Francis en @TrendingCiencia: Quarks, monopolos magnéticos, narices artificiales y nuevos materiales

Dibujo20140209 schematic apparatus for monopole creation process - nature

Ya puedes escuchar mi nuevo podcast para Trending Ciencia. He decidido ensayar un nuevo formato. Un resumen de noticias cortas de ciencia que creo que te pueden interesar. Hablaré de quarks y electrones al otro lado del espejo, de análogos de los monopolos magnéticos en condensados de Bose-Einstein, de narices electrónicas para identificar personas y de nuevos materiales ligeros como el agua pero sólidos como el acero. Espero que te guste el nuevo formato de este podcast.

Dibujo20140209 measurement parity-violation scattering from deuterion pv-dis

Los quarks al otro lado del espejo. Científicos del Laboratorio Nacional Jefferson Lab (EEUU) han verificado la rotura de la simetría de paridad (también llamada simetría del espejo) en los quarks mediante el bombardeo de núcleos de deuterio con electrones de alta energía. Los núcleos de deuterio están formados por un protón y un neutrón, es decir, por tres quarks arriba y tres quarks abajo. La dispersión inelástica entre un electrón y un quark, es decir, su colisión, está mediada por la interacción electrodébil, tanto por la fuerza electromagnética como por la fuerza débil. Esta última es la única interacción fundamental que viola la simetría de paridad. Para estudiar esta violación en los quarks se utilizan haces de electrones polarizados. Los electrones tienen helicidad porque su espín se puede proyectar en la dirección del momento lineal, es decir, en su dirección de movimiento, o en la dirección opuesta. Se habla de helicidad derecha (electrones dextrógiros) cuando el espín y el momento lineal tienen la misma dirección, y de helicidad izquierda (electrones levógiros) cuando el espín y el momento lineal tienen direcciones opuestas. Hoy en día en un laboratorio podemos fabricar haces de electrones polarizados con helicidad izquierda y con helicidad derecha. La interacción débil de estos haces de electrones con los quarks del deuterón (núcleo del deuterio) es diferente y permite estudiar la violación de la simetría de paridad en los quarks. Este es un fenómeno difícil de medir, porque es un efecto muy pequeño. El nuevo experimento del Laboratorio Nacional Jefferson Lab lo ha logrado medir utilizando haces de electrones de 6 GeV de energía. Un resultado muy interesante aunque ya se sabe desde hace décadas que la interacción débil de los quarks violan la simetría de paridad. Aún así, el nuevo resultado se ha publicado en la revista Nature.

El artículo técnico es The Jefferson Lab PVDIS Collaboration. “Measurement of parity violation in electron–quark scattering”, Nature 506: 06 Feb 2014. En español puedes leer Francis, «Nature publica una recreación del experimento E122 de hace 35 años,» LCMF, 06 Feb 2014; «Los quarks se mueven al otro lado del espejo,» Agencia SINC, 05 Feb 2014.

Dibujo20140209 schematic representation monopole creation process - nature

Crean un monopolo magnético aislado en el laboratorio. Todos los imanes tienen dos polos magnéticos y si partes un imán por la mitad obtienes dos imanes más pequeños. En teoría podría existir monopolos magnéticos, pero no han sido observados como partículas fundamentales. Desde 2008, en laboratorio se pueden fabricar sistemas físicos que se comportan como si tuvieran muchos monopolos magnéticos en su interior, es decir, son análogos físicos a conjuntos de monopolos magnéticos. Sin embargo, la manipulación individual de estos monopolos magnéticos es difícil. Por primera vez se ha logrado fabricar un análogo físico a un solo monopolo magnético utilizando un estado condensado de Bose-Einstein, un gas atómico frío cercano al cero absoluto. Este logro se ha publicado en la revista Nature. La teoría cuántica de los monopolos magnéticos como partículas fundamentales fue desarrollada por el físico Paul Dirac en 1931. Todavía no se ha observado ninguno, pero se cree que si existen deben tener una masa enorme, en la escala de energía de la gran unificación, billones de veces más energía que la máxima que se puede producir en el LHC del CERN. Un equipo de físicos del Amherst College (EE.UU.) y la Universidad de Aalto (Finlandia) ha logrado crear en laboratorio monopolos magnéticos individuales que cumplen la teoría de Dirac, es decir, son monopolos magnéticos de Dirac. La gran ventaja de crear monopolos magnéticos de Dirac individuales es que permiten un control y una manipulación de los mismos sin precedentes, lo que podría dar lugar a muchas aplicaciones interesantes en el estudio de los campos magnéticos y de los estados condensados de Bose-Einstein.

El artículo técnico es M. W. Ray et al., “Observation of Dirac monopoles in a synthetic magnetic field,” Nature 505: 657–660, 30 Jan 2014. En español puedes leer Francis, «Gran avance en la manipulación individual de análogos de monopolos magnéticos,» 30 Ene 2014; José Manuel Nieves, «Crean el imán de un solo polo que persiguió una saga de físicos españoles,» ABC Ciencia, 04 Feb 2014.

Dibujo20140209 scheme operation odor biomectrics analysis system - elsevier

Una nariz artificial para identificar personas por su olor. Un equipo de investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha desarrollado nueva técnica biométrica que permite identificar a personas a partir de su olor corporal con una tasa de acierto superior al 85%. Lo han publicado en la revista Knowledge-Based Systems y me he enterado gracias a la agencia de noticias científicas SINC. El nuevo método de identificación de personas por su olor no es lo suficientemente fiable como para reemplazar las técnicas biométricas estándares como el iris del ojo o la huella dactilar, que poseen una baja tasa de error, pero combinada con otras técnicas biométricas como el reconocimiento facial, podría ser una técnica menos invasiva para la intimidad de las personas. El Grupo de Biometría, Bioseñales y Seguridad de la UPM, en colaboración con la empresa Ilía Sistemas, ha llevado a cabo esta investigación que podría tener aplicaciones en aeropuertos o puestos de control fronterizos. Fabricar ojos u oídos artificiales es mucho más fácil que fabricar narices artificiales, sin embargo, se está avanzando mucho en este campo. El desarrollo de nuevos sensores para medir los elementos volátiles en el el olor corporal ofrece una solución poco invasiva para identificar personas ya que podría realizarse mientras la persona cruza una cabina en la que ha sido instalado la nariz artificial. Quizás el mayor problema de esta técnica es que el olor corporal de las personas puede variar por diversos factores, como enfermedades, cambios en la dieta o incluso el estado emocional. El grupo de investigación de la UPM ha realizado un primer estudio a modo de prueba de concepto y se ha limitado a identificar a 13 personas durante 28 sesiones en días diferentes; se espera que futuros estudios permitan reducir la alta tasa de error, un 15%, obtenida. Por supuesto el análisis del olor corporal tiene muchas aplicaciones en biomedicina, como la medición del aliento para la detección temprana de ciertas enfermedades.

El artículo técnico es I. Rodríguez-Luján, G. Bailador, C. Sánchez-Ávila, A. Herrero, G. Vidal de Miguel, «Analysis of pattern recognition and dimensionality reduction techniques for odor biometrics,» Knowledge-Based Systems 52: 279-289, Nov 2013. En español puedes leer UPM, «Un nuevo método biométrico permite identificar a las personas por su olor corporal,» Agencia SINC, 03 Feb 2014.

Dibujo20140209 sem images - microarchitectures - computer-aided design polymer material - pnas

Un material ligero como el agua, sólido como el acero. Investigadores de la universidad alemana de Karlsruhe se han inspirado en los huesos humanos para desarrollar un nuevo material  que han publicado en la revista PNAS. Resiste fuerzas compresivas de hasta 280 megapascales pero su densidad está por debajo de la del agua (1.000 kg/m³). El secreto de este nuevo material basado en polímeros es su alta porosidad, ya que el material se parece mucho a una espuma de polímero; sin embargo, a diferencia de las espumas habituales, cuya estructura geométrica es al azar, los nuevos materiales tienen una estructura geométrica completamente regular, como la estructura de las vigas de un edificio que haya sido diseñada por un arquitecto. El artículo de PNAS presenta varios ejemplos de diseño geométrico diferente, con diferentes simetrías 3D.  Para fabricarlo se ha utilizando un proceso innovador similar al utilizado por las impresoras 3D, el tallado tridimensional mediante láser de un bloque de polímero. Por ahora es un material demasiado caro como producirlo y distribuirlo comercialmente. Pero quien sabe, quizás en un futuro no muy lejano su precio disminuya y se pueda realizar su fabricación en masa.

El artículo técnico es Jens Bauer, Stefan Hengsbach, Iwiza Tesari, Ruth Schwaiger, Oliver Kraft, «High-strength cellular ceramic composites with 3D microarchitecture,» PNAS Early Edition, Feb 2014. En español puedes leer «Crean un material más sólido que el acero y más ligero que el agua,» ABC Ciencia, 06 Feb 2014.



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 10 febrero, 2014
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