El lugar más frío del universo

No esta en la luna, donde la temperatura llega a alcanzar -233 grados centígrados. Ni siquiera se encuentra en el interior de la Nebulosa Boomerang, ubicada en la constelación de Centauro, a 5.000 años luz de distancia de la Tierra. Con una temperatura de -272ºC, esta nebulosase encuentra apenas un grado por encima del cero absoluto.

Nebulosa Boomerang. En 1995, utilizando el telescopio Submilimétrico del Observatorio Europeo del Sur, se descubrió que su temperatura es de tan sólo 1 K la más fría fuera de un laboratorio.

Aunque no lo creas, las más bajas temperaturas del universo se pueden observar aquí en nuestro planeta tierra.

El récord de la temperatura más baja, se logró en el laboratorio del premio Nóbel Wolfgang Ketterle que tiene en el MIT. La temperatura alcanzada fue de 810 milmillonésimas de grado por encima del cero absoluto (273 grados centígrados bajo cero), lo mas cerca posible de la temperatura teórica más baja posible.

Wolfgang Ketterle en su laboratorio del MIT.

En esa situación extrema de ultrafrío, los átomos se coordinan como si fueran uno solo. Los átomos congelados, están todo lo quieto que permiten las leyes de la mecánica cuántica.

Hace que la interacción entre ellos sea muy débil, y se ve por ejemplo cómo les afecta la gravedad: se caen como si fueran una roca, algo que no se suele ver a escala atómica.

Pero siguen siendo un gas, y eso es lo que los hace tan fascinantes. Se comportan como sólidos, pero no lo son. La segunda propiedad es que los átomos son coherentes, forman una única onda, igual que la luz en los láseres.

Un intrigante estado de la materia a mínimas temperaturas que es capaz de frenar la luz haciendo que viaje a tan solo unos pocos metros por segundo.

A tales temperaturas, los átomos no pueden ser mantenidos en contenedores físicos porque se pegarían a sus paredes. Tampoco existe ningún contenedor conocido que pueda enfriarse tanto. Por eso se utilizan imanes, cuyos campos magnéticos permiten contener la nube gaseosa sin tocarla.

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Meridianos

El grafeno podría ser un absorbente perfecto de la luz

Físicos de España y el Reino Unido han calculado que el grafeno – una capa de carbono de apenas un átomo de grosor – podría usarse para crear un absorbente perfecto de la luz si es dopado y colocado en una organización periódica. El trabajo podría llevar a unos dispositivos mejorados de fotodetección, particularmente en la parte infrarroja del espectro electromagnético, donde las tecnologías actuales tienen problemas de funcionamiento.

La afirmación es extraordinaria, dado que los materiales convencionales normalmente necesitan tener miles de átomos de grosor para absorber completamente la luz. “La predicción de que una capa de material de apenas un átomo de grosor puede absorber la luz por completo es notable y excitante”, dice el jefe del equipo F. Javier García de Abajo del Instituto de Óptica en Madrid.

“La capa en cuestión es grafeno en un patrón de ordenación periódica de nanodiscos”, explica García de Abajo. La estructura absorbe luz confinándola a regiones que son cientos de veces menores que la longitud de onda de la luz. Esto se hace aprovechando los plasmones que aparecen dentro de las estructuras individuales de nanodiscos. Los plasmones son oscilaciones colectivas cuantizadas de los electrones dentro de un nanodisco – e interactúan con mucha fuerza con la luz.

Dopando con electrodos

El confinamiento de la luz en el grafeno sólo es posible si el material está cargado eléctricamente. Y la longitud de onda a la que puede quedar confinada la luz depende de cuánto se carga el material. También conocido como dopaje, debido a que tiene un efecto similar al de introducir impurezas en los semiconductores convencionales, la carga se consigue fácilmente colocando electrodos cerca del grafeno. La cantidad de carga puede controlarse variando el voltaje aplicado a los electrodos.

En sus cálculos, el equipo estudió cómo el patrón del grafeno absorbía la luz en el rango del espectro electromagnético del infrarrojo medio y cercano. Los investigadores dicen que sería fácil extender sus resultados a otros rangos de longitudes de onda, hacia el infrarrojo medio y el régimen de terahertzs, por ejemplo, aplicando directamente las ecuaciones analíticas que emplearon. “Todas estas regiones espectrales son especialmente interesantes, con potenciales aplicaciones en imágenes, sensores y detección”, dice García de Abajo. “Necesitamos dispositivos de buena absorción de luz en este rango de longitudes de onda, debido a que los detectores actuales no tienen un buen rendimiento aquí. Nuestro trabajo puede incluso proporcionar un puente para este famoso ‘hueco de terahertz’”.

La separación es justo la correcta

Los investigadores dicen que los nanodiscos son capaces de absorber grandes cantidades de luz debido a que estas estructuras individuales de grafeno están ordenadas a una distancia bien definida unas de otras. Si están demasiado cerca, la luz puede re-emitirse de vuelta y ser reflejada. Por otra parte, no se absorbe suficientemente si los nanodiscos se colocan demasiado lejos. Un efecto similar puede obtenerse con otros patrones de grafeno, específicamente con lazos, los cuales según los investigadores son más fáciles de dopar.

La luz también produce campos inducidos cerca de los nanodiscos. Estos campos están hechos de ondas evanescentes – ondas electromagnéticas que decaen exponencialmente desde una estructura. “El mecanismo, por tanto, no es un efecto de difracción en el sentido de onda clásica en el cual dos o más ondas que se propagan interfieren y forman patrones limitados de tamaño, de aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz”, explica García de Abajo. “En lugar de esto, lo que se da es un acoplamiento crítico”.

El equipo, que incluye a científicos del ICFO en Barcelona y del Centro de Investigación Optoelectrónica en la Universidad de Southampton, planea ahora explorar otros efectos ópticos extraordinarios en el grafeno – posiblemente hasta el límite cuántico con estudios sobre los efectos en fotones aislados. “También esperamos analizar materiales alternativos, tales como aislantes topológicos, que podrían producir efectos similares”, revela García de Abajo.

El trabajo se describe en Phys. Rev. Lett. 108 047401

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Ciencia Kanija

Investigadores logran capturar la luz en movimiento a un billón de fotogramas por segundo

Novedosas técnicas de fotografía computacional permiten ver el proceso de formación de una imagen en un espejo, la dispersión de la luz en un líquido o las ondas de propagación de un frente de luz viajando por una escena.

Investigadores del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) de la Universidad de Zaragoza y del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han logrado capturar la luz en movimiento a un billón de fotogramas por segundo. Esta tecnología podrá ser aplicada en numerosos ámbitos como el de medicina, ingeniería o de la educación. Y es que la captura de la luz a esta velocidad permite, por primera vez, observar fenómenos como el proceso de formación de una imagen en un espejo, la dispersión de la luz en un líquido o las ondas de propagación de un frente de luz viajando por una escena.

En concreto, investigadores del Graphics and Imaging Lab del Grupo de Informática Gráfica Avanzada (GIGA) del I3A han participado en la visualización de la información obtenida por un hardware de captura, recodificando la información temporal de un pulso de luz en información espacial en el sensor, creando lo que se llama una "streak image" y construyendo las imágenes y vídeos finales a partir de ahí, mediante novedosas técnicas de fotografía computacional.

Diego Gutiérrez, investigador responsable del Graphics and Imaging Lab, destaca que esta tecnología puede tener aplicaciones futuras en campos muy diversos. Por ejemplo, podría estudiarse cómo ciertas radiaciones afectan a distintos tejidos humanos o analizarse el comportamiento y composición de algunos materiales en ingeniería. A nivel educativo, las posibilidades son inmensas, dado que pueden visualizarse fenómenos reales jamás observados hasta la fecha y ayudar en la docencia de la óptica, al explicar cómo funciona la luz al atravesar una lente, por ejemplo, o en física, al interactuar con objetos.

El Graphics and Imaging Lab, cuyo núcleo está en la actualidad formado por dos profesores universitarios, un estudiante posdoctoral y siete estudiantes de doctorado, está desarrollando también herramientas para la simulación de entornos virtuales personalizados y seres humanos virtuales de apariencia realista, dentro del marco de dos proyectos europeos del VII Programa Marco (proyectos GOLEM y VERVE). Los campos de aplicación de su investigación van desde el tratamiento de pacientes con riesgo de exclusión social debido a diferentes fobias, a estudios neurológicos y psicológicos dentro del mundo de la realidad virtual, así como el desarrollo de tecnologías aplicables a películas y videojuegos.

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El Economista

Niña de 10 años descubre una nueva molécula

Durante una clase habitual de ciencias en la escuela primaria Border Star Montessori en Kansas, la niña Clara Lazen de 10 años descubrió accidentalmente una nueva molécula que tiene el potencial para almacenar energía.

Para la lección sobre la tabla periódica, el profesor Kenneth Boehr entregó a sus estudiantes de quinto grado kits de modelos moleculares para visualizar su estructura. En seguida, Clara colocó los átomos de carbono, nitrógeno, oxígeno de una manera compleja y le preguntó a su profesor si había hecho química real. Boehr se encontró perplejo con la composición y envió una imagen desde su celular a un viejo compañero de colegio, el profesor de química Robert Zoellner de la Universidad Estatal de Humboldt.

Zoellner se puso a investigar y concluyó que la molécula, tetraquis (nitratoxycarbon) metano de Clara es totalmente única, ya que no se había estudiado o pensado antes. Gracias a su densa estructura, la molécula permite el almacenamiento de energía estable, lo que significa que podría utilizarse para producir energía o como un explosivo.

Sin embargo tendría que ser sintetizada por primera vez, y eso esta lejos del alcance del equipo de química de la Universidad Humbolt. Así que Zoellner hizo lo que todo científico razonable haría, escribió un artículo – que se publicará en la revista científica “Computational and Theoretical Chemistry” – sobre la estructura de la molécula y su investigación sobre sus posibles usos, por lo que que otros científicos podrían seguir esta investigación y sintetizarla. Por supuesto, Clara Lazen esta listada como autora de este descubrimiento.

En una entrevista con medios locales, Lazen dijo que nunca pensó que su nombre iba a figurar como autora en una publicación científica a los 10 años de edad. Zoellner dijo que aunque falta ver como es recibido el trabajo de investigación por la comunidad científica, es gratificante ver que la experiencia ha fortalecido el interés de Clara en la ciencia. Sobre todo por que muchas mujeres evitan las carreras científicas a medida que crecen, aún cuando están mejor preparadas que los hombres.

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Fayer Wayer

De ratón a elefante ¡en 28 millones de generaciones!

Biólogos han examinado restos de mamíferos de los últimos 70 millones de años para determinar los ritmos de aumento y disminución de tamaño.

Esquema de los ritmos de aumento y disminución de tamaño de los mamíferos. / Alistair Evans, David Jones y coautores del estudio.

Si se espera lo suficiente y las condiciones son las idóneas, un mamífero del tamaño de un ratón puede crecer hasta alcanzar las dimensiones de un elefante. Hacen falta unos 24 millones de generaciones, sostiene hoy un equipo internacional de biólogos y paleontólogos en la revista 'Proceedings of the National Academy of Sciences'.

Alistair Evans, de la Universidad de Monash (Australia), y sus colaboradores han estudiado cuáles han sido los ritmos de aumento y disminución de tamaño de los mamíferos desde que los dinosaurios se extinguieron, hace unos 65 millones de años. Para ello, han examinado restos de 28 grupos de mamíferos -elefantes, ballenas y primates incluidos- de África, Eurasia y América correspondientes a los últimos 70 millones de años.

Las mediciones revelan que a un animal del tamaño de un conejo le lleva 5 millones de generaciones alcanzar las dimensiones de un elefante, para lo que tiene que multiplicar su masa por 1.000, mientras que a uno como ratón le exige 25 millones de generaciones multiplicar su masa por 100.000.

Sorpresas

Una de las sorpresas ha sido que los mamíferos marinos crecen dos veces más rápido que los terrestres. "Esto probablemente se debe a que es más fácil ser grande en el agua porque te ayuda a soportar el peso", indica Erich Fitzgerald, paleontólogo del Museo Victoria. Multiplicar por mil su masa hasta las dimensiones de una ballena le lleva a un mamífero marino 3 millones de generaciones, poco más del doble que centuplicarla a uno terrestre hasta el tamaño de un elefante.

Pero la mayor sorpresa es que se decrece con mucha más rapidez que se crece: diez veces más rápido. "La gran diferencia de ritmos entre decrecimiento y crecimiento es realmente asombrosa: ¡nunca hubiéramos esperado que ocurriera tan rápido!". Un elefante enano necesita 1,6 millones de generaciones para convertirse en un elefante, mientras que a la inversa solo hacen falta 120.000.

Muchas especies en miniatura de elefantes, hipopótamos y hasta homínidos estaban confinadas en entornos insulares. "¿Qué causó su enanismo? Pudo ser que necesitaran ser más pequeños para sobrevivir en su entorno o quizá escaseaba la comida y, con un menor tamaño, necesitas menos alimento", explica Jessica Theodor, bióloga de la Universidad de Calgary.

Los investigadores han usado como medida las generaciones porque las especies estudiadas tienen muy diferentes esperanzas de vida: mientras que un ratón vive unos 2 años, un elefante puede alcanzar los 80.

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El Correo (Ciencia)

¡Descubren una "Súper Tierra" que puede ser habitable!

El planeta, situado a 22 años luz de nosotros, se encuentra a la distancia perfecta de su estrella para albergar agua líquida. Puede ser el mejor candidato a un mundo parecido al nuestro.

Un equipo internacional de científicos ha descubierto una supertierra, un planeta que tiene 4,5 veces la masa del nuestro, que parece disfrutar de las condiciones necesarias para ser habitable. El nuevo y prometedor mundo, situado a «solo» 22 años luz de nosotros, orbita su estrella cada 28 días a la distancia perfecta para que las temperaturas no sean extremas y pueda mantener agua líquida en su superficie. Según los astrónomos, el exoplaneta, bautizado como GJ 667Cc, es el «mejor candidato» conocido hasta el momento para convertirse en algo parecido a nuestra querida canica azul. La investigación aparecerá publicada en la revista Astrophysical Journal Letters y será accesible online en Arxiv.org.

La estrella anfitriona, una enana de clase M, es miembro de un sistema triple de estrellas y tiene una composición diferente a nuestro Sol, con una abundancia mucho menor de elementos más pesados que el helio, como el hierro, el carbono y el silicio. Como estos elementos son los bloques esenciales de los planetas rocosos, los científicos no creían que esta estrella pudiera tener planetas en su orbita, pero ahí estaban. Y no solo uno. Este mundo prometedor puede dos o tres compañeros alrededor, incluido un gigante gaseoso y otra supertierra. Este descubrimiento indica, según los científicos, que, posiblemente, los planetas habitables pueden encontrarse en una mayor variedad de ambientes de lo que se creía anteriormente.

Para dar con el planeta, los investigadores utilizaron datos públicos del Observatorio Europeo Austral (ESO) y del W.M. Keck, y emplearon una técnica que consiste en medir las pequeñas oscilaciones en el movimiento de la estrella causadas por el tirón gravitacional de un planeta. Previamente, los científicos ya habían encontrado una supertierra (GJ 667Cb) cerca de la estrella, con un período de 7,2 días, pero este descubrimiento nunca fue publicado. Orbitaba tan cerca que su temperatura era demasiado alta como para tener agua líquida.

Como el calor del Sol

Pero el equipo de investigación encontró una señal de un nuevo planeta (GJ 667Cc) con un período orbital de 28,15 días y una masa mínima de 4,5 veces la de la Tierra. El nuevo mundo recibe el 90% de la luz que recibe nuestro orbe. Sin embargo, como la mayor parte de su luz entrante es en infrarrojo, un porcentaje más alto de esta energía es absorbida por el planeta. Teniendo en cuenta estos dos efectos, es posible que el planeta absorba la misma cantidad de energía de su estrella que la Tierra obtiene del Sol.

«Este nuevo planeta es el mejor candidato para contener agua líquida y, quizás, la vida tal como la conocemos», asegura el científico español Guillem Anglada-Escudé, perteneciente a la Institución Carnegie para la Ciencia cuando se elaboró la investigación y hoy en la Universidad de Gotinga.

El sistema también podría contener un planeta gigante gaseoso y otra supertierra con un período orbital de 75 días. Sin embargo, hacen falta nuevas observaciones para confirmar estas dos posibilidades. «Con el advenimiento de una nueva generación de instrumentos, los investigadores será capaces de examinar muchas estrellas enanas en busca de planetas similares y finalmente encontrar firmas espectroscópicas de vida en alguno de estos», prevé Anglada-Escudé.

Fuente:

ABC España