Dibujo20180524 low-temperature plasmons in graphene nature d41586-018-05190-1_15774292

Los plasmones en grafeno son cuasipartículas (ondas) de electrones acopladas a ondas electromagnéticas, capaces de confinar luz infrarroja en la nanoescala. Estas ondas son muy disipativas a temperatura ambiente y se propagan una distancia muy corta. Se publica en Nature un nuevo récord de distancia propagada, 10 micrómetros, o sea unas 50 veces la longitud de onda del plasmón. Para lograrlo se ha enfríado el grafeno usando nitrógeno líquido; el récord se ha logrado a 60 kelvin. Un hito en la plasmónica con grafeno que promete nuevas aplicaciones tecnológicas en la escala de los terahercios (infrarrojo lejano).

El grafeno es el material ideal para la nanooptoelectrónica en la escala de los terahercios. El plasmón es una cuasipartícula de electrones en el grafeno y el polaritón es una cuasipartícula de fotones que existe gracias a su acoplamiento con el plasmón. El problema de los plasmones en grafeno (en rigor, plasmones polaritones) es que muestran enormes pérdidas y se propagan distancias muy cortas (en relación a la longitud de onda del polaritón, pues son enormes para la distancia entre los átomos del grafeno). El nuevo récord indica que a baja temperatura se pueden lograr vidas medias tan largas que permiten realizar múltiples operaciones sobre el plasmón antes de que se disipe; gracias a ello, en un futuro no muy lejano, verán la luz gran número de nuevos dispositivos tecnológicos gracias a la plasmónica criogénica en grafeno.

El artículo es G. X. Ni, A. S. McLeod, …, D. N. Basov, “Fundamental limits to graphene plasmonics,” Nature 557: 530–533 (2018), doi: 10.1038/s41586-018-0136-9. Más información en Justin C. W. Song, “Plasmon propagation pushed to the limit,” Nature 557: 501-502 (2018), doi: 10.1038/d41586-018-05190-1.

Leer más

Dibujo20180524 ivoox la traca ep18 luciernagas ivoox

Ya está disponible el podcast #18 de La Traca (de la Ciencia), mi sección en el programa de radio Luciérnagas de Dante Cáceres. Divulgación científica en la Radiotelevisión Diocesana, en el canal de Radio Santa María de Toledo. Se emite todos los martes a las 22:40 horas (hora de Madrid), los miércoles a las 03:00 horas y los domingos a las 24:00 horas.

Cómo destilar vodka utilizando óxido de grafeno. Sir André Geim, Premio Nobel de Física 2010 por el grafeno y Premio IgNobel de Física por hacer levitar alevines de rana, y sus colegas de la Universidad de Manchester han descubierto que el óxido de grafeno también sirve para destilar alcohol, lo han probado con vodka y lo han publicado en Science. Sellando una botella de vodka con una membrana de óxido de grafeno, el agua que se evapora de la botella puede atravesar la membrana como si no estuviera (el óxido de grafeno es “transparente” al agua, pero el grafeno es impermeable a todos los líquidos y gases, incluso a átomos tan pequeños como el helio), pero las demás moléculas del vodka no pueden hacerlo.

El artículo es R. R. Nair, H. A. Wu, …, A. K. Geim, “Unimpeded Permeation of Water Through Helium-Leak–Tight Graphene-Based Membranes,” Science 335: 442-444 (2012), doi: 10.1126/science.1211694, arXiv:1112.3488 [cond-mat.mtrl-sci].Más información en este blog en “André Geim, Premio Nobel de Física 2010, demuestra en Science como destilar vodka utilizando óxido de grafeno”, LCMF, 29 Ene 2012.

Dibujo20180509 Instruments NASA Cold Atom Laboratory Credit NASA JPL-Caltech nature com d41586-018-05111-2_15738750

El objetivo de la investigación en ultrafrío es alcanzar la escala de temperaturas de los picokelvin (pK), la billonésima parte de un kelvin. El condensado de Bose–Einstein (BEC) recibió el Premio Nobel de Física en 2001 gracias a su obtención en laboratorio en un gas de átomos de rubidio enfriado a 170 nanokelvin (nK). El 21 de mayo un cohete Antares llevó el Laboratorio de Átomos Fríos (CAL, por Cold Atom Lab) de la NASA hasta la Estación Espacial Internacional (ISS). El objetivo de este experimento es alcanzar unos 20 pK. Así, el lugar (conocido) más frío del universo estará orbitando la Tierra en la ISS.

El CAL atrapará átomos de rubidio (87Rb) y potasio (tanto 40K como 41K) que serán ultraenfriados hasta la formación de un BEC. La tecnología usada será la de chips de átomos, que permite que todo el experimento ocupe un espacio reducido y pueda ser instalado sin problemas en la ISS. El uso de un entorno en microgravedad facilita alcanzar temperaturas de picokelvin (de hecho, los experimentos se realizarán mientras la tripulación de la ISS está durmiendo para evitar perturbaciones del entorno de microgravedad debido a su movimiento por la ISS). Más información sobre el experimento en J. P. D’Incao, M. Krutzik, …, J. R. Williams, “Enhanced association and dissociation of heteronuclear Feshbach molecules in a microgravity environment,” Phys. Rev. A 95: 012701 (03 Jan 2017), doi: 10.1103/PhysRevA.95.012701.

Por supuesto, ya se ha diseñado otro experimento en tierra firme cuyo objetivo es alcanzar una temperatura de 2.2 pK en un BEC con un diámetro milimétrico. Su desarrollo está en curso, aunque no se podrá adelantar al experimento de la ISS, permitirá que de nuevo el punto más frío (conocido) del universo volverá a estar en la superficie de la Tierra. Más información en R. Corgier, S. Amri, …, N. Gaaloul, “Fast manipulation of Bose–Einstein condensates with an atom chip,” New Journal of Physics 20: 055002 (04 May 2018), doi: 10.1088/1367-2630/aabdfc.

Por cierto, todo esto viene a colación de la pieza de Elizabeth Gibney, “Universe’s coolest lab set to open up quantum world. NASA’s Cold Atom Laboratory will allow physicists to play with quantum phenomena like never before,” Nature 557: 151-152 (2018), doi: 10.1038/d41586-018-05111-2. En español puedes leer a Santiago Campillo, “La NASA quiere crear el punto más frío del universo, y lo hará con láseres en la Estación Espacial Internacional,” Xataka, 23 May 2018. Leer más

Dibujo20180519 black hole with cauchy horizon inside event horizon Maciej Rebisz for Quanta Magazine

Las ecuaciones de Einstein de la relatividad general tienen soluciones matemáticas que no describen sistemas físicos observables (por ejemplo, que presentan curvas espaciotemporales cerradas). Para seleccionar las soluciones físicas entre las soluciones matemáticas se recurre a las llamadas conjeturas de censor cósmico. Los matemáticos Mihalis Dafermos y Jonathan Luk han encontrado un contraejemplo a la conjetura fuerte del censor cósmico que Roger Penrose presentó en 1979. Si la nueva demostración es correcta, verificar los sutiles detalles matemáticos excede mis conocimientos, el horizonte de Cauchy interior a un agujero negro de Kerr es estable, en contra de dicha conjetura. Por supuesto, este resultado matemático solo afecta a las ecuaciones de Einstein en el vacío y para el colapso de un objeto material la conjetura sobrevive según indican las simulaciones de relatividad numérica.

Un horizonte de Cauchy presenta en su interior geodésicas cerradas de tipo espacio (que permiten comunicación superlumínica y violaciones de la causalidad). En su interior la solución de las ecuaciones no es única y, por tanto, el espaciotiempo no es predecible. Los agujeros negros son soluciones matemáticas de tipo solitón de las ecuaciones de Einstein en el vacío. Los agujeros negros en rotación (tipo Kerr) se diferencian de los estáticos (tipo Schwarzschild) en que presentan una singularidad anular, en lugar de puntual, y un horizonte de Cauchy dentro del horizonte de sucesos, ausente en los estáticos. Penrose introdujo la conjetura fuerte del censor cósmico para garantizar la continuidad entre ambas soluciones (la adición de una pequeña cantidad de momento angular a un agujero negro estático); según esta conjetura el horizonte de Cauchy es inestable ante pequeñas perturbaciones, luego no se observa en soluciones físicas de las ecuaciones.

El contraejemplo a la formulación convencional de la conjetura fuerte del censor cósmico se ha publicado en un artículo matemático de 217 páginas que ha aparecido en arXiv, por tanto, aún no ha sido revisado por pares; además, dicho artículo es el primero de una serie de tres artículos sobre el espaciotiempo vacío en el interior de los agujeros negros. El artículo es Mihalis Dafermos, Jonathan Luk, “The interior of dynamical vacuum black holes I: The C0-stability of the Kerr Cauchy horizon,” arXiv:1710.01722 [gr-qc]. La conjetura se publicó en Roger Penrose, “Singularities and time-asymmetry,” pp. 581-638, in “General Relativity: An Einstein centenary survey,” edited by S. W. Hawking, W. Israel, Cambridge University Press (1979).

Por cierto, me he enterado gracias a Maciej Rebisz, “Mathematicians Disprove Conjecture Made to Save Black Holes,” Quanta Magazine, 17 May 2018 (de donde he extraído la figura que abre esta entrada).

Esta entrada participa en el Carnaval de Matemáticas, que en su septuagésima séptima edición, la 9.1, está organizado por Rafael Martínez González a través de su blog El mundo de Rafalillo. Puedes participar publicando una entrada entre los días 21 y 28 de mayo, ambos días inclusive. Recuerda anunciarla a través de Twitter con un enlace a tu entrada y la etiqueta #CarnaMat91, haciendo mención a las cuentas @Rafalillo86 y @CarnaMat.

Leer más

Dibujo20180520 EmDrive and setup in the SpaceDrive Project Martin Tajmar Technische Universität Dresden

EMDrive es un troncocono metálico completamente cerrado con un magnetrón de microondas en su interior. En una balanza de torsión se mide un empuje de unos micronewtons cuando se enchufa el magnetrón. Martin Tajmar, Technische Universität Dresden, ha presentado en la conferencia Space Propulsion 2018, 14-18 mayo, Sevilla, España, un estudio del funcionamiento de EMDrive usando una balanza de torsión en una cámara de vacío con una precisión de diez nanonewtons. El resultado indica que el empuje no se origina en el interior del EMDrive, luego su origen está en efectos espurios (como los campos magnéticos en los cables que alimentan el magnetrón).

Por supuesto, EMDrive, al ser una cavidad cerrada, viola la ley de inercia de Galileo (o primera ley de Newton). Por tanto, todos los físicos saben que los resultados de las balanzas de torsión que miden el empuje producido por un EMDrive son debidos a errores sistemáticos en las medidas, efectos espurios no considerados en el análisis de los datos. Sin embargo, todos los astrotrastornados que sueñan con viajes interestelares durante este siglo disfrutan con las imágenes artísticas de naves especiales con motores EMDrive que decoran todos los artículos en los medios sobre este tema. Lo siento, pero por ahora todas las medidas de precisión indican que no funciona.

Por supuesto, los resultados de Tajmar, que lleva cuatro años haciendo experimentos con EMDrive, son provisionales y aún no se han publicado en una revista con revisión por pares (solo en una conferencia científica). Habrá que estar al tanto de su publicación, pero por ahora nos conformamos con su artículo en la conferencia española, Martin Tajmar, Matthias Kößling, Marcel Weikert, Maxime Monette, “The SpaceDrive Project – First Results on EMDrive and Mach-Effect Thrusters,” 10 pages, Space Propulsion Conference, Sevilla, España, 14-18 May 2018 [PDF en ResearchGate]. Me he enterado gracias a Brian Wang, “The SpaceDrive Project – First Results on EMDrive and Mach-Effect Thrusters,” Next Big Future, 18 May 2018.

[PS 23 May 2018] Los defensores de EMDrive han atacado el trabajo de Tajmar afirmando que está poco cuidado (a pesar del mucho cuidado que él mismo afirma tener). Sus cables de alimentación siguen la carcasa que contiene el EMDrive en la balanza de torsión y por ello son la fuente de sus fuerzas de micronewton. Más información en Brian Wang, “Emdrive could be mainly magnetic effects but there is still more testing to be done,” Next Big Future, 22 May 2018. Ver más abajo. [/PS]

Leer más

Dibujo20180519 neutrinoless double-beta decay missing piece figure by J de Vries Nikhef adapted by Physics APS Alan Stonebraker PhysRevLett 120 202001

La desintegración doble beta sin neutrinos (0νββ) es el proceso por el cual dos neutrones en un núcleo se transforman en dos protones emitiendo dos electrones sin ningún neutrino; este proceso requiere la aniquilación mutua de los dos (anti)neutrinos, lo que solo es posible para fermiones de Majorana. Los límites actuales para la semivida de este proceso son T1/2 > 5.3 × 1025 años para 76Ge y T1/2 > 1.07 × 1026 años para 136Xe. Se publica en Physical Review Letters que estos límites podrían estar mal calculados ya que no se ha considerado un nuevo efecto sistemático. La contribución de las contribuciones hadrónicas de corto alcance en el cálculo de la amplitud de probabilidad para los núcleos.

Hasta ahora la amplitud del proceso 0νββ se había calculado usando interacciones efectivas de largo alcance, pues se pensaba que las de corto alcance eran despreciables. Sin embargo, un cálculo de estas últimas interacciones muestra que su efecto sobre la amplitud es comparable al de las primeras. Por desgracia, solo se conoce su orden de magnitudel cálculo es muy complicado y ahora mismo no se conoce su signo. Si los signos coinciden, las contribuciones se sumarían, pero si son opuestos, se restarían. En ambos casos hay que revisar los límites de exclusión actuales y las estimaciones de la semivida del proceso. Habrá que estar al tanto sobre cómo evolucionan estos cálculos en los próximos años.

El artículo es Vincenzo Cirigliano, Wouter Dekens, …, Ubirajara van Kolck, “New Leading Contribution to Neutrinoless Double-β Decay,” Phys. Rev. Lett. 120: 202001 (16 May 2018), doi: 10.1103/PhysRevLett.120.202001, arXiv:1802.10097 [hep-ph]. Más información divulgativa en Christopher Crockett, “Synopsis: A Missing Piece in the Neutrinoless Beta-Decay Puzzle,” APS Physics, 16 May 2018.

Leer más

Dibujo20180519 Constraints flux and velocity-weighted annihilation cross section HESS ten years arxiv 180505741

La aniquilación mutua de dos partículas de materia oscura puede producir fotones. Gracias a ello los telescopios de rayos gamma pueden realizar búsquedas indirectas de la materia oscura. La Colaboración H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) ha buscado estas señales en el centro de nuestra galaxia (Vía Láctea) durante 10 años (2004–2014). Se publica en Physical Review Letters su nuevo límite de exclusión en el rango da masas entre 0.3 y 70 TeV/c² (que mejora en un factor de 6 los límites anteriores).

H.E.S.S. está formado por cinco telescopios tipo Cherenkov para rayos gamma. Situado en Namibia, ha obtenido límites de exclusión para el promedio con la velocidad de la sección eficaz <σv> de aniquilación (χχ → γγ) del orden de 4×10−28 cm³/s a 1 TeV, asumiendo un modelo de Einasto para el perfil del halo galáctico de la Vía Láctea, y del orden de 9×10−28 cm³/s a 1 TeV, para un modelo de NSW (Navarro–Frenk–White). Hay que recordar que en 2013 la Colaboración H.E.S.S., tras 4 años de toma de datos, obtuvo un límite de exclusión del orden de 3×10−27 cm³/s a 1 TeV. H.E.S.S. nos muestra que las búsquedas indirectas de la materia oscura nos ofrecen información muy relevante sobre la materia oscura en la escala TeV.

El artículo es H.E.S.S. Collaboration, “Search for γ-Ray Line Signals from Dark Matter Annihilations in the Inner Galactic Halo from 10 Years of Observations with H.E.S.S.,” Phys. Rev. Lett. 120: 201101 (15 May 2018), doi: 10.1103/PhysRevLett.120.201101, arXiv:1805.05741 [astro-ph.HE]. El artículo es Christopher Crockett, “Synopsis: Ten-Year Search Finds No Signs of Dark Matter Annihilation,” APS Physics, 15 May 2018.

Leer más

Dibujo20180518 ivoox la traca luciernagas ivoox

Ya está disponible el podcast #17 de La Traca (de la Ciencia), mi sección en el programa de radio Luciérnagas de Dante Cáceres. Divulgación científica en la Radiotelevisión Diocesana, en el canal de Radio Santa María de Toledo. Se emite todos los martes a las 22:40 horas (hora de Madrid), los miércoles a las 03:00 horas y los domingos a las 24:00 horas.

¿Se puede hacer levitar a un humano usando campos magnéticos? En principio, se puede hacer, pero en la práctica es muy costoso. Por ejemplo, para hacer levitar a un niño hay que lograr campos magnéticos de unos 40 T en una región del tamaño de un metro, lo requiere una inversión económica enorme (el líder de una secta religiosa británica ofreció un millón de libras a quien fabricara una máquina capaz de hacerle levitar en un escenario frente a su público, pero un millón de libras es demasiado poco dinero para lograr hacerlo gracias a la levitación magnética). ¿Son dañinos para un humano los campos magnéticos intensos? En estudios médicos se ha sometido a voluntarios a campos magnéticos de 4 T durante más de 40 horas sin que sufran ningún daño aparente. Más allá se sabe poco sobre este tema.

La fuente de esta traca es mi nota “En un campo magnético estático, todo objeto puede levitar”, LCMF, 21 Oct 2012. Los artículos que se discuten son A. K. Geim, “Everyone’s Magnetism,” Physics Today 51: 36-39 (1998), doi: 10.1063/1.882437 [copia pdf gratis]; M. V. Berry, A. K. Geim, “Of flying frogs and levitrons,” European Journal of Physics 18: 307-313 (1997), doi: 10.1088/0143-0807/18/4/012 [copia pdf gratis], A. K. Geim, M. D. Simon, M. I. Boamfa, L. O. Heflinger, “Magnet Levitation at Your Fingertips,” Nature 400: 323-324 (1999), doi: 10.1038/22444 [copia pdf gratis]; J.M. Valles, K. Lin, J.M. Denegre, K.L. Mowry, “Stable magnetic field gradient levitation of Xenopus laevis: toward low-gravity simulation,” Biophysical Journal 73: 1130-1133 (1997), doi: 10.1016/S0006-3495(97)78145-1 [copia pdf gratis], y E. Beaugnon y R. Tournier, “Levitation of organic materials,” Nature 349: 470 (1991), doi: 10.1038/349470a0; “Levitation of water and organic substances in high static magnetic fields,” Journal de Physique III 1: 1423-1428 (1991), doi: 10.1051/jp3:1991199.

Leer más

Dibujo20180518 ivoox coffee break ep 163 ivoox

He participado en la primera hora del episodio 163 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox, iTunes], titulado “Feynman; Europa; Experimento Big Bell Test; NBA; Una Galaxia muy Lejana;” 10 May 2018. “La tertulia semanal ha repasado las últimas noticias de la actualidad científica”.

Leer más

Dibujo20180517 dia internacional de la luz 16 mayo 2018

El 16 de mayo de 2018 se celebró el Día Internacional de la Luz en la Facultad de Ciencias Físicas de Madrid [programa en LCMF 14 May 2018]. La jornada fue todo un éxito y se retransmitió en directo vía youtube. Me encargaron que actuara como maestro de ceremonias, presentando a todos los ponentes. Ya podéis disfrutar de los vídeos.

Leer más