El haz de neutrinos más potente atravesará 1.300 kilómetros de la Tierra

El chorro de partículas pasará por un gigantesco detector capaz de observar la formación de un agujero negro en tiempo real y permitirá buscar respuestas al origen del universo.

Extienda la palma de la mano. Cuente hasta tres. Un billón de neutrinos acaba de atravesar la piel, el músculo y los huesos de su mano. Estas minúsculas partículas pasan por el espacio vacío de los átomos casi a la velocidad de la luz en un viaje interestelar que no deja rastro. El Experimento de Neutrinos Subterráneo Profundo (DUNE, por sus siglas en inglés) proyecta un nuevo acelerador y dos nuevos detectores de un haz de neutrinos que recorrerá 1.300 kilómetros por el subsuelo de Estados Unidos. La prueba puede aportar respuestas sobre el origen del universo.
 
Los neutrinos son tan ligeros y escurridizos que pueden atravesar un año luz de plomo macizo sin despeinarse. Y, sin embargo, los científicos han conseguido atraparlos. A cien metros bajo tierra, en un laboratorio a las afueras de Chicago (EE UU) existe una cueva que alberga un contenedor metálico del tamaño de un autobús, repleto de luces, instrumentos de medición y cables. Es un detector de neutrinos.

Estas partículas subatómicas ostentan varios récords en el campo de la física. Son los corpúsculos de materia más abundantes del universo y, a pesar de ello, siguen siendo un rompecabezas. Esto es porque también son los más pequeños, lo cual impide estudiarlos directamente. Nadie sabe cuál es su masa, pero los experimentos indican que debe de ser al menos 100.000 veces menor que la del electrón, que es la siguiente partícula menos pesada. Además, no tienen carga eléctrica, por lo que raramente interactúan con otros cuerpos.

Aunque los neutrinos pueden venir de muchos sitios —como las estrellas o los plátanos—, su mayor fuente terrestre es un acelerador de partículas que arroja protones contra un bloque de grafito y está cerca de esa cueva de EE UU, en las instalaciones del laboratorio de ciencia básica Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory). Los científicos creen que estas partículas podrían ser la clave para descubrir física más allá del Modelo Estándar, el marco teórico incompleto que describe el comportamiento de la materia.

Un detector más grande que el de Chicago se encuentra enterrado a 800 kilómetros de distancia, en la mina Soudan del estado de Minessota. Juntos forman el experimento NOνA. Los científicos estadounidenses han creado el haz de neutrinos —que atraviesa el detector cercano y el lejano, además de toda la materia de la corteza terrestre que los separa— para tener las mejores posibilidades de observar estas partículas y de estudiar su extraño comportamiento. Los neutrinos son como fantasmas, invisibles a los instrumentos de la ciencia, pero muy de vez en cuando alguno colisiona con un átomo del fluido que hay dentro de los detectores. Esto produce partículas con carga eléctrica que dejan rastros visibles. Encontrarlos, entonces, se convierte en cuestión de cifras: cuanto más denso sea el chorro que sale del acelerador, mayor probabilidad hay de que algún neutrino choque contra un átomo en el detector.

Pero NOνA es solo el principio. Esta instalación, que desde 2014 es el mayor experimento de neutrinos de larga distancia, está abriendo camino para algo mucho mayor: DUNE. Un nuevo acelerador y un nuevo detector serán el punto de partida para un haz de neutrinos que viajará desde Fermilab hasta el Centro de Investigación Subterráneo de Sanford (SURF), en Dakota del Sur. Allí, a un kilómetro y medio de profundidad, los investigadores de la colaboración internacional DUNE pretenden enterrar el mayor detector de la historia: cuatro módulos del tamaño de una piscina olímpica cada uno, pero seis veces más profundos, rellenos con 17.000 toneladas de argón líquido.

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El País (Ciencia)

¿Cómo podría Santa Claus entregar todos los regalos de Navidad?

El reto es bastante claro. Papá Noel necesita entregar todos sus regalos en 24 horas: ¿cómo puede lograrlo? Bueno, tiene que ser inteligente, creativo y algo más.

Para empezar, los números no se ven tan mal como podrías pensar.

Unicef dice que hay 2.200 millones de niños en el mundo. Pero recordemos que Santa Claus sólo entrega regalos a los niños buenos (de todas las religiones, incluyendo ateos, agnósticos, etc.).

Así que vamos a estimar el 50% de los niños pasan la prueba. ¡Y eso puede ser un cálculo generoso!

Muchos de los niños viven en la misma casa, por lo que si tomamos el promedio mundial de 2,5 niños por hogar y esperamos que los niños buenos estén juntos, sólo podría tener que visitar 440 millones de hogares.

También podría tener más de 24 horas.

Roger Highfield, autor de "La Física de Navidad, calcula que si se viaja en la dirección opuesta a la rotación de la Tierra, San Nicolás tendría otras 24 horas para llevar a cabo su misión.

Pero aun así, esto seguramente no sea suficiente tiempo para un trabajo de tal magnitud.

Entonces, ¿cómo lo hace? Aquí hay cinco posibles respuestas:

Podría volar muy, muy rápidamente

Según Highfield, exeditor de la revista New Scientist, Papá Noel tendría que acercarse a la velocidad de la luz con el fin de entregar todos los regalos.

A 300.000 kilómetros por segundo, podría vuelta al mundo siete veces en un segundo.

A 300.000 kilómetros por segundo, Papá Noel podría vuelta al mundo siete veces en un segundo.

Aunque esto podría explicar por qué la nariz del reno Rodolfo se ve tan roja, no parece posible.

A esta velocidad San Nicolás iría arrinconado contra el asiento del trineo por las enormes fuerzas y él, sus renos y el trineo simplemente se quemarían en la atmósfera.

...o tal vez usar un ejército de elfos

En base a nuestros cálculos anteriores, Santa Claus tiene que visitar 440 millones de hogares.

El Servicio Postal de Estados Unidos dice que maneja cerca del 40% de la correspondencia mundial y realiza alrededor de 158.000 millones de envíos cada año, un promedio de 434 millones artículos al día.

El Servicio Postal de EE.UU. entrega un promedio de 434 millones de artículos al día.

Así que si utilizara su plantilla de más de 600.000 empleados y una de las mayores flotas de vehículos en el mundo, San Nicolás podría ser capaz de hacer el trabajo. O casi.

Pero aunque los elfos le pueden ayudar con la logística en la trastienda, sólo hay un Papá Noel para las entregas.

Sin embargo, todavía le queda el camino de la física.

Quizás utiliza agujeros espacio-temporales

Para entender cómo funcionan, imagínate que dibujas tu casa en el lado izquierdo de una hoja de papel y la de tu amigo en el lado derecho, con un camino que las une.

Papá Noel podría aprovecharse de los agujeros espacio-temporales.

Un agujero espacio-temporal sería como doblar el papel por la mitad –las casas ahora están enfrentadas por detrás–, y Papá Noel puede utilizar su profundo conocimiento de la Teoría de la Relatividad para viajar a través del papel sin tener que seguir la línea de la ruta.

¡Mucho más rápido!

...o crea una nube de relatividad

Larry Silverberg, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial de la Universidad de Carolina del Norte (EE.UU.), también sostiene que Papá Noel es experto en manipular y controlar el tiempo y el espacio.

Él postula que podría crear una nube de relatividad en la que el espacio, el tiempo y la luz se perciben de una manera completamente diferente a como se perciben fuera de esta nube.

"Dentro de la nube, San Nicolás tiene meses para entregar los regalos. Desde el interior, ve el mundo congelado", explica Silverberg.

"Dentro de la nube, San Nicolás tiene meses para entregar los regalos. Desde el interior, ve el mundo congelado", explica Silverberg.

Aquellos de nosotros fuera de esa nube sólo veríamos un momento fugaz. Y seis meses dentro de ella es apenas un abrir y cerrar de ojos para nosotros. Es por ello que Santa no tiene prisa para entregar los regalos.

Según Silverberg, Papá Noel literalmente tiene todo el tiempo en el mundo.

... o recurre a la física cuántica

Papá Noel también podría recurrir a un fenómeno cuántico, y así podría estar en cualquier lugar en el mundo en cualquier momento en Nochebuena.

Así lo afirma Daniel Tapia, científico en los laboratorios en Ginebra del Consejo Europeo para la Investigación Nuclear (CERN).

Papá Noel podría comportarse como un fenómeno cuántico, y así podría estar en cualquier lugar en el mundo en cualquier momento en Nochebuena.

"Puede ser que Santa Claus sea una superposición de estados cuánticos, en otras palabras, una colección de Santas difundidos en todo el planeta".

Siguiendo la teoría del físico mexicano, cada uno de los estados cuánticos de Papá Noel daría un regalo a cada niño que esté dormido en ese momento.

Si un solo niño lo viera, su estado cuántico se derrumbaría y no podría entregar más regalos.

Así que por favor, niños, ¡duerman bien! La maravilla de Santa depende de que nunca lo veamos. Si lo llegamos a ver, deja de existir.

Fuente:

BBC Ciencia

Hackean la tercera ley de Newton acelerando la luz por sí misma

Rompiendo la ley de que toda acción tiene una reacción, científicos lograron que los fotones se aceleraran sin interacción externa ni pérdidas por contacto entre si.

La tercera ley de Newton dice básicamente que para toda acción hay una reacción. Por ejemplo, si golpeas una pared con el puño, tu puño recibirá exactamente la misma cantidad de fuerza contra sí mismo (lo cual implica que no es muy inteligente hacerlo). Un estudio realizado en la Universidad Erlangen-Nuremberg de Alemania asegura haber encontrado una forma de "hackear" esta aseveración, utilizando luz. Este hackeo depende de dos conceptos que intentaré explicar: masa efectiva y masa negativa.

Los fotones son partículas que se mueven a la velocidad de la luz y que no poseen masa, pero pueden llegar a tener “masa efectiva”. La masa efectiva es un efecto que se observa cuando un fotón traspasa un cristal. Dependiendo del cristal, los fotones pueden perder velocidad proporcionalmente a la pérdida de energía, o simplemente rebotar completamente con el impacto, lo cual es como si en esas condiciones tuviesen masa (podrías también pensarlo como el efecto que produce el bosón de Higgs). La masa efectiva se crea por efectos de campos magnéticos y eléctricos.

La “masa negativa” es simplemente la masa inferior a 0. Esta masa negativa interactúa con el mundo de una manera totalmente distinta a la convencional, moviéndose más rápido mientras menos energía usa, e inclusive reaccionando al inverso de la gravedad. Retomando el primer ejemplo, si golpearas una pared con tu puño, en vez de recibir la fuerza de vuelta, esta fuerza aceleraría tu puño otra vez, atravesándola completamente. Por cierto, la masa negativa no es un concepto demostrado en la actualidad.

Es más, dependiendo de la longitud de onda de la luz de un pulso láser y la estructura de un cristal específico, los fotones pueden adquirir “masa efectiva negativa”. Pero para que un fotón con estas características interactúe con otro fotón con masa positiva se requeriría de un cristal tan denso que absorbería totalmente la luz antes de que se junten uno con otro.

El experimento que “hackeó” a Newton

Los científicos alemanes lograron crear pulsos láser de masa efectiva positiva y negativa. Posteriormente los lanzaron en un circuito de fibra óptica infinito (similar a un 8) con un “punto de contacto” en el cual los fotones podrían interactuar. Cuando los pulsos opuestos se encontraban en el punto de contacto, ellos se aceleraban en la misma dirección, pasando por los detectores del sistema cada vez en lapsos de tiempo más cortos.

"Teniendo este circuito puedes hacerlos girar para siempre, lo que es equivalente a tener cristales gigantescamente densos" dijo Dragomir Neshev, científico de la Universidad Nacional de Australia.

Los electrones y semiconductores también pueden tener masa efectiva, por lo que este sistema podría ser usado para acelerar los procesos en la computación y electrónica en general. Con esta tecnología se podrían crear mejores resoluciones de pantallas y monitores, mejorar las comunicaciones ópticas y un sinfín de aplicaciones en el futuro. Lo difícil, sin lugar a dudas, sería poder compatibilizar esas futuras tecnologías con las actuales, pero seguro habrá tiempo (y probablemente un largo tiempo) para encontrar una solución.

Pero más interesante aun, ¿cómo interactúa la masa negativa con otros conceptos del universo?, ¿Podría relacionarse con la materia creada de luz hace poco tiempo?

Link: Newscientist

Tomado de:

FayerWayer

Biología cuántica: un mundo por descubrir

El extraño universo de la mecánica cuántica 

La mecánica cuántica empezó con la simple idea de que la energía no está presente en cualquier cantidad, viene en fragmentos discretos, llamados cuantos (Quanta). Pero al profundizar en la teoría se ha descubierto que sus aplicaciones son sorprendentes y útiles.

• Superposición: Una partícula existe en distintos estados y lugares de forma simultánea. Esto es, un electrón puede estar en la punta de su dedo y en el rincón más lejano del Universo al mismo tiempo. Sólo cuando observamos la partícula, esta "escog" un estado en particular.
• Entrelazamiento cuántico: Dos partículas pueden entrelazarse de manera que sus propiedades dependan las unas de las otras, sin importar la distancia a la que estén. La medición de una parece afectar la medición de la otra instantáneamente, una idea que Einstein calificó de "espeluznante".

• Efecto túnel: Una partícula puede atravesar una barrera de energía, pareciendo que desaparece en uno de sus lados y reapareciendo en el otro. Gran parte de la electrónica moderna depende de este efecto.

Desaparecer en algún lugar y reaparecer en otro. Estar en dos sitios a la vez. Transmitir información a una mayor velocidad que la de la luz.

Son fenómenos que se explican –desde hace un tiempo– a partir de la rama de la física que estudia el comportamiento de la materia y de la energía: la mecánica cuántica.

¿Pero qué tiene que ver esta ciencia con las flores, las aves migratorias y el olor a huevos podridos?

Bienvenido a la frontera de lo que se conoce como biología cuántica.

Sigue siendo una disciplina tentativa, incluso especulativa, pero de continuar creciendo, podría revolucionar el desarrollo de nuevos medicamentos, computadoras y perfumes, o incluso contribuir a la lucha contra el cáncer.

Hasta hace poco tiempo, la idea de que la biología -una ciencia que a los ojos de los físicos es cálida, húmeda y desordenada- estuviera relacionada con los estados de la materia se consideraba una insensatez.

Pero poco a poco y usando la poca evidencia que se ha ido encontrando, la idea ha empezado a cobrar importancia, explicó Luca Turín, del Instituto Fleming en Grecia.

Plantas, aves y narices

"Básicamente hay tres áreas en las que empieza a ser evidente la presencia de la cuántica, tres fenómenos que han derribado la idea de que la mecánica cuántica no tiene nada que ver con la biología", le dijo Turín a la BBC.

La fotosíntesis es el proceso de la naturaleza que más se ha podido relacionar con la física cuántica.

La más evidente de las tres es la fotosíntesis, el eficiente proceso mediante el cual las plantas y algunas bacterias construyen las moléculas que necesitan, utilizando energía de la luz solar. 

Cuando se observa el proceso de cerca pareciera que hubiera pequeños paquetes de energía al mismo tiempo, "probando" todos los caminos posibles para llegar a donde necesitan ir para después escoger el más eficiente.

"La biología parece haber sido capaz de utilizar este tipo de efecto en un ambiente cálido y húmedo, manteniendo la superposición. No logramos entender cómo lo hace", le dijo Richard Cogdell, de la Universidad de Glasgow a la BBC.

La sorpresa no acaba ahí. Se cree que trucos similares pueden encontrarse en el comportamiento animal: las hazañas de las aves que cruzan países, e incluso continentes volando de polo a polo en sus rutas migratorias, podrían tener relación con la física cuántica.

Los experimentos biológicos muestran que, al migrar, los petirrojos sólo se orientan a través de los colores de la luz, y que basta con una radiofrecuencia débil para confundir su sentido de dirección.
Pero las explicaciones dadas no alcanzan a explicar el fenómeno.

Para los defensores de la relación entre la cuántica y la biología, la orientación de los petirrojos al migrar se debe a un efecto de entrelazamiento cuántico.

Según este fenómeno físico, las partículas entrelazadas (en su término técnico en inglés: entangled) no pueden definirse como partículas individuales, sino más bien como un sistema. 

Por más distanciadas que estén dos partículas "entrelazadas", ambas saben lo que pasa con la otra, incluso parecen poder transmitirse información a mayor rapidez que la velocidad de la luz.

Los experimentos sugieren que este fenómeno ocurre dentro de las moléculas individuales de los ojos de las aves.

John Morton, del University College London, explicó que la manera en que las aves lo perciben puede parecer aún más extraño.

"Podríamos imaginarnos que es una especie de pantalla de visualización frontal, parecida a la que tienen los pilotos: una imagen del campo magnético impresa sobre todo lo que ven a su alrededor ", apuntó.

La idea sigue causando polémica. No menos la teoría según la cual que la biología cuántica la tenemos en nuestras propias narices.

La mayoría de los investigadores cree nuestro sentido del olfato depende únicamente de la forma que tienen las moléculas que aspiramos.

Pero el doctor Turín cree que, además de la forma, influyen las vibraciones de las moléculas, gracias a un efecto cuántico conocido como efecto túnel.

La idea sostiene que los electrones en los receptores de la nariz desaparecen en un lado de una molécula olfativa y reaparecen en el otro, dejando un poco de energía en el proceso.

Un artículo publicado en Plos One esta semana explica que las personas somos capaces de diferenciar dos moléculas de idéntica forma pero con diferentes vibraciones, lo que sugiere que la forma no es el único factor implicado en el proceso. 

Lo que intriga a los investigadores es el alcance que puede tener la cuántica en los fenómenos de la naturaleza.

"No sabemos si estas tres áreas nos están introduciendo a todo un mundo por descubrir, o si realmente no hay nada debajo" –afirmó el doctor Turín. "No lo sabremos hasta que lo veamos"

'Sumamente importante'

Este tipo de fenómeno ha suscitado un gran interés a nivel global. En 2012, la Fundación Europea de la Ciencia puso en marcha su programa Farquest, con el objetivo de crear una estructura de investigación cuántica a nivel europeo en la que la biología cuántica juega un papel muy importante.

Por otra parte, la Agencia de proyectos de investigación avanzados del departamento de Defensa de Estados Unidos (Darpa), estableció una red nacional de biología cuántica en 2010, y departamentos dedicados al tema están surgiendo en una gran cantidad de países que van desde Alemania a India.

Una mejor comprensión del olfato podría impulsar enormemente el negocio de la perfumería, con la creación de fragancias más personalizadas.

De igual manera, entender los trucos de la naturaleza podría contribuir al desarrollo de la próxima generación de computadoras cuánticas.

Pero el estudio de la biología cuántica puede tener repercusiones todavía mucho más profundas.

Algunos investigadores sugieren que los petirrojos tienen una especie de imagen del campo magnético impresa sobre todo lo que ven a su alrededor.

Simon Gane, un investigador del Royal National Throat, Nose and Ear Hospitaly autor principal del artículo publicado en Plos One, explicó que los pequeños receptores de nuestra nariz se conocen comúnmente como receptores acoplados a proteínas G. 

"Son una subfamilia de los receptores que tenemos en todas las células de nuestro cuerpo, hacen parte de los retos implicados en el desarrollo de nuevas medicinas", explicó.

"¿Qué pasa si existe una interacción receptor-droga que simplemente no estamos notando por no pensar que se puede tratar de un efecto cuántico? Un descubrimiento semejante podría tener profundas implicaciones en el desarrollo, la creación y el descubrimiento de fármacos".

Jim Al-Khalili, de la Universidad de Surrey, está investigando la posibilidad de que el efecto túnel se produzca durante mutaciones en nuestro ADN - una pregunta que puede ser relevante para comprender la evolución de la vida misma, o para la lucha contra el cáncer.

Como le dijo el científico le dijo a la BBC: "si descubrimos que el efecto túnel está presente en las mutaciones, existe la posibilidad de que la física cuántica pueda explicar por qué una célula se vuelve cancerosa.

"Este sinfín de opciones -añadió- te hace pensar en la posibilidad de que la física cuántica no sea únicamente nuestra pesadilla de secundaria, o un campo de estudio alternativo liderado por un grupo de personas con ideas estrafalarias. Si realmente puede ayudar a responder algunas de las preguntas más importantes de la naturaleza, se convertiría en una ciencia sumamente importante".

Fuente:

BBC Ciencia 

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Súper héroes: Flash, energía, calorías y velocidad

Barry Allen era un químico, miembro de la policía, con escasa reputación debido a su mala costumbre de llegar tarde a todos lados. Una noche, mientras se preparaba para dejar el trabajo en el laboratorio, ocurrió un accidente. Un rayo dio de lleno sobre unos productos químicos que se derramaron sobre él. Como consecuencia Allen consiguió obtener reflejos extraordinarios y una velocidad sobrehumana, que le permite superar fácilmente la velocidad del sonido, llegando incluso a la velocidad de la luz. A partir de ese momento y usando un traje rojo con el símbolo de un rayo en el pecho, se autodenominó “Flash”, y empezó a combatir el crimen y la maldad. Surgen algunas cuestiones a la luz de la ciencia: ¿Qué es la energía?, ¿De dónde saca Flash la energía para moverse a altas velocidades?, ¿Cuál es la velocidad del sonido y la de la luz? ¿Por qué son tan diferentes?

En primer lugar se debe sentar que todos aquellos organismos que se consideran vivos, deben acceder a un recurso primordial para ejercer sus actividades. Este recurso es una fuente de energía. En el caso de las plantas, algas y algunas bacterias, la fuente de energía vital (el sol) se usa en forma directa, mediante un proceso que se denomina fotosíntesis. Para el caso de organismos (no fotosintéticos) que comen otros seres vivos, la fuente de energía se toma en forma indirecta y el metabolismo (transformación) de los alimentos es quien abastece de energía al organismo.

Pasemos a las velocidades. La velocidad que tiene el sonido en un fluido común como el aire es de 340 m/s, mientras que la velocidad de la luz en el vacío es de 300.000 km/s. La diferencia fundamental radica en que el sonido está constituido por ondas que necesitan de un medio para desplazarse. La luz, en cambio, es radiación electromagnética (compuesta por dos ondas perpendiculares una de carácter eléctrico y otra con propiedades magnéticas) que puede moverse sin intervención de medio alguno. Siendo la diferencia en velocidades tan monumental es lógico pensar que una y otra suponen energías completamente diferentes.

Solicitamos la ayuda de la física para definir el término energía y establecer sus formas y transformaciones. Energía es probablemente una palabra que se usa en exceso y sin conocimiento de lo que realmente significa. Una definición sencilla dice que la energía es aquello que se necesita para producir un cambio, se necesita energía para hacer que ocurra algo que no sucede por sí mismo.

La energía puede existir en varias formas: potencial, cinética y de la masa o nuclear. 

La energía cinética es aquella que se relaciona con el movimiento de un objeto que posee una determinada masa. La energía nuclear se relaciona con la cantidad de energía que se puede obtener a partir de una cierta cantidad de masa contenida en el núcleo atómico. Este tipo de energía se observa en forma notable en los reactores nucleares, pero también en forma desafortunada en las bombas, cuya energía destrozó las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki al final de la Segunda Guerra Mundial. Por otro lado, y solo como información general, debo decir que existe una forma extraña, y todavía incomprendida, de energía que se supone interviene en todo el Universo, llamada energía oscura. Además es importante establecer que “la energía total del universo no se crea ni se destruye, únicamente se trasforma”. Así reza el llamado primer principio de la termodinámica, que quiere decir que una forma de energía, independiente de su clase, pasa de una forma a otra hasta finalmente terminar en calor.

Por lo concerniente a Flash el tipo de energía que nos interesa es la llamada energía química, la cual se constituye en un tipo de energía potencial. La energía potencial, como su nombre lo indica, es energía en potencia, o sea que esta lista para ser utilizada. Este es el punto a tomar en cuenta para determinar la cantidad de energía que debe usar Flash para moverse. La comida ingerida por el superhéroe, que contiene energía potencial química, es la que debe ser transformada en energía de movimiento (cinética). Las moléculas de los alimentos se rompen, y en ese proceso generan energía. Al parecer la pregunta está resuelta, sin embargo ahora aparecen nuevas dudas: ¿Cuánta comida deberá ingerir Flash para desplazarse a la velocidad del sonido? ¿Cuánta a una velocidad relacionada con la de la luz?

En la comida, las moléculas biológicamente activas se clasifican dentro de cuatro clases: glúcidos (mal denominados todavía como carbohidratos o hidratos de carbono), lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Los glúcidos son la fuente principal de energía metabólica para todas las actividades de los organismos no fotosintéticos, esto incluye actividades especializadas como la construcción de otras moléculas o la cantidad de energía necesaria para crecer, para hacer funcionar los músculos (como el corazón), producir calor corporal y desplazarse, en definitiva todo lo que se necesite para sobrevivir.

Para calcular cuánto debe comer Flash para desplazarse a supervelocidad lo primero que tenemos que definir es su contenido como energía cinética. Tal como ya lo apuntamos, este tipo de energía depende de la masa del objeto, en este caso Flash, además se debe agregar el parámetro de movimiento, esto es la velocidad a la cual se mueve nuestro héroe. Lo anterior nos lleva a la relación Ec = (1/2) m·v². En donde Ec se refiere a la energía cinética, m es la masa de Flash y v su velocidad de movimiento, elevada al cuadrado. 

Finalmente, para concretar el problema debemos relacionar la cantidad de energía química suministrada por los alimentos con la energía de movimiento. Para sortear las complicaciones, lo que haremos es calcular la energía cinética para moverse por ejemplo al 1 % de la velocidad de la luz (3.000 km/s) y llevarlo hacia la energía suministrada por un solo tipo de alimento bastante energético. Acordemos que el total de la energía adquirida por Flash solo se debe a la digestión (combustión) de las proteínas contenidas en la carne.

Normalmente las unidades de energía se refieren a sistemas físicos: automóviles, pelotas, maquinaria, animales, personas y por supuesto Flash; y a sistemas nutritivos que se relacionan con alimentos en general. En forma usual, en el primer caso se evalúa energía cinética, y en el segundo energía potencial química. Como ya se dijo, los dos tipos de energía se transforman una en otra. En las personas, la energía química de los alimentos se usa para obtener la energía necesaria para desarrollar las funciones vitales, al igual que la energía química del combustible se usa en los automóviles para su funcionamiento. La unidad de energía de los físicos se llama Julio (o joules, dependiendo del lugar) y es equivalente a 1 kg· m²/s² en unidades del Sistema Internacional. Para los bioquímicos y nutricionistas, en cambio, la unidad de energía es la Caloría. 

La letra C mayúscula no es un error de tipografía, quiere decir que se refiere a 1.000 calorías (pequeñas o c) que es la unidad intermediaria entre los sistemas físico y nutricionista, de tal manera que 1 caloría (pequeña) es igual a 4,18 Julios. Una caloría pequeña es la cantidad de energía (en Julios) que se necesita para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1 grado centígrado. Una Caloría (grande o alimentaria) será la cantidad de energía necesaria para elevar en 1 grado centígrado 1 kilogramo de agua. La conversión parece complicada pero no lo es, la clave del asunto es:

1 Caloría (alimentaria) = 1.000 calorías (pequeñas)· 1 caloría (pequeña) = 4,18 Julios.

Es importante saber que cuando consumimos diferentes alimentos, estamos ingresando diferentes cantidades de energía; ésta es la razón por la cual un trozo de chocolate puede tener muchas más calorías que un trozo de tomate de similar tamaño. Sin embargo, ya que las calorías son una medida de energía, no pueden existir diferentes tipos de calorías, como erróneamente lo afirman algunos artículos e incluso libros sobre recetas para bajar de peso. Una caloría de grasa proporciona exactamente la misma cantidad de energía que una caloría de proteína o de glúcidos.

Regresando a la pregunta, y suponiendo que la masa de Flash sea de 70 kg, para un viaje al 1% de la velocidad de la luz (en metros), su energía cinética será:

!Asombroso! Este resultado quiere decir el número 315 seguido de 12 ceros (315.000.000.000.000); la cantidad de energía que se requiere para obtener supervelocidad es realmente monstruosa. Ahora transformemos esta cantidad de energía en energía potencial química, usando la caloría (pequeña) como intermediaria: El resultado representará el número de Calorías grandes o alimentarias.

Lo que corresponde a 75 mil millones de Calorías. ¡Realmente impresionante! 

Ahora vamos al cálculo final. Si se sabe que 100 g de carne de vacuno proveen aproximadamente 150 Calorías alimentarias, suponiendo una ración generosa de unos 300 g y más unas 50 Calorías adicionales debidas al proceso de cocción, podremos suponer que Flash estará ingresando a su organismo 500 Calorías alimentarias por ración. Con esto en mente podemos calcular (ya era hora) el número de porciones de carne que Flash deberá consumir para moverse al 1% de la velocidad de la luz.

En números claros resulta que Flash deberá comer 150 millones de raciones cárnicas para poder alcanzar el 1% de la velocidad de la luz. Como dato importante se debe aclarar que estamos suponiendo que el 100% de la energía suministrada por la carne se transforma en energía cinética. En sistemas alejados de los cómics (como el cuerpo humano) esta conversión apenas ocurre en un 15 %, lo cual quiere decir que como máximo este porcentaje de energía química puede transformarse en energía de movimiento. Por consiguiente, el número de raciones a consumir por el superhéroe será notablemente mayor. En la vida real este último comentario es muy importante, ya que sin duda, se debe a otro principio fundamental del Universo denominado segundo principio de la termodinámica, que nos indica las limitaciones en la conversión de la energía. Esto lleva a que los sistemas en forma inevitable siempre terminen con alguna pérdida de energía que se manifiesta como calor.

Ahora, si se trata “sólo” de moverse a la velocidad del sonido, cosa fácilmente lograda por el superhéroe escarlata, la cantidad de raciones que deberá consumir asumiendo el 15% de conversión será “apenas” de 13.

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Hablando de Ciencia

Jugando a la velocidad de la luz (bueno, a casi a la velocidad de la luz)

A Slower Speed of Light [Windows, Mac] es un juego diseñado por el MIT Game Lab para hacer que la Relatividad sea menos rara de lo que le parece a mucha gente que es. Si esto se puede conseguir jugando… ¿Por qué no?

El objetivo es recoger unas esferas repartidas por el escenario, algo bastante típico. Pero aquí entra en juego la componente física del juego: al tocar cada una de las esferas se reduce la velocidad de la luz del universo en que se desarrolla la acción, de modo que se aproxima a la velocidad del caminar de la persona. Entonces se pueden examinar todas esas cosas raras que suceden debido a los efectos relativistas: el efecto Doppler, la dilatación temporal, las transformaciones de Lorentz y otros.

Tomado de:

Microsiervos

Una de dos: O la información es mas rápida que la luz, o todo el Universo está relacionado entre sí

El entrelazamiento cuántico debe ser una de los fenómenos más sorprendentes de la física: Al enlazar dos o más partículas en un solo estado cuántico, cuando posteriormente se observa el estado de una de las partículas, uno puede prever el estado de la otra partícula sin importar la distancia que las separe. Es como si una supiera lo que hace la otra instantáneamente y se comunicaran entre sí.

Lo interesante es que numerosos experimentos han demostrado que las dos partículas ‘comunican’ su estado entre dos lugares de medición distintos a una velocidad que superaría a la de la luz. La explicación estándar a este fenómeno –la no-localidad– es considerar que las partículas entrelazadas son realmente un sólo sistema cuántico, aunque estén muy separadas. Es una idea que incomoda a muchos (incluso a Albert Einstein) pero que preserva el principio de la relatividad.

Para encontrar otra explicación, muchas ideas se han propuesto en las ultimas décadas, las que en su mayoría caían en la categoría de variables escondidas que no podemos observar directamente mediante experimentos, por lo que no habríamos podido ocupar este fenómeno para la comunicación.

Sin embargo, un nuevo análisis de un equipo de académicos que publicó la revista Nature Physics nos indicaría que cualquier explicación a este fenómeno inevitablemente nos abriría a la posibilidad de comunicaciones mas rápidas que la luz, pues el entrelazamiento cuántico no puede traspasar información, a cualquier velocidad –incluso si es inaccesible por medio de la experimentación porque es interna–, sin involucrar también otros tipos de interacciones que sí violarían la teoría de la relatividad.

Esto es debido a que hay dos opciones: O existen estas variables escondidas y el entrelazamiento cuántico implica intercambiar información a una velocidad mayor a la de la luz, desafiando a la relatividad; o no hay influencias invisibles por lo que las existentes pueden ser infinitamente rápidas, lo que implicaría que el Universo completo es no-local, o sea que todos sus puntos se pueden conectar entre sí instantáneamente.

Uno de los miembros del equipo de académicos, el profesor de la Universidad de Ginebra, Nicolas Gisin, asegura que “nuestros resultados nos dan la idea de que, de alguna forma, las correlaciones cuánticas surgen desde afuera del espacio-tiempo“. Algo nada menor.

Link: Quantum entanglement shows that reality can’t be local (Ars Technica)

Fuente:

FayerWayer

¿Qué verías si viajaras a la velocidad de la luz?

Como un tubo sería la visión de nuestro entorno si viajáramos a la velocidad de la luz.

Einstein se hizo a sí mismo esta pregunta cuando tenía 16 años y en su búsqueda de una respuesta desarrolló la teoría de la relatividad. 

Según ella, la velocidad de la luz es una constante universal, por lo tanto, la misma para cualquier observador.

Eso implica que las duraciones y los intervalos de tiempo no son absolutos, sino que varían de acuerdo a cómo los objetos se mueven en relación con otros, así la medida de la velocidad de la luz siempre arroja el mismo resultado.

Luego de la publicación en 1905 de estas asombrosas ideas de Einstein, hubo un extenso debate sobre el impacto visual de estos resultados.

Los argumentos se centraron en si los efectos previstos –como la contracción de las duraciones- podían ser observados, dado que ambos efectos en sí mismos y cualquier intento por observarlos serían afectados por la velocidad de la luz.

Tomó décadas llegar a respuestas definitivas, pero ellas apuntan a que la forma, brillo y color de los objetos son afectados.

Por ejemplo, si un observador caminara por la calle a una velocidad cercana a la de la luz, vería los edificios de ambos lados encorvándose hacia arriba, creando la sensación de ir viajando por un tubo. Entre tanto, hacia adelante se visualizaría blanco brillante mientras hacia atrás todo se desvanecería hacia la oscuridad.

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BBC Noticias

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La velocidad de la luz y algunas distancias

La velocidad de la luz ha cristalizado en el imaginario colectivo, pero no hay varios matices a su alrededor. 

Y, además, generalmente somos incapaces de imaginar realmente su velocidad. Sirvan estos datos para conseguirlo, al menos en parte.

La luz se ve afectada por el medio que atraviesa, de modo que cuanto más denso es el medio, menor es la velocidad de la luz. Al atravesar un diamante, por ejemplo, que es un medio muy denso, la velocidad de la luz se ve reducida en un factor de 2,417. La velocidad más lenta que se ha registrado para la luz fue cuando ésta atravesó un condensado de Bose-Einstein de rubidio enfriado hasta casi alcanzar el cero absoluto: pudo disminuir la velocidad de un rayo de luz a cerca de 17 m/s. Ocurrió en 1999.

En 2003, Mijaíl Lukin, junto con científicos de la Universidad Harvard y el Instituto de Física Lébedev (de Moscú), tuvieron éxito en detener completamente la luz al dirigirla a una masa de gas rubidio caliente, cuyos átomos, en palabras de Lukin, se comportaron como «pequeños espejos» debido a los patrones de interferencia en dos rayos de control.

La velocidad de la luz en términos familiares es la que tiene ésta cuando viaja en el vacío (299.792.458 m/s). Entonces, puede cubrir las siguientes distancias:

Un metro: en solo 3,3 nanosegundos.

Desde la órbita geoestacionaria hasta la Tierra: 119 ms.

La longitud del Ecuador terrestre: 134 ms.

Desde la Luna hasta la Tierra: 1,3 segundos.

Desde el Sol hasta la Tierra: 8,3 minutos.

Desde Próxima Centauri hasta la Tierra: 4,2 años.

Desde la galaxia más cercana (la galaxia enana Canis Mayor) hasta la Tierra: 25.000 años.

Atravesar la Vía Láctea: 100.000 años.

Desde la galaxia Andrómeda hasta la Tierra: 2,5 millones de años.

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Xakata Ciencia

CERN: Einstein tenía razón

Instalaciones del CERN en Ginebra. | Reuters

• Un experimento del CERN sugirió que los neutrinos eran más rápidos que la luz
• Los investigadores confirman que hubo un error en los instrumentos de medición

Einstein tenía razón. El equipo de investigadores del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) que el pasado año revolucionó el mundo de la ciencia con un experimento que sugería que los neutrinos eran más veloces que la luz han confirmado este viernes que su trabajo contenía errores.

En concreto, se trató de un fallo en los instrumentos de medición (el cable de fibra óptica que transportaba la señal de GPS al reloj principal del experimento estaba mal conectado). Así que el hallazgo de un simple error técnico ha bastado para 'resolver' el caso de los neutrinos superveloces.

Según han explicado este viernes durante la 25 conferencia internacional sobre física de neutrinos y astrofísica que se celebra en Kioto (Japón), las nuevas mediciones realizadas en los cuatro experimentos del laboratorio Gran Sasso (Borexino, ICARUS, LVD y OPERA) demuestran que la Teoría de la Relatividad también es válida para estas partículas subatómicas.

"Aunque este resultado no es tan emocionante como a algunos les hubiera gustado, es lo que todos esperábamos. Esta historia ha capturado la imaginación del público y les ha dado la oportunidad de ver el método científico en acción. Se publica un resultado inesperado para que sea escrutado, se investiga en profundidad y se resuelve, en parte, gracias a la colaboración entre experimentos que normalmente compiten. Así es como la ciencia avanza", ha afirmado el director de investigación del CERN, Sergio Bertolucci, durante la presentación de los resultados de las nuevas mediciones que se han llevado a cabo.

A la búsqueda del fallo

En septiembre de 2011 un equipo del CERN de Ginebra publicó un trabajo que mostraba que estas partículas subatómicas, denominadas neutrinos, podían viajar más rápido que la luz. El resultado ponía en entredicho la Teoría de Relatividad formulada por Albert Einstein en 1905, que constituye uno de los grandes pilares en los que se sustenta la Física.

La conferencia en la que Dario Autiero, uno de los autores del estudio, expuso los resultados suscitó una gran expectación y fue recogida en medios de comunicación de todo el mundo. Los neutrinos saltaban a la fama.

Comenzó también uno de los debates más apasionantes entre físicos de todo el mundo. Muchos científicos de prestigio pusieron ya en duda que los resultados del CERN pudieran ser ciertos y la prudencia fue la reacción más común entre los investigadores. Pero había que encontrar el error.

Los propios autores del estudio fueron los primeros en mostrar su perplejidad ante los resultados del experimento OPERA, que habían sido repetidos en numerosas ocasiones antes de hacerse públicos. Asimismo, animaron al resto de la comunidad científica a estudiar el caso y a intentar localizar dónde estaba el fallo.

Una carrera de 730 kilómetros

 El experimento OPERA calculó el tiempo que los neutrinos tardan en recorrer 730 kilómetros (que es la distancia que separa las instalaciones del CERN de Ginebra y del laboratorio subterráneo de Gran Sasso, en Italia). Los resultados indicaban que los neutrinos recorrieron esta distancia en un tiempo 60 nanosegundos inferior que la luz.

"Las primeras mediciones realizadas hasta 2011 entre el CERN y Gran Sasso fueron revisadas teniendo en cuenta los efectos de los instrumentos", ha explicado el equipo en Kioto.

El pasado mes de febrero, los físicos que habían estudiado el funcionamiento de OPERA habían sugerido ya la hipótesis de que sus resultados eran erróneos debido a que los datos habían sido alterados por una mala conexión entre un GPS y un ordenador. Al mes siguiente, el físico Antonio Ereditano, coordinador del experimento OPERA, presentó su dimisión de su cargo en el Instituto Nacional de Física Nuclear italiano.

Las comprobaciones llevadas a cabo por el equipo del experimento OPERA en los últimos meses han confirmado el fallo en la conexión. Este fallo técnico hizo que se atribuyera a los neutrinos una marca 74 nanosegundos superior al tiempo que tardaron en realidad. Es decir, la velocidad de los neutrinos fue inferior a la que habían indicado los primeros resultados. Además, el reloj de alta precisión utilizado por OPERA estaba ligeramente desfasado, lo que hizo que se añadieran otros 15 nanosegundos.

Una vez que estos fallos técnicos fueron corregidos, se volvió a calcular el tiempo que tardaban los neutrinos en recorrer el túnel de 730 kilómetros. En esta ocasión, estas partículas subatómicas no pudieron batir la velocidad de la luz. Como dijo Einstein.

Fuente:

El Mundo Ciencia

Para qué sirven los arcoiris atrapados

Los científicos creen que los arcoiris atrapados pueden tener múltiples utilidades en distintos ámbitos.

¿Qué hay más mágico y efímero que un arcoiris? Es por ello que se dice que el mítico leprechaun, esa especie de duende irlandés cascarrabias, suele esconder su oro en uno de los extremos de este fenómeno de luz.

Si esa historia fuera real, hace tiempo que a la pobre criatura le habrían robado su tesoro, ya que la tecnología no sólo es ya capaz de "atrapar" el arcoiris, sino que ya está usándose en modelos experimentales de sensores.

Un grupo de investigadores atrapó nuevamente el arcoiris desplegando unas 25.000 capas de invisibilidad tan finas como un cabello humano, y elaboraron un prototipo de sensor con posibles usos no sólo en sistemas de invisibilidad sino como sensor en biomedicina.

Más allá de la invisibilidad

Las llamadas capas de invisibilidad están permitiendo a los científicos manipular la luz con mayor precisión que nunca, según señala un reporte recientemente publicado en el New Journal of Physics. Una habilidad, que podría ser muy útil, por ejemplo, en áreas como las comunicaciones.

En los últimos años, estas pesquisas han dado lugar a una gran variedad de técnicas para ocultar personas u objetos jugando con las propiedades de la luz, ya sea desviándola o bloqueándola con materiales que hacen que los objetos sean invisibles para el observador.

Pero todas estas innovaciones tienen potenciales que van más allá de la mera invisibilidad.

Oro para atrapar el arcoiris

Recientemente, un trabajo publicado en el PhysicalReview B, reveló los resultados de una investigación en la que se comprobó que una serie de estas capas diminutas colocadas en una cuadrícula de dos dimensiones podría usarse como sensor en biomedicina.

Por su parte, Vera Smolyaninova de la Universidad Towson en Maryland, Estados Unidos, y sus colegas han empezado a poner estas ideas en práctica.

El equipo fabricó una "matriz de micro-lentes", una red de diminutas lentes de un ancho de 50 millionésimas de metro. Cubrieron la matriz con una fina capa de oro y lo colocaron sobre una lámina de vidrio cubierta del mismo metal.

La luz se proyectó sobre esta matriz desde un lateral y se direccionó alrededor de cada pequeña lente, generando un área oculta en el centro de cada una.

Sensores más precisos

Una de las técnicas para atrapar el arcoiris emplea una matriz de microlentes.

Según explicaron, esta alineación de capas puede utilizarse en la fabricación de sensores, dado que el efecto que consiguieron fue el de ralentizar la velocidad de la luz, y como ocurre en un prisma, el efecto fue un tanto diferente usando luces de distintos colores dando lugar a una especie de "arcoiris atrapado".

Cabe decir que atrapar el arcoiris no es una novedad. Este efecto lo logró, en 2007, el equipo científico liderado por el profesor Ortwin Hess, quienes publicaron el hallazgo en la revista Nature.

Pero la novedad con las nuevas técnicas, es que estas están dirigidas a poner el arcoiris atrapado a nuestro servicio.

El motivo principal, es que aunque hoy abundan las técnicas que utilizan luz para hacer distintos tipos de análisis: desde sistemas de detección de explosivos a análisis de sangre, lo cierto es que la sensibilidad de muchos de estos métodos depende de cuanta luz interactúa con el material investigado.

El hecho de poder ralentizar la velocidad de la luz, permite interactuar de una forma más intensa con la materia, por lo que los "arcoiris atrapados" parecen ser un buen recurso para mejorar todas estas técnicas.

El profesor Hess, del Imperial College de Londres, calificó este tipo de trabajos "incentivadores y excitantes".

"Cuando surgió el concepto del arcoiris atrapado, se vio que era un efecto fundamental con una gran cantidad de aplicaciones", dijo a la BBC.

"Por lo que llevar esto más allá a una fase experimental es algo muy bonito de ver".

Fuente:

BBC Ciencia

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