Para saber más y entender porqué pueden suceder cosas así no te pierdas mi colaboración de hoy en Amazings: La magia de los diagramas de fases, o cómo puede haber hielo a más de 100ºC.

Un arcoíris sónico: bit.ly/wo6dup #fotazo

— Milhaud (@Milhaud) enero 25, 2012

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

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.

El grafeno es casi invisible para el agua en humectación wp.me/paaul-4zM

— Francis Villatoro (@emulenews) enero 24, 2012

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

#AA El grafeno es invisible para el agua materialstoday.com/view/23406/gra… | ¡Alucina, vecina! cc @Wis_Alien

— Experientia docet (@EDocet) enero 23, 2012

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

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!!

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.

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.

El jueves, a las 21h, el documental podréis verlo en elmaldelcerebro.com. La segunda parte se publicará una semana después.

— El mal del cerebro (@elmaldelcerebro) enero 17, 2012

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

Más información.

Un quilate es una antigua unidad de medida destinada a decirnos la cantidad de metal precioso, en este caso oro, que tiene una joya. Hoy en día se sigue utilizando ya que se ha asentado en el mundo de la joyería por su facilidad de utilización. Antes de continuar debemos de tener cuidado ya que la unidad de medida quilate puede hacer referencia a dos magnitudes distintas. Existe el quilate como unidad de masa, cuya equivalencia son 200 miligramos, y existe el quilate como unidad de pureza del oro. Ambas tienen su origen hace muchísimos siglos aunque esta última es la que realmente nos interesa ahora.

En el caso de la plata, antiguamente se medía en dineros, aunque está en desuso. Simplemente se suele decir eso de “plata de ley”. Realmente la ley es una unidad de medida que nos habla de la pureza de diferentes elementos o aleaciones, y por tanto los quilates y los dineros son unidades que miden la ley de una joya de oro o de plata, respectivamente.

Así pues, los quilates como unidad de pureza hacen referencia al grado de oro que tiene una joya. A mayor pureza, más cantidad de oro, y por tanto mayor valor de la pieza. La forma de medir los quilates es ligeramente diferente a lo que estamos acostumbrados, que son los porcentajes (partes por cada 100), pues lo que utiliza son las partes por cada 24. Es decir, si una joya tiene 18 quilates es que 18 de 24 partes de la misma son oro. Dicho cotidianamente, un 75% de la joya es oro (18/24=0,75). Para la plata, los dineros se medían en partes por cada 12, luego 9 dineros equivale a una joya formada por un 75% de plata.

Así pues, en principio una pieza de 24 quilates estaría completamente hecha de oro, ya que tendría 24 de 24 partes de oro, y una de 12 dineros estaría hecha completamente de plata. Sin embargo, ¿es eso cierto?

Bloque de 250 kg de oro puro de 4N de pureza

La respuesta es no. Ninguna joya de oro de 24 quilates, o plata de 12 dineros, se libra de tener impurezas. Si habéis leído el post en Amazings ya sabréis que la notación que se ha adoptado para simplificar la escritura de la pureza de los compuestos es el “número de nueves” de pureza. Es decir, si tenemos un material con una pureza del 99,9% se dirá que tiene una pureza de 3N (“tres nueves”). Para el caso del oro de 24 quilates se estipula que éste debe tener al menos una pureza de 3N, es decir debe estar compuesto en un 99,9% de oro. Para la plata la cosa cambia y, en España, ya se considera “plata de ley” a partir de un 80% de plata.

Ahora bien, ¿todo esto que quiere decir? ¿Nos están vendiendo gato por liebre? Pues en parte sí. Para la plata, y teniendo el dato comentado anteriormente, poco más se puede añadir. Puedes adquirir una joya que tenga desde 2 de cada 10 gramos de impurezas hasta alguna de muy buena calidad de 3N de pureza. Por supuesto, y aunque ambas sean platas de ley su diferencia estará en el precio, pues depurar un elemento químico es un trabajo costoso y laborioso. En cuanto al oro, un bonito colgante de oro de 18 quilates que pese 10 gramos tiene 2,5 gramos de otros elementos químicos ajenos, como pueden ser el cobre, la plata, el paladio o cualquier otro que consiga dotarlo de mayor dureza. Hacer esto es completamente necesario incluso si lo que tenemos es una joya de oro de 24 quilates pues en caso contrario se podría rayar con una facilidad asombrosa, ya que el oro tan solo posee una dureza de 2,5 en la escala de Mohs.

A pesar de que las impurezas son algo que parece devaluar el valor de una joya, existen algunas aleaciones que consiguen colores muy interesantes para la joyería. El famoso oro blanco es un claro ejemplo de ello. Para lograrlo se suele alear el oro con paladio y plata, o con níquel, cobre y zinc. Existen más posibilidades aunque estas son las usadas en joyería. También existe oro rojo o rosa dependiendo de la cantidad de cobre que se le añada al oro; oro verde juntando simplemente oro y plata (realmente su color es amarillo verdoso); o colores más extraños como el oro negro rico en cobalto, el oro púrpura rico en aluminio, o el oro azul rico en indio. En definitiva, se pueden crear muchos colores diferentes creando aleaciones de oro con otros metales. Eso sí, la pureza debe disminuir forzosamente llegando como mucho a los 18 quilates. En la imagen superior tenéis los diferentes colores que se pueden formar aleando oro, plata y cobre en distintos porcentajes.

Respondiendo a la pregunta que da título a este artículo: sí, existe el oro puro de 24 quilates; pero su pureza no es excesivamente grande pues en joyería únicamente alcanza un valor de pureza de 3N. Existen, sin embargo, algunas muestras de oro que se han refinado a purezas mayores, siendo la de más pura una muestra fabricada por Perth Mint con la increíble pureza de 6N.

Moraleja: no es oro todo lo que reluce… pero casi

Mi charla titulada ¿Hay futuro para el grafeno? fue el sábado por la tarde y creo haber logrado que la gente conozca un poco más lo que es el grafeno y las aplicaciones futuras, muchas de ellas casi de ciencia ficción, así como las que ya se han logrado. Como muchos de vosotros no pudisteis ir a Bilbao, se emitió todo el evento a través de internet, en streaming, gracias a EITB que realizó un trabajo fantástico. Por este motivo, las charlas también fueron grabadas y hoy puedo dejaros aquí el vídeo de mi intervención por si algún despistado no la ha visto. Podéis ver el resto de charlas visitando Amazings.es, donde se irán colgando periódicamente, o navegando directamente a la categoría Amazings2011 donde aparecen de forma ordenada todas las que ya han colgado.

Además de la charla, también fui invitado a participar en el programa de Radio Euskadi (EITB) La Mecánica del Caracol, dirigido por Eva Caballero, de modo que os dejo a continuación la parte del programa donde sale mi entrevista. Si queréis escuchar el programa entero podéis hacerlo aquí.

Sin más, agradecer una y mil veces a todos los compañeros que han hecho posible que las Jornadas Amazings Bilbao 2011 hayan sido un completo éxito, logrando llenar durante prácticamente los dos días una sala de 500 localidades, y con una expectación en internet sin precedentes. ¡¡¡Sois los mejores!!!

Nos vemos el año que viene en el Amazings 2012, sea en Bilbao, o en alguna ciudad de sus afueras como puede ser Berlín