Dibujo20160430 calculated structure beryl dft calculated structure physical review letters

La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno y dos protones (hidrógeno). Una molécula de agua tiene un diámetro de unos 3 Å. Confinada en un nanocanal de 5 Å de diámetro muestra un nuevo estado cuántico. La molécula de agua (sus dos protones) puede estar en seis orientaciones diferentes dentro del nanocanal. Por efecto túnel cuántico puede alcanzar un estado de superposición de dichos seis estados. Este estado cuántico con simetría séxtuple ha sido predicho por simulaciones por ordenador y confirmado de forma experimental midiendo el espectro de la molécula de agua en el nanocanal por dispersión inelástica de neutrones.

El berilo es un mineral formado por ciclosilicato de berilio y aluminio (Be3Al2(SiO3)6). Este mineral presenta nanocanales con dos diámetros diferentes. Nanocanales estrechos (∼2,8 Å) que no permiten la entrada de una molécula de agua. Y nanocanales anchos (5,1 Å) que permiten la entrada de una molécula de agua, pero no permiten la entrada de dos moléculas de agua unidas entre sí por un enlace de hidrógeno.

El artículo es Alexander I. Kolesnikov, George F. Reiter, […] Lawrence M. Anovitz, “Quantum Tunneling of Water in Beryl: A New State of the Water Molecule,” Physical Review Letters 116: 167802 (22 Apr 2016), doi: 10.1103/PhysRevLett.116.167802; más información en Michael Schirber, “Focus: Water Molecule Spreads Out When Caged,” Physics 9: 43 (22 Apr 2016), link.

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Dibujo20160428 lfdlc prg 189 amb g de gava ivoox

Ya puedes escuchar el podcast iVoox del Programa 189 de La Fábrica de la Ciencia (Amb G de Gavà), “Viaje al pasado con pulsos ópticos superlumínicos, colisiones estables en el LHC, etc., con Francis Villatoro”, en el que Jorge Onsulve Orellana, @jonsulve, me ha entrevistado. ¡Qué disfrutes del podcast!

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Dibujo20160427 Programmable Quantitative DNA Nanothermometers nanoletters

Para medir la temperatura en la nanoescala hay que usar un nanotermómetro. Se publica en Nano Letters un termómetro de ADN de solo 5 nanómetros de diámetro. Investigadores de la Universidad de Montreal han creado un termómetro de ADN bioinspirado que usa la dependencia con la temperatura en el plegamiento de una molécula de ADN. La temperatura se mide en el rango de 25 a 90 °C, pudiéndose alcanzar un error de ± 0,05 °C entre 36 y 38 ºC.

La idea de los nanotermómetros de ADN se propuso en el año 2012. Desde entonces se han publicado varias alternativas. La nueva tiene la ventaja de que el comportamiento de la fluorescencia del ADN en función de la temperatura es prácticamente lineal. Por ello, el nuevo nanotermómetro promete muchas aplicaciones, como medir las variaciones de la temperatura en la membrana de una célula individual. O estudiar el comportamiento térmico de nanomáquinas y nanomotores. Muchos campos de la nanotecnología, como la nanomedicina, la biología sintética, los nanofluidos, los nanomateriales y la nanoelectrónica se beneficiarán de este nuevo nanotermómetro de ADN.

El artículo es David Gareau, Arnaud Desrosiers, Alexis Vallée-Bélisle, “Programmable Quantitative DNA Nanothermometers,” Nano Letters (08 Apr 2016), doi: 10.1021/acs.nanolett.6b00156. Más información divulgativa en “Chemists use DNA to build the world’s tiniest thermometer,” Phys.Org, 27 Apr 2016.

Por cierto, la idea de usar nanotermómetros de ADN no es nueva y ya se propuso en Guoliang Ke, Chunming Wang, […] Chaoyong James Yang, “l-DNA Molecular Beacon: A Safe, Stable, and Accurate Intracellular Nano-thermometer for Temperature Sensing in Living Cells,” J. Am. Chem. Soc. 134: 18908–18911 (05 Nov 2012), doi: 10.1021/ja3082439.

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Dibujo20160427 A layered quantum communication protocol Multi-photon entanglement in high dimensions nphoton-2016-12-f4

El entrelazamiento cuántico se suele estudiar entre cubits (2D). También se pueden usar cutrits (3D), e incluso cudits (d-D). Más aún, incluso sistemas asimétricos. Anton Zeilinger y varios colegas publican en Nature Photonics el entrelazamiento (3,3,2) entre tres fotones, es decir, dos cutrits y un cubit. Este tipo de estados entrelazados (3,3,2) permiten estudiar la contextualidad cuántica en acción.

Recuerda que los estados de los cubits se suelen representar con los dígitos binarios {0, 1} y los de los cutrits con los dígitos {0,1,2} o {−1,0,+1}. Usando fotones los cutrits se deben implementar usando el momento angular orbital. Los estados multifotón son útiles en los protocolos de comunicaciones cuánticas. También son útiles en cifrado cuántico ya que para garantizar la seguridad basta usar el cubit, mientras que los dos cutrits se pueden usar para enviar información.

El artículo es Mehul Malik, Manuel Erhard, […] Anton Zeilinger, “Multi-photon entanglement in high dimensions,” Nature Photonics 10: 248–252 (2016), doi: 10.1038/nphoton.2016.12, arXiv:1509.02561 [quant-ph].

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Dibujo20160427 walking in exoplanets star wars ballesteros luque astrobiology

En la película Star Wars: Episode VII – The Force Awakens (2015), Harrison Ford camina en el exoplaneta Takodana como si estuviera en Hollywood Boulevard. ¿Se trata de un error físico muy grave? No, para sorpresa de muchos, la mayoría de los planetas tipo exotierra, supertierra, minineptuno, exoneptuno y superneptuno tienen una gravedad superficial similar a la terrestre (una aceleración de la gravedad cercana a 1 g y menor de 2 g). Así nos lo cuentan F. J. Ballesteros (Univ. València) y B. Luque (Univ. Politécnica de Madrid) en la revista Astrobiology.

Lo ilustran con esta figura que muestra la aceleración de la gravedad superficial en todos los exoplanetas conocidos, así como en los planetas y otros cuerpos más pequeños del Sistema Solar. Se observa un plateau para los planetas con una masa entre 1 y 100 veces la de la Tierra con una aceleración de la gravedad alrededor de 1. En nuestro Sistema Solar tenemos a Venus, Urano, Neptuno y Saturno con 0,91 g, 0,9 g, 1,14 g y 1,06 g. Esta semejanza con la gravedad terrestre, a pesar de la diferencia de masas y composición, es realmente toda una sorpresa.

El artículo que salva del sonrojo a los guionistas de Star Wars es Fernando J. Ballesteros, B. Luque, “Walking on Exoplanets: Is Star Wars Right?” Astrobiology 16 (22 Apr 2016), doi: 10.1089/ast.2016.1475, arXiv:1604.07725 [astro-ph.EP]. Agradezco a Fernando que me haya enviado un e-mail promocionando su interesante artículo.

Dibujo20160427 Roca-Cusachs model molecular clutch - nature ncb3350-f1

Muchas células están adheridas a los tejidos circundantes mediante un sistema biomecánico a escala molecular. Pere Roca-Cusachs (Instituto de Bioingeniería de Cataluña) y varios colegas han desarrollado un nuevo modelo biomecánico del mecanismo molecular de dicho proceso. El modelo matemático ha sido validado usando experimentos de laboratorio.

Las fuerzas entre células y con la matriz extracelular (ECM) están medidas por las glicoproteínas llamadas integrinas. Gracias proteínas llamadas talinas (agarre elástico o soft) y a las vinculinas (agarre rígido o stiff), las proteínas globulares llamadas actinas, que forman los microfilamentos del citoesqueleto, se conectan con ciertos receptores de las integrinas para controlar la adherencia mecánica con la ECM.

El modelo se ha publicado en Alberto Elosegui-Artola, Roger Oria, […] Pere Roca-Cusachs, “Mechanical regulation of a molecular clutch defines force transmission and transduction in response to matrix rigidity,” Nature Cell Biology 18: 540–548 (11 Apr 2016), doi: 10.1038/ncb3336; el modelo matemático ya fue descrito en Alberto Elosegui-Artola, Elsa Bazellières, […] Pere Roca-Cusachs, “Rigidity sensing and adaptation through regulation of integrin types,” Nature Materials 13: 631–637 (04 May 2014), doi: 10.1038/nmat3960. Más información en Vinay Swaminathan, Clare M. Waterman, “The molecular clutch model for mechanotransduction evolves,” Nature Cell Biology 18: 459–461 (27 Apr 2016), doi: 10.1038/ncb3350.

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Dibujo20160426 typical freezing curve onlinelibrary wiley com crf312202-fig-0001

Un congelador tan rápido como un microondas es aún una utopía. Los sistemas comerciales de congelación magnética afirman preservar mejor la calidad de los alimentos frescos y reducir el tiempo de congelación. Pero no se sabe aún si estas ventajas son verdaderas o pura propaganda. Los campos magnéticos podrían facilitar el sobreenfriamiento inicial y mejorar la nucleación del hielo. Sin embargo, una revisión crítica de todo lo publicado hasta la fecha no permite confirmar dichas ventajas. Muchos experimentos están mal diseñados. No es posible sacar conclusiones válidas y generales.

Nos lo cuentan Laura Otero, Antonio C. Rodríguez, […] Pedro D. Sanz, “Effects of Magnetic Fields on Freezing: Application to Biological Products,” Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 15: 646–667 (May 2016), doi: 10.1111/1541-4337.12202.

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Dibujo20160424 run2seminar and susequent diphoton-related arxiv submissions dr andre david

A día de hoy (24 de abril de 2016) hay 348 artículos (manuscritos sin publicar) en ArXiv sobre la resonancia a 750 GeV observada por ATLAS y CMS en el LHC Run 2. Todavía no sabemos si es una nueva partícula o una simple fluctuación estadística sin contenido físico. Aún así, Robert Garisto, editor de la prestigiosa revista Physical Review Letters, ha decidido publicar 4 artículos teóricos sobre dicha resonancia en el número del 15 de abril de 2016.

La selección de estos artículos no ha tenido que ser fácil. El editor dice que ha recibido cientos de artículos pero que no puede publicarlos todos. Además de la revisión por pares se ha realizado una consulta a expertos para decidir qué artículos son más relevantes. Este proceso de consulta informal no es habitual, pero en un caso como éste es necesario. Así lo reconoce Garisto en un editorial. Permíteme destacar dichos artículos, no sin pedir perdón a los autores de los demás; tanto los que se publicarán en los próximos números de PRL, como los ya publicados en otras revistas científicas.

Recomiendo leer a Robert Garisto, “Editorial: Theorists React to the CERN 750 GeV Diphoton Data,” Phys. Rev. Lett. 116: 150001 (15 Apr 2016), doi: 10.1103/PhysRevLett.116.150001; Robert Garisto, “Synopsis: Explaining a 750 GeV Bump,” Physics (12 Apr 2016). Por cierto, el último artículo publicado en ArXiv es Roberto Franceschini, Gian F. Giudice, […] Riccardo Torre, “Digamma, what next?” arXiv:1604.06446 [hep-ph].

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Dibujo20160423 climate-induced mass redistribution on Earth surface science advances F2

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.

El eje de rotación se ha desplazado hacia la Bahía de Hudson (Canadá) durante el siglo XX. Pero esa dirección ha cambiado como consecuencia del deshielo de los polos. Ahora se desplaza hacia al este, en dirección hacia las Islas Británicas. El deshielo es condición necesaria pero no suficiente. La clave para resolver este misterio es el agotamiento de los acuíferos y las sequías en Eurasia: el subcontinente Indio y el área del mar Caspio. El cambio climático es la causa de ambos efectos.

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Dibujo20160424 proton physics stable beams lhc operation cern

El LHC (Large Hadron Collider) del CERN ya está en marcha. El viernes 25 de marzo de 2016 se inyectaron los primeros haces de protones de este año. Hoy 24 de abril de 2016 a las 00:52 se lograron las primeras colisiones protón contra protón a 13 TeV c.m. con haces estables. Fueron colisiones de baja luminosidad porque los haces tenían baja intensidad, solo 12 paquetes (bunches) de protones por haz. El año 2016 promete.

Mañana 25 de abril se iniciará una limpieza interior de los tubos (scrubbing) con haces a 450 GeV. Durante el mes de mayo se irá incrementando la intensidad de los haces (ramp up) e irá creciendo la luminosidad instantánea (número de colisiones por segundo). Seguro que el proceso será todo un éxito y que las colisiones almacenadas en disco permitirán estudiar la resonancia a 750 GeV en el canal difotónico que se observó en las colisiones de 2015. Los resultados se publicarán en las conferencias de este verano que serán decisivas para el futuro de esta resonancia que tanto ha dado que hablar.

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