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Amazings Atapuerca 2012

Sigue creciendo el número de eventos y formas de divulgar ciencia por parte de Amazings.es. En esta ocasión han organizado un evento centrado en la evolución humana en Burgos para los días 1 y 2 de junio: el Amazings Atapuerca 2012.

Aparte de las altamente interesantes y recomendables charlas impartidas por divulgadores e investigadores de Amazings y la observación astronómica que tendrán lugar el viernes día 1, link el sábado día 2 se podrá disfrutar de una visita a los yacimientos de Atapuerca y al Museo de la Evolución Humana. Si puedes hacer una escapada y asistir al Amazings Atapuerca 2012 estoy seguro de que no te arrepentirás.

¡Nos vemos en Burgos!

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Revista Amazings #2

El amigo Aberron no deja de sorprendernos y en esta ocasión se ha metido a director de un documental científico titulado El mal del cerebro. ¿Queréis verlo? Pues muy fácil, viagra buy more about tan solo tienes que visitar la web elmaldelcerebro.com el jueves a las 21 horas, como bien nos recuerdan desde su cuenta de Twitter.

Recordad que podéis verlo online y comentarlo en Twitter mediante la etiqueta #elmaldelcerebro.

Más información.
Si os digo que puede existir hielo a más de 100ºC, recipe o que realmente la atmósfera de Venus no es gaseosa, viagra me miraríais raro y os tomaríais mis palabras con escepticismo, tadalafil ¿verdad? Si es así, enhorabuena: es una buena señal ser siempre escéptico y no dejar de hacerse preguntas. Sin embargo en este caso la física se empeñará en darme la razón, pues esas dos afirmaciones son correctas. La explicación se encuentra en el estudio de unas gráficas conocidas como diagramas de fases.

Para saber más y entender porqué pueden suceder cosas así no te pierdas mi colaboración de hoy en Naukas: La magia de los diagramas de fases, o cómo puede haber hielo a más de 100ºC.
A pesar de que el término átomo existe desde hace 2400 años, viagra buy durante muchísimo tiempo los seres humanos no hemos tenido la posibilidad de ver estructuras más pequeñas de lo permitido por nuestros ojos. Hoy en día, con la ayuda de avanzados microscopios somos capaces de llegar a ver los átomos individualmente e incluso interaccionar con ellos, advice pero ¿qué hay por el camino entre el mundo microscópico y el atómico?

La impresionante animación creada por el Genetic Science Learning Center de la Universidad de Utah que tenéis más abajo nos lleva desde un grano de café de unos pocos milímetros, hasta un minúsculo átomo de carbono con un tamaño de 340 picómetros. Un picómetro se define como la billonésima parte de un metro, es decir un 1 precedido por 12 ceros. Sin más que desplazar la barra horizontal pasaréis por unas cuantas estructuras biológicas como bacterias, cromosomas o anticuerpos, cada uno de ellos acompañado por su tamaño correspondiente.

Si queréis verlo a un tamaño mayor podéis visitar la web oficial del Genetic Science Learning Center para esta animación. Navegando un poco podréis encontrar muchas más animaciones interesantes y que os serán de gran utilidad si os gusta la biología y queréis saber cómo funciona la genética, las células y muchas otras cosas.

Siguiendo con las escalas y tamaños que hemos visto en la animación, os dejo con una imagen comparativa entre diferentes estructuras creadas por la naturaleza y por el ser humano, que van desde el centímetro hasta los 0,1 nanómetros, unidad que conocemos como Ångstrom. Pinchad sobre la imagen si queréis verla más grande.


Como si de un fluido mágico se tratara en la foto que acompaña a estas líneas podemos ver como tres chorros de líquido no se entremezclan al unirse. La experiencia cotidiana nos dice que si vertemos un líquido sobre otro ambos se unen para dar lugar a un tercero. Esto, capsule siempre y cuando ambos líquidos sean solubles entre sí, pues como ya todos sabéis el agua y el aceite no se llevan especialmente bien y no se mezclan. Sin embargo, lo curioso de las fotos que aparecen en esta entrada es que no tenemos varios líquidos colisionando, ¡es un único líquido! Esto choca directamente contra nuestra intuición, pues si por ejemplo echamos agua en un vaso de agua ambos líquidos se mezclan forzosamente. Entonces, ¿qué está pasando aquí?

El fluido que vemos en las imágenes es aceite de silicona, y los chorros que forma tienen una anchura de tan solo medio milímetro. Este líquido posee unas propiedades físicas muy interesantes que le hacen ser un gran lubricante, aislante eléctrico, o conductor térmico, entre otras muchas cosas. Además, y a modo de curiosidad, es uno de los principales compuestos de un juguete parecido a la plastilina llamado Silly Putty.

Crédito de la imagen: Navish Wadhwa and Sunghwan Jung. Department of Engineering Science and Mechanics, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia

Su viscosidad a temperatura ambiente (unos 25ºC) es algo más de 10 veces superior a la del agua. Para que os hagáis una idea de lo que representa la viscosidad, la definición correcta es que se trata de la resistencia de un fluido a deformarse ante la aplicación de una fuerza tangencial. Como esto es algo complicado de entender, dejémoslo en que en el caso de un líquido la viscosidad es la resistencia del mismo a desparramarse o esparcirse sobre una superficie. No es una definición muy precisa, pero nos sirve para entendernos.

Si queréis podéis hacer un experimento sencillo en el que se puede ver mejor qué es esto de la viscosidad. Coged dos vasos y llenadlos de agua por la mitad. En uno de ellos verted agua desde una altura de unos 50 centímetros, mientras que en el otro verted leche también desde esa misma altura. ¿Cuál de los dos líquidos salpica menos? Si lo habéis hecho bien habréis comprobado como el que menos salpica es la leche. Esto se debe a que su viscosidad es algo más de dos veces superior a la del agua, luego es más complicado que se desparrame.

Volviendo a nuestro tema, y una vez presentado nuestro curioso fluido tratemos de explicar por qué parece no mezclarse consigo mismo. Usando el término científico correcto, deberíamos decir que no sufre coalescencia, pero ante un palabro así creo que mejor con quedamos con mezclarse, que nos sirve para hacernos una idea. El motivo simplemente está en que los chorros de las imágenes poseen una fina capa de aire que los envuelve, no permitiendo que se mezclen. Así pues, la fina película de aire que rodea las gotas de aceite de silicona no permite que se junten con el chorro central y provocan que este se doble. Sencilla explicación para un fenómeno tan bonito.

La ciencia es asombrosa

Fuente de las imágenes: Physics Central.
A pesar de que trabajamos con núcleos a diario, viagra dosage y entendemos gran parte de la física que explica su funcionamiento, ask el núcleo atómico no deja de ser una verdadera caja de sorpresas aún por descubrir. Por muy básicos que sean los conocimientos sobre física de una persona si le preguntas de qué están compuestos los átomos probablemente te responderá que de tres tipos de partículas: protones, neutrones y electrones. Esto es completamente cierto, pero ¿sólo hay estos tres tipos?

Si habéis escuchado o leído noticias sobre los grandes aceleradores de partículas como el LHC habréis visto u oído algunas palabras más técnicas como hadrones, bosones, o quarks, que quizá se queden un poco en el olvido por culpa de no entender muy bien lo que son. Dentro de los modelos actuales de física de partículas estos son solo unas pocas de todas las partículas que existen en la naturaleza. Muchas de ellas son tan raras que seguramente no escuchéis hablar de ellas nunca, pero ahí están y su presencia hace posible que la materia exista tal y como es.

Vamos a hacer un repaso al átomo comenzando desde el interior y yendo hacia el exterior, aprovechando también para comentar algunas curiosidades sobre las interacciones existentes en cada escala. Nuestra primera parada son, por tanto, los quarks.

Quarks, sabores y colores

Se conocen como quarks las partículas elementales de las que están hechos los protones y los neutrones, y por tanto los pilares básicos sobre los que está constituida la materia. Existen 6 tipos de quarks, cada uno con unas propiedades características. Lo que más llama la atención de las propiedades de los quarks es que su carga eléctrica es fraccionaria, es decir, es una porción de la unidad de carga e del protón (-e para el electrón). Esto, que puede chocan en un principio, es completamente lógico, como veremos más adelante.

Creación de dos nuevos quarks al tratar de separar una pareja, dando lugar a dos parejas distintas

Los quarks no existen en la naturaleza en estado aislado, sino que siempre se encuentran en parejas o tríos formando otras partículas. Pero, ¿qué pasaría si comenzamos a aplicar energía sobre una pareja de quarks? ¿Lograremos separarlos si tenemos la energía suficiente? La respuesta es no. Por mucha energía que se aplique jamás lograremos que manternerlos aislados más allá de un tiempo minúsculo. Esto es porque llega un momento en que la energía que les hemos suministrado es suficiente para que la conviertan directamente en otros dos quarks que acompañen a los que teníamos inicialmente. Es decir, hemos convertido una pareja de quarks en dos.

Cada quark da un sabor especial a la partícula de la que forma parte. La lista siguiente son los 6 quarks con su respectiva carga eléctrica y su sabor:

  • Quark up (arriba). Carga eléctrica +2/3. Sabor arriba.
  • Quark down (abajo). Carga eléctrica -1/3. Sabor abajo.
  • Quark charm (encanto). Carga eléctrica +2/3. Sabor encanto.
  • Quark strange (extraño). Carga eléctrica -1/3. Sabor extrañeza.
  • Quark top (cima). Carga eléctrica +2/3. Sabor verdad.
  • Quark bottom (fondo). Carga eléctrica -1/3. Sabor belleza.

Los dos primeros son los que unidos dan lugar al protón (unión de 2 up y un down, carga eléctrica total 1) y al neutrón (unión de un up y 2 down, carga eléctrica total 0). El último quark en ser descubierto fue el top, en 1995, que recibe su nombre debido a que es el más masivo de todos. Curiosamente es casi tan masivo como un átomo de oro, que está constituido por 79 protones y 118 neutrones.

Esquema de un neutrón con sus sabores y sus cargas de color

A pesar de que las cargas eléctricas de mismo signo se repelen dentro del protón conviven dos quark up de carga +2/3. Podría parecer que este hecho antes o después fuera a provocar la destrucción del protón, pero no es el caso pues se estima que su vida media es del orden de 1030 años. Si este valor no os dice nada, quizá sabiendo que el universo tiene aún poco más de 1010 años ponéis el número en perspectiva. ¿Cómo es posible, por tanto, que se puedan juntar sin problemas estos dos quarks dentro de un protón? La respuesta está en un tipo de interacción nuclear conocida como interacción nuclear fuerte.

Existen cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza y esta es la más intensa de todas, de ahí su nombre. Poniendo números a la intensidad de esta interacción podemos estimar que es del orden de 100 MeV. ¿Esto qué quiere decir? Pues que si queremos separar dos quarks tenemos que golpear a la partícula que los contiene con al menos esa energía. Por este motivo se han descubierto quarks tan recientemente en los aceleradores de partículas, porque la energía necesaria para romper los protones o neutrones es muy elevada.

La interacción fuerte también es la responsable de unir los protones dentro del átomo, y tiene un alcance muy limitado. No funciona a escalas mayores que el propio núcleo atómico, es decir del orden de 10-15 metros, unidad que se conoce como femtómetro o fermi. La partícula pegamento que une los protones o los quarks recibe el nombre de gluón y también tiene carga, aunque en este caso no es eléctrica sino que se llama carga de color. Este color puede ser rojo, verde o azul. Y como casi todo en la naturaleza tiene su antagonista, en este caso tenemos los anticolores: antirojo, antiverde y antiazul. Para aclarar posibles confusiones, no debéis imaginaros la carga de color como si los quarks tuvieran realmente un color que podamos ver. Esto sería imposible. Debemos verla simplemente como una propiedad física más de las partículas, como puede ser su carga eléctrica o su masa.

Interacción débil y decaimiento radiactivo

Hemos hablado de los quarks y visto que existen 6 tipos diferentes, pero ¿por qué los protones y los neutrones solo están formados por dos de estos quarks? Para responder a esta pregunta tenemos que pasar a otra de las fuerzas fundamentales: la interacción nuclear débil.

Desintegración beta de un neutrón decayendo en un protón, un electrón y un neutrino

Esta interacción lleva también el apellido de nuclear ya que tiene como rango de alcance únicamente el núcleo atómico. Afecta directamente a los quarks haciendo que los más pesados se transformen en quarks más ligeros. Sabiendo que los quarks up y down son los menos masivos tenemos ya la respuesta a nuestra pregunta: todos los quarks masivos tienden a decaer hacia ellos y por tanto son más estables y pueden formar partículas con una vida media muy grande como es el caso de los protones y los neutrones. En este aspecto el ejemplo del quark top es extremo pues es tan masivo que ni siquiera tiene tiempo de juntarse con otros quarks para formar partículas. El pobre pasa su minúsculo tiempo de vida él solo hasta decaer en un quark bottom.

Esta fuerza también es responsable de jugar con el sabor de los quarks haciendo posible que un protón se convierta en un neutrón, y viceversa, sin más que conmutar un quark up por uno down. Existen más partículas resultado de este decaimiento, pero nos centraremos en ellas más tarde. Solamente decir que una de ellas es el electrón y que este decaimiento recibe el nombre de desintegración beta.

Hay más tipos de decaimientos radiactivos que dan lugar a otras radiaciones como la radiación alfa o la radiación gamma, pero que no tienen que ver con la interacción débil sino con la fuerte y la electromagnética, respectivamente. No las trataremos aquí más allá de comentar que la radiación alfa son núcleos de helio que escapan tras la desintegración de un núcleo masivo en otro más ligero; y que la radiación gamma son fotones producto de la aniquilación de una partícula con su antipartícula.

Así pues, a modo de resumen, la fuerza nuclear débil se encarga de transformar el sabor de los quarks haciendo que éstos tiendan a decaer en quarks más ligeros. Las partículas portadoras de esta fuerza son los bosones W y Z, y si la comparamos en intensidad con la nuclear fuerte nos damos cuenta de que los nombres que les hemos dado tienen su razón de ser: la fuerza débil es del orden de un millón de veces menos intensa que la nuclear fuerte.

Capa electrónica

Terminamos nuestro recorrido por el átomo con la capa electrónica. Como todos sabéis, los electrones son unas partículas que poseen una carga eléctrica negativa. Orbitan el núcleo atómico y son los principales protagonistas de la mayoría de las propiedades físicas y químicas a la materia. Hasta donde sabemos son puntuales, es decir no están compuestos por ninguna otra partícula. Al no estar formado por quarks, el electrón debe catalogarse en un grupo diferente de partículas que los protones o los neutrones. Es el grupo de los leptones.

A pesar de que el átomo nos puede parecer pequeño, lo cierto es que es infinitamente más pequeño de lo que pensamos. Los electrones se encuentran muy separados del núcleo atómico, causando que prácticamente la totalidad del átomo sea espacio vacío. En el caso del átomo de hidrógeno, que solo está formado por un protón y un electrón, la distancia que separa el protón y el electrón es equivalente a considerar como núcleo un balón de fútbol y como electrón una minúscula mota de polvo orbitando a más de 7 kilómetros de distancia. Visto de otra manera: si el Sol fuera un protón, el electrón se encontraría más allá de la órbita de Plutón.

Acostumbrados al mundo macroscópico una cosa así escapa de nuestra imaginación, pero en el mundo cuántico las cosas siempre son diferentes. La interacción que hace posible que los electrones orbiten el núcleo atómico recibe el nombre de fuerza electromagnética. Es muy intensa a cortas distancias, aunque se queda dos órdenes de magnitud por debajo de la poderosa interacción fuerte que mantiene pegados los protones en el núcleo. A diferencia de las dos fuerzas nucleares vistas más arriba, esta interacción es de largo alcance, es decir va disminuyendo poco a poco su intensidad haciéndose cero en el infinito. La partícula que transmite la interacción electromagnética es conocida por todos: el fotón.

Más allá del átomo

Hasta ahora hemos hablado de algunas partículas: los quarks, el electrón, el gluón, los bosones W y Z, y el fotón. A continuación vamos a hacer una distinción más y a separar las partículas en dos grandes grupos. El primero es el de las partículas que dan lugar a la materia, y el segundo será el de las partículas propagadoras de interacciones (fuerzas).

Los quarks y los electrones se encuentran en el primer grupo, y por tanto son fermiones. En este grupo deben añadirse todas las partículas formadas por los quarks (como protones y neutrones) y varios leptones más compañeros del electrón, como el muon, el tau y los neutrinos.

La historia del muon es bastante larga, pues desde que se descubrió en los rayos cósmicos en 1936 ha ido cambiando varias veces de nombre hasta que se finalmente se adoptó el actual al verse que no estaba compuesto de quarks, sino que era una partícula elemental como el electrón. Su vida media es de tan solo 2 millonésimas de segundo por lo que es necesario que viaje a grandes velocidades para que la dilatación temporal predicha por la Relatividad Especial nos permita estudiarlo. Comentar como curiosidad que se han logrado crear átomos en los que el muon sustituye al electrón (ambos tienen carga -1) y que estos son estables hasta que el muon se desintegra. Esto también puede hacerlo su antipartícula, el antimuón, que sustituyendo al protón puede crear un átomo similar al hidrógeno que recibe el nombre de muonio (un antimuón y un electrón).

En cuanto a los neutrinos mucho se ha escrito últimamente sobre su aparente violación del límite de la velocidad de la luz. Desde luego todavía es muy pronto para sacar cualquier tipo de conclusión al respecto, pues hacen falta más experimentos que lo confirmen. Sin embargo, esta no es la única violación que podrían provocar los neutrinos. Si se confirma que su masa no es nula (todo parece indicar que es ínfima, pero no idénticamente cero) estaría violando la conservación de un número cuántico llamado número leptónico. Menudo dolor de cabeza para los físicos es nuestro amigo el neutrino…

Simulación de cómo se observaría el bosón de Higgs en el LHC

Nos falta hablar de algunos términos como hadrones o bosones que también salen a menudo en los medios de comunicación. Los hadrones se definen como el grupo de partículas que sienten la interacción fuerte, y por tanto están formadas por quarks. Dentro de los hadrones hay dos categorías, los mesones y los bariones. Se diferencian en que los primeros son las partículas formadas por dos quarks (un quark y un antiquark) y los segundos son las formadas por tres quarks, como el protón o el neutrón.

Por otro lado, los bosones son las partículas que poseen espín entero, a diferencia de los fermiones que lo tienen semientero. Los ejemplos más representativos son las partículas transmisoras o propagadoras de las interacciones, tales como el fotón, el gluón, y los bosones W y Z. Estos bosones se corresponden con los propagadores de tres de las cuatro fuerzas fundamentales, así que ¿de cuál nos hemos olvidado? Pues de la gravedad. Esta fuerza es tan pequeña a escalas atómicas que es prácticamente despreciable. Sin embargo, su partícula transmisora también es un bosón que recibe el nombre de gravitón. Hasta el momento no ha sido detectado experimentalmente, es decir es una partícula hipotética. También es hipotético, a día de hoy, el famoso bosón de Higgs que el LHC se empeña en encontrar, y que seguramente detecte durante este año 2012. Ya hemos puesto bosón a cada una de las fuerzas fundamentales, de modo que el bosón de Higgs no puede transmitir otra fuerza. Su misión es mucho más fundamental: dotar de masa a las partículas elementales. El vídeo del Fermilab que tenéis más abajo lo explica fenomenalmente.

Se podrían contar muchas más cosas, pero creo que con esto es más que suficiente para que os hagáis una idea básica (o no tan básica) del modelo estándar de la física de partículas. Si queréis saber más os recomiendo encarecidamente que visitéis la web The Particle Adventure. Navegando por sus secciones descubriréis muchas más cosas sobre el modelo estándar, la física de partículas o los grandes aceleradores.

Resumen y datos curiosos

  • Existen cuatro fuerzas elementales: nuclear fuerte, nuclear débil, electromagnética y gravitatoria.
  • Las partículas propagadoras de estas fuerzas son: el gluón, los bosones W y Z, el fotón, y el gravitón.
  • Si consideramos la intensidad de la fuerza electromagnética con un valor de una unidad, la nuclear valdría 100 unidades, la nuclear débil 0,0001 y la gravitatoria sería completamente despreciable.
  • Si quisiéramos que en el átomo de hidrógeno la interacción gravitatoria fuera igual de intensa que la electromagnética el protón debería pesar casi 4 millones de toneladas.
  • Existen 12 tipos de quarks (6 quarks y 6 antiquarks) que pueden poseer 6 sabores y 6 colores (3 colores y 3 anticolores) distintos.
  • El quark top es tan masivo como un átomo de wolframio, y solo ligeramente menor que uno de oro.
  • La vida media de un protón es muchísimo mayor que la edad del universo. Menos mal, porque no quisiera desintegrarme espontáneamente.
  • Prácticamente el 100% del átomo es espacio vacío.
  • Si el Sol fuera un protón, el electrón se encontraría más allá de la órbita de Plutón.
  • El muon puede sustituir al electrón para crear un núcleo estable durante 2 millonésimas de segundo. De igual forma, el antimuón puede sustituir al protón para crear el muonio.
  • Los neutrinos son capaces de atravesar la materia prácticamente sin interaccionar con ella.
  • El escurridizo, y aún hipotético, bosón de Higgs dota de masa a las partículas elementales del modelo estándar.

En España los políticos no quieren que haya dinero para hacer ciencia, look pues consideran mucho más prioritarias otras actividades a corto plazo que dan pan para hoy y hambre para mañana. Obviamente, sin dinero no se puede mantener un centro de investigación con gente luchando por sacar adelante proyectos de investigación. Y lo que es peor, ni siquiera se puede mantener a los pobres becarios, licenciados recién titulados con infinitas ganas de hacer cosas, cobrando un sueldo lamentable. El resultado de todo esto es de sobra conocido: España está y continuará estando durante muchos años, si nuestros políticos no lo solucionan pronto, a la cola del desarrollo científico y del I+D+i.

Con intención de hacer llegar a la población el malestar presente entre los científicos de este país, el investigador Lucas Sánchez ha decidido crear un vídeo denuncia que os dejo a continuación. Porque cuando te sientes apartado y humillado por los constantes desprecios de unos políticos cuyo único motivo para abrir un centro de investigación es poder ir a inaugurarlo y hacerse una foto para la prensa, hay que alzar la voz para hacerse notar.

Se trata de su centro de investigación, que debe ser de los pocos que aún consiguen aguantar, y nos muestra unos laboratorios fríos y vacíos. Igual de fríos y vacíos que la ciencia con cero plazas. Es bastante triste lo que ocurre en España cuando en otros países los investigadores tienen sueldos con los que no tienen que malvivir, y sus políticos aprecian la ciencia como lo que es: algo útil y necesario para el crecimiento económico, cultural e intelectual de un país.

Llegado este momento quizá la mejor opción sea irse al extranjero para no volver, como nos cuentan algunos amigos y compañeros investigadores como Mario Herrero o Shora, que desgraciadamente están viviendo este drama en primera persona.

¡¡Mucho ánimo, compañeros!!
Hace un tiempo os hablaba sobre el grafeno y las increíbles propiedades que tiene este material, information pills pero recientemente se ha encontrado otra realmente sorprendente: es invisible para el agua en humectación. Para entender un poco mejor de qué se trata Fancis Villatoro (@emulenews) ha hecho su particular análisis científico del asunto:

Muchas gracias a César Tomé (@EDocet) por avisarnos en un primer momento de de la noticia publicada en MaterialsToday:

Si queréis saber más sobre el grafeno podéis echarle un vistazo a la pequeña charla que di en las jornadas Amazings Bilbao 2011.
Seguir a @Milhaud (Recuerdos de Pandora) en Twitter es un gustazo. No digo esto solamente por los interesantes contenidos que comparte, sildenafil sino sobretodo por las muchas fotos sorprendentes que nos permite descubrir.

En esta ocasión ha compartido la foto que tenéis más abajo, y creo que merece la pena pararse un poco a ver la física que hay detrás.

Explosión sónica

Como podéis ver se trata de un avión rompiendo la barrera del sonido. Esto fenómeno recibe el nombre de explosión sónica y es algo que se puede ver en muchas fotos, pero no en todas es apreciable esa especie de arcoíris que se forma. La explosión sónica se da cuando se viaja más rápido que el sonido a través de un medio. Para el aire a temperatura ambiente, el límite se encuentra a unos 340 metros por segundo, mientras que en medios materiales sólidos (como el hierro) esta velocidad puede multiplicarse por 10. De ahí que escuchemos antes un tren acercándose si pegamos la oreja a las vías que si nos quedamos de pie.

No se si habréis oído hablar de ella, pero existe una especie de regla-de-andar-por-casa que nos dice que la distancia a la que ha caído un rayo se puede calcular sin más que contar el tiempo que transcurre desde que lo vemos caer hasta que lo escuchamos (trueno). Si sacamos papel y lápiz y nos ponemos a hacer cálculos vemos como, efectivamente, esto se puede hacer. Para ello solo tenemos que tener en cuenta que por cada 3 segundos de diferencia entre el rayo y el trueno la distancia se incrementa en un kilómetro.

Volviendo a la física de la imagen, el estallido sónico se produce como consecuencia del efecto Doppler. Para los que aún no lo conozcáis, el efecto Doppler nos habla sobre la variación de la frecuencia de un sonido (o de la luz en su versión relativista) a medida que su emisor se aleja o acerca a nosotros. El ejemplo más común es el de una ambulancia. Cuando está lejos oímos el sonido grave, mientras que al acercarse éste va siendo cada vez más agudo. Una vez la ambulancia nos sobrepasa se produce el efecto inverso: el sonido de la sirena cada vez se va haciendo más grave. La razón es que, a medida que se acerca a nosotros, los frentes de onda del sonido se van juntando provocando que escuchemos un sonido más agudo; mientras que al alejarse nos llegan los frentes de onda más separados, y por tanto escuchamos un sonido más grave. En el siguiente vídeo se entiende esto mucho mejor.

La primera animación se corresponde con el movimiento por debajo de la velocidad de la luz, como el de una ambulancia. El segundo es el caso en que el avión viaja justo a la velocidad del sonido; mientras que el tercero es cuando viaja por encima de dicha velocidad. Si ponéis atención al segundo caso veréis como el frente de ondas se comprime en la parte delantera (solapamiento), dando lugar en el límite de la velocidad del sonido justamente a lo que vemos en la fotografía: una nube de condensación, conocida como singularidad de Prandtl-Glauert. Como su nombre indica, esta nube es el resultado de la condensación del vapor de agua presente en la atmósfera tras los repentinos cambios de presión provocados tras el paso del avión. En el momento en que se supera la velocidad del sonido el avión adelanta al frente de ondas y se produce lo que se conoce como conificación: los frentes de onda forman un cono detrás del avión. Además se produce un estallido sonoro muy intenso. ¿Queréis saber cómo suena todo esto?

Así pues, el punto clave se encuentra justo en el momento en que el avión rompe la barrera del sonido, momento en que se forma la nube de condensación, que tan bien quedó captada en la foto. Esto explica cómo se crea la nube, pero no por qué tiene los colores del arcoíris. Tratemos de averiguarlo.

¿Arcoíris o iridiscencia?

Como todos sabéis la luz que nos llega del Sol es blanca porque está formada por todos los colores unidos. Sin embargo, el gran Newton demostró a finales del siglo XVII que los colores se descomponen y se hacen visibles individualmente tras atravesar un prisma. Esto es debido a que cada color posee un índice de refracción distinto. Este índice de refracción no es más que una forma de medir la ligera variación que se produce en la velocidad de la luz cuando pasa de un medio a otro.

Antes de seguir debemos aclarar dos conceptos claves como son la refracción y la reflexión. El primero es el fenómeno que ocurre cuando la luz pasa de un medio material a otro tras atravesar la frontera entre ambos; mientras que en el segundo la luz rebota en la frontera y no cambia de medio.

El arcoíris se forma por la ligera diferencia en los índices de refracción de los colores, actuando como prisma el agua de la lluvia. Existen dos mecanismos posibles para que se forme un arcoíris, y que tenéis en la imagen inferior. Solo comentaremos el caso de la derecha, donde la luz realiza solo tres “movimientos” para que el arcoíris sea visible.

  • Cuando un rayo de luz llega a una gota de agua se refracta al pasar del aire al interior de la gota dando lugar a una primera separación de los colores. Existe también una componente de luz reflejada, pero no nos interesa en este caso.
  • Tras recorrer el interior de la gota la luz llega de nuevo a la superficie frontera entre el agua y el aire. De nuevo se producirá una refracción y una reflexión. Si la luz se refracta volviendo a pasar al aire no observaremos nada, ya que su intensidad es muy pequeña, pero si se refleja sí que tendremos algo interesante.
  • El haz reflejado continua viajando por el interior de la gota y, al llegar de nuevo a la frontera, en esta ocasión sí que la atraviesa produciendo una nueva refracción, y una nueva descomposición espectral de los colores. Esto crea el arcoíris.

Esquemas de formación del arcoíris. A la izquierda el arcoíris primario y a la derecha el secundario. Se diferencian entre sí en que los colores salen invertidos.

Haced memoria. ¿Habéis visto alguna vez un arcoíris situado entre vosotros y el Sol? Muy probablemente la respuesta sea negativa. La razón es que el ángulo que forma la luz que entra en la gota con la que sale es de 138º, por lo que los arcoíris solo son visibles cuando estamos de espaldas al Sol.

Esta es una posible explicación a lo observado en la fotografía, aunque otra podría estar en la iridiscencia. Este fenómeno es el responsable de que veamos colores en gotas de aceite, o pompas de jabón, y provoca que dependiendo del ángulo con el que observemos su superficie veamos unos colores u otros.

Cuando se producen en las nubes los causantes son los efectos de la difracción e interferencia de la luz a causa de gotas de agua o pequeños trozos de hielo. Cuando la nube se forma con gotas de un tamaño similar la iridiscencia se manifiesta en forma de corona, de forma parecida a la que observamos alrededor del avión. Existen multitud de imágenes sobre la iridiscencia, similares a la que aparece sobre estas líneas. Si bien es cierto que este fenómeno en muchas ocasiones parece formar una especie de arco alrededor del Sol, existe la posibilidad de que lo que se observa en la fotografía del avión esté causado por la iridiscencia y no por un arcoíris.

Conclusión

Muy bien, apliquemos todo esto a la fotografía del avión. Los colores que se observan son causados por fenómenos ópticos de la luz causados por las gotas de agua condensadas al romperse la barrera del sonido. No podemos confirmar que los colores estén provocados por la refracción, como en un arcoíris, o por difracción e interferencia, como en la iridiscencia; ya que necesitaríamos saber, entre otras cosas, la posición del Sol con respecto al fotógrafo.

Tras debatir estas posibilidades con Francis en la lista de correo de Amazings, no hemos llegado a una explicación concluyente, de modo que vamos a dejarlo en un empate técnico. Cualquiera de los dos fenómenos podría ser responsable de lo que vemos en la fotografía. Lo que sí sabemos seguro es que la ciencia nos regala imágenes fascinantes que nos llevan a descubrir mucho más sobre el impresionante mundo que nos rodea.

Para terminar os voy a dejar una foto y un vídeo de este mismo efecto causados por lanzamientos espaciales. En este vídeo podéis ver la onda de choque producida cuando el cohete que porta el Solar Dynamic Observatory rompe la barrera del sonido; mientras que en esta foto el transbordador espacial Atlantis provoca exactamente el mismo efecto visual que el avión.

Fuente de la imagen: Flickr
Desde hace casi una semana la cuenta de Twitter de la Real Sociedad Española de Física ha comenzado a publicar una serie de mensajes (conocidos como tweets, tadalafil o tuits en castellano) en los que nos hablan sobre curiosidades de la física en tan solo 140 caracteres.

Algunos son de conceptos de física básica que hasta Belén Esteban debería conocer, otros son sobre experimentos o sobre historia de la física, y otros son simplemente sobre fenómenos que vemos todos los días y a los que no hacemos mucho caso, pero que tienen una base física detrás. Lo que está claro es que todos son realmente interesantes y que podéis seguirlos, y por supuesto añadir también vuestros tuits sobre el tema, mediante el hashtag #fisicaentuits.
Tras ver la entrevista que hicieron a Javier Armentia, viagra buy astrofísico y director del Planetario de Pamplona, viagra dosage sobre las tormentas solares en el programa Para todos La 2 me he dado cuenta de que realmente no existe una idea clara sobre qué es la radiación. Los periodistas que realizan la entrevista demuestran en varias ocasiones su ignorancia (entiéndase simplemente como falta de conocimiento, recordando que todos somos ignorantes acerca de muchas cosas) al hacer preguntas muy vagas sobre la radiación. De hecho parece que únicamente se ven las radiaciones como algo dañino para el ser humano y, por tanto, de lo que tenemos que huir. ¿Qué hay de cierto en todo esto? Vamos a tratar de responder a algunas preguntas básicas sobre la radiación de la manera más siempre posible, a modo de una breve guía para gente no iniciada en física.

¿Qué es la radiación?

En física entendemos la radiación simplemente como la propagación de energía a través de un medio material o del vacío. Esta energía puede viajar transmitida en forma de ondas o viajar como partículas. Es decir, se considera radiación tanto un rayo de luz procedente del Sol como un haz de protones recorriendo el LHC.

¿Qué tipos de radiaciones hay?

Como ya hemos dicho existen dos tipos de radiaciones: las que se propagan como onda y las que lo hacen como partículas.

  • Existen ondas que necesitan un medio material para viajar, como las ondas sonoras; y las que se pueden propagar por el vacío, como las ondas electromagnéticas. Por tanto, cualquier tipo de luz se trata de una radiación por ser una onda electromagnética.
  • Las partículas pueden viajar tanto en medios materiales como en el vacío, y normalmente no reciben ningún nombre en especial salvo dos tipos de radiaciones de partículas: la radiación alfa y la radiación beta. La alfa son núcleos de helio, es decir dos protones y dos neutrones, mientras que la beta son electrones o positrones (antipartícula del electrón).

Para simplificar el lenguaje se suelen considerar como equivalentes a radiación los términos onda y partícula. De esta forma es equivalente decir onda electromagnética que radiación electromagnética, o partícula alfa que radiación alfa. Y aunque sabemos por la propiedad conocida como dualidad onda-corpúsculo que las ondas y las partículas son las dos caras de una misma moneda, no se suelen mezclar ambos términos cuando tratamos con radiaciones. No decimos partículas electromagnéticas u ondas de electrones.

¿Son malas las radiaciones?

Pues depende de su energía. Que una radiación sea mala, entendiéndose mala como perjudicial para el ser humano, depende principalmente de la energía que tenga pues causará unos efectos u otros sobre la materia. De nuevo volvemos a poder clasificar las radiaciones en dos grupos: las ionizantes y las no ionizantes.

  • Si la radiación tiene la energía suficiente como para arrancar electrones de la materia, fenómeno conocido como ionización, recibe el nombre de radiación ionizante. Poseen una energía tan elevada que puede dañar nuestro ADN y favorecer la aparición de un cáncer. Por tanto son peligrosas y debemos protegernos de ellas lo máximo posible. Algunos ejemplos de este tipo de radiación son algunos rayos ultravioleta, los rayos X, la radiación gamma, las partículas alfa y beta, la radiación de neutrones, o los rayos cósmicos.
  • En el caso de que la radiación no sea capaz de producir ionización en la materia la llamamos simplemente radiación no ionizante. A pesar de que en principio podríamos pensar que es inocua para nosotros esto no es del todo cierto. Esta radiación también genera efectos sobre nuestro cuerpo, aunque generalmente no va más allá de producir una elevación local de la temperatura. Esto no quita que en ciertas ocasiones puntuales puedan causar problemas, como daños en los ojos si miras directamente al Sol. Ejemplos de este tipo de radiación puede ser la luz visible, la radiación infrarroja, la microondas, o las ondas de radio.

Sin embargo, esto no es todo. Otro factor a tener en cuenta es la intensidad. Si tenemos poca energía pero mucha intensidad incluso las radiaciones no ionizantes podrían ser peligrosas para nuestra salud. Ejemplos cotidianos pueden ser el daño causado al oído si un escuchamos un sonido de mucha intensidad demasiado cerca; o el microondas, donde una radiación no ionizante con la suficiente potencia es capaz de elevar, y mucho, la temperatura de cualquier cosa que contenga agua.

En la imagen inferior podéis ver dónde se encuentran las radiaciones ionizantes (altas energías) y las no ionizantes (bajas energías) en el espectro electromagnético, así como algunas fuentes de cada tipo de radiación.

¿Es la radiactividad una radiación?

No exactamente. La radiactividad es un fenómeno por el cual un elemento químico libera de forma espontánea radiación. Es decir, cuando un elemento radiactivo, como puede ser el uranio, decae de forma natural (como el carbono-14 que nos permite datar la antigüedad de los fósiles) o de forma artificial (como en una central nuclear) en un elemento más ligero emite radiación y se dice, por tanto, que hay radiactividad. La radiación observada puede ser de muchos tipos, aunque principalmente suele ser radiación alfa, beta, gamma o de neutrones. Todas ellas son ionizantes, y por tanto peligrosas si existe una larga exposición o se recibe una dosis muy alta.

En resumen…

  • De forma breve podríamos decir que la radiación es simplemente energía propagándose.
  • Consideramos radiación tanto la energía transmitida por ondas como la que portan las partículas.
  • De por sí la radiación no tiene por qué ser dañina para nuestra salud pues hemos convivido siempre toda la radiación luminosa que nos llega del Sol en forma de luz visible u ondas de radio, conocidas como radiaciones no ionizantes.
  • La radiación pasa a ser dañina para nuestra salud (aunque en tratamiento de tumores puede ser beneficioso) cuando tiene una energía muy alta y es capaz de arrancar electrones de la materia, momento en que pasamos a llamarla radiación ionizante.
  • Llamamos radiactividad a la emisión de radiación por parte de un elemento químico inestable en el momento en que decae a otro más estable.

Si os gustó el recorrido desde un grano de café a un átomo de carbono no podéis perderos la siguiente animación en la que se cubre absolutamente todo el universo, viagra desde los límites del universo observable hasta la minúscula longitud de Planck. Pinchad en el botón Start y adelante. Si el inglés no es problema, clinic también podéis seleccionar cada estructura u objeto para conocer más cosas sobre él.

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Si queréis aprovechar todo el ancho de vuestra pantalla para ver la animación podéis hacerlo aquí.

No nos queda más que felicitar y agradecer a sus autores, Cary y Michael Huang, por un trabajo tan espectacular.
Estamos tan acostumbrados a nuestros días de 24 horas que no nos planteamos siquiera la posibilidad de qué pasaría si el día tuviera otra duración. Al fin y al cabo esto no sucederá nunca en la Tierra. Sin embargo, check si queremos salir más allá del pálido punto azul en el que vivimos y colonizar nuevos mundos nos veremos obligados a tener en cuenta esta posibilidad. Es más, la NASA ya lo ha hecho.

Desde el año 2004 la agencia espacial estadounidense tiene una especie de robots todoterreno, conocidos como rovers, explorando la superficie de Marte. Los primeros en llegar fueron Spirit y Opportunity, y posteriormente aterrizó (¿amartizó?) Phoenix. Existe también otro rover en camino llamado Curiosity desde primeros de noviembre. Ahora bien, estos rovers están programados para recibir órdenes desde la Tierra, y por tanto los científicos de la NASA deben conocer la hora local marciana para saber en qué momento pueden obtener más energía del Sol, o cuando interesa más que se muevan. Tanto es así que estas misiones tienen su reloj oficial en tiempo marciano, en vez de terrestre. Y para no mezclar los días terrestres y los marcianos a estos últimos se les ha pasado a denominar sols.

Ahora bien, ¿existe tanta diferencia entre el día terrestre y el marciano para que sea necesaria esta distinción? Pues lo cierto es que tienen duraciones similares, pero sí es importante distinguirlos. Marte da una vuelta sobre sí mismo en poco más de 24 horas y 37 minutos, de modo que no hay mucha diferencia con las 23 horas y 56 minutos que tarda nuestro planeta. Apenas 40 minutos de desfase. Sin embargo, la acumulación de estos 41 minutos día tras día supone a la larga un problema para manejar el horario en Marte. ¿Cómo lo solucionó la NASA? Pues sencillamente encargando la creación de unos relojes que marcaran tanto la hora terrestre como la marciana, para que sus científicos pudieran llevarlos en todo momento y supieran con solo mirar su muñeca la hora en el planeta rojo. El resultado lo tenéis en la imagen inferior, obra del relojero Garo Anserlian.

Si sois lo suficientemente frikis como para tener en vuestra muñeca el mismo reloj que tienen los científicos de la NASA que trabajan con los rovers, os alegrará saber que podéis comprar el modelo superior por el módico precio de $695 (unos 523€), u otros más sencillos por $395 (unos 300€). Todos creados y diseñados por Garo.

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Fuente: dvice.com
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Aprendiendo #fisicaentuits

El amigo Aberron no deja de sorprendernos y en esta ocasión se ha metido a director de un documental científico titulado El mal del cerebro. ¿Queréis verlo? Pues muy fácil, viagra buy more about tan solo tienes que visitar la web elmaldelcerebro.com el jueves a las 21 horas, como bien nos recuerdan desde su cuenta de Twitter.

Recordad que podéis verlo online y comentarlo en Twitter mediante la etiqueta #elmaldelcerebro.

Más información.
Si os digo que puede existir hielo a más de 100ºC, recipe o que realmente la atmósfera de Venus no es gaseosa, viagra me miraríais raro y os tomaríais mis palabras con escepticismo, tadalafil ¿verdad? Si es así, enhorabuena: es una buena señal ser siempre escéptico y no dejar de hacerse preguntas. Sin embargo en este caso la física se empeñará en darme la razón, pues esas dos afirmaciones son correctas. La explicación se encuentra en el estudio de unas gráficas conocidas como diagramas de fases.

Para saber más y entender porqué pueden suceder cosas así no te pierdas mi colaboración de hoy en Naukas: La magia de los diagramas de fases, o cómo puede haber hielo a más de 100ºC.
A pesar de que el término átomo existe desde hace 2400 años, viagra buy durante muchísimo tiempo los seres humanos no hemos tenido la posibilidad de ver estructuras más pequeñas de lo permitido por nuestros ojos. Hoy en día, con la ayuda de avanzados microscopios somos capaces de llegar a ver los átomos individualmente e incluso interaccionar con ellos, advice pero ¿qué hay por el camino entre el mundo microscópico y el atómico?

La impresionante animación creada por el Genetic Science Learning Center de la Universidad de Utah que tenéis más abajo nos lleva desde un grano de café de unos pocos milímetros, hasta un minúsculo átomo de carbono con un tamaño de 340 picómetros. Un picómetro se define como la billonésima parte de un metro, es decir un 1 precedido por 12 ceros. Sin más que desplazar la barra horizontal pasaréis por unas cuantas estructuras biológicas como bacterias, cromosomas o anticuerpos, cada uno de ellos acompañado por su tamaño correspondiente.

Si queréis verlo a un tamaño mayor podéis visitar la web oficial del Genetic Science Learning Center para esta animación. Navegando un poco podréis encontrar muchas más animaciones interesantes y que os serán de gran utilidad si os gusta la biología y queréis saber cómo funciona la genética, las células y muchas otras cosas.

Siguiendo con las escalas y tamaños que hemos visto en la animación, os dejo con una imagen comparativa entre diferentes estructuras creadas por la naturaleza y por el ser humano, que van desde el centímetro hasta los 0,1 nanómetros, unidad que conocemos como Ångstrom. Pinchad sobre la imagen si queréis verla más grande.


Como si de un fluido mágico se tratara en la foto que acompaña a estas líneas podemos ver como tres chorros de líquido no se entremezclan al unirse. La experiencia cotidiana nos dice que si vertemos un líquido sobre otro ambos se unen para dar lugar a un tercero. Esto, capsule siempre y cuando ambos líquidos sean solubles entre sí, pues como ya todos sabéis el agua y el aceite no se llevan especialmente bien y no se mezclan. Sin embargo, lo curioso de las fotos que aparecen en esta entrada es que no tenemos varios líquidos colisionando, ¡es un único líquido! Esto choca directamente contra nuestra intuición, pues si por ejemplo echamos agua en un vaso de agua ambos líquidos se mezclan forzosamente. Entonces, ¿qué está pasando aquí?

El fluido que vemos en las imágenes es aceite de silicona, y los chorros que forma tienen una anchura de tan solo medio milímetro. Este líquido posee unas propiedades físicas muy interesantes que le hacen ser un gran lubricante, aislante eléctrico, o conductor térmico, entre otras muchas cosas. Además, y a modo de curiosidad, es uno de los principales compuestos de un juguete parecido a la plastilina llamado Silly Putty.

Crédito de la imagen: Navish Wadhwa and Sunghwan Jung. Department of Engineering Science and Mechanics, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia

Su viscosidad a temperatura ambiente (unos 25ºC) es algo más de 10 veces superior a la del agua. Para que os hagáis una idea de lo que representa la viscosidad, la definición correcta es que se trata de la resistencia de un fluido a deformarse ante la aplicación de una fuerza tangencial. Como esto es algo complicado de entender, dejémoslo en que en el caso de un líquido la viscosidad es la resistencia del mismo a desparramarse o esparcirse sobre una superficie. No es una definición muy precisa, pero nos sirve para entendernos.

Si queréis podéis hacer un experimento sencillo en el que se puede ver mejor qué es esto de la viscosidad. Coged dos vasos y llenadlos de agua por la mitad. En uno de ellos verted agua desde una altura de unos 50 centímetros, mientras que en el otro verted leche también desde esa misma altura. ¿Cuál de los dos líquidos salpica menos? Si lo habéis hecho bien habréis comprobado como el que menos salpica es la leche. Esto se debe a que su viscosidad es algo más de dos veces superior a la del agua, luego es más complicado que se desparrame.

Volviendo a nuestro tema, y una vez presentado nuestro curioso fluido tratemos de explicar por qué parece no mezclarse consigo mismo. Usando el término científico correcto, deberíamos decir que no sufre coalescencia, pero ante un palabro así creo que mejor con quedamos con mezclarse, que nos sirve para hacernos una idea. El motivo simplemente está en que los chorros de las imágenes poseen una fina capa de aire que los envuelve, no permitiendo que se mezclen. Así pues, la fina película de aire que rodea las gotas de aceite de silicona no permite que se junten con el chorro central y provocan que este se doble. Sencilla explicación para un fenómeno tan bonito.

La ciencia es asombrosa

Fuente de las imágenes: Physics Central.
A pesar de que trabajamos con núcleos a diario, viagra dosage y entendemos gran parte de la física que explica su funcionamiento, ask el núcleo atómico no deja de ser una verdadera caja de sorpresas aún por descubrir. Por muy básicos que sean los conocimientos sobre física de una persona si le preguntas de qué están compuestos los átomos probablemente te responderá que de tres tipos de partículas: protones, neutrones y electrones. Esto es completamente cierto, pero ¿sólo hay estos tres tipos?

Si habéis escuchado o leído noticias sobre los grandes aceleradores de partículas como el LHC habréis visto u oído algunas palabras más técnicas como hadrones, bosones, o quarks, que quizá se queden un poco en el olvido por culpa de no entender muy bien lo que son. Dentro de los modelos actuales de física de partículas estos son solo unas pocas de todas las partículas que existen en la naturaleza. Muchas de ellas son tan raras que seguramente no escuchéis hablar de ellas nunca, pero ahí están y su presencia hace posible que la materia exista tal y como es.

Vamos a hacer un repaso al átomo comenzando desde el interior y yendo hacia el exterior, aprovechando también para comentar algunas curiosidades sobre las interacciones existentes en cada escala. Nuestra primera parada son, por tanto, los quarks.

Quarks, sabores y colores

Se conocen como quarks las partículas elementales de las que están hechos los protones y los neutrones, y por tanto los pilares básicos sobre los que está constituida la materia. Existen 6 tipos de quarks, cada uno con unas propiedades características. Lo que más llama la atención de las propiedades de los quarks es que su carga eléctrica es fraccionaria, es decir, es una porción de la unidad de carga e del protón (-e para el electrón). Esto, que puede chocan en un principio, es completamente lógico, como veremos más adelante.

Creación de dos nuevos quarks al tratar de separar una pareja, dando lugar a dos parejas distintas

Los quarks no existen en la naturaleza en estado aislado, sino que siempre se encuentran en parejas o tríos formando otras partículas. Pero, ¿qué pasaría si comenzamos a aplicar energía sobre una pareja de quarks? ¿Lograremos separarlos si tenemos la energía suficiente? La respuesta es no. Por mucha energía que se aplique jamás lograremos que manternerlos aislados más allá de un tiempo minúsculo. Esto es porque llega un momento en que la energía que les hemos suministrado es suficiente para que la conviertan directamente en otros dos quarks que acompañen a los que teníamos inicialmente. Es decir, hemos convertido una pareja de quarks en dos.

Cada quark da un sabor especial a la partícula de la que forma parte. La lista siguiente son los 6 quarks con su respectiva carga eléctrica y su sabor:

  • Quark up (arriba). Carga eléctrica +2/3. Sabor arriba.
  • Quark down (abajo). Carga eléctrica -1/3. Sabor abajo.
  • Quark charm (encanto). Carga eléctrica +2/3. Sabor encanto.
  • Quark strange (extraño). Carga eléctrica -1/3. Sabor extrañeza.
  • Quark top (cima). Carga eléctrica +2/3. Sabor verdad.
  • Quark bottom (fondo). Carga eléctrica -1/3. Sabor belleza.

Los dos primeros son los que unidos dan lugar al protón (unión de 2 up y un down, carga eléctrica total 1) y al neutrón (unión de un up y 2 down, carga eléctrica total 0). El último quark en ser descubierto fue el top, en 1995, que recibe su nombre debido a que es el más masivo de todos. Curiosamente es casi tan masivo como un átomo de oro, que está constituido por 79 protones y 118 neutrones.

Esquema de un neutrón con sus sabores y sus cargas de color

A pesar de que las cargas eléctricas de mismo signo se repelen dentro del protón conviven dos quark up de carga +2/3. Podría parecer que este hecho antes o después fuera a provocar la destrucción del protón, pero no es el caso pues se estima que su vida media es del orden de 1030 años. Si este valor no os dice nada, quizá sabiendo que el universo tiene aún poco más de 1010 años ponéis el número en perspectiva. ¿Cómo es posible, por tanto, que se puedan juntar sin problemas estos dos quarks dentro de un protón? La respuesta está en un tipo de interacción nuclear conocida como interacción nuclear fuerte.

Existen cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza y esta es la más intensa de todas, de ahí su nombre. Poniendo números a la intensidad de esta interacción podemos estimar que es del orden de 100 MeV. ¿Esto qué quiere decir? Pues que si queremos separar dos quarks tenemos que golpear a la partícula que los contiene con al menos esa energía. Por este motivo se han descubierto quarks tan recientemente en los aceleradores de partículas, porque la energía necesaria para romper los protones o neutrones es muy elevada.

La interacción fuerte también es la responsable de unir los protones dentro del átomo, y tiene un alcance muy limitado. No funciona a escalas mayores que el propio núcleo atómico, es decir del orden de 10-15 metros, unidad que se conoce como femtómetro o fermi. La partícula pegamento que une los protones o los quarks recibe el nombre de gluón y también tiene carga, aunque en este caso no es eléctrica sino que se llama carga de color. Este color puede ser rojo, verde o azul. Y como casi todo en la naturaleza tiene su antagonista, en este caso tenemos los anticolores: antirojo, antiverde y antiazul. Para aclarar posibles confusiones, no debéis imaginaros la carga de color como si los quarks tuvieran realmente un color que podamos ver. Esto sería imposible. Debemos verla simplemente como una propiedad física más de las partículas, como puede ser su carga eléctrica o su masa.

Interacción débil y decaimiento radiactivo

Hemos hablado de los quarks y visto que existen 6 tipos diferentes, pero ¿por qué los protones y los neutrones solo están formados por dos de estos quarks? Para responder a esta pregunta tenemos que pasar a otra de las fuerzas fundamentales: la interacción nuclear débil.

Desintegración beta de un neutrón decayendo en un protón, un electrón y un neutrino

Esta interacción lleva también el apellido de nuclear ya que tiene como rango de alcance únicamente el núcleo atómico. Afecta directamente a los quarks haciendo que los más pesados se transformen en quarks más ligeros. Sabiendo que los quarks up y down son los menos masivos tenemos ya la respuesta a nuestra pregunta: todos los quarks masivos tienden a decaer hacia ellos y por tanto son más estables y pueden formar partículas con una vida media muy grande como es el caso de los protones y los neutrones. En este aspecto el ejemplo del quark top es extremo pues es tan masivo que ni siquiera tiene tiempo de juntarse con otros quarks para formar partículas. El pobre pasa su minúsculo tiempo de vida él solo hasta decaer en un quark bottom.

Esta fuerza también es responsable de jugar con el sabor de los quarks haciendo posible que un protón se convierta en un neutrón, y viceversa, sin más que conmutar un quark up por uno down. Existen más partículas resultado de este decaimiento, pero nos centraremos en ellas más tarde. Solamente decir que una de ellas es el electrón y que este decaimiento recibe el nombre de desintegración beta.

Hay más tipos de decaimientos radiactivos que dan lugar a otras radiaciones como la radiación alfa o la radiación gamma, pero que no tienen que ver con la interacción débil sino con la fuerte y la electromagnética, respectivamente. No las trataremos aquí más allá de comentar que la radiación alfa son núcleos de helio que escapan tras la desintegración de un núcleo masivo en otro más ligero; y que la radiación gamma son fotones producto de la aniquilación de una partícula con su antipartícula.

Así pues, a modo de resumen, la fuerza nuclear débil se encarga de transformar el sabor de los quarks haciendo que éstos tiendan a decaer en quarks más ligeros. Las partículas portadoras de esta fuerza son los bosones W y Z, y si la comparamos en intensidad con la nuclear fuerte nos damos cuenta de que los nombres que les hemos dado tienen su razón de ser: la fuerza débil es del orden de un millón de veces menos intensa que la nuclear fuerte.

Capa electrónica

Terminamos nuestro recorrido por el átomo con la capa electrónica. Como todos sabéis, los electrones son unas partículas que poseen una carga eléctrica negativa. Orbitan el núcleo atómico y son los principales protagonistas de la mayoría de las propiedades físicas y químicas a la materia. Hasta donde sabemos son puntuales, es decir no están compuestos por ninguna otra partícula. Al no estar formado por quarks, el electrón debe catalogarse en un grupo diferente de partículas que los protones o los neutrones. Es el grupo de los leptones.

A pesar de que el átomo nos puede parecer pequeño, lo cierto es que es infinitamente más pequeño de lo que pensamos. Los electrones se encuentran muy separados del núcleo atómico, causando que prácticamente la totalidad del átomo sea espacio vacío. En el caso del átomo de hidrógeno, que solo está formado por un protón y un electrón, la distancia que separa el protón y el electrón es equivalente a considerar como núcleo un balón de fútbol y como electrón una minúscula mota de polvo orbitando a más de 7 kilómetros de distancia. Visto de otra manera: si el Sol fuera un protón, el electrón se encontraría más allá de la órbita de Plutón.

Acostumbrados al mundo macroscópico una cosa así escapa de nuestra imaginación, pero en el mundo cuántico las cosas siempre son diferentes. La interacción que hace posible que los electrones orbiten el núcleo atómico recibe el nombre de fuerza electromagnética. Es muy intensa a cortas distancias, aunque se queda dos órdenes de magnitud por debajo de la poderosa interacción fuerte que mantiene pegados los protones en el núcleo. A diferencia de las dos fuerzas nucleares vistas más arriba, esta interacción es de largo alcance, es decir va disminuyendo poco a poco su intensidad haciéndose cero en el infinito. La partícula que transmite la interacción electromagnética es conocida por todos: el fotón.

Más allá del átomo

Hasta ahora hemos hablado de algunas partículas: los quarks, el electrón, el gluón, los bosones W y Z, y el fotón. A continuación vamos a hacer una distinción más y a separar las partículas en dos grandes grupos. El primero es el de las partículas que dan lugar a la materia, y el segundo será el de las partículas propagadoras de interacciones (fuerzas).

Los quarks y los electrones se encuentran en el primer grupo, y por tanto son fermiones. En este grupo deben añadirse todas las partículas formadas por los quarks (como protones y neutrones) y varios leptones más compañeros del electrón, como el muon, el tau y los neutrinos.

La historia del muon es bastante larga, pues desde que se descubrió en los rayos cósmicos en 1936 ha ido cambiando varias veces de nombre hasta que se finalmente se adoptó el actual al verse que no estaba compuesto de quarks, sino que era una partícula elemental como el electrón. Su vida media es de tan solo 2 millonésimas de segundo por lo que es necesario que viaje a grandes velocidades para que la dilatación temporal predicha por la Relatividad Especial nos permita estudiarlo. Comentar como curiosidad que se han logrado crear átomos en los que el muon sustituye al electrón (ambos tienen carga -1) y que estos son estables hasta que el muon se desintegra. Esto también puede hacerlo su antipartícula, el antimuón, que sustituyendo al protón puede crear un átomo similar al hidrógeno que recibe el nombre de muonio (un antimuón y un electrón).

En cuanto a los neutrinos mucho se ha escrito últimamente sobre su aparente violación del límite de la velocidad de la luz. Desde luego todavía es muy pronto para sacar cualquier tipo de conclusión al respecto, pues hacen falta más experimentos que lo confirmen. Sin embargo, esta no es la única violación que podrían provocar los neutrinos. Si se confirma que su masa no es nula (todo parece indicar que es ínfima, pero no idénticamente cero) estaría violando la conservación de un número cuántico llamado número leptónico. Menudo dolor de cabeza para los físicos es nuestro amigo el neutrino…

Simulación de cómo se observaría el bosón de Higgs en el LHC

Nos falta hablar de algunos términos como hadrones o bosones que también salen a menudo en los medios de comunicación. Los hadrones se definen como el grupo de partículas que sienten la interacción fuerte, y por tanto están formadas por quarks. Dentro de los hadrones hay dos categorías, los mesones y los bariones. Se diferencian en que los primeros son las partículas formadas por dos quarks (un quark y un antiquark) y los segundos son las formadas por tres quarks, como el protón o el neutrón.

Por otro lado, los bosones son las partículas que poseen espín entero, a diferencia de los fermiones que lo tienen semientero. Los ejemplos más representativos son las partículas transmisoras o propagadoras de las interacciones, tales como el fotón, el gluón, y los bosones W y Z. Estos bosones se corresponden con los propagadores de tres de las cuatro fuerzas fundamentales, así que ¿de cuál nos hemos olvidado? Pues de la gravedad. Esta fuerza es tan pequeña a escalas atómicas que es prácticamente despreciable. Sin embargo, su partícula transmisora también es un bosón que recibe el nombre de gravitón. Hasta el momento no ha sido detectado experimentalmente, es decir es una partícula hipotética. También es hipotético, a día de hoy, el famoso bosón de Higgs que el LHC se empeña en encontrar, y que seguramente detecte durante este año 2012. Ya hemos puesto bosón a cada una de las fuerzas fundamentales, de modo que el bosón de Higgs no puede transmitir otra fuerza. Su misión es mucho más fundamental: dotar de masa a las partículas elementales. El vídeo del Fermilab que tenéis más abajo lo explica fenomenalmente.

Se podrían contar muchas más cosas, pero creo que con esto es más que suficiente para que os hagáis una idea básica (o no tan básica) del modelo estándar de la física de partículas. Si queréis saber más os recomiendo encarecidamente que visitéis la web The Particle Adventure. Navegando por sus secciones descubriréis muchas más cosas sobre el modelo estándar, la física de partículas o los grandes aceleradores.

Resumen y datos curiosos

  • Existen cuatro fuerzas elementales: nuclear fuerte, nuclear débil, electromagnética y gravitatoria.
  • Las partículas propagadoras de estas fuerzas son: el gluón, los bosones W y Z, el fotón, y el gravitón.
  • Si consideramos la intensidad de la fuerza electromagnética con un valor de una unidad, la nuclear valdría 100 unidades, la nuclear débil 0,0001 y la gravitatoria sería completamente despreciable.
  • Si quisiéramos que en el átomo de hidrógeno la interacción gravitatoria fuera igual de intensa que la electromagnética el protón debería pesar casi 4 millones de toneladas.
  • Existen 12 tipos de quarks (6 quarks y 6 antiquarks) que pueden poseer 6 sabores y 6 colores (3 colores y 3 anticolores) distintos.
  • El quark top es tan masivo como un átomo de wolframio, y solo ligeramente menor que uno de oro.
  • La vida media de un protón es muchísimo mayor que la edad del universo. Menos mal, porque no quisiera desintegrarme espontáneamente.
  • Prácticamente el 100% del átomo es espacio vacío.
  • Si el Sol fuera un protón, el electrón se encontraría más allá de la órbita de Plutón.
  • El muon puede sustituir al electrón para crear un núcleo estable durante 2 millonésimas de segundo. De igual forma, el antimuón puede sustituir al protón para crear el muonio.
  • Los neutrinos son capaces de atravesar la materia prácticamente sin interaccionar con ella.
  • El escurridizo, y aún hipotético, bosón de Higgs dota de masa a las partículas elementales del modelo estándar.

En España los políticos no quieren que haya dinero para hacer ciencia, look pues consideran mucho más prioritarias otras actividades a corto plazo que dan pan para hoy y hambre para mañana. Obviamente, sin dinero no se puede mantener un centro de investigación con gente luchando por sacar adelante proyectos de investigación. Y lo que es peor, ni siquiera se puede mantener a los pobres becarios, licenciados recién titulados con infinitas ganas de hacer cosas, cobrando un sueldo lamentable. El resultado de todo esto es de sobra conocido: España está y continuará estando durante muchos años, si nuestros políticos no lo solucionan pronto, a la cola del desarrollo científico y del I+D+i.

Con intención de hacer llegar a la población el malestar presente entre los científicos de este país, el investigador Lucas Sánchez ha decidido crear un vídeo denuncia que os dejo a continuación. Porque cuando te sientes apartado y humillado por los constantes desprecios de unos políticos cuyo único motivo para abrir un centro de investigación es poder ir a inaugurarlo y hacerse una foto para la prensa, hay que alzar la voz para hacerse notar.

Se trata de su centro de investigación, que debe ser de los pocos que aún consiguen aguantar, y nos muestra unos laboratorios fríos y vacíos. Igual de fríos y vacíos que la ciencia con cero plazas. Es bastante triste lo que ocurre en España cuando en otros países los investigadores tienen sueldos con los que no tienen que malvivir, y sus políticos aprecian la ciencia como lo que es: algo útil y necesario para el crecimiento económico, cultural e intelectual de un país.

Llegado este momento quizá la mejor opción sea irse al extranjero para no volver, como nos cuentan algunos amigos y compañeros investigadores como Mario Herrero o Shora, que desgraciadamente están viviendo este drama en primera persona.

¡¡Mucho ánimo, compañeros!!
Hace un tiempo os hablaba sobre el grafeno y las increíbles propiedades que tiene este material, information pills pero recientemente se ha encontrado otra realmente sorprendente: es invisible para el agua en humectación. Para entender un poco mejor de qué se trata Fancis Villatoro (@emulenews) ha hecho su particular análisis científico del asunto:

Muchas gracias a César Tomé (@EDocet) por avisarnos en un primer momento de de la noticia publicada en MaterialsToday:

Si queréis saber más sobre el grafeno podéis echarle un vistazo a la pequeña charla que di en las jornadas Amazings Bilbao 2011.
Seguir a @Milhaud (Recuerdos de Pandora) en Twitter es un gustazo. No digo esto solamente por los interesantes contenidos que comparte, sildenafil sino sobretodo por las muchas fotos sorprendentes que nos permite descubrir.

En esta ocasión ha compartido la foto que tenéis más abajo, y creo que merece la pena pararse un poco a ver la física que hay detrás.

Explosión sónica

Como podéis ver se trata de un avión rompiendo la barrera del sonido. Esto fenómeno recibe el nombre de explosión sónica y es algo que se puede ver en muchas fotos, pero no en todas es apreciable esa especie de arcoíris que se forma. La explosión sónica se da cuando se viaja más rápido que el sonido a través de un medio. Para el aire a temperatura ambiente, el límite se encuentra a unos 340 metros por segundo, mientras que en medios materiales sólidos (como el hierro) esta velocidad puede multiplicarse por 10. De ahí que escuchemos antes un tren acercándose si pegamos la oreja a las vías que si nos quedamos de pie.

No se si habréis oído hablar de ella, pero existe una especie de regla-de-andar-por-casa que nos dice que la distancia a la que ha caído un rayo se puede calcular sin más que contar el tiempo que transcurre desde que lo vemos caer hasta que lo escuchamos (trueno). Si sacamos papel y lápiz y nos ponemos a hacer cálculos vemos como, efectivamente, esto se puede hacer. Para ello solo tenemos que tener en cuenta que por cada 3 segundos de diferencia entre el rayo y el trueno la distancia se incrementa en un kilómetro.

Volviendo a la física de la imagen, el estallido sónico se produce como consecuencia del efecto Doppler. Para los que aún no lo conozcáis, el efecto Doppler nos habla sobre la variación de la frecuencia de un sonido (o de la luz en su versión relativista) a medida que su emisor se aleja o acerca a nosotros. El ejemplo más común es el de una ambulancia. Cuando está lejos oímos el sonido grave, mientras que al acercarse éste va siendo cada vez más agudo. Una vez la ambulancia nos sobrepasa se produce el efecto inverso: el sonido de la sirena cada vez se va haciendo más grave. La razón es que, a medida que se acerca a nosotros, los frentes de onda del sonido se van juntando provocando que escuchemos un sonido más agudo; mientras que al alejarse nos llegan los frentes de onda más separados, y por tanto escuchamos un sonido más grave. En el siguiente vídeo se entiende esto mucho mejor.

La primera animación se corresponde con el movimiento por debajo de la velocidad de la luz, como el de una ambulancia. El segundo es el caso en que el avión viaja justo a la velocidad del sonido; mientras que el tercero es cuando viaja por encima de dicha velocidad. Si ponéis atención al segundo caso veréis como el frente de ondas se comprime en la parte delantera (solapamiento), dando lugar en el límite de la velocidad del sonido justamente a lo que vemos en la fotografía: una nube de condensación, conocida como singularidad de Prandtl-Glauert. Como su nombre indica, esta nube es el resultado de la condensación del vapor de agua presente en la atmósfera tras los repentinos cambios de presión provocados tras el paso del avión. En el momento en que se supera la velocidad del sonido el avión adelanta al frente de ondas y se produce lo que se conoce como conificación: los frentes de onda forman un cono detrás del avión. Además se produce un estallido sonoro muy intenso. ¿Queréis saber cómo suena todo esto?

Así pues, el punto clave se encuentra justo en el momento en que el avión rompe la barrera del sonido, momento en que se forma la nube de condensación, que tan bien quedó captada en la foto. Esto explica cómo se crea la nube, pero no por qué tiene los colores del arcoíris. Tratemos de averiguarlo.

¿Arcoíris o iridiscencia?

Como todos sabéis la luz que nos llega del Sol es blanca porque está formada por todos los colores unidos. Sin embargo, el gran Newton demostró a finales del siglo XVII que los colores se descomponen y se hacen visibles individualmente tras atravesar un prisma. Esto es debido a que cada color posee un índice de refracción distinto. Este índice de refracción no es más que una forma de medir la ligera variación que se produce en la velocidad de la luz cuando pasa de un medio a otro.

Antes de seguir debemos aclarar dos conceptos claves como son la refracción y la reflexión. El primero es el fenómeno que ocurre cuando la luz pasa de un medio material a otro tras atravesar la frontera entre ambos; mientras que en el segundo la luz rebota en la frontera y no cambia de medio.

El arcoíris se forma por la ligera diferencia en los índices de refracción de los colores, actuando como prisma el agua de la lluvia. Existen dos mecanismos posibles para que se forme un arcoíris, y que tenéis en la imagen inferior. Solo comentaremos el caso de la derecha, donde la luz realiza solo tres “movimientos” para que el arcoíris sea visible.

  • Cuando un rayo de luz llega a una gota de agua se refracta al pasar del aire al interior de la gota dando lugar a una primera separación de los colores. Existe también una componente de luz reflejada, pero no nos interesa en este caso.
  • Tras recorrer el interior de la gota la luz llega de nuevo a la superficie frontera entre el agua y el aire. De nuevo se producirá una refracción y una reflexión. Si la luz se refracta volviendo a pasar al aire no observaremos nada, ya que su intensidad es muy pequeña, pero si se refleja sí que tendremos algo interesante.
  • El haz reflejado continua viajando por el interior de la gota y, al llegar de nuevo a la frontera, en esta ocasión sí que la atraviesa produciendo una nueva refracción, y una nueva descomposición espectral de los colores. Esto crea el arcoíris.

Esquemas de formación del arcoíris. A la izquierda el arcoíris primario y a la derecha el secundario. Se diferencian entre sí en que los colores salen invertidos.

Haced memoria. ¿Habéis visto alguna vez un arcoíris situado entre vosotros y el Sol? Muy probablemente la respuesta sea negativa. La razón es que el ángulo que forma la luz que entra en la gota con la que sale es de 138º, por lo que los arcoíris solo son visibles cuando estamos de espaldas al Sol.

Esta es una posible explicación a lo observado en la fotografía, aunque otra podría estar en la iridiscencia. Este fenómeno es el responsable de que veamos colores en gotas de aceite, o pompas de jabón, y provoca que dependiendo del ángulo con el que observemos su superficie veamos unos colores u otros.

Cuando se producen en las nubes los causantes son los efectos de la difracción e interferencia de la luz a causa de gotas de agua o pequeños trozos de hielo. Cuando la nube se forma con gotas de un tamaño similar la iridiscencia se manifiesta en forma de corona, de forma parecida a la que observamos alrededor del avión. Existen multitud de imágenes sobre la iridiscencia, similares a la que aparece sobre estas líneas. Si bien es cierto que este fenómeno en muchas ocasiones parece formar una especie de arco alrededor del Sol, existe la posibilidad de que lo que se observa en la fotografía del avión esté causado por la iridiscencia y no por un arcoíris.

Conclusión

Muy bien, apliquemos todo esto a la fotografía del avión. Los colores que se observan son causados por fenómenos ópticos de la luz causados por las gotas de agua condensadas al romperse la barrera del sonido. No podemos confirmar que los colores estén provocados por la refracción, como en un arcoíris, o por difracción e interferencia, como en la iridiscencia; ya que necesitaríamos saber, entre otras cosas, la posición del Sol con respecto al fotógrafo.

Tras debatir estas posibilidades con Francis en la lista de correo de Amazings, no hemos llegado a una explicación concluyente, de modo que vamos a dejarlo en un empate técnico. Cualquiera de los dos fenómenos podría ser responsable de lo que vemos en la fotografía. Lo que sí sabemos seguro es que la ciencia nos regala imágenes fascinantes que nos llevan a descubrir mucho más sobre el impresionante mundo que nos rodea.

Para terminar os voy a dejar una foto y un vídeo de este mismo efecto causados por lanzamientos espaciales. En este vídeo podéis ver la onda de choque producida cuando el cohete que porta el Solar Dynamic Observatory rompe la barrera del sonido; mientras que en esta foto el transbordador espacial Atlantis provoca exactamente el mismo efecto visual que el avión.

Fuente de la imagen: Flickr
Desde hace casi una semana la cuenta de Twitter de la Real Sociedad Española de Física ha comenzado a publicar una serie de mensajes (conocidos como tweets, tadalafil o tuits en castellano) en los que nos hablan sobre curiosidades de la física en tan solo 140 caracteres.

Algunos son de conceptos de física básica que hasta Belén Esteban debería conocer, otros son sobre experimentos o sobre historia de la física, y otros son simplemente sobre fenómenos que vemos todos los días y a los que no hacemos mucho caso, pero que tienen una base física detrás. Lo que está claro es que todos son realmente interesantes y que podéis seguirlos, y por supuesto añadir también vuestros tuits sobre el tema, mediante el hashtag #fisicaentuits.

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Nueva y sorprendente propiedad del grafeno

El amigo Aberron no deja de sorprendernos y en esta ocasión se ha metido a director de un documental científico titulado El mal del cerebro. ¿Queréis verlo? Pues muy fácil, viagra buy more about tan solo tienes que visitar la web elmaldelcerebro.com el jueves a las 21 horas, como bien nos recuerdan desde su cuenta de Twitter.

Recordad que podéis verlo online y comentarlo en Twitter mediante la etiqueta #elmaldelcerebro.

Más información.
Si os digo que puede existir hielo a más de 100ºC, recipe o que realmente la atmósfera de Venus no es gaseosa, viagra me miraríais raro y os tomaríais mis palabras con escepticismo, tadalafil ¿verdad? Si es así, enhorabuena: es una buena señal ser siempre escéptico y no dejar de hacerse preguntas. Sin embargo en este caso la física se empeñará en darme la razón, pues esas dos afirmaciones son correctas. La explicación se encuentra en el estudio de unas gráficas conocidas como diagramas de fases.

Para saber más y entender porqué pueden suceder cosas así no te pierdas mi colaboración de hoy en Naukas: La magia de los diagramas de fases, o cómo puede haber hielo a más de 100ºC.
A pesar de que el término átomo existe desde hace 2400 años, viagra buy durante muchísimo tiempo los seres humanos no hemos tenido la posibilidad de ver estructuras más pequeñas de lo permitido por nuestros ojos. Hoy en día, con la ayuda de avanzados microscopios somos capaces de llegar a ver los átomos individualmente e incluso interaccionar con ellos, advice pero ¿qué hay por el camino entre el mundo microscópico y el atómico?

La impresionante animación creada por el Genetic Science Learning Center de la Universidad de Utah que tenéis más abajo nos lleva desde un grano de café de unos pocos milímetros, hasta un minúsculo átomo de carbono con un tamaño de 340 picómetros. Un picómetro se define como la billonésima parte de un metro, es decir un 1 precedido por 12 ceros. Sin más que desplazar la barra horizontal pasaréis por unas cuantas estructuras biológicas como bacterias, cromosomas o anticuerpos, cada uno de ellos acompañado por su tamaño correspondiente.

Si queréis verlo a un tamaño mayor podéis visitar la web oficial del Genetic Science Learning Center para esta animación. Navegando un poco podréis encontrar muchas más animaciones interesantes y que os serán de gran utilidad si os gusta la biología y queréis saber cómo funciona la genética, las células y muchas otras cosas.

Siguiendo con las escalas y tamaños que hemos visto en la animación, os dejo con una imagen comparativa entre diferentes estructuras creadas por la naturaleza y por el ser humano, que van desde el centímetro hasta los 0,1 nanómetros, unidad que conocemos como Ångstrom. Pinchad sobre la imagen si queréis verla más grande.


Como si de un fluido mágico se tratara en la foto que acompaña a estas líneas podemos ver como tres chorros de líquido no se entremezclan al unirse. La experiencia cotidiana nos dice que si vertemos un líquido sobre otro ambos se unen para dar lugar a un tercero. Esto, capsule siempre y cuando ambos líquidos sean solubles entre sí, pues como ya todos sabéis el agua y el aceite no se llevan especialmente bien y no se mezclan. Sin embargo, lo curioso de las fotos que aparecen en esta entrada es que no tenemos varios líquidos colisionando, ¡es un único líquido! Esto choca directamente contra nuestra intuición, pues si por ejemplo echamos agua en un vaso de agua ambos líquidos se mezclan forzosamente. Entonces, ¿qué está pasando aquí?

El fluido que vemos en las imágenes es aceite de silicona, y los chorros que forma tienen una anchura de tan solo medio milímetro. Este líquido posee unas propiedades físicas muy interesantes que le hacen ser un gran lubricante, aislante eléctrico, o conductor térmico, entre otras muchas cosas. Además, y a modo de curiosidad, es uno de los principales compuestos de un juguete parecido a la plastilina llamado Silly Putty.

Crédito de la imagen: Navish Wadhwa and Sunghwan Jung. Department of Engineering Science and Mechanics, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia

Su viscosidad a temperatura ambiente (unos 25ºC) es algo más de 10 veces superior a la del agua. Para que os hagáis una idea de lo que representa la viscosidad, la definición correcta es que se trata de la resistencia de un fluido a deformarse ante la aplicación de una fuerza tangencial. Como esto es algo complicado de entender, dejémoslo en que en el caso de un líquido la viscosidad es la resistencia del mismo a desparramarse o esparcirse sobre una superficie. No es una definición muy precisa, pero nos sirve para entendernos.

Si queréis podéis hacer un experimento sencillo en el que se puede ver mejor qué es esto de la viscosidad. Coged dos vasos y llenadlos de agua por la mitad. En uno de ellos verted agua desde una altura de unos 50 centímetros, mientras que en el otro verted leche también desde esa misma altura. ¿Cuál de los dos líquidos salpica menos? Si lo habéis hecho bien habréis comprobado como el que menos salpica es la leche. Esto se debe a que su viscosidad es algo más de dos veces superior a la del agua, luego es más complicado que se desparrame.

Volviendo a nuestro tema, y una vez presentado nuestro curioso fluido tratemos de explicar por qué parece no mezclarse consigo mismo. Usando el término científico correcto, deberíamos decir que no sufre coalescencia, pero ante un palabro así creo que mejor con quedamos con mezclarse, que nos sirve para hacernos una idea. El motivo simplemente está en que los chorros de las imágenes poseen una fina capa de aire que los envuelve, no permitiendo que se mezclen. Así pues, la fina película de aire que rodea las gotas de aceite de silicona no permite que se junten con el chorro central y provocan que este se doble. Sencilla explicación para un fenómeno tan bonito.

La ciencia es asombrosa

Fuente de las imágenes: Physics Central.
A pesar de que trabajamos con núcleos a diario, viagra dosage y entendemos gran parte de la física que explica su funcionamiento, ask el núcleo atómico no deja de ser una verdadera caja de sorpresas aún por descubrir. Por muy básicos que sean los conocimientos sobre física de una persona si le preguntas de qué están compuestos los átomos probablemente te responderá que de tres tipos de partículas: protones, neutrones y electrones. Esto es completamente cierto, pero ¿sólo hay estos tres tipos?

Si habéis escuchado o leído noticias sobre los grandes aceleradores de partículas como el LHC habréis visto u oído algunas palabras más técnicas como hadrones, bosones, o quarks, que quizá se queden un poco en el olvido por culpa de no entender muy bien lo que son. Dentro de los modelos actuales de física de partículas estos son solo unas pocas de todas las partículas que existen en la naturaleza. Muchas de ellas son tan raras que seguramente no escuchéis hablar de ellas nunca, pero ahí están y su presencia hace posible que la materia exista tal y como es.

Vamos a hacer un repaso al átomo comenzando desde el interior y yendo hacia el exterior, aprovechando también para comentar algunas curiosidades sobre las interacciones existentes en cada escala. Nuestra primera parada son, por tanto, los quarks.

Quarks, sabores y colores

Se conocen como quarks las partículas elementales de las que están hechos los protones y los neutrones, y por tanto los pilares básicos sobre los que está constituida la materia. Existen 6 tipos de quarks, cada uno con unas propiedades características. Lo que más llama la atención de las propiedades de los quarks es que su carga eléctrica es fraccionaria, es decir, es una porción de la unidad de carga e del protón (-e para el electrón). Esto, que puede chocan en un principio, es completamente lógico, como veremos más adelante.

Creación de dos nuevos quarks al tratar de separar una pareja, dando lugar a dos parejas distintas

Los quarks no existen en la naturaleza en estado aislado, sino que siempre se encuentran en parejas o tríos formando otras partículas. Pero, ¿qué pasaría si comenzamos a aplicar energía sobre una pareja de quarks? ¿Lograremos separarlos si tenemos la energía suficiente? La respuesta es no. Por mucha energía que se aplique jamás lograremos que manternerlos aislados más allá de un tiempo minúsculo. Esto es porque llega un momento en que la energía que les hemos suministrado es suficiente para que la conviertan directamente en otros dos quarks que acompañen a los que teníamos inicialmente. Es decir, hemos convertido una pareja de quarks en dos.

Cada quark da un sabor especial a la partícula de la que forma parte. La lista siguiente son los 6 quarks con su respectiva carga eléctrica y su sabor:

  • Quark up (arriba). Carga eléctrica +2/3. Sabor arriba.
  • Quark down (abajo). Carga eléctrica -1/3. Sabor abajo.
  • Quark charm (encanto). Carga eléctrica +2/3. Sabor encanto.
  • Quark strange (extraño). Carga eléctrica -1/3. Sabor extrañeza.
  • Quark top (cima). Carga eléctrica +2/3. Sabor verdad.
  • Quark bottom (fondo). Carga eléctrica -1/3. Sabor belleza.

Los dos primeros son los que unidos dan lugar al protón (unión de 2 up y un down, carga eléctrica total 1) y al neutrón (unión de un up y 2 down, carga eléctrica total 0). El último quark en ser descubierto fue el top, en 1995, que recibe su nombre debido a que es el más masivo de todos. Curiosamente es casi tan masivo como un átomo de oro, que está constituido por 79 protones y 118 neutrones.

Esquema de un neutrón con sus sabores y sus cargas de color

A pesar de que las cargas eléctricas de mismo signo se repelen dentro del protón conviven dos quark up de carga +2/3. Podría parecer que este hecho antes o después fuera a provocar la destrucción del protón, pero no es el caso pues se estima que su vida media es del orden de 1030 años. Si este valor no os dice nada, quizá sabiendo que el universo tiene aún poco más de 1010 años ponéis el número en perspectiva. ¿Cómo es posible, por tanto, que se puedan juntar sin problemas estos dos quarks dentro de un protón? La respuesta está en un tipo de interacción nuclear conocida como interacción nuclear fuerte.

Existen cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza y esta es la más intensa de todas, de ahí su nombre. Poniendo números a la intensidad de esta interacción podemos estimar que es del orden de 100 MeV. ¿Esto qué quiere decir? Pues que si queremos separar dos quarks tenemos que golpear a la partícula que los contiene con al menos esa energía. Por este motivo se han descubierto quarks tan recientemente en los aceleradores de partículas, porque la energía necesaria para romper los protones o neutrones es muy elevada.

La interacción fuerte también es la responsable de unir los protones dentro del átomo, y tiene un alcance muy limitado. No funciona a escalas mayores que el propio núcleo atómico, es decir del orden de 10-15 metros, unidad que se conoce como femtómetro o fermi. La partícula pegamento que une los protones o los quarks recibe el nombre de gluón y también tiene carga, aunque en este caso no es eléctrica sino que se llama carga de color. Este color puede ser rojo, verde o azul. Y como casi todo en la naturaleza tiene su antagonista, en este caso tenemos los anticolores: antirojo, antiverde y antiazul. Para aclarar posibles confusiones, no debéis imaginaros la carga de color como si los quarks tuvieran realmente un color que podamos ver. Esto sería imposible. Debemos verla simplemente como una propiedad física más de las partículas, como puede ser su carga eléctrica o su masa.

Interacción débil y decaimiento radiactivo

Hemos hablado de los quarks y visto que existen 6 tipos diferentes, pero ¿por qué los protones y los neutrones solo están formados por dos de estos quarks? Para responder a esta pregunta tenemos que pasar a otra de las fuerzas fundamentales: la interacción nuclear débil.

Desintegración beta de un neutrón decayendo en un protón, un electrón y un neutrino

Esta interacción lleva también el apellido de nuclear ya que tiene como rango de alcance únicamente el núcleo atómico. Afecta directamente a los quarks haciendo que los más pesados se transformen en quarks más ligeros. Sabiendo que los quarks up y down son los menos masivos tenemos ya la respuesta a nuestra pregunta: todos los quarks masivos tienden a decaer hacia ellos y por tanto son más estables y pueden formar partículas con una vida media muy grande como es el caso de los protones y los neutrones. En este aspecto el ejemplo del quark top es extremo pues es tan masivo que ni siquiera tiene tiempo de juntarse con otros quarks para formar partículas. El pobre pasa su minúsculo tiempo de vida él solo hasta decaer en un quark bottom.

Esta fuerza también es responsable de jugar con el sabor de los quarks haciendo posible que un protón se convierta en un neutrón, y viceversa, sin más que conmutar un quark up por uno down. Existen más partículas resultado de este decaimiento, pero nos centraremos en ellas más tarde. Solamente decir que una de ellas es el electrón y que este decaimiento recibe el nombre de desintegración beta.

Hay más tipos de decaimientos radiactivos que dan lugar a otras radiaciones como la radiación alfa o la radiación gamma, pero que no tienen que ver con la interacción débil sino con la fuerte y la electromagnética, respectivamente. No las trataremos aquí más allá de comentar que la radiación alfa son núcleos de helio que escapan tras la desintegración de un núcleo masivo en otro más ligero; y que la radiación gamma son fotones producto de la aniquilación de una partícula con su antipartícula.

Así pues, a modo de resumen, la fuerza nuclear débil se encarga de transformar el sabor de los quarks haciendo que éstos tiendan a decaer en quarks más ligeros. Las partículas portadoras de esta fuerza son los bosones W y Z, y si la comparamos en intensidad con la nuclear fuerte nos damos cuenta de que los nombres que les hemos dado tienen su razón de ser: la fuerza débil es del orden de un millón de veces menos intensa que la nuclear fuerte.

Capa electrónica

Terminamos nuestro recorrido por el átomo con la capa electrónica. Como todos sabéis, los electrones son unas partículas que poseen una carga eléctrica negativa. Orbitan el núcleo atómico y son los principales protagonistas de la mayoría de las propiedades físicas y químicas a la materia. Hasta donde sabemos son puntuales, es decir no están compuestos por ninguna otra partícula. Al no estar formado por quarks, el electrón debe catalogarse en un grupo diferente de partículas que los protones o los neutrones. Es el grupo de los leptones.

A pesar de que el átomo nos puede parecer pequeño, lo cierto es que es infinitamente más pequeño de lo que pensamos. Los electrones se encuentran muy separados del núcleo atómico, causando que prácticamente la totalidad del átomo sea espacio vacío. En el caso del átomo de hidrógeno, que solo está formado por un protón y un electrón, la distancia que separa el protón y el electrón es equivalente a considerar como núcleo un balón de fútbol y como electrón una minúscula mota de polvo orbitando a más de 7 kilómetros de distancia. Visto de otra manera: si el Sol fuera un protón, el electrón se encontraría más allá de la órbita de Plutón.

Acostumbrados al mundo macroscópico una cosa así escapa de nuestra imaginación, pero en el mundo cuántico las cosas siempre son diferentes. La interacción que hace posible que los electrones orbiten el núcleo atómico recibe el nombre de fuerza electromagnética. Es muy intensa a cortas distancias, aunque se queda dos órdenes de magnitud por debajo de la poderosa interacción fuerte que mantiene pegados los protones en el núcleo. A diferencia de las dos fuerzas nucleares vistas más arriba, esta interacción es de largo alcance, es decir va disminuyendo poco a poco su intensidad haciéndose cero en el infinito. La partícula que transmite la interacción electromagnética es conocida por todos: el fotón.

Más allá del átomo

Hasta ahora hemos hablado de algunas partículas: los quarks, el electrón, el gluón, los bosones W y Z, y el fotón. A continuación vamos a hacer una distinción más y a separar las partículas en dos grandes grupos. El primero es el de las partículas que dan lugar a la materia, y el segundo será el de las partículas propagadoras de interacciones (fuerzas).

Los quarks y los electrones se encuentran en el primer grupo, y por tanto son fermiones. En este grupo deben añadirse todas las partículas formadas por los quarks (como protones y neutrones) y varios leptones más compañeros del electrón, como el muon, el tau y los neutrinos.

La historia del muon es bastante larga, pues desde que se descubrió en los rayos cósmicos en 1936 ha ido cambiando varias veces de nombre hasta que se finalmente se adoptó el actual al verse que no estaba compuesto de quarks, sino que era una partícula elemental como el electrón. Su vida media es de tan solo 2 millonésimas de segundo por lo que es necesario que viaje a grandes velocidades para que la dilatación temporal predicha por la Relatividad Especial nos permita estudiarlo. Comentar como curiosidad que se han logrado crear átomos en los que el muon sustituye al electrón (ambos tienen carga -1) y que estos son estables hasta que el muon se desintegra. Esto también puede hacerlo su antipartícula, el antimuón, que sustituyendo al protón puede crear un átomo similar al hidrógeno que recibe el nombre de muonio (un antimuón y un electrón).

En cuanto a los neutrinos mucho se ha escrito últimamente sobre su aparente violación del límite de la velocidad de la luz. Desde luego todavía es muy pronto para sacar cualquier tipo de conclusión al respecto, pues hacen falta más experimentos que lo confirmen. Sin embargo, esta no es la única violación que podrían provocar los neutrinos. Si se confirma que su masa no es nula (todo parece indicar que es ínfima, pero no idénticamente cero) estaría violando la conservación de un número cuántico llamado número leptónico. Menudo dolor de cabeza para los físicos es nuestro amigo el neutrino…

Simulación de cómo se observaría el bosón de Higgs en el LHC

Nos falta hablar de algunos términos como hadrones o bosones que también salen a menudo en los medios de comunicación. Los hadrones se definen como el grupo de partículas que sienten la interacción fuerte, y por tanto están formadas por quarks. Dentro de los hadrones hay dos categorías, los mesones y los bariones. Se diferencian en que los primeros son las partículas formadas por dos quarks (un quark y un antiquark) y los segundos son las formadas por tres quarks, como el protón o el neutrón.

Por otro lado, los bosones son las partículas que poseen espín entero, a diferencia de los fermiones que lo tienen semientero. Los ejemplos más representativos son las partículas transmisoras o propagadoras de las interacciones, tales como el fotón, el gluón, y los bosones W y Z. Estos bosones se corresponden con los propagadores de tres de las cuatro fuerzas fundamentales, así que ¿de cuál nos hemos olvidado? Pues de la gravedad. Esta fuerza es tan pequeña a escalas atómicas que es prácticamente despreciable. Sin embargo, su partícula transmisora también es un bosón que recibe el nombre de gravitón. Hasta el momento no ha sido detectado experimentalmente, es decir es una partícula hipotética. También es hipotético, a día de hoy, el famoso bosón de Higgs que el LHC se empeña en encontrar, y que seguramente detecte durante este año 2012. Ya hemos puesto bosón a cada una de las fuerzas fundamentales, de modo que el bosón de Higgs no puede transmitir otra fuerza. Su misión es mucho más fundamental: dotar de masa a las partículas elementales. El vídeo del Fermilab que tenéis más abajo lo explica fenomenalmente.

Se podrían contar muchas más cosas, pero creo que con esto es más que suficiente para que os hagáis una idea básica (o no tan básica) del modelo estándar de la física de partículas. Si queréis saber más os recomiendo encarecidamente que visitéis la web The Particle Adventure. Navegando por sus secciones descubriréis muchas más cosas sobre el modelo estándar, la física de partículas o los grandes aceleradores.

Resumen y datos curiosos

  • Existen cuatro fuerzas elementales: nuclear fuerte, nuclear débil, electromagnética y gravitatoria.
  • Las partículas propagadoras de estas fuerzas son: el gluón, los bosones W y Z, el fotón, y el gravitón.
  • Si consideramos la intensidad de la fuerza electromagnética con un valor de una unidad, la nuclear valdría 100 unidades, la nuclear débil 0,0001 y la gravitatoria sería completamente despreciable.
  • Si quisiéramos que en el átomo de hidrógeno la interacción gravitatoria fuera igual de intensa que la electromagnética el protón debería pesar casi 4 millones de toneladas.
  • Existen 12 tipos de quarks (6 quarks y 6 antiquarks) que pueden poseer 6 sabores y 6 colores (3 colores y 3 anticolores) distintos.
  • El quark top es tan masivo como un átomo de wolframio, y solo ligeramente menor que uno de oro.
  • La vida media de un protón es muchísimo mayor que la edad del universo. Menos mal, porque no quisiera desintegrarme espontáneamente.
  • Prácticamente el 100% del átomo es espacio vacío.
  • Si el Sol fuera un protón, el electrón se encontraría más allá de la órbita de Plutón.
  • El muon puede sustituir al electrón para crear un núcleo estable durante 2 millonésimas de segundo. De igual forma, el antimuón puede sustituir al protón para crear el muonio.
  • Los neutrinos son capaces de atravesar la materia prácticamente sin interaccionar con ella.
  • El escurridizo, y aún hipotético, bosón de Higgs dota de masa a las partículas elementales del modelo estándar.

En España los políticos no quieren que haya dinero para hacer ciencia, look pues consideran mucho más prioritarias otras actividades a corto plazo que dan pan para hoy y hambre para mañana. Obviamente, sin dinero no se puede mantener un centro de investigación con gente luchando por sacar adelante proyectos de investigación. Y lo que es peor, ni siquiera se puede mantener a los pobres becarios, licenciados recién titulados con infinitas ganas de hacer cosas, cobrando un sueldo lamentable. El resultado de todo esto es de sobra conocido: España está y continuará estando durante muchos años, si nuestros políticos no lo solucionan pronto, a la cola del desarrollo científico y del I+D+i.

Con intención de hacer llegar a la población el malestar presente entre los científicos de este país, el investigador Lucas Sánchez ha decidido crear un vídeo denuncia que os dejo a continuación. Porque cuando te sientes apartado y humillado por los constantes desprecios de unos políticos cuyo único motivo para abrir un centro de investigación es poder ir a inaugurarlo y hacerse una foto para la prensa, hay que alzar la voz para hacerse notar.

Se trata de su centro de investigación, que debe ser de los pocos que aún consiguen aguantar, y nos muestra unos laboratorios fríos y vacíos. Igual de fríos y vacíos que la ciencia con cero plazas. Es bastante triste lo que ocurre en España cuando en otros países los investigadores tienen sueldos con los que no tienen que malvivir, y sus políticos aprecian la ciencia como lo que es: algo útil y necesario para el crecimiento económico, cultural e intelectual de un país.

Llegado este momento quizá la mejor opción sea irse al extranjero para no volver, como nos cuentan algunos amigos y compañeros investigadores como Mario Herrero o Shora, que desgraciadamente están viviendo este drama en primera persona.

¡¡Mucho ánimo, compañeros!!
Hace un tiempo os hablaba sobre el grafeno y las increíbles propiedades que tiene este material, information pills pero recientemente se ha encontrado otra realmente sorprendente: es invisible para el agua en humectación. Para entender un poco mejor de qué se trata Fancis Villatoro (@emulenews) ha hecho su particular análisis científico del asunto:

Muchas gracias a César Tomé (@EDocet) por avisarnos en un primer momento de de la noticia publicada en MaterialsToday:

Si queréis saber más sobre el grafeno podéis echarle un vistazo a la pequeña charla que di en las jornadas Amazings Bilbao 2011.

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Documental: El mal del cerebro

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