Dibujo20160825 artist recreation proxima b ESO M  Kornmesser eso1629j

La habitabilidad del planeta rocoso de tamaño terrestre más cercano, Próxima Centauri b, ya ha sido estudiada por varios artículos que se han publicado hoy mismo en arXiv. De hecho, los propios autores del artículo publicado ayer en Nature afirman en tres artículos que se trata de un candidato viable a planeta habitable y que lo ha sido durante miles de millones de años. Quizás son muy optimistas, pues otros dos artículos no lo son tanto, aunque tampoco se les puede calificar de pesimistas.

Por supuesto, estudiar la posible atmósfera de Próxima b debe ser un prioridad en los próximos años. El telescopio europeo extremadamente grande (E-ELT) de la ESO quizás podría observar directamente este nuevo planeta y realizar un análisis espectroscópico de alta resolución de su atmósfera. Así se podrían buscar señales de O2, H2O, CO2, y CH4. Gracias a ello se podrían evaluar con mayor confianza los escenarios posibles para su habitabilidad presente y pasada. Sin lugar a dudas, el estudio de Próxima b en los próximos años conducirá a resultados apasionantes.

Los tres artículos optimistas sobre la habitabilidad de Próxima b son: Ignasi Ribas, Emeline Bolmont, …, Guillem Anglada-Escude, “The habitability of Proxima Centauri b. I. Irradiation, rotation and volatile inventory from formation to the present,” arXiv:1608.06813 [astro-ph.EP]; Martin Turbet, Jeremy Leconte, …, Guillem Anglada-Escudé, “The habitability of Proxima Centauri b II. Possible climates and Observability,” arXiv:1608.06827 [astro-ph.EP]; y Gavin A. L. Coleman, Richard P. Nelson, …, Guillem Anglada-Escude, “Exploring plausible formation scenarios for the planet candidate orbiting Proxima Centauri,” arXiv:1608.06908 [astro-ph.EP].

Otros dos artículos que no son tan optimistas son Rory Barnes, Russell Deitrick, …, Eddie Schwieterman, “The Habitability of Proxima Centauri b I: Evolutionary Scenarios,” arXiv:1608.06919 [astro-ph.EP]; y James R. A. Davenport, David M. Kipping, …, Chris Cameron, “MOST Observations of our Nearest Neighbor: Flares on Proxima Centauri,” arXiv:1608.06672 [astro-ph.SR].

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Dibujo20160823 rms charge radius RE of the proton predicted from the dipole fits lower and conformal-mapping fits upper

Aceptar que no hay ningún misterio. Más sencillo, imposible. Los átomos muónicos arrojan una valor de 0,84 fm (femtómetros) mucho más preciso que el valor de 0,88 fm según los átomos (electrónicos). Si aceptamos como correcto el valor de 0,84 fm para el radio de carga (RE) del protón se pueden recalcular todos los niveles electrónicos del átomo de hidrógeno (algunos cambian más de 10 kHz respecto al valor CODATA 2014). Si con los nuevos niveles se rehacen las estimaciones espectroscópicas del radio del protón en el hidrógeno (electrónico) se obtiene un valor entre 0,84 y 0,89 fm (según la técnica de interpolación usada, como muestra esta figura). Un valor compatible con las medidas en el hidrógeno muónico. Con lo que el problema del radio del protón desaparece.

Una regla no escrita de la física afirma que medir con un método diferente, pero mucho más preciso, conduce a un gran cambio en el valor medido. Así ha ocurrido muchas veces con muchas constantes fundamentales en el listado del Particle Data Group. Las medidas con muones son mucho más precisas que con electrones, porque su masa es 207 veces mayor y el átomo correspondiente es 207 veces más pequeño. Como son más precisas, lo justo es aceptarlas sin más como medidas mejores (máxime cuando el valor ha sido confirmado con el deuterio muónico). Quizás alguien piense que esto es como si aceptar pulpo como animal de compañía hiciera crecer la definición de animales de compañía hasta el punto de que hubiera que incluir entre ellos al pulpo. Pero la física experimental es así de sencilla y así de maravillosa.

Ni nueva física más allá del modelo estándar, ni violaciones del número leptónico, sólo aceptar que la física experimental es así (y siempre ha sido así). Repito, más sencillo, imposible. Los nuevos cálculos de los niveles atómicos con correcciones hiperfinas que dependen del radio del protón se han publicado en M. Horbatsch, E.A. Hessels, “A tabulation of the bound-state energies of atomic hydrogen,” Physical Review A 93: 022513 (2016), doi: 10.1103/PhysRevA.93.022513, arXiv:1601.01057 [physics.atom-ph]; las nuevas incertidumbres para las medidas en átomos (electrónicos) del radio del protón aparecen en M. Horbatsch, E.A. Hessels, “Evaluation of the strength of electron-proton scattering data for determining the proton charge radius,” Physical Review C 93: 015204 (2016), doi: 10.1103/PhysRevC.93.015204, arXiv:1509.05644 [nucl-ex].

Me he enterado de estos artículos al buscar información adicional para preparar el #Media2Ciencia para el próximo 14 de septiembre, #M2Proton, en el que participaré junto a Álvaro Peralta, @ribap, bajo la coordinación de Luis Quevedo, @Luis_Quevedo.

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Dibujo20160821 bright-field image Sperm exposed to rgo after 3 hour incubation srep30270-sf3

¿Quieres llamar la atención mediática al estudiar la toxicidad de un nanomaterial? Pues usa el grafeno y estudia el esperma humano. Ya hay varios estudios que han tomado este camino. El nuevo estudio publicado en Scientific Reports indica que concentraciones entre 1 y 25 μg/ml no afectan a la viabilidad del esperma. El nuevo trabajo, que quizás busca un premio Ig Nobel, usa los espermatozoides para estudiar la citotoxicidad porque en humanos es el camino más fácil.

Estudios previos en modelos animales (administración por vía intravenosa a ratones de dosis de hasta 1 mg/ml) muestran daños por estrés oxidativo en el ADN y en la membrana celular, acumulacion en los testículos, provocando inflamación, nódulos y lesiones, y reducción de la motilidad de los espermatozoides. En el nuevo trabajo se estudian dos nanomateriales a base de carbono funcionalizados que se han propuesto para aplicaciones biomédicas. En concreto, nanotubos de carbono con un grupo carboxilo (CNT–COOH) y óxido de grafeno reducido (rGO).

El artículo es Waseem Asghar, Hadi Shafiee, …, Utkan Demirci, “Toxicology Study of Single-walled Carbon Nanotubes and Reduced Graphene Oxide in Human Sperm,” Scientific Reports 6: 30270 (19 Aug 2016), doi: 10.1038/srep30270.

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Dibujo20160820 book cover comer cerezas ladron cerebros pere estupinya debate

“Yo concibo la ciencia como nuestro verdadero sexto sentido, un sentido creado por la cultura que permite al cerebro interpretar información externa llegada a través de experimentos. [Una] especie de órgano sensorial externo y colectivo que permite ampliar nuestra visión de la realidad, superar nuestras limitaciones de espacio y de tiempo y descubrir mundos que nunca percibiríamos con el resto de nuestros limitados sentidos. [Me] encantaría que [este libro] te incitara a abrir de verdad tu mente a la ciencia; que te impregnaras no sólo de sus conocimientos, sino también de su manera de pensar”.

Quizás sea el sex appeal de Pere, que tiende a robar cerebros de mujeres, pero destaca en su nuevo libro la gran cantidad de ciencia realizada por mujeres que presenta. O quizás se trata de la visión comercial del autor que busca atraer con ello al público femenino. Pero pocos libros de divulgación científica están tan decorados de nombres de mujer como el nuevo libro de Pere Estupinyà, “El ladrón de cerebros. Comer cerezas con los ojos cerrados”, Debate (2016), [333 pp.]. Un libro que me ha gustado mucho, por muchas cosas, pero sobre todo porque he aprendido mucha ciencia.

La ciencia es una aventura y “Comer cerezas…” es un libro de aventuras. Pere, el “ladrón de cerebros”, cual Robin Hood, le roba conocimiento a los científicos para el disfrute de todos nosotros. Si disfruté mucho con “El ladrón de cerebros. Compartiendo el conocimiento científico de las mentes más brillantes”, Debate (2010) y con “S=EX². La ciencia del sexo”, Debate (2013) [reseña LCMF], he de confesar que también he disfrutado mucho con este nuevo libro. Te lo recomiendo de forma encarecida. Si te atreves a seguir los pasos de Pere en sus aventuras seguro que no te arrepentirás. Y aprenderás mucha ciencia. ¡Adelante, a qué esperas!

Por cierto, Pere nació en Tortosa, provincia de Tarragona, luego su nombre (Pedro en español) se pronuncia “Pere”, en lugar de “Pera”, como se suele pronunciar en el catalán del resto de Cataluña. Aún así, mucho amigos catalanes de Pere le llaman “Pera” y sé que a él no le molesta. Yo debo ser de los pocos que le llaman “Pere” a sabiendas que lo pronuncio en catalán tortosino.

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Dibujo20160813 book cover entropia enrique borja materia el pais

“De entre todos los conceptos de la física, sin lugar a dudas existe uno que, por encima de cualquier otro, se antoja huidizo, difícil de entender. Se trata de la entropía que [aún] hoy posee ese halo de misterio tanto para propios como para extraños. [La] intención a la hora de escribir este libro fue que resultase interesante e instructivo tanto para la gente aficionada a la física como para los expertos. [Para] los expertos, es evidente que este texto no pretende enseñar nada nuevo, pero [tal] vez aquí se encuentre [alguna] idea sobre la que no se había reflexionado con anterioridad”.

Supongo que ya conocerás a Enrique F. Borja, @Cuent_Cuanticos, uno de los grandes divulgadores de la física en España. Te recomiendo su nuevo libro, “Entropía. La reina del desorden,” Descubrir la ciencia, Materia, El País (2016) [139 pp.]. Cuyo objetivo es “explicar el significado físico de la entropía”.

Te recomiendo este libro, que acompañó a la edición dominical del periódico El País de hace unas semanas. En mi quiosco habitual no recibieron ningún ejemplar, por lo que tuve que pedir que lo solicitaran. Me llegó unas semanas más tarde. Supongo que tendrás que hacer lo mismo, solicitarlo a través de tu quiosquero, o a través de la página web de dicho periódico. En cualquier caso, si te haces con un ejemplar, seguro que no te arrepentirás.

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Dibujo20160817 Schematic illustrations of the photoexcitation processes nphoton-2016-143-f1

La eficiencia máxima de una célula solar basada en un fotodiodo (unión pn) se llama límite de Shockley–Queisser (1961). Se publica en Nature Photonics una célula solar basada en un material cerámico ferroeléctrico, el titanato de bario, BaTiO3 (BTO), que supera el límite máximo de eficiencia de los fotodiodos. Su único problema es que absorbe luz en el ultravioleta (una décima parte de todo el espectro solar), cuando las células solares actuales absorben en el visible.

En un fotodiodo la luz incide en la interfaz entre dos regiones p y n, provocando que un electrón salte de la banda de valencia a la banda de conducción, generando un par electrón-hueco. La eficiencia depende del ancho del bandgap (separación entre las bandas de conducción y valencia). La nueva célula solar usa el efecto fotovoltaico interior (bulk photovoltaic effect) propuesto en 1970 por el físico ruso Vladimir M. Fridkin. Se capturan electrones “calientes” excitados por la luz solar en el interior de un material aislante. Estos electrones termalizan (se enfrían), luego el efecto es muy débil. Pero puede ser amplificado usando un efecto cascada (tipo dominó). Gracias a ello se puede superar la eficiencia máxima de las células solares basadas en uniones pn.

El artículo es Jonathan E. Spanier, Vladimir M. Fridkin, …, Craig L. Johnson, “Power conversion efficiency exceeding the Shockley–Queisser limit in a ferroelectric insulator,” Nature Photonics (08 Aug 2016), doi: 10.1038/NPHOTON.2016.143. Más información en Britt Faulstick, “Making a solar energy conversion breakthrough with help from a ferroelectrics pioneer,” Drexel NOW, 08 Aug 2016.

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Dibujo20160804 nanodevice to investigate charge quantization 536038a-f1

La carga eléctrica de los átomos está cuantizada en unidades de la carga del electrón. En 1909 lo demostró Robert Millikan con su famoso experimento de la gota de aceite. La física cuántica predice que la cuantización de carga se puede destruir mediante fluctuaciones cuánticas (descuantización). Lo demuestra un experimento con un nanodispositivo que controla estas fluctuaciones y observa en detalle cómo se produce la descuantización de la carga almacenada. Se puede interpretar el resultado como la primera observación de los instantones de Korshunov.

En lugar de una gota de aceite de Millikan, el nuevo experimento usa una nanoestructura, una isla metálica conductora que almacena una unidad de carga eléctrica. La isla está en contacto con un baño térmico a 17 mK que induce fluctuaciones cuánticas. La cuantización de la carga se observa gracias a las llamadas oscilaciones de Coulomb en la nanoestructura. Las fluctuaciones cuánticas reducen la amplitud de estas oscilaciones de Coulomb de forma gradual hasta llegar a cero, lo que implica que la cuantización de la carga disminuye hasta llegar a cero.

El artículo es S. Jezouin, Z. Iftikhar, …, F. Pierre, “Controlling charge quantization with quantum fluctuations,” Nature 536: 58–62 (04 Aug 2016), doi: 10.1038/nature19072. Más información en Yuli V. Nazarov, “Quantum physics: Destruction of discrete charge,” Nature 536: 38–39 (04 Aug 2016), doi: 10.1038/536038a.

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Dibujo20160803 dynamic behavior of water droplet impact on rigid and elastic superhydrophobic surfaces srep30328-f1

En muchas aplicaciones se requiere minimizar el tiempo de contacto entre una gota y la superficie con la que impacta. Usar una superficie superhidrófuga ayuda, pero ¿se puede hacer mejor aún? Sí, el tiempo se reduce a la mitad si se usa una superficie superhidrófuga elástica en lugar de una rígida. Parece obvio, todo el mundo sabe lo que es una cama elástica para disfrutar saltando, pero no se ha comprobado hasta ahora usando cámaras de alta velocidad.

El artículo es Patricia B. Weisensee, Junjiao Tian, …, William P. King, “Water droplet impact on elastic superhydrophobic surfaces,” Scientific Reports 6: 30328 (27 Jul 2016), doi: 10.1038/srep30328.

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Dibujo20160809 2016 dirac medallist seiberg shifman vainshtein

Cada ocho de agosto, cumpleaños de P.A.M. Dirac, el Centro Internacional de Física Teórica (ICTP) concede las medallas Dirac a la física teórica. Este año lo han recibido Nathan Seiberg (Instituto de Estudio Avanzado, IAS, Princeton), Mikhail Shifman (Univ. Minnesota) y Arkady Vainsthein (Univ. Minnesota), por sus resultados exactos (no perturbativos) en teorías de campos supersimétricas. En ambos casos se destacan sus trabajos con otros físicos. El trabajo destacado de Seiberg lo realizó con Edward Witten (galardonado con el Premio Dirac en 1985) y los trabajos de Shifman y Vainsthein con Valentin I. Zakharov (los tres recibieron el premio J. J. Sakurai de la APS a la Física Teórica en el año 1999).

El anuncio oficial es “2016 Dirac Medallists Announced,” ICTP, 08 Aug 2016. El premio Dirac se concede desde el año 1985 (listado de los premiados). El ICTP fue fundado por Abdus Salam en Trieste, Italia, en el año 1964, siendo su director hasta 1993 (el premio Nobel de Física 1979 falleció en 1996).

ERRATA: en la primera versión de esta entrada confundí a Valentin I. Zakharov con Vladimir E. Zakharov (Dirac 2003). Craso error por mi parte.

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Dibujo20160814 e coli leep richard lenski

Richard Lenski (Universidad Estatal de Michigan) inició en 1988 el experimento de evolución in vivo más famoso, el proyecto LTEE (Long-term Experimental Evolution), que estudia 12 cultivos de la bacteria Escherichia coli. Se publica en Nature el análisis de 264 genomas completos que ilustran la evolución temporal de estas bacterias durante 50.000 generaciones. Los resultados favorecen la teoría seleccionista de la evolución molecular en contra de la teoría neutralista, lo que generará un interesante debate en el campo.

El experimento supera las 65.000 generaciones (junio de 2016), pero el análisis de genomas completos requiere cierto tiempo. Por ello se ha limitado a las 50.000 generaciones que se alcanzaron en el año 2010. El estudio genómico ha permitido estudiar la dinámica de la evolución en acción. Las mutaciones se clasifican como ventajosas, en términos de adaptación al entorno estable impuesto por el protocolo experimental, y neutras, que no aparentan tener ningún valor adaptativo. La mayoría de las mutaciones observadas en las primeras generaciones son ventajosas. Conforme pasa el tiempo la proporción de estas mutaciones beneficiosas disminuye y dominan las neutras.

El artículo es Olivier Tenaillon, Jeffrey E. Barrick, …, Richard E. Lenski, “Tempo and mode of genome evolution in a 50,000-generation experiment,” Nature 536: 165–170 (11 Aug 2016), doi: 10.1038/nature18959. Sitio web del proyecto LTEE con más información.

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