, quien también creció en una granja, produjo en 1999 el primer motor molecular que giraba en una dirección particular.

Más tarde, en 2011, su equipo construyó un nanoauto con una carrocería molecular que constaba de cuatro ruedas y se podía mover sobre una superficie.

El nano automóvil

El artículo completo en:

BBC 

Las nano máquinas en 500 palabras (en inglés)

¿Por qué el papel de aluminio tiene dos caras diferentes?

En efecto: una es brillante y la otra mate.

¿Y es mejor un lado que otro para envolver el bocadillo?
La mayoría de los sólidos se rompen al ser sometidos a presión, pero esto no ocurre con los metales. El aluminio, como el resto de los metales, es maleable. Así podremos aplastarlo al aplicarle la suficiente presión y extenderlo en láminas o en planchas. Y enrollarlo en láminas muy delgadas.

Pero ¿qué quiere decir maleable?

Los metales son maleables porque sus átomos se mantienen unidos mediante una serie movible de electrones compartidos, en lugar de estar unidos por fuerzar rígidas entre los electrones de un átomo y los del siguiente, como pasa en la mayoría de los sólidos.

Como un átomo en concreto no tiene una posición fija, puede cambiar de lugar manteniendo su enlace con uno u otro electrón, dependiendo de la presión a la que se vea sometido el metal.

En la fábrica de papel de aluminio se somete al aluminio a una gran presión hasta que se obtiene una lámina delgada, lo suficiente para devanarlo haciéndolo pasar entre pares de rodillos, para ir obteniendo progresivamente láminas más y más finas. Hasta conseguir alcanzar grosores de menos de dos centésimas de milimetro.

Para que la lámina no se rompa en el laminado en frío y para ahorrar espacio en el laminado final, se hacen pasar dos láminas a la vez entre los rodillos.

Así, las superficies que están en contacto con los rodillos de acero pulido, salen lisas y brillantes. Pero las superficies interiores, de aluminio contra aluminio, salen ligeramente rugosas y mates, ya que el aluminio es mucho más blando que el acero.

Aparte del aspecto, no hay ninguna diferencia entre una y otra cara, por lo que se puede usar cualquiera de ellas para envolver los alimentos.

Tomdo de Saber Curioso

Por primera vez se fabrica el estaneno

El estaneno es un material bidimensional (una hoja monoatómica de estaño, Sn, con un solo átomo de grosor). Se predijo su existencia en el año 2013 y se ha logrado fabricar mediante crecimiento epitaxial sobre una superficie de telurato de bismuto (Bi₂Te₃). Por ahora no se han podido confirmar si sus propiedades electrónicas son las predichas por los modelos teóricos. Este primo del grafeno (C) se une al club junto al siliceno (Si), fosforeno (P) y germaneno (Ge).

El artículo es Feng-feng Zhu et al., “Epitaxial growth of two-dimensional stanene,” Nature Materials, AOP 03 Aug 2015, doi: 10.1038/nmat4384; me he enterado gracias a Chris Cesare, “Physicists announce graphene’s latest cousin: stanene,” News, Nature, 03 Aug 2015, doi: 10.1038/nature.2015.18113. Recomiendo leer “Más allá del grafeno,” LCMF, 03 May 2015.




Según los modelos teóricos las propiedades de conducción de la electricidad del estenato son excepcionales. Su termoelectricidad casi ideal permite que a temperatura ambiente los electrones se muevan sin disipar calor. Esto implica que este material bidimensional sería ideal para desarrollar circuitos eléctricos de bajo consumo. Por desgracia esta propiedad no se ha podido confirmar usando las muestras fabricadas hasta el momento.



El estaneno según los modelos teóricos es un aislante topológico excepcional. Debería presentar superconductividad topológica. Además del efecto Hall cuántico anómalo a temperatura ambiente. Lo que si se confirmara haría que fuera un material mucho más prometedor que el grafeno en muchas aplicaciones. De hecho, también sería útil en espintrónica por el papel del espín en la propagación de ondas de electrones (cuasipartículas). Pero seamos cautos, todavía no se ha podido confirmar que el estaneno fabricado sea un aislante topológico ni que posea todas estas maravillosas propiedades. Por supuesto, se está desarrollando una intensa investigación con objeto de comprobarlo.



La resolución de los experimentos (figura a la derecha) todavía es insuficiente para verificar las propiedades predichas por los modelos teóricos basados en la teoría del funcional densidad (figura a la izquierda). Aún así, las propiedades del estaneno son asombrosas. Sin lugar a dudas el estaneno dará mucho que hablar en los próximos

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La ciencia de la Mula Francis

Cuando los jesuitas rezaban y oraban contra los átomos

Rastro de un protón dejado en una cámara de burbujas de Fermilab

La idea de que el universo está compuesto de partículas indivisibles que se combinan entre sí se remonta al siglo V a.C. cuando los filósofos griegos Leucipo y Demócrito especulaban con que incluso las cosas inmateriales estaban compuestas por estos corpúsculos invisibles. Durante muchos siglos, y gracias entre otras cosas a la influencia de Aristóteles, la teoría fue desterrada y no sería hasta el Renacimiento cuando comenzara a estar de nuevo en el ambiente y contribuyera a fraguar un cambio que terminaría siendo una conmoción en el pensamiento de la época.

El escritor Stephen Greenblatt describe en su libro "El Giro" la influencia que tuvo en este cambio la obra del poeta romano Lucrecio "De rerum natura" en la que recogía las ideas de Epicuro y describía el mundo en términos físicos con un atomismo primitivo. Redescubierto en 1417, el texto comenzó a distribuirse a pesar su confrontación con la doctrina de la Iglesia y contribuyó a la aparición de nuevas ideas sobre la naturaleza del mundo. Según se descubrió hace unos años, al propio Galileo le trajeron casi tantos problemas sus ideas sobre el atomismo que su defensa del heliocentrismo, y fue acusado por sus adversarios de defender una teoría que atentaba contra una de las bases de la religión católica: el rito de la eucaristía.

Si el universo estaba compuesto de átomos, razonaban los jesuitas, la idea de la transubstanciación (la conversión del pan y el vino en el cuerpo y la sangre de Cristo) carecía de sentido, así que aquello era una herejía. La persecución de las ideas atomistas fue tal que se prohibió su enseñanza en las escuelas de la Compañía de Jesús y como relata Greenblatt en su libro se llegaron a recitar oraciones contra los átomos en algunos centros de enseñanza. Estaoración en latín se recomendaba recitar a diario a los jóvenes de la Universidad de Pisa:

"Nada sale de los átomos
Todos los cuerpos del mundo resplandecen con la hermosura de sus formas.
Sin ellas el orbe sería solo un caos inmenso.
Al principio creó Dios todas las cosas, para que ellas pudieran engendrar algo.
Ten en nada aquello de lo que no puede salir nada.
Tú, Demócrito, no formas nada nuevo a partir de los átomos.
Los átomos no producen nada, luego los átomos no son nada".

La idea era impedir que los jóvenes cayeran en la tentación de explicar las cosas por lo que veían sus sentidos. Todo era una obra de perfección de Dios y cuestionarlo era una herejía. El 1 de agosto de 1632 la Compañía de Jesús prohibió y condenó al doctrina de los átomos. En un documento del Santo Oficio encontrado a principios de los años 80 por el estudioso italiano Pietro Redondi se detallaban las herejías encontradas en la obra de Galileo "El ensayador" a propósito del atomismo. Aquellas afirmaciones, según Redondi, ponían en peligro los dogmas católicos y pudieron ser uno de los detonantes por el que se abrió todo el proceso contra él. Aunque hay distintas visiones sobre el tema, parece fuera de duda que pensar en un mundo hecho de átomos también le trajo problemas.

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Fogonazos

La Teoría de Cuerdas: Una breve descripción

 

La supuesta estructura básica de toda la materia según la Teoría de Cuerdas es una especie de filamentos de sutil energía que, gracias a su aptitud para adoptar un número ilimitado de formas, explicaría la maravillosa variedad de todo lo que hay en el Universo, por muy grande o pequeño que sea. Una hipótesis por ahora indemostrable, pero sugerente y “elegante”

La mecánica cuántica y la relatividad general adoptan unos enfoques diferentes para ver cómo funciona el Universo. Muchos físicos creen que debe haber alguna forma o algún método de unificar estas dos teorías. Una aspirante a tal teoría universal es la Teoría de las Supercuerdas o la teoría de cuerdas, para abreviar. Vamos a dar un breve resumen de esta nueva y compleja hipótesis.

Cuerdas, y no partículas

 

Los niños de pequeños aprenden sobre la existencia de protones, neutrones y electrones, las partículas subatómicas básicas que crean toda la materia tal y como la conocemos. Los científicos han estudiado cómo estas partículas se mueven e interactúan unas con otras, pero en el proceso se ha planteado una nueva serie de conflictos.

Ejemplos de cuerdas cerradas

De acuerdo con la teoría de cuerdas, estas partículas subatómicas no existen. En cambio, pequeños trozos de cuerda vibrante, que son demasiado pequeñas para ser observadas por los instrumentos de hoy en día, sustituyen a estas partículas. Cada cuerda puede estar cerrada en un bucle, o puede estar abierta. Cada partícula sería en realidad una cuerda vibrante, y la vibración que tenga determinará su tamaño y su masa.

¿Cómo pueden las cuerdas sustituir a las partículas puntuales?

En un nivel subatómico, existe una relación entre la frecuencia (f) a la que vibra algo y su energía (E).

E = h*f     donde h es la constante de Planck.

Al mismo tiempo, la famosa ecuación de Einstein E=m*c² nos dice que hay una relación entre la energía y la masa.

Por lo tanto, existe una relación entre la frecuencia de vibración de un objeto y su masa. Tal relación es fundamental para la teoría de cuerdas.

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Cosmo Noticias

La energía limpia e inagotable está un paso más cerca

Un experimento en EEUU avanza hacia la obtención de energía de la fusión nuclear, una de las noticias destacadas de esta semana.

Esta semana, científicos de EEUU han anunciado que, por primera vez, han logrado obtener más energía que la invertida en un proceso de fusión nuclear. Este fenómeno es el que alimenta las estrellas como el Sol y dominarlo en la Tierra supondría poder extraer energía limpia e inagotable. El proceso aún está en pañales, pero el logro de los estadounidenses del instituto, que ya avanzamos en Materia hace unos meses, supone un importante paso hacia el diseño de futuras centrales de fusión dentro de unas décadas. Europa es el epicentro de ITER, un proyecto internacional para construir  el primer reactor experimental de fusión nuclear en Cadarache (Francia).

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La Instalación Nacional de Ignición / NIF

Sin embargo, este hallazgo, publicado en Nature, sale de la Instalación Nacional de Ignición (NIF), la mayor apuesta nacional de EEUU por lograr fusión usando hidrógeno y potentes haces de rayos láser. De cualquier forma, este paso es aún inicial y aún quedan décadas de desarrollo antes de que se pueda controlar el proceso de fusionar núcleos atómicos para usar la energía resultante en nuestros hogares.

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Materia

¿Cuán pequeño puede ser un objeto creado por el Hombre?

• El corto animado más pequeño del mundo

Los científicos son cada vez más adeptos a crear objetos a escala atómica. En 1989, investigadores de la firma IBM acapararon titulares de prensa al escribir el logotipo de la compañía con átomos individuales de xenón que arrastraron con ayuda de un microscopio electrónico.

Para 2010 habían conseguido con éxito dibujar mapas del mundo tan pequeños que mil de ellos cabían en un grano de arena. Pero estos logros de la nanotecnología tienen sus límites.

A escala atómica se producen extraños fenómenos cuánticos que afectan el desempeño de los objetos. Uno de ellos se conoce como el "Efecto Casimir", una fuerza de atracción que surge entre dos objetos metálicos separados por una distancia pequeña en relación con su tamaño, que ocasiona que las nanomáquinas se atasquen.

A principios de año, investigadores en Alemania tropezaron con otra limitación: el meneo de los electrones debido al calor del ambiente que los rodea genera campos magnéticos que afectan las habilidades de los microscopios electrónicos.

Pero incluso si se superan estos problemas, los científicos saben que las complicaciones del ámbito cuántico evitarán que logren crear objetos complejos mucho más pequeños que un átomo.

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BBC Ciencia

2013: El bosón de Higgs se lleva el Nobel de Física

Cómo la materia adquiere masa a través de la denominada "partícula de Dios" fue la teoría desarrollada por Peter Higgs y François Englert.

Una hora más tarde de lo previsto y en medio de una de las expectativas mediáticas más grandes de su historia fue anunciado el Premio Nobel de Física 2013.

La distinción fue otorgada al belga François Englert y al británico Peter Higgs por su teoría de cómo las partículas adquieren masa, lo que ayuda a entender mejor el origen del Universo.

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En 1964 ambos científicos propusieron la teoría de manera independiente, Englert en conjunto con su colega Robert Brout, ya fallecido.

Sin embargo, el belga y el británico sólo se conocieron en 2012, en un seminario organizado por el Centro Europeo de Estudios Nucleares, a punto de anunciar descubrimiento de la escurridiza "partícula de Dios", base de la teoría de ambos autores, según le cuenta a BBC Mundo Alan Walker, amigo y colega de Higgs, físico y miembro honorario de la Universidad de Edimburgo.

Tras el anuncio, realizado en Estocolmo por Staffan Normark, secretario permanente de la Real Academia Sueca de Ciencias, Englert dijo estar "muy feliz". "Al principio pensé que no me lo había ganado, porque no vi el anuncio", le dijo al comité del Nobel luego de que este se retrasara más de una hora.

"Estoy sobrecogido de recibir este premio y quiero agradecer a la Academia Real Sueca", comentó por su parte Higgs a través de un comunicado dado a conocer por la Universidad de Edimburgo, de la cual es profesor emérito.

"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 ayude a crear conciencia sobre el valor de la investigación del universo", continuó el científico británico.

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¿Qué es el "Bosón de Higgs"?

El Bosón de Higgs, o partícula de Dios, es la madre de todas las partículas.

Un bosón es uno de los dos tipos básicos de partículas elementales de la naturaleza, junto con los fermiones.

Y el bosón de Higgs era el eslabón perdido para comprender el funcionamiento de la masa. Y, a partir de ella, entender cómo surgió el Universo.

La masa, en palabras simples, es la medida de la materia que contiene algo: una partícula, una molécula, una flor o un caballo.

Si no tuvieran masa, todas las partículas fundamentales que componen los átomos y los caballos se desvanecerían a la velocidad de la luz y el Universo, tal como lo conocemos, no habría podido constituirse en materia.

La teoría de cómo funciona el Universo, denominada Modelo Estándar, explica su funcionamiento en un sentido amplio, desde las partículas que componen los átomos y las moléculas de la materia que vemos hasta las más extrañas.

Sin embargo, había un enorme vacío en ella: no explica por qué las partículas tienen masa.

La pieza que faltaba en el rompecabezas del Modelo Estándar es precisamente el bosón de Higgs.

Esta partícula se origina en un campo invisible que llena todo el espacio. Aun cuando el Universo parece vacío, este campo está ahí y es en el contacto con este campo que las partículas adquieren masa. La teoría propuesta por Englert y Higgs describe este proceso.

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 BBC Ciencia