Captan impresionante imagen de auroras boreales

northern_lights_iss_20131009 (1)

El astronauta estadounidense Mike Hopkins, abordo de la Estación Espacial Internacional, compartió esta imagen donde se aprecian auroras boreales.

Las auroras, que por regular se producen en el hemisferio norte del planeta, son causadas por choques entre partículas que se mueven por el espacio muy rápido (electrones), los cuales chocan contra el gas que en forma de oxígeno y nitrógeno se encuentra en nuestra atmósfera.

Los electrones se originan en la magnetósfera que es la región del espacio controlada por los campos magnéticos terrestres. Y en la medida en que estos electrones “llueven” sobre la atmósfera, estos les comparten energía a las moléculas de nitrógeno y oxígeno haciendo que se existen. Cuando las moléculas regresan a su estado normal, liberan fotones: pequeñas descargas de energía en forma de luz que se convierten en auroras boreales.

___

Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Nasa

_____________________

Anuncios

Científicos descubren cómo controlar electrones para desarrollar computadoras cuánticas

computacion_cuantica

Investigadores de Instituto Niels Bohr, junto con colegas de Estados Unidos y Alemania, han desarrollado un método para controlar un bit cuántico a través de la comunicación cuántica en una serie de puntos, que se comportan como átomos artificiales en estado sólido. Los resultados ya han sido publicados en la revista Physical Review Letters.

En un ordenador convencional, la información está hecha de bits de 0’s y 1’s. En la  computación cuántica, en cambio, estos números pueden convivir simultáneamente, permitiendo un tipo de computación paralela en donde largos números de estados computacionales pueden coexistir al mismo tiempo en una misma máquina.  Esto hace que una computadora cuántica sea exponencialmente más rápida que una convencional. Pero el verdadero problema  con el mundo cuántico radica en que estos estados cuánticos no pueden ser medidos ya que, si son medidos, paradójicamente pierden sus propiedades cuánticas.

“Hemos desarrollado una nueva manera de controlar electrones de tal manera que el estado cuántico puede ser controlado sin ningún tipo de medición”, explica el profesor Charles Marcus, del Instituto Neils Bohr de Copenhague.

Ha explicado que se han podido aplicar estados sólidos clásicos a escala nanométrica con técnicas de resonancia que se aplican en física atómica.

En un material semiconductor existen electrones libres que se mueven entre el material de la estructura.  La información es guardada en el movimiento del electrón que puede subir y bajar. Pero los electrones y su giro deben ser controlados.

“Lo que hicimos fue capturar cada uno de estos electrones en una especie de ‘caja’. Cada caja consiste en punto cuántico, que es un átomo artificial. Los puntos cuánticos están incrustados en el semiconductor y cada punto cuántico puede capturar un electrón. Cuando abrimos y hacemos que cada caja haga contacto con la otra (se utilizaron tres) los electrones pueden ‘percibir’ la presencia del otro. Las tres cajas juntas forman una sola entidad llamada qubit o qubit cuántico”, dice Marcus.

Luego, desde el exterior es enviada

quantumcommu

El profesor Charles Marcus en su laboratorio de la Univesidad de Copenhague. /Crédito: Phys.org

una señal eléctrica y rápidamente se abren las cajas y el sistema comienza a balancearse en una vibración dinámica. Los investigadores pueden utilizar esto para cambiar el estado cuántico de los electrones.

Combinando tres electrones en un punto cuántico triple y aplicando un campo de energía a una frecuencia determinada que separa los niveles adyacentes de energía, los científicos pueden controlar el giro de los electrones sin la necesidad de medirlos,

El próximo paso será crear no solamente una secuencia de tres puntos cuánticos, sino muchísimo más secuencias. Como hemos dicho ya, una secuencia forma 1 qubit, por lo tanto se necesitarán más secuencias para crear más bits para que una hipotética computadora pueda funcionar.

“El potencial de una computadora cuántica es que será capaz de realizar una infinidad de cálculos al mismo tiempo. Por lo tanto será mucho más rápida que una computadora convencional y serán capaz de resolver problemas y otras cuestiones que  actualmente  son imposibles de realizar, debido a que llevarían mucho tiempo”, afirma Marcus,

Hay que decir que, por el momento, las computadoras cuánticas no se utilizarán en nuestra vida cotidiana, ni las podremos comprar en cualquier supermercado. Pero  seguramente en pocos años serán una herramienta útil para hacer investigaciones en laboratorios que las utilizarán para hacer cálculos complejos como los necesarios para predecir el clima o para hacer simulaciones de átomos, moléculas y quizá tal vez hasta de todo el contenido del universo.

___

Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Phys.org

_____________________

Un nuevo tipo de materia oscura podría formar átomos obscuros

AndromedaGalex_2048

La misteriosa materia oscura, que es responsable de la producción de la materia ordinaria que existe en el universo, podría estar compuesta, en parte, por átomos, protones y electrones invisibles y casi intangibles.

La materia oscura es una sustancia invisible que representa el 23% de toda la materia que hay en el universo. Los científicos pueden inferir la existencia de esta materia gracias a que interfiere, debido a la fuerza de gravedad que produce, en el movimiento de estrellas y galaxias.

La mayoría de los investigadores piensan que la materia oscura está compuesta por un nuevo tipo de partículas que interactúa muy débilmente con todas las fuerzas conocidas del universo.

“No hay una buena razón para asumir que toda la materia oscura en el universo está compuesta por un solo tipo de partícula”, afirmó el autor del estudio, Andrey Katz, de la Universidad de Harvard.

Estas nuevas partículas de materia oscura estarían formadas, esencialmente, por pesados y “oscuros protones” y de livianos “electrones oscuros”. Estos podrían interactuar unos con otros para formar “átomos obscuros” que utilizarían “fotones obscuros” a través de una especie de “electromagnetismo obscuro”. El proceso sería el mismo que sucede en la vida diaria donde los electrones y protones interactúan a través de fotones gracias al electromagnetismo convencional y en el que también se forman átomos de los que está compuesta toda la materia visible (incluyéndonos a nosotros mismos).

En este sentido, si los “átomos obscuros” son posibles, podrían interactuar unos con otros para construir una llamada “química oscura” que sería opuesta a los procesos químicos ordinarios.

“El mundo obscuro, incluso, podría ser tan diverso e interesante como el mundo visible”, escribieron Katz y sus colegas en la revista Physical Review Letters.

La interacción entre “protones oscuros” y “electrones oscuros” podría hacer que pierdan energía a lo largo del tiempo. Esto haría que redujeran su velocidad lo suficiente para agruparse en discos planos alrededor de las galaxias, tal y como lo hace la materia ordinaria. Aparentemente, y en contraste, la mayoría de la materia oscura forma halos esféricos alrededor de las galaxias, estrellas y planetas.

Este concepto significa que las galaxias tendrían dos discos: uno hecho por átomos regulares y el otro formado por átomos obscuros. A esto los investigadores le llaman el modelo de doble disco de materia oscura y la idea ha comenzado popularizarse entre la comunidad científica.

“El modelo de doble disco de materia oscura es un nuevo giro en un concepto interesante: y es que la física de la materia oscura podría ser tan complicado e intrigante como lo es la física que rige a la materia ordinaria”, comentó Sean Carroll quien trabaja como físico teórico en el Instituto de Tecnología de California, y quien no forma parte del equipo de Katz.

De hecho, Caroll y sus colegas habían sugerido, antes de que el nuevo modelo fuera dado a conocer, que podría existir “una fuerza oscura que fuera muy similar al electromagnetismo ordinario con cargas positivas y negativas”. “Este modelo implicaría radiación oscura, campos electromagnético oscuros y una serie de otros fenómenos interesantes”, añade.

Por otro lado, los efectos gravitacionales de un disco obscuro de átomos en estrellas y galaxias podría ser detectado, eventualmente, a través del Observatorio Espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea, que tiene programado su lanzamiento el próximo octubre de 2013 y cuyo objetivo será el de crear un mapa del movimiento que experimentan aproximadamente mil millones de estrellas.

Además, desde que se propusiera que esta nueva forma de materia oscura pudiera moverse de forma más lenta que la materia ordinaria, se piensa que es más susceptible de ser capturada por la Tierra, por el Sol o por otro cuerpos pesados. Y la aniquilación de esta materia oscura que fuera capturada por el Sol podría resultar en fluctuaciones de neutrinos, que pueden ser medidos directamente a través del Observatorio de Neutrinos IceCube que actualmente se encuentra en funcionamiento en el Polo Sur.

Adicionalmente, los electrones y protones oscuros, que podrían tener también su contraparte de antimateria (anti-electrones oscuros y anti-protones oscuros), podrían chocar unos con otros (electrones con anti electrones, por ejemplo) y producir rayos gamma que es la forma más energética de luz. Además, los átomos oscuros podrían formar nubes de plasma que, en su momento, pudieron haber contribuido en la formación del universo temprano y que también pudo haber tenido efectos en la la estructura cósmica a gran escala que hoy podemos ver.

“Las teorías de la materia oscura, sumado con las nuevas fuerzas, les proporcionan a los teóricos de un maravilloso campo de juego para que puedan desarrollar nuevos modelos teóricos de física de partículas”, dijo Carroll.

_______________________________________________________

Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Space.com

_____________________

Logran tomar la primera imagen real del universo cuántico

Imagen real de niveles de Landau predichos en 1930 por el físico y premio Nobel de Física Lev Landau /Imagen: http://www.dailygalaxy.com

Un grupo de científicos ha podido determinar con precisión, por primera vez y mediante imágenes, los llamados niveles de Landau, que son los estados cuánticos que determinan el comportamiento de los electrones en un campo magnético fuerte y que fueron predichos teóricamente por el ganador del premio Nobel Lev Landau en 1930.

Los responsables de probar la teoría son investigadores de la Universidades de Warwick y de Tohoku, quienes han revelado la estructura de los anillos internos de estos niveles de Landau en la superficie de un semiconductor.

Uno de los retos del experimento fue el tener suficiente resolución espacial con la finalidad de superar el desorden intrínseco en el material que, generalmente, solamente permite un tipo de observación difuminada y borrosa de los estados cuánticos.

En este sentido, las imágenes muestran claramente que Lev Landau estaba en lo correcto cuando predijo que, en un sistema limpio, los electrones tomarían la forma de anillos concéntricos, cuyo número se incrementa de acuerdo con sus niveles de energía. Este comportamiento forma la base del llamado efecto Hall cuántico.

“Este es un emocionante paso para nosotros porque estamos viendo, de forma real y por primera vez, el funcionamiento y el estado mecánico-cuántico de las ondas de los electrones en materiales reales”, afirmó el profesor Rudolf Roemer del departamento de Física de la Universidad de Warwick, quien también comentó: “A primera vista todo esto de los estados cuántico podría parecer que está fuera de la vida cotidiana, sin embargo la pregunta sobre qué define a un kilogramo sigue siendo materia de debate, aunque el espacio entre los anillos de estos niveles de Landau actúan como un tipo de marca para un peso universal. Entonces, la próxima vez que que midas la cantidad de azúcar que necesitas para hornear un pastel, deberás pensar que en realidad estás haciendo uso de estos anillos cuánticos y de sus niveles”.

Los resultados del experimento ya han sido publicados en el más reciente número de la revista Physical Review Letter.

_______________________________________________________

Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Daily Galaxy

___________________

Noticias relacionadas: 

La función de onda de la mecánica cuántica es un estado real, afirma estudio.

 

 

 

La vida en Europa, una de las lunas de Júpiter, podría estar escondida debajo del hielo

Considerada una de las fuentes potenciales para la vida extraterrestre en el Sistema Solar, Europa, la luna más pequeña de Júpiter, podría esconder vida en las profundidades de su océano bajo su corteza helada. Algunos organismos podrían, inclusive, viajar hacia su superficie a través de grietas e inestabilidades en su corteza. Pero la radiación proveniente de la magnetósfera del gigante gaseoso constantemente rocía a la pequeña luna y esto podría aniquilar la vida en aguas poco profundas, haciéndola difícil de detectar con alguna sonda o con algún hipotético vehículo que estuviera en su superficie.

De hecho, un grupo de científicos están buscando ahora determinar experimentalmente con qué profundidad la vida orgánica necesita esconderse en Europa con el fin de evitar que esta, si es que existe, sea destruída.

La magnetósfera de Júpiter bombardea las lunas con electrones de alta energía en el rango de los megaelectro voltios (MeV), pero la mayoría de la información científica sobre cómo las radiación de alta energía afecta a los organismos se ha centrado en el campo de la medicina, donde los estudios intentan determinar cómo la quimioterapia afecta al cuerpo humano. Esta investigación en particular se centra en el agua, el primer componente químico de los organismos vivientes.

La superficie de Europa está marcada por fracturas que apuntan a la presencia de un océano subterráneo /Fuente: NASA

“Teorías simples sobre con qué profundidad los electrones se mueven, sólamente son conocidas para aquellos que poseen muy alta energía”, afirmó Murthy Gudipati del Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto de Tecnología de California, cuya investigación se centra en cómo electrones bombardean el hielo.

Aún en el rango de los megaelectro voltios, nosotros no tenemos ningún tipo de datos de laboratorio que hayan sido medidos en el hielo que contenga materia orgánica, lo que es muy importante para la astrobiología.

El poder de los electrones.

Gudipati y su equipo pusieron un detector de moléculas orgánicas detrás del hielo con diferencias de espesor, posteriormente dispararon una pistola de electrones. Luego, midieron no sólamente con qué profundidad viajaron los electrones, sino también la penetración de los fotones que habían sido golpeados y sacados por éstos, un efecto secundario que otros experimentos no habían realizado.

“Aquellos fotones pueden penetrar de forma muy profunda y causar daños a la materia orgánica”, afirma Gudipati, quien saca un paralelismo de este proceso con el de una persona que está de pie detrás de una pared y que está hablando a diferentes frecuencias mientras se va cambiando el grosor de ésta. Exceptuando, por supuesto, que las frecuencias que se están estudiando sí pueden destruir y matar moléculas orgánicas.

La magnetósfera de Júpiter como ha sido captada por la sonda Cassini de la NASA. Las líneas del campo magnético, dibujadas sobre la imágen, rotan con el planeta, barriendo sus lunas y sometiéndolas a una dósis masiva de radiación que podría ser fatal para cualquier organismo cerca de su superficie. /Fuente: NASA.

Por su parte, Wes Patterson, un científico planetario de la Universidad Johns Hopkins, comparó el efecto de la radiación que emite Júpiter con la radiación que los seres humanos pueden experimentar y de hecho es una de las razones por las cuales los técnicos de los laboratorios llevan chalecos de plomo cuando se exponen a los rayos X. “Exponerse por un periodo de tiempo corto no te hará mucho daño, pero si te expones constantemente a esa radiación seguramente dañará tu cuerpo”, afirma.

También reitera la importancia de la investigación que se está llevando a cabo con hielo, en lugar de con agua, considerándolo un paso de vital importancia.

Ésta región de Europa que tiene forma forma de guante de baseball, parece un bulto hacia arriba que se formó alrededor de la corteza de hielo. Tales regiones podrían formarse por convección del estado sólido, donde el calor causa que el terreno se mueva de forma diferente. Otras posibilidades incluyen el hielo volcánico o derretimiento causado por el océano que se encuentra debajo de su superficie. Como el liquido se mueve hacia arriba dentro de la corteza, tiene el potencial de llevar organismos vivos cerca de la superficie. /Fuente: NASA.

Paso a paso.

El equipo se enfocó también en la radiación de electrones de baja energía, que es diez veces más baja de aquella que puede generar Júpiter. En este rango, la profundidad con la que los electrones viajan está directamente relacionado con la fuerza de la radiación.

Los investigadores proyectaron tres escenarios en la medida en que los bombardeos incrementaban en fuerza y dos de éstos tomaron en cuenta cambios potenciales que podían generarse con la profundidad; a energías más altas, los electrones podían hacer más o menos daños, como los científicos lo habían calculado. Sin embargo, si los resultados seguían siendo los mismos a niveles altos de energía siguiendo un comportamiento normal, la radiación de 100 MeV podría penetrar entre 60 y 80 centímetros.

Como la radiación es lanzada hacia el hielo, esto la hace colisionar con moléculas, golpeando a una segunda onda de electrones que es igual de dañina que la primera. El equipo de investigadores midió el viaje de estas partículas y su efecto en la materia orgánica /Fuente: NASA

Ésto podría resultar no ser un problema, pero si una nave que fuera enviada a Europa cavara sólamente dos pies dentro de un área de alta radiación de la corteza en busca de vida, es muy probable que no encontrara nada porque los electrones debieron de haber destruído cualquier tipo de organismo en toda la región.

El equipo pretende ahora extender su estudio sobre los efectos del incremento de la radiación de manera que ésta se vaya incrementando. Una razón para la extensión gradual es porque no toda Europa experimenta la misma exposición a los efectos nocivos de la radiación.

La magnetósfera de Júpiter rota con el planeta cada diez horas, mientras que a Europa le toma 85 horas. En consecuencia, la magnetósfera constantemente pasa sobre la Luna exponiendo la parte trasera o el hemisferio posterior a más radiación que el frente. La región ecuatorial de la parte trasera de Europa (la cara que no se expone) es dañada de manera más intensa que sus polos.

“Necesitamos entender cómo esta profundidad varia con el lugar”, afirma Patterson.

Eso que Gudipati espera lograr.

“Necesitamos realizar ánalisis de laboratorio que vayan paso a paso y que cubran lo más posible la región que es pertinente para Europa”, afirmó.

Eventualmente, él espera llevar a cabo experimentos en rangos de energía comparables con el campo magnético de Júpiter, sin embargo hace notar que cada paso implicará un mayor gasto económico.

El investigador también mencionó que “estos experimentos deben ayudar a crear objetivos realistas sobre potenciales misiones a Europa. Sin ellas, encontrar moléculas orgánicas en los hielos de esta luna podría ser un reto aún mayor”.

La investigación ha sido publicado en el número de marzo de la revista Astrophyisical Journal.

TRADUCCIÓN Y EDICIÓN DE Julio García.

FUENTE: Astrobiology Magazine.