Podcast CB SyR 391: IFMIF-DONES, radiación en horizontes sintéticos y encuentros estelares

Por Francisco R. Villatoro, el 25 noviembre, 2022. Categoría(s): Astrofísica • Astronomía • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 14

He participado en el episodio 391 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep391: Fusión Nuclear; Horizontes Sintéticos; Encuentros Estelares», 24 nov 2022. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Docencia y criterios de evaluación (min 8:00); IFMIF-DONES y el futuro de la fusión nuclear (23:00); Simulaciones de horizonte de agujeros negros (50:00); Encuentros pasados del sistema solar con otras estrellas (1:47:00); Señales de los oyentes (2:28:00). Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso. CB:SyR es una actividad del Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife. Museos de Tenerife apoya el valor científico y divulgativo de CB:SyR sin asumir como propios los comentarios de los participantes».

Ir a descargar el episodio 391.

Como muestra el vídeo, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife se encuentra su director, Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro (@pCoffeeBreak), participando por videoconferencia Gastón Giribet @GastonGiribet, y Francis Villatoro @emulenews.

Héctor nos presenta un listado de podcasts de ciencia (Facebook): «Cuando agradecíamos en Coffee Break: Señal y Ruido el premio del público de Asespod prometimos publicar la lista con nuestros podcast de ciencia favoritos. Con algo de retraso (disculpas, la culpa es del becario), aquí va. Lamentamos las omisiones e injusticias en que necesariamente se incurre al hacer una lista. Sin orden particular: Desde el Sur explorando el Cosmos, Noosfera, Radio Skylab, Astronomía y algo más, Palique divulgativo, El abrazo del oso, Universo de misterios, La brújula de la ciencia, Aparici en órbita, Doble hélice 3.0, A ciencia cierta, Cuentos cuánticos, La mecánica del caracol, Raíz de 5, A hombros de gigantes, Luciérnagas, Principio de incertidumbre, GeoCastAway, Pensamiento Digital, De ignorancia sí que sé, La Fábrica de la Ciencia, Biosíntesis, Dinobusters, Actualidad y empleo ambiental, Con G de Geo, El método, Astronomía para principiantes, Ecoinsomnes, Catástrofe UV, y Serendipias. Por cierto, dado el contexto de ASESPOD, la lista se refiere a podcasts en lengua española».

Además, anuncia la XXXIII Escuela de Invierno ‘Winter School of Astrophysics’ 2022 [web] que se está celebrando en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife. Casi todas las clases de la escuela se van a retransmitir en directo (son charlas en inglés) en el canal de YouTube de Museos de Tenerife.

Comento el estado actual del proyecto IFMIF-DONES tras el reciente anuncio del apoyo de Croacia a la candidatura de España. El proyecto IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) probará y validará los materiales que se usarán en el proyecto DEMO (un prototipo de reactor de fusión conectado a la red eléctrica), el siguiente paso hacia la fusión comercial tras ITER (que no generará electricidad). El proyecto español, IFMIF-DONES (Demo Oriented NEutron Source), representa a la Unión Europea y compite con la propuesta japonesa A-FNS (Advanced Fusion Neutron Source), que cuenta con la ventaja de albergar el proyecto IFMIF/EVEDA (Engineering Validation and Engineering Design Activities), con el prototipo de acelerador (LIPAc) y de la cortina de litio (ELTL). Todos esperamos que gane IFMIF-DONES y el nuevo acelerador acabe en el Parque Metropolitano de Escúzar, en Granada.

En la fusión D+T (deuterio-tritio) se fusionan núcleos de deuterio, 2H (un protón y un neutrón) y tritio, 3H (un protón y dos neutrones) a una temperatura de unos 150 millones de grados dando lugar a un núcleo de helio, 4He (dos protones y dos neutrones), con una energía de 3.5 MeV (megaelectronvoltios), y un neutrón con una energía de 14.1 MeV de energía. El objetivo es seleccionar los materiales capaces de soportar un flujo de neutrones de unos 1018 m-2·s-1 que ocasionará daños de hasta 10 dpa-NRT por año de operación (dpa son desplazamientos por átomo y NRT es el modelo de Norgett–Robinson–Torrens) degradando los materiales que recubren las paredes del interior del tokamak. Para estudiar cuáles son los materiales más adecuados para recubrir dichas paredes hay que generar un chorro de neutrones con una energía de 14.1 MeV. Se usará un acelerador lineal de deuterones (que están cargados al estar formados por un protón y un neutrón); mediante campos eléctricos y magnéticos se acelerarán los deuterones hasta alcanzar 40 MeV; el haz generado impactará sobre una cortina líquida de litio (3 protrones y 3 neutrones); el haz de neutrones con una energía de hasta 14 MeV impactará sobre una celda con las muestras de los materiales a irradiar. En el proyecto IFMIF-DONES habrá un único acelerador, pero en su continuación, el proyecto IFMIF, se usarán dos acelerados y se impactarán los materiales con dos haces de neutrones.

Por cierto, la fuente de la electricidad en un reactor de fusión son los neutrones; la pared inferior de la vasija del tokamak tendrá intercambiadores de calor que calentarán vapor de agua que moverá una turbina. Los neutrones colisionan de forma elástica con los átomos de los materiales, causando defectos cristalinos al sacarlos de sus posiciones reticulares y además producen una calentamiento del material. Se estudiarán aceros ferrítico-martensíticos de baja activación (como los aceros EUROFER97 y F82H) con incrustaciones de Be (berilio), C (grafito), Cr (cromo), Fe (hierro), Si (silicio), Ta (tántalo), Ti (titanio), V (vanadio) y W (wolframio). Los materiales seleccionados deberán tener una baja activación neutrónica y ser capaces de soportar un enorme flujo de calor, con valores de hasta 20 MW/m² (en la superficie del Sol es de 63,2 MW/m²); su punto de fusión y su conductividad térmica deben ser elevados. Además, deben presentar gran resistencia al hinchamiento y la fragilización a altas temperaturas, ser compatibles con los refrigerantes a base de agua o helio y con los reproductores de litio.

Más información en la web de IFMIF-DONES y la sección Acercándonos a la Fusión Nuclear de su boletín de noticias: «¿Qué es la fusión nuclear?», 10 mar 2020; «Cómo contener el plasma para evitar que escape», 24 jun 2020; «Cruzando la frontera de la fusión. El proyecto ITER», 22 sep 2020; «En el umbral de la producción eléctrica mediante fusión nuclear», 25 nov 2020; «La carrera hacia la fusión nuclear: hay que certificar la idoneidad de los materiales para la fusión», 22 mar 2021; «Un paso más hacia la fusión. El proyecto IFMIF/EVEDA», 25 jun 2021; «Acelerando en el camino hacia la fusión: El acelerador LIPAc», 23 sep 2021; «IFMIF-DONES, un firme cimiento para gestionar la energía de fusión», 29 nov 2021; «Muy cerca de la fusión: Materiales de revestimiento,» 02 mar 2022.

También comento un artículo sobre horizontes sintéticos en simulantes de agujeros negros. Gastón Giribet @GastonGiribet ha criticado en Twitter la pieza de Sarah Romero, «Logran crear un agujero negro en un laboratorio y se pone a brillar», MUY Interesante, 16 nov 2022, basado en la nota de prensa de Michelle Starr, «Scientists Simulated a Black Hole in The Lab, And Then It Started to Glow,» Science Alert, 15 nov 2022. Gastón aclara que «el titular es falso; [siendo] común que publicaciones recurran a estos títulos hiperbólicos para llamar la atención (clickbait). […] No creo que «crear un agujero negro en el laboratorio» sea la forma adecuada de referirse a este tipo de trabajos científicos». Estos artículos se hacen eco de un artículo en la revista de acceso abierto Physical Review Research  (PRR) cuyo primer autor es el físico Lotte Mertens de la Universidad de Amsterdam en los Países Bajos. Por cierto, PRR y PRX son revistas de acceso abierto de la APS, pero PRX pretende ser tan selectiva como PRL, mientras PRR tanto como PRA, PRB, PRC, PRD y PRE; de hecho, sus índices de impacto en el JCR 2021 son PRX 14.417, PRL 9.185, y PRA–PRE entre 2.707 y 5.407, con lo que se espera que PRR (que lo espera en el JCR 2022) alcance entre 3 y 6.

En un artículo de 2021 de Corentin Morice de la Universidad de Amsterdam se propuso una red unidimensional como análogo discreto para la ecuación de Dirac en un espaciotiempo con 1+1 dimensiones con una métrica dada (anti-de Sitter, de Sitter, Rindler, etc.); una realización física serían los electrones en una ristra de átomos regidos por un modelo de tight-binding simétrico que describe cómo los electrones saltan (hopping) entre los átomos. Los paquetes de onda (de cuasipartículas de tipo electrón en la red) tienen una velocidad de grupo que depende de la posición en forma de ley de potencias xγ, de tal forma que se ralentizan cuando se aproximan a x=0, lo que se interpreta como la formación de un horizonte (análogo al de un agujero negro).

En el modelo, para el exponente γ < 1 un paquete de ondas gaussiano se acerca a x=0 con una amplitud creciente y una anchura decreciente, rebotando y desintegrándose. Sin embargo, para γ ≥ 1 la velocidad de grupo del paquete se ralentiza sin que nunca llegue a alcanzar x = 0, en analogía con lo que pasaría con un cuerpo que se acerca al horizonte de un agujero negro a ojos de un observador en el infinito, que el cuerpo aparenta congelarse en el horizonte, sin atravesarlo; la gran diferencia entre este análogo de un horizonte y el de un agujero negro es que en este segundo caso el cuerpo atravesará el horizonte de sucesos. El análogo discreto de horizonte tiene muchas limitaciones, de ahí que Gastón dijera en Twitter que «no es un agujero negro, sino algo que se le parece, pero que ni es gravedad ni comporta las paradojas que los agujeros negros, en cuanto contorsiones causales del espaciotiempo mismo, llegan a engendrar».

En el artículo de Mertens se presentan simulaciones numéricas de estos horizontes sintéticos en redes de átomos para el caso de una métrica de Rindler (ds² = Γ² x² dt² − dx², siendo la de un espacio plano ds² = dT² − dX²). Para simular la formación de un agujero negro, la aparición del horizonte en un proceso de colapso, se estudia el cambio brusco (quench) entre una métrica plana y una métrica de Rindler; en concreto, se divide la red en dos mitades, izquierda (sea x < 0) y  derecha (x > 0), con todos los átomos equiespaciados (de tal forma que simulan un espacio plano) para t < 0, en el que la velocidad de grupo es constante (y se trata como un análogo a la velocidad de la luz en el vacío); de forma instantánea (en la simulación numérica, ya que en un experimento real sería de forma más rápida que la velocidad de grupo) en la parte derecha se cambia a una métrica de Rindler (en un experimento con átomo habría que cambiar las posiciones de los átomos, lo que no puede ser instantáneo). Según las simulaciones numéricas, tras este cambio brusco aparecen partículas (cuasipartículas de tipo electrón en este caso) que siguen una distribución térmica de Fermi–Dirac. Esta radiación térmica se considera análoga a la radiación de Hawking de un agujero negro (sería más riguroso decir que se trata de radiación de Unruh asociada a la aceleración introducida por el cambio de la métrica, un observador en x0 se comporta como si pasara del reposo a estar acelerado con 1/(Γ x0)).

Por supuesto se trata de simulaciones por ordenador y llevar a cabo este experimento en laboratorio aparenta ser extremadamente difícil. Y tengo muchas dudas de que se pueda llegar a observar el espectro térmico de las cuasipartículas de tipo electrón que se produzcan tras el quench (formación del análogo a horizonte). A pesar de ello, algunos medios han publicado que se ha realizado un experimento de laboratorio, cuando solo se ha realizado un experimento computacional. El nuevo artículo es Lotte Mertens, …, Jeroen van den Brink, Jasper van Wezel, «Thermalization by a synthetic horizon,» Phys. Rev. Research 4: 043084 (08 Nov 2022), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.043084; y el anterior es Corentin Morice, …, Jasper van Wezel, Jeroen van den Brink, «Synthetic gravitational horizons in low-dimensional quantum matter,» Phys. Rev. Research 3: L022022 (09 Jun 2021), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.L022022.

Nos habla Héctor de encuentros cercanos del Sol (el sistema solar) con otras estrellas en los últimos 6 millones de años. Estos encuentros pueden afectar a la nube de cometas de Oort, con lo que pueden enviar cometas hacia los planetas interiores del Sistema Solar, lo que hace que puedan estar asociados a extinciones masivas en la Tierra. Se publica un artículo en Astrophysical Journal Letters en el que se integran numéricamente las órbitas de 61 estrellas cercanas, a menos de un identificadas en un conjunto de 33 millones de estrellas cercanas al Sol en el catálogo Gaia DR3. Estas estrellas han tenido un encuentro cercano con el Sol en los últimos 6 megaaños o lo tendrán en los próximos.

En el futuro el próximo encuentro será dentro de unos 1.3 millones de años, cuando la enana Gl 710 (tipo K7) se aproximará a solo 0.0636 pc (entre 0.0595 y 0.0678 pc al 90 % de intervalo de confianza). El siguiente encuentro será dentro de unos 2.8 millones de años, cuando la enana HD 7977 (tipo G3), que ahora está a unos 76 pc y se aproximará a menos de 0.05 pc del Sol con probabilidad de un tercio. Algunos encuentros se consideran espurios (asociados a datos incorrectos de velocidad radial de Gaia DR3), como el de la enana blanca UPM J0812-352. El artículo es C. A. L. Bailer-Jones, «Stars That Approach within One Parsec of the Sun: New and More Accurate Encounters Identified in Gaia Data Release 3,» The Astrophysical Journal Letters 935: L9 (11 Aug 2022), doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac816a, arXiv:2207.06258 [astro-ph.SR] (13 Jul 2022).

Finalmente, Héctor y Gastón pasan a Señales de los Oyentes. ¡Qué disfrutes del podcast!



14 Comentarios

    1. Sí, Apolonio, hay muchas, pero el dato numérico concreto depende del año y de quien haga la estimación. A fecha de 2020, se estima que ITER+IFMIF+DEMO+PROTO costará unos cien mil millones de dólares de 2020. PROTO será el primer reactor comercial de fusión que todos los países de la colaboración ITER podrán copiar en sus propios países alrededor de 2070; las copias de PROTO irán bajando rápidamente de precio y si se cumplen las expectativas para el año 2100 todas las grandes ciudades del mundo tendrán un reactor de fusión propio para cubrir sus necesidades; el coste unitario de dicho reactor de fusión se estima en unos cinco mil millones de dólares del año 2020.

  1. Una pequeña pregunta. Se dice que la «materia no se crea ni se destruye, solo se transforma» (en el sentido de Lavoisier), sin embargo, tengo entendido que esto no es así, que solo es la energía la que se conserva debido a que E=mc^2. Por ejemplo, en un hoyo negro la materia se destruye, queda «dentro» del horizonte de sucesos y desaparece, solo queda la radiación de Hawking pero esta proviene del disco de acreción. Otro ejemplo, tengo entendido que cuando se colisionan Hadrones se CREAN partículas que provienen del vacío cuántico equivalente a la energía de la colisión, aquí es donde mayor tengo dudas, ya que también se dice que una partícula se desintegra en otras pero no tiene sentido ya que aparecen partículas que no formaban parte… como cuando se obtiene «antimateria». . ¿Cuál es la manera correcta de interpretarlo o estoy equivocado?

    Saludos y gracias por adelantado, sugerencia de algún libro es bienvenida.

    1. LucianGVx, el concepto de «materia» es obsoleto en física fundamental (aunque se sigue usando en otras áreas de la física por cuestiones históricas, y en química y otras ciencias). Por ejemplo, la masa para Newton era la «cantidad de materia», pero seguro que sabes que dicha definición es obsoleta. En química, cuando se ignoraba la existencia de los átomos, la conservación del número de átomos llevó a la frase de Lavoisier «la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma», frase que no tiene sentido en química atómica (a pesar de que sigue usando); la frase correcta es que «el número de átomos no cambia, solo cambia la composición de las moléculas». Pero en física nuclear, gracias a la radioactividad, se descubrió «la transmutación de los elementos», ya que incluso un neutrón se puede transformar en un protón y viceversa.

      En la segunda mitad del siglo XX se entendió que las partículas son excitaciones de campos cuánticos, que se pueden excitar y desexcitar en función de sus interacciones mutuas; la ley de conservación que se cumple es la conservación de la energía y del momento lineal (que forman parte del mismo cuadrivector en física relativista). Hablar de materia es algo obsoleto, aunque se siga usando entre cosmólogos, astrónomos y otros físicos. De hecho, a veces se dice que los fermiones son partículas de materia, pero que los bosones no son partículas de materia; en dicho caso la aniquilación de un par fermión-antifermión en un par de fotones implica que el número de partículas de materia no se conserva. Obviamente, este lenguaje es obsoleto y debería ser desterrado de los libros de texto de física y relegado a los libros de historia de la física. Repito, el concepto de materia es obsoleto.

    2. Francis, una de las razones que el universo no sea sólo luz es la existencia de la carga eléctrica? Alguien podría decir que es el Higgs, sin embargo me inclino por la carga porque es algo más cercano a ser experimentado.

  2. Con esa terna en el cartel, la tarde prometía y no defraudó. Gracias.

    A mí también me sorprendió la aproximación tan «frecuente» de otras estrellas a nuestro sistema solar, cuando me puse a curiosear nuestro vecindario estelar en la Wikipedia. En inglés la página ya está actualizada con los datos de Bailer-Jones de agosto.
    https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_nearest_stars_and_brown_dwarfs#Distant_future_and_past_encounters

    P.D. Después de la excelente introducción histórica que nos regalaron en «A ciencia cierta» (https://www.ivoox.com/teoria-cuantica-variables-ocultas-a-audios-mp3_rf_96286279_1.html), me atrevo a sugerir que el especial de «Coffee break» no sea una repetición. Si tres horas les quedaron cortas, sería mejor que el oyente haga los deberes con ese episodio antes que el vuestro. Así podríais lanzaros con «Interpretaciones de la mecánica cuántica, hoy» o algo parecido.

    A ver si me entero, por ejemplo, por qué Sergio Montañez dice que la cuántica es Copenhague, que algunas interpretaciones actuales son Copenhague pero explicado de otra forma (hasta ahí, vale) y … que el mundo es cuántico. Eso no es Copenhague. «No hay un mundo cuántico. Hay sólo abstractas descripciones físicas cuánticas. Es equivocado pensar que la tarea de la física es averiguar cómo es la naturaleza. La física se refiere a lo que nosotros podemos decir de ella». Bohr era fenomenista. La cuántica era una teoría sobre situaciones experimentales Y NADA MÁS.

    1. No he oído el podcast, pero si hablamos de Sergio Montañez Naz (@DivulgaMadrid), cuando dice que el mundo es cuántico no se está refiriendo a Copenhague, se estará refiriendo al punto de vista suyo y resto de expertos; para Sergio, además, la interpretación de Copenhague es puramente pedagógica por lo que hay que entender lo que dice desde ese punto de vista.

      1. Montañez no es uno de los participantes en el podcast. Lo del mundo cuántico es algo que le he leído en sus hilos de tweets didácticos, defendiendo Copenhague. Por como yo entendía a Bohr, no me cuadraba. Pero es lo normal. No soy físico. «En ese delicado laberinto no me fue dado penetrar».

  3. Según David Mermin, Bohr nunca dijo eso.
    «Es pasado es arcilla que el presente labra a su antojo, interminablemente». Ya no sé si creo que Borges escribió eso. Ya no me fío de naide.

  4. Me suscribo a lo que se ha comentado sobre el Muy Interesante y lo importante que fue en los 80, también en España…De hecho el 80% de las curiosidades científicas de la divulgación de hoy, se pueden encontrar perfectamente en algún número de la década de los 80. Tengo además un recuerdo similar al de Hector, también en un escaparate, aunque en mi caso atraído por las gafas de 3 dimensiones que regalaba ese número.

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