Dibujo20150305 The mammalian eye - goat Capra aegagrus hircus - rsif royalsociety

La longitud óptima (L) de las pestañas de un mamífero es un tercio de la anchura del ojo (W), en concreto, L/W = 0,35 ± 0,15. El flujo de aire que incide en el ojo cambia en función de la longitud de las pestañas. Pestañas más cortas de un tercio de la anchura del ojo bloquean poco el aire que incide sobre la superficie ocular. Pero las pestañas más largas incrementan dicho flujo de aire hacia el ojo y provocan cierta desecación. El estudio de David Hu (Instituto de Tecnología de Georgia, Atlanta) y varios colegas ha sido publicado en la revista Interface de la Royal Society. El estudio incluye experimentos usando maquetas de un ojo con pestañas en un túnel de viento. El valor óptimo de L/W combina las medidas anatómicas, los modelos teóricos, las simulaciones numéricas y los experimentos en túnel de viento.

Conocer la longitud óptima de las pestañas para alcanzar el justo nivel de humedad y la suficiente protección ante el polvo ayudará al diseño de protectores bioinspirados para sensores ópticos. El artículo es Guillermo J. Amador, Wenbin Mao, Peter DeMercurio, Carmen Montero, Joel Clewis, Alexander Alexeev, David L. Hu, “Eyelashes divert airflow to protect the eye,” Interface 12: 1294, 25 Feb 2015, doi: 10.1098/rsif.2014.1294.

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Dibujo20150302 Control of the surface plasmon-polariton field - nature comm

Seguro que habrás leído titulares escalofriantes como que se ha logrado fotografiar la luz como onda y como partícula a la vez. En realidad se han observado de forma simultánea dos propiedades de un plasmón cuántico, que está formado por electrones acoplados a fotones. Los niveles de energía de los electrones muestran la naturaleza de tipo partícula del plasmón y el patrón de interferencia espacial de los fotones su naturaleza ondulatoria. Fabrizio Carbone (Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza) y sus colegas han publicado este interesante resultado, logrado gracias a un microscopio electrónico ultrarrápido que obtiene imágenes usando electrones individuales, en Nature Communications.

Los plasmones superficiales de tipo polaritón son cuasipartículas formadas por fotones y electrones en interacción mutua en la interfaz entre dos medios. Los fotones se propagan por un medio dieléctrico y los electrones por un medio conductor. Carbone y sus colegas han usado un nanohilo de plata colocado sobre varias capas de grafeno situadas encima de la rejilla de cobre para muestras en el microscopio electrónico. Los plasmones cuánticos están formados por pocos fotones y/o pocos electrones, mostrando propiedades de onda, gracias a la interferencia cuántica de los fotones, y de partícula, gracias a los niveles energéticos discretos de los electrones. Como el plasmón es una cuasipartícula se pueden observar ambas propiedades de forma simultánea sin violar el principio de complementaridad de Bohr (algo que es imposible para un solo fotón o para un solo electrón).

El artículo técnico es L. Piazza et al., “Simultaneous observation of the quantization and the interference pattern of a plasmonic near-field,” Nature Communications 6: 6407, 02 Mar 2015, doi: 10.1038/ncomms7407. Muchos medios se han hecho eco de esta noticia, pero te recomiendo leer en español a Enrique Borja, “¿Ondículas? ¿Partícondas? ¿Fotografiando la dualidad onda-partícula?,” Cuentos Cuánticos, 2 Mar 2015.

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Dibujo20150302 The gravitationally lensing galaxy cluster Abell 1689 - nature14164-f1

La galaxia A1689-zD1 no es la más antigua confirmada. Pero con z = 7,5 ± 0,2, en plena época de reionización, está desarrollada como las galaxias modernas (las observadas con z < 3,2). Su tasa de formación estelar es de 12 masas solares por año, tiene un gran contenido de estrellas y está muy enriquecida con polvo. Más aún, su cociente polvo/gas es similar al de la Vía Láctea.

Podríamos decir que se trata de una galaxia normal, pero al estar en el catálogo de galaxias con z > 7 es toda una sorpresa. El artículo es Darach Watson et al., “A dusty, normal galaxy in the epoch of reionization,” Nature, AOP 02 Mar 2015, doi: 10.1038/nature14164. También puedes leer en español a Antonio Pérez Verde, “Una galaxia adelantada a su época,” Los Pilares de la Ciencia, 2 Mar 2015.

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Dibujo20150302 ceres - two bright spots

La existencia de manchas brillantes en Ceres es conocida desde 2005. La hipótesis más razonable es que son emisiones de vapor de agua cuyo origen es un océano de agua líquida bajo su superficie. Las estimaciones de la densidad de Ceres indican que un tercio de su volumen debe ser hielo. Cuando se formó estaba formado por hielo sólido que se fue separando en capas. Una de ellas podría ser líquida y ser la responsable de las emisiones que se observan como manchas brillantes.

La sonda espacial Dawn de la NASA, que el 6 de marzo empezará a orbitar a Ceres, debe aclarar este misterio. Nos lo cuentan Eric Hand, “Dawn probe to look for a habitable ocean on Ceres,” Science 347: 813-814, 20 Feb 2015, doi: 10.1126/science.347.6224.813; y Michael Küppers et al., “Localized sources of water vapour on the dwarf planet (1) Ceres,” Nature 505: 525-527, 23 Jan 2014, doi: 10.1038/nature12918.

Más información divulgativa en Daniel Marín, “Ceres a 83 000 kilómetros de distancia,” Eureka, 17 Feb 2015; “Ceres a 46 000 kilómetros de distancia,” Eureka, 25 Feb 2015. Recomiendo leer a Lee Billings, “La nave Dawn observa manchas sobre el misterioso Ceres,” Scientific American (Español), 03 Mar 2015.

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Dibujo20150228 Schematic blood-based tumor-activatable minicircles approach for cancer detection - pnas org

Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

La detección temprana del cáncer es clave en la cura de esta familia de enfermedades. Lo ideal sería poder detectarlo a través de un análisis de sangre. Se publica en la revista PNAS el primer sistema fiable que promete lograrlo. Sólo se ha probado con éxito en ratones y permite distinguir con un análisis de sangre los que tienen melanoma con metástasis de aquellos que están sanos. Este método exógeno se basa en inyectar unos vectores de ADN no víricos (similares a los usados en terapia génica) llamados minicírculos, secuencias circulares de ADN. Las células de los tumores se detectan porque expresan gran cantidad de una proteína llamada survinina. Los minicírculos provocan la expresión de un biomarcador específico (una fosfatasa alcalina embrionaria, SEAP) cuya concentración que se puede medir en un análisis de sangre. Futuros estudios deberán evaluar si el método es seguro y funciona bien en humanos. Según los autores, el método se puede usar para un amplio espectro de tipos de cáncer. Si los futuros ensayos tuvieran éxito sería una herramienta muy poderosa para la detección precoz del cáncer en la población general.

El artículo es John A. Ronald et al., “Detecting cancers through tumor-activatable minicircles that lead to a detectable blood biomarker,” PNAS, AOP 23 Feb 2015, doi: 10.1073/pnas.1414156112. Más información en español en Antonio Sánchez Ron, “Un nuevo sistema para detectar el cáncer con un análisis de sangre,” Next, Voz Pópuli, 23 Feb 2015; también en Daniel Mediavilla, “Un análisis de sangre para elegir el mejor tratamiento contra el cáncer,” El País, 26 Feb 2015. Sobre minicírculos de ADN recomiendo el trabajo pionero de A.-M. Darquet et al., “A new DNA vehicle for nonviral gene delivery: supercoiled minicircle” Gene Therapy 4: 1341-1349, 1997 [PDF gratis].

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Dibujo20150227 Mapping-Figure-3-mapping-tRNA-proteins-rRNA-j-theor-biol-640x313

La hipótesis del mundo de ARN propone que el ARN fue la primera forma de vida en la Tierra, antes de la primera célula procariota. Meredith Root-Bernstein (Univ. Oxford, Gran Bretaña) y su padre Robert Root-Bernstein (Univ. Estatal de Michigan, EEUU) proponen la hipótesis del mundo de los ribosomas. Dicha hipótesis afirma que pre-ribosomas (o ribosomas primordiales) tenían capacidad autorreplicativa, pero la perdieron cuando su función se transformó en la traducción de ARN mensajero (ARNm) a proteínas.

La hipótesis es atractiva porque los ribosomas están formados por ARN ribosómico (ARNr) y proteínas que podrían haberse formado por reacciones químicas espontáneas en el mundo prebiótico. Para apoyar su hipótesis han realizado un análisis de las secuencias de ADN que codifican los ARNr en la bacteria E. coli mediante algoritmos de alineamiento de secuencias de ADN (en concreto LALIGN y BLAST). Han observado que el ARNr contiene secuencias similares a los ARN de transferencia (ARNt) asociados a la codificación de todos los aminoácidos (recuerda que los ribosomas usan los ARNt como plantilla del código genético en su traducción del ARNm a proteínas). Además, parecen contener secuencias ortólogas a las de las proteínas que forman el ribosoma. Todo ello apoya su hipótesis, aunque se requieren futuros análisis para hacerla más firme.

Para leer más (aunque en inglés) Francisco R. Villatoro, “The ribosome world hypothesis,” Mapping Ignorance, 27 Feb 2015; el artículo es M. Root-Bernstein, R. Root-Bernstein, “The ribosome as a missing link in the evolution of life,” Journal of Theoretical Biology 367: 130-158, 2015, doi: 10.1016/j.jtbi.2014.11.025.

Dibujo20150225 lhc schedule 2015 - march

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN volverá a arrancar en modo colisiones el lunes 23 de marzo de 2015 (planificación oficial a fecha 19 de febrero de 2015). Tras su primera parada larga (LS1) en 2013 y 2014, funcionará con colisiones protón contra protón a una energía de 13 TeV c.m. (en 2012 funcionó a 8 TeV c.m.). Se han realizado gran número de mejoras en el colisionador, pero no se espera usar la energía máxima posible (14 TeV c.m.) ni en 2015, ni en 2016. Si todo fuera a las mil maravillas, quizás se use en 2017, pero ahora mismo aún no se sabe. Aún así, está planificado que haya pruebas a 14 TeV c.m. a principios de 2018, previas a la parada larga LS2 anterior al Run III que se debería iniciar en 2020.

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Dibujo20150226 Scheme for quantum teleportation of the spin-orbit composite states of a single photon - nature com

El teletransporte cuántico es la única manera de copiar estados cuánticos sin violar el teorema de no clonación. La probabilidad de éxito en el protocolo de teletransporte de una sola propiedad cuántica es de 1/2, de dos es de 1/32 y de tres es de 1/4096. Un 3,1% de éxito es poco, pero suficiente para su demostración experimental. Se publica en Nature el teletransporte de forma simultánea de la polarización y del momento angular entre dos fotones.

Nos lo cuenta Wolfgang Tittel, “Quantum physics: Teleportation for two,” Nature 518: 491-492, 26 Feb 2015, doi: 10.1038/518491a; el artículo técnico es Xi-Lin Wang et al., “Quantum teleportation of multiple degrees of freedom of a single photon,” Nature 518: 516-519, 26 Feb 2015, doi: 10.1038/nature14246.

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Dibujo20150225 quantum tunneling - anderson institute

El efecto túnel se usa para ilustrar la diferencia entre la mecánica clásica y la mecánica cuántica. Una partícula cuántica puede atravesar una barrera de potencial imposible de atravesar para una partícula clásica. Un fenómeno parajódico, en apariencia, cuando queremos localizar la partícula dentro de la barrera, o cuando queremos determinar la energía de la partícula mientras está dentro de la barrera. El principio de indeterminación de Heisenberg garantiza que la paradoja no existe. Al observar la partícula en la región donde se encuentra la barrera se obtendrá un valor de la energía superior a la de la barrera de potencial.

Muchos libros de texto discuten este problema. Por ejemplo, la sección 97, “The apparent paradox of the ‘tunnel effect’” en las páginas 334-335 del libro de D. I. Blokhinstsev, “Quantum Mechanics,” Reidel, 1964. Sin embargo, hay algunos físicos que aún no lo tienen del todo claro. Un ejemplo reciente es mi amigo Álvaro Peralta, “La conservación de la energía en Mecánica Cuántica (o no),” Cuentos Cuánticos, 09 Feb 2015. Usaré algunas figuras de su entrada.

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Dibujo20150222 Henize 2-428 imaged with ESO Very Large Telescope at the Paranal Observatory in Chile - ESO

Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

Este mes ha publicado en Nature como primer autor mi amigo Miguel Santander-García, aka @MiguSant, conocido divulgador y astrofísico que trabaja en el Observatorio Astronómico Nacional (OAN/CSIC). Se han descubierto con el Gran Telescopio de Canarias dos estrellas enanas blancas en proceso de fusión para dar lugar a una supernova de tipo Ia. Estas supernovas permiten medir distancias cósmicas y son las que se usaron para descubrir la energía oscura en 1998. Por vez primera se observan las etapas finales de este fenómeno, que ocurrirá en cualquier momento entre hoy dentro de unos 700 millones de años. Se ha observado en la nebulosa planetaria Henize 2-428. Miguel estudia las nebulosas planetarias de formas extrañas y por pura serendipia encontró esta gran sorpresa en una de ellas. Un bonito ejemplo para ilustrar cómo funciona la ciencia y el buen nivel que tiene la ciencia española.

El artículo es Miguel Santander-García et al., “The double-degenerate, super-Chandrasekhar nucleus of the planetary nebula Henize 2-428,” Nature, AOP 09 Feb 2015, doi: 10.1038/nature14124; Miguel Santander-García, “Dying with style: merging white dwarfs can do it too,” Mapping Ignorance 09 Feb 2015; “Astronomers Discover Close Pair of White Dwarfs in Center of Planetary Nebula Henize 2-428,” Sci-News.com, 10 Feb 2015.

Más información en español en “Primera detección de la fusión de dos estrellas que crearán una supernova,” Agencia SINC, 09 Feb 2015; Sergio Ferrer, “Las estrellas eran la Wikipedia de la Antigüedad. Astrónomo vallisoletano acaba de detallar en ‘Nature’ el canto de cisne de dos estrellas moribundas, que explotarán dentro de 700 millones de años,” El Confidencial, 12 Feb 2015; Eva Mosquera Rodríguez, “Dos estrellas destinadas al colapso,” El Mundo, 09 Feb 2015; y muchos más.

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