Primer mapa de puntos cuánticos a escala atómica

Luis A. Merino

FÍSICOS CREAN EL PRIMER MAPA DE PUNTOS CUÁNTICOS A ESCALA ATÓMICA.

ScienceDaily(sep.30,2009)- Físicos de la universidad de Michigan han creado el primer mapa a escala atómica de puntos cuánticos (quantum dots), un gran paso hacia la meta de producir "puntos de diseño" que pueden ser hechos a la medida para aplicaciones especificas.

Los puntos cuánticos -a veces llamados átomos artificiales o nanopartículas- son pequeños cristales semiconductores con un amplio rango de aplicaciones potenciales en computación, células fotovoltaicas, dispositivos emisores de luz y otras tecnologías. Cada punto es un grupo de átomos bien ordenados, de 10 a 50 átomos de diámetro
Los ingenieros están adquiriendo la habilidad de manipular los átomos en puntos cuánticos para controlar sus propiedades y conducta, a través de un proceso llamado ensamblaje directo (directed assembly). Pero el progreso ha sido lento, hasta ahora, por la carencia de información a escala atómica sobre la estructura y el carácter químico de los puntos cuánticos.
Los nuevos mapas a escala atómica ayudarán a rellenar ese hueco de conocimiento, facilitando el camino a un progreso mas rápido en el campo del ensamblaje directo de puntos cuánticos, dice Roy Clarke, profesor de física en la Universidad de Michigan y correspondiente autor de un documento sobre el tema publicado online el 27 de Septiembre en la revista Nature Nanotechnology.
El principal autor del documento es Divine Kumah del Programa de Física Aplicada de la Universidad de Michigan, el cual dirige la investigación para su tesis doctoral.
"Lo comparo a la exploración en los días de antaño," dice Clarke de la cartografía de puntos. "Encuentras un nuevo continente e inicialmente todo lo que ves es el vago límite de algo a través de la bruma. Entonces llegas a tierra y vas hacia el interior y realmente lo cartografías, centímetro cuadrado por centímetro cuadrado".
"Los investigadores han sido capaces de trazar los límites de estos puntos cuánticos por bastante tiempo. Pero esta es la primera vez que alguien ha sido capaz de cartografiarlos a nivel atómico, de entrar y ver donde están posicionados los átomos, como también sus composiciones químicas. Es un avance muy significativo."
Para crear los mapas, el equipo de Clarke iluminó los puntos con un haz brillante de fotones de rayos X en la Fuente de Fotones Avanzada del Laboratorio Nacional de Argonne (Argonne National Laboratory's Advanced Photon Source). El haz actúa como un microscopio de rayos X para revelar los detalles sobre la estructura de los puntos cuánticos. Debido a que los rayos X tienen una longitud de onda muy corta, pueden ser usados para crear mapas a superalta resolución.
"Estamos midiendo la posición y el carácter químico de piezas individuales de un punto cuántico a una resolución de una centésima de nanómetro," dice Clarke. "Es una resolución increíblemente alta."
La disponibilidad de mapas a escala atómica acelerará los progresos en el campo del ensamblaje directo. Eso, de paso, conducirá a nuevas tecnologías basadas en los puntos cuánticos Los puntos han sido ya usados para hacer láseres y sensores altamente eficientes, y podrían ayudar a hacer los computadores cuánticos una realidad, dice Clarke.
"La cartografía a escala atómica proporciona información que es esencial si vamos a tener controlada la fabricación de puntos cuánticos," dice Clarke. "Para crear puntos con un conjunto especifico de características o un cierto comportamiento, tienes que conocer donde esta todo, entonces puedes colocar los átomos óptimamente. Conocer lo que obtienes es lo mas importante de todo."
Además de Clarke, los coautores del documento de Nature Nanotechnology son Sergey Shusterman, Yossi Paltiel y Yizhak Yacoby.
La investigación fue patrocinada por una subvención del National Science Foundation. El departamento de Energía de los EE.UU respaldo el trabajo en la Fuente de Fotones Avanzada del Laboratorio Nacional de Argonne (Argonne National Laboratory's Advanced Photon Source).
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Adaptado de material facilitado por la Universidad de Michigan.

Leyenda de la imagen
Un mapa a escala atómica de la superficie entre un punto atómico y su sustrato. Cada pico representa un único átomo El mapa, hecho con rayos X de alta intensidad, es una lámina a través de una sección vertical del punto. (Créditos: Imagen cortesía de la Universidad de Michigan)

Traducido por Luis Al. Merino, 5-Oct-2009.

El principio de indeterminación

Adolfo García me envía un artículo muy muy interesante y que es una buena introducción a la Física Cuántica. El artículo se titula "Falacias del principio de incertidumbre y paradojas de la mecánica cuántica" y su autor es Douglas R. Hofstadter. El artículo lo dejaré en línea solamente durante un mes, por temas de derechos de autor.
Muchas gracias Adolfo ;-)
Ver el artículo

... de vuelta con todo ...

Hola a todos:
Ya estoy de vuelta después del parón biológico del verano. Que por cierto, empezó reguleras con un accidente con la bici, con su correspondiente fractura de pelvis y todo el verano enclaustrado. Después del verano he tenido una mundanza y he estado sin internet (se puede sobrevivir, os lo aseguro, aunque malamente).
Para empezar fuerte, os dejo con el tráiler de la película "Si la cosa funciona", el último trabajo de Woody Allen, que ha abandonado las películas de propaganda de ayuntamientos para volver a sus comedias clásicas. En este caso el protagonista es ..... un profesor de Física Cuántica retirado. Esta semana voy a verla sin falta. Para mi puede ser como ver mi futuro.

Ferrofluido

Un ferrofluido es un líquido que se polariza fuertemente cuando se le aplica un campo magnético. Están compuestos de una solución de nanopartículas ferromagnéticas cubiertas de un material surfactante (material que reduce la tensión superficial) para evitar que se aglomeren. Pues bien, he comprado un frasco de ferrofluido para enseñarlo en clase y he hecho algunas fotos en casa para que lo pdais ver ya. Las estructuras las he formado mediante imanes de Nd-Fe-B (Neodimio-Hierro-Boro) que son 60 veces más potentes que los de ferrita. Antes de cada foto de la estructura que se forma en el ferrofluido he puesto otra con la disposición de los imanes que he utilizado para la foto.

Un nuevo paso hacia los ordenadores ópticos

Un grupo de investigación del ETH de Zurich ha creado el primer transistor óptico compuesto por una sóla molécula, lo que constituye un paso hacia el desarrollo de los computadores ópticos.
Los ordenadores actuales están basados en un dispositivo electrónico denominado transistor, que fue inventado en los laboratorios Bell de Estados Unidos por Bardeen, Brattain y Shockley, lo que les valió para ser galardonados con el premio Nobel en 1956. El transistor es el gran invento del siglo XX y en nuestra vida diaria utilizamos millones de transistores. Un microprocesador actual tiene alrededor de 200 millones de transistores. Con el tiempo se han ido desarrollando ordenadores con mayor capacidad de cálculo y más rápido. Sin embargo, el proceso de mejora no es indefinido ya que los microprocesadores se calientan en exceso. Un microporcesador pierde unos 125 vatios por centímetro cuadrado en forma de calor. Además, existe una limitación en la velocidad de transmisión de una señal eléctrica. Pro este motivo se está investigando en sustituir los transistores de estado sólido por transistores ópticos que utilicen señales luminosas en lugar de eléctricas, aumentando la velocidad de transmisión y disminuyendo las pérdidas por calor.
Aunque todavía queda un largo camino hasta el desarrollo de los transistores ópticos, el grupo de investigadores de Zurich ha dado un nuevo paso. Debido a la cuantización de la energía de una molécula, si la iluminamos con un haz láser, puede absorber la luz del láser para excitarse y atenuar por tanto el haz láser. Si una vez que la molécula está excitada la iluminamos de nuevo con el láser, la molécula se puede desexcitar amplificando el haz láser. Este proceso que se conoce como emisión estimulada y que fue descrito por Albert Einstein hace 90 años, es la base del funcionamiento del láser. En un láser la emisión setimulada se produce de forma síncrona por una cantidad enorme de átomos o moléculas.
Los investigadores del ETH de Zurich han conseguido generar la emisión estimulada con una sola moléculas, gracias a que la sección eficaz de dispersión entre la luz y la molécula aumenta enormemente a bajas temperaturas. Para el proceso de emisión estimulada tienen que enfriar la molécula a -272 grados centígrados. Una vez que han preparado la molécula mediante un láser, pueden producir una amplificación o atenuación de un segundo haz láser, de modo que este dispositivo se comporta como un transistor. En cualquier caso, todavía queda un largo camino por recorrer hasta que se puedan sustituir los transistores actuales por transistores ópticos.

Observación de una partícula que en el fondo es doblemente extraña

El físico Pat Lukens, del experimento CDF del Fermilab, ha anunciado la observación de la partícula Ωb-. La partícula contiene tres quarks: dos extraños (s-strange) y uno fondo (b-bottom) y tiene una masa seis veces la del protón.

La observación de esta partícula, que predice el modelo, standard es significativa ya que permite profundizar sobre el modelo standard y además el resultado está en conflicto con el obtenido en el experimento DZero.
La partícula Ωb- es la última entrada en la tabla periódica de los bariones, que son las partículas formadas por tres quarks, siendo los ejemplos más habituales de este tipo del partículas el protón y el neutrón. El acelerador de partículas Tevatrón del Fermilab es único en su capacidad de producir bariones que contienen el quark fondo (b-bottom) y la cantidad de años de experiencia y éxitos del acelerador permiten estudiar este tipo de partículas extrañas.

Combinando casi la mitad de mil billones de colisiones protón-antiprotón realizadas en el Tevatrón, los investigadores del CDF han conseguido aislar 16 ejemplos en los que las partículas procedentes de la colisión revelan un traza de la partícula Ωb-. Una vez que se produce esta partícula, viaja a lo largo de una fracción de un milímetro para después decaer en partículas más ligeras. Este decaimiento, gobernado por la fuerza nuclear débil, tiene lugar en una trillónésima parte de un segundo. De hecho, los investigadores del CDF han realizado la primera medida del tiempo de vida medio de la partícula, obteniendo el valor 1.13 ps.

En agosto del 2008, el experimento DZero anunció su propia observación de la partícula Ωb- basándose en un conjunto inferior de datos del Tevatrón. Lo interesante de la nueva observación del experimento CDF es que entra en conflicto con los resultados anteriores del DZero. La masa que han medido los investigadores del CDF de la partícula Ωb- es 6054.4 ±6.8(stad.) ±0.9(sist.) MeV/c2, dintita del valor 6165±10(stad.)±13(sist.) MeV/c2, medido por los investigadores del DZero. Estos dos resultados son estadísticamente inconsistentes, dejando la incógnita de si los investigadores han medido la misma partícula. Además, los investigadores han observado una velocidad de producción distinta de la partícula. Quizás lo más interesante es que ninguno de los experimentos arroja luz sobre las observaciones del otro.

Aunque los últimos resultados obtenidos en el experimento CDF están de acuerdo con los valores teóricos esperados para la masa y velocidad de producción de la partícula Ωb- hace falta profundizar en la investigación para resolver el puzzle sobre los resultados contradictorios.

Links

• Experimento CDF
• Artículo en prensa
• Experimento DZero

El primer procesador cuántico :-)

Un equipo, dirigido por investigadores de la Universidad de Yale, ha creado el primer procesador cuántico rudimentario de estado sólido, dando un nuevo paso hacia el desarrollo de los ordenadores cuánticos.Han utilizado un chip superconductor que contiene dos qubits y que realiza algoritmos elementales, como una búsqueda sencilla, demostrando por primera vez la posibilidad de procesar información con un dispositivo de estado sólido. El resultado de su investigación aparecerá en el número del 28 de junio de la revista Nature.

El equipo de investigación ha fabricado dos átomos artificiales o qubits, cada uno de los cuales está formado por un billón de átomos de aluminio, que se comportan como un solo átomo que puede ocupar dos estados de energía. Debido al comportamiento cuántico, los investigadores pueden colocar los qubits en una superposición de los dos estados, permitiendo una mayor capacidad de almacenamiento y de procesamiento. Este nuevo avance ha sido posible gracias a que los investigadores han conseguido que se mantenga el estado de los qbits durante un tiempo suficientemente largo. Mientras que los qbits de hace una década podían mantener su estado alrededor de un nanosegundo, los investigadores del equipo de Robert Schoelkopf de Yale han conseguido mantenerlo durante un microsegundo, que es un tiempo que permite realizar algún algoritmo. También ha sido crucial el poder provocar el cambio de estado de los qubits con suficiente velocidad y de forma controlada.

Nuevo material exótico - Telúrido de Bismuto

Físicos del Departamento de Energía del SLAC y de la Universidad de Stanford han confirmado la existencia de un nuevo material que puede revolucionar la electrónica digital. El nuevo material permite que los electrones viajen por su superficie sin perdida de energía y a temperatura ambiente. El material, que se trata de Telurido de Bismuto, se puede fabricar con la tecnología actual de semiconductores. Este tipo de materiales se denominan aislantes topológicos (topological insulator) y no son superconductores, ya que solo permiten que circule por ellos una corriente muy pequeña. Sin embargo, los electrones de esa pequeña corriente eléctrica no disipan calor en el material y por tanto no pierden su energía. Esto se debe a un efecto denominado efecto Hall cuántico de espín, que consiste en que el espín de los electrones se encuentra alineado con la dirección de movimiento. Los físicos teóricos habían predicho la existencia de este tipo de materiales, pero no que pudieran trabajar a temperatura ambiente.

• Link al artículo original publicado en Science Express


• Página de la noticia en el SLAC

Computadores cuánticos

Alberto Martínez Gálvez
23 de mayo de 2009

Los ordenadores cuánticos realizarán en minutos simulaciones que hoy tardarían millones de años
Juan Ignacio Cirac Sasturaín, director del alemán Max Planck de Óptica Cuántica y Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica promete revolucionar en medio siglo todas las disciplinas científicas al desarrollar superordenadores con aplicaciones difíciles de imaginar en la actualidad.
Según el científico, los ordenadores de hoy en día cubren casi todas las necesidades personales del usuario, (jugar, usar el correo o algunas gestiones), sin embargo hay ordenadores que hacen cálculos impresionantes así como simulaciones para predecir el tiempo o conocer las reacciones químicas que puede provocar un fármaco.
Es por eso que se necesitan ordenadores muchos más veloces que los actuales, para resolver grandes problemas en menos tiempo.
A medida que evoluciona la tecnología, aumenta la escala de integración y caben más transistores en un espacio, así se fabrican microchips cada vez más pequeños, y es que, cuanto más pequeño es, mayor velocidad de proceso alcanza el chip. Sin embargo, no podemos hacer los chips infinitamente pequeños. Hay un límite en el cual dejan de funcionar correctamente. Cuando se llega a la escala de nanómetros, los electrones se escapan de los canales por donde deben circular. Esto se debe al bien conocido efecto túnel.La idea de computación cuántica sugiere trabajar a nivel de cuanto. En la computación digital, un bit sólo puede tomar dos valores: 0 ó 1. En cambio, en la computación cuántica, intervienen las leyes de la mecánica cuántica, y la partícula puede estar en superposición coherente: puede ser 0, 1 y puede ser 0 y 1 a la vez. Eso permite que se puedan realizar varias operaciones a la vez, según el número de qubits (equivalente a los bits en la informática que conocemos).El número de qubits indica la cantidad de bits que pueden estar en superposición. Con los bits convencionales, si teníamos un registro de tres bits, había ocho valores posibles y el registro sólo podía tomar uno de esos valores. En cambio, si tenemos un vector de tres qubits, la partícula puede tomar ocho valores distintos a la vez gracias a la superposición cuántica. Así un vector de tres qubits permitiría un total de ocho operaciones paralelas. Como cabe esperar, el número de operaciones es exponencial con respecto al número de qubits. Para hacerse una idea del gran avance, un computador cuántico de 30 qubits equivaldría a un procesador convencional de 10 teraflops (millones de millones de operaciones en punto flotante por segundo) cuando actualmente las computadoras trabajan en el orden de gigaflops (miles de millones de operaciones).

Alberto Martínez Gálvez

¿Cómo ha ido el foro muchachos?

Ayer viví una jornada inolvidable con los alumnos de Física que asistieron al European Nuclear Young Generation Forum. A primera hora estuvimos en el Cabril, visitando las instalaciones y donde nos explicaron todo el proceso de tratamiento de residuos radiactivos. Cuando reciben los residuos los aislan en bidones de hormigón. Posteriormente se introducen en cajas gigantes de hormigón, que se depositan en celdas, que finalmente quedarán cubiertas de tierra y vegetación para no exista impacto visual.

Después de comer en el Cabril nos llevaron a Castro del Río para asistir a un espectáculo ecuestre. Aunque da la impresión de que este tipo de espectáculos es para guiris, la verdad es que sorprende la cantidad de movimientos distintos que son capaces de enseñar a los caballos en las distintas categorías de doma.
Finalmente estuvimos en una Almazara cenando. Nos pusieron tanta comida y de tanta calidad que no tuvimos más remedio que aceptar la nuclear como energía de compañía. En la cena nos reímos como hacía tiempo que no me reía. No puedo contar ningún detalle de lo que nos reímos porque sería violar el secreto de profesor.
Os animo a que si se celebra algún acto de este tipo y teneís la oportunidad de asistir que no os lo perdáis. También quiero agradecer públicamente al Comité Organizador del ENYGF09 y darles la enhorabuena por la exquisita organización.

European Nuclear Young Generation Forum

Durante esta semana se está desarrollando en Córdoba el European Nuclear Young Generation Forum (foro europeo de jóvenes nucleares). Los objetivos del foro son:
Formar y animar a nuevos líderes para el foro
Atraer a la gente joven al campo nuclear
Crear una plataforma profesional entorno a la energía nuclear para gente jovenn
Promover el intercambio de conocimiento entre la generación joven y la menos joven
Promover la ciencia, ingeniería y comunicación en el campo del uso pacífico de la energía nuclear.
Independientemente de que se esté a favor o en contra del uso de la energía nuclear, me parece importante que trate y se hable del tema y el hecho de que hayan escogido nuestra ciudad para desarrollar este fforo. En el foro está participando gente relacionada con la energía nuclear, tanto ingenieros como científicos y políticos.

Enlaces:
ENYGG09
Jóvenes Nucleares

Mini acelerador de partículas

Andrés García Cámara
18 de mayo de 2009

¿Le suena el acelerador de partículas del CERN? El complejo, que ocupa kilómetros cuadrados cerca de Ginebra (Suiza), sirve para explorar el mundo de lo infinitamente pequeño para buscar los elementos fundamentales de la materia. Los físicos están tratando de usar el grafeno para fabricar una especie de acelerador en miniatura. "En un fragmento de grafeno de un único centímetro cuadrado es posible realizar muchos de los experimentos que hasta ahora requerían laboratorios como el del CERN".
Si se convierte en realidad, los científicos podrían buscar el Bosón de Higgs, una partícula elemental hipotética, que aún no ha sido observada, y conocida como la partícula Dios, en un laboratorio que cabe en la yema del dedo.
Pero ¿qué es el grafeno?, el grafeno es una capa de átomos de carbono 200 veces más resistente que el acero y en la que los electrones tienen una movilidad 100 veces superior a la que les ofrece el silicio, está cerca de convertirse en el material del futuro.
El grafeno es carbono en estado puro. Muchos investigadores lo han estudiado de manera teórica durante más de 50 años. Nadie creía que se podían fabricar dispositivos con este material hasta que, en 2004, científicos de la universidad de Manchester (Gran Bretaña) descubrieron cómo obtener grafeno del grafito, el material de la mina del lápiz.
En abril, investigadores de la Universidad de Texas publicaban en Science que habían logrado producir la primera muestra de grafeno de un centímetro de longitud y esta semana, también en Science, investigadores del Georgia Institute of Technology y el National Institute of Standards and Technology (EEUU) publican una medición del espectro energético de este compuesto de carbono de propiedades exóticas. Una de estas características, a la que los electrones pueden deber su gran movilidad dentro del grafeno, es que estas y otras partículas que transportan cargas eléctricas se comportan como si no tuviesen masa.
Con propiedades entre semiconductor y metal, este nuevo material de una sola capa atómica de espesor revolucionará las telecomunicaciones y la informática al permitir la fabricación de microprocesadores, sensores y sistemas de comunicación mucho más veloces que los actuales. Uno de los paradigmas de la electrónica es incrementar la frecuencia de las señales eléctricas, para fabricar ordenadores cada vez más rápidos o móviles capaces de transmitir datos a mayor velocidad. Si con los chips de silicio podríamos llegar como máximo a los 100 GHz de velocidad, usando transistores de grafeno se alcanzaría el terahercio (1 THz). Si todo va bien, en dos años saldrán versiones comerciales de estos chips avanzados al mercado.
Un equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), liderado por el español Tomás Palacios, está fabricando alguno de los primeros aparatos y circuitos electrónicos basados en grafeno, descubierto en 2004 por los científicos Andre Geim y Kostya Novoselov de la Universidad de Manchester.
El equipo de Palacios aprovecha las propiedades del grafeno para desarrollar aparatos electrónicos que no se podrían fabricar con ningún otro material. Por ejemplo, un multiplicador de frecuencia que mejorará las comunicaciones inalámbricas y la electrónica de silicio actual, duplicando la capacidad de transmisión de cada chip al que se le añada el multiplicador.

Enlaces:

• Noticia "Llega el chip de grafeno" publicada en El País
• Noticia "El material donde vuelan los electrones" publicada en publico.es

Andrés García Cámara, 18 de Mayo de 2009

Efecto túne magnético español

Álvaro López Cazalilla
16 de mayo de 2009

En la página del Servicio de Información y Noticias Científicas aparece una noticia sobre un gran avance que tuvo lugar en la mecánica cuántica sobre el efecto túnel de magnetización, una propiedad descubierta por el Grupo de Magnetismo del Departamento de Física Fundamental de la Universidad de Barcelona dirigido por el catedrático Javier Tejada en colaboración con diversos grupos de la City University de Nueva York y la empresa Xerox.
Este avance científico, explica como los polos magnéticos de pequeños imanes formados por millones de átomos, a muy bajas temperaturas, pueden cambiar de orientación por el efecto túnel y sin gasto energético. La revista Nature califica este descubrimiento de hito histórico en la ciencia del espín. Este descubrimiento ha sido reconocido como uno de los más grandes del siglo XX en cuanto a ciencia se refiere.
¿Qué aplicaciones tiene este efecto túnel? Ordenadores cuánticos, transformadores eléctricos, plásticos y refrigeradores magnéticos, brújulas mesoscópicas de alta sensibilidad y catalizadores magnéticos son algunas de las aplicaciones tecnológicas que podría tener el efecto túnel en un futuro. Las expectativas abiertas por el efecto túnel resonante de espín en el campo de la física aplicada y la básica no acaban aquí, sino que abren nuevas fronteras para estudiar nuevos fenómenos cuánticos macroscópicos y verificar teorías.
A parte de lo que en sí conlleva tal descubrimiento, que a lo largo del artículo viene explicado de maneramás o menos reducida, cabe resaltarla importancia que para la ciencia de este país supuso. El catedrático a cargo de la investigación es el primer físico español,que en nuestro país, es reconocido como descubridor de un nuevo fenómeno físico en la historia de la Física.
Espero que os guste. Un saludo.
Álvaro López Cazalilla

Fiesta de UCOFísicos

Como ya sabeis, el próximo día 23 de mayo celebramos una comida en el Hotel Hesperia con motivo de que este año termina la décima promoción y que próximamente hacemos ya 15 años desde que comenzaron los estudios de Física en la UCO. No me he resistido el poner algo en la página. Esperamos que haya una gran afluencia de antiguos alumnos.
En el siguiente vídeo podeis ver cómo se llega al patio del Hesperia donde tomaremos el aperitivo si venís desde el espacio.

Artículo en el European Journal of Physics

Me han publicado un artículo en la revista European Journal of Physics sobre la aplicación Movement of a wave packet through variable slits (Movimiento de un paquete de ondas a través de rendijas variables). El artículo estará gratuito online durante un mes en la página de la revista del Institute Of Physics.
Ver el artículo

¿Viajar como en Star Trek? Una nueva idea podría hacerlo posible…

Isabel Mateos Garrido

11 de Mayo de 2009 

Dentro del universo ficticio de Star Trek, la conducción "warp", llamada propulsión por curvatura o "impulso de deformación", es una forma de propulsión superlumínica. Este motor permite propulsar una nave espacial a una velocidad varias veces la velocidad de la luz, evitando al mismo tiempo los problemas asociados con la dilatación relativista del tiempo. Este tipo de propulsión se basa en curvar (o distorsionar) el espacio-tiempo permitiendo a la nave "acercarse" al punto de destino. Este motor, sin embargo, no permite realizar un viaje instantáneo entre dos puntos a una velocidad infinita, tal y como podemos ver en otras películas. La diferencia es que en la propulsión por curvatura, la nave no entra en un universo (o dimensión) diferente, simplemente se crea, alrededor de la nave, una pequeña "burbuja" (burbuja "Warp") en el espacio-tiempo y se generan distorsiones del espacio-tiempo para que la burbuja se "aleje" del punto de origen y se "aproxime" a su destino. Las distorsiones generadas serían de expansión detrás de la burbuja (alejándola del origen) y de contracción delante de la burbuja (acercándola al destino).

 

La idea de utilizar la curvatura espacial como un medio de propulsión ha sido objeto de estudio teórico por parte de algunos físicos.

Ahora, con la nueva película de Star Trek, podemos ver carreras a través de la galaxia a la velocidad de la luz. Pero, ¿podría convertirse en realidad el viajar así?

Dos físicos de la Universidad de Baylor creen que tienen una idea para traspasar este aspecto de la ciencia ficción a la ciencia real, sin violar las leyes de la física.

El doctor Gerald Cleaver, profesor asociado de física en Baylor, y Richard Obousy, un estudiante post-doctoral de la misma universidad, indican que teóricamente, mediante la manipulación de las dimensiones espacio-tiempo alrededor de la nave espacial con una gran cantidad de energía, se podría crear una "burbuja" empujara la nave más rápido que la velocidad de la luz. Esta burbuja se podría crear, a partir de energía oscura manipulando el espacio de 11 dimensiones. Cleaver afirmó que la energía oscura positiva es la responsable de la expansión del universo en el transcurso del tiempo, al igual que ocurrió después del Big Bang, cuando el universo se expandió más rápido que la velocidad de la luz. 

"Piénsa que es como un surfista sobre una ola", dijo Cleaver, quien es co-autor del nuevo método junto con Obousy. "La nave sería impulsada por la burbuja y la burbuja viaja más rápido que la velocidad de la luz". 

El método se basa en el modelo de Alcubierre, que propone expandir el espacio-tiempo detrás de la nave en contraerlo delante de la nave. La nave no se movería, sino que estaría quieta entre esas dos zonas de expansión y contracción. Este modelo no viola la teoría de la relatividad de Einstein, que afirma que haría falta una cantidad infinita de energía infinita para acelerar un objeto más rápido que la velocidad de la luz. 

La teoría de cuerdas sugiere que el universo se compone de múltiples dimensiones. Altura, anchura y la longitud son tres dimensiones, y el tiempo es la cuarta dimensión. Los científicos que trabajan en la teoría de cuerdas creen que hay un total de 10 dimensiones, con otras seis dimensiones adicionales que todavía no podemos identificar. Una nueva teoría, llamada teoría-M, lleva la teoría de cuerdas un paso más lejos, afirmando que de hecho las cuerdas vibran en un espacio de 11 dimensiones. Esta última dimensión adicional es la los investigadores creen que podría ayudar a impulsar la nave más rápido que la velocidad de la luz. 

Estos dos físicos de la Universidad de Baylor estiman que la cantidad de energía necesaria para influir en las dimensiones adicionales sería equivalente a que toda la masa de Júpiter se convirtiera en energía. 
"Esa es una cantidad enorme de energía", dijo Cleaver. "Estamos todavía muy lejos antes de que podamos crear algo para aprovechar ese tipo de energía."

 

Isabel Mateos Garrido

11 de Mayo de 2009

Un par de fotones entrelazados viajan de La Palma a Tenerife y no la palman

Se ha conseguido que un par de fotones entrelazados viajen una distancia de 144 km sin perder el entrelazamiento cuántico.
El experimento lo ha llevado a cabo el equipo de Anton Zeilinger y Rupert Ursin, en un proyecto de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Austriaca Europea. Este es un paso muy importante ya que los futuros algoritmos de encriptación en comunicaciones se basarán en el entrelazamiento cuántico. Una de las dificultades del uso de este entrelazamiento consiste en poder mantenerlo, ya que en cuanto el sistema cuántico interacciona con el ambiente se puede perder el entrelazamiento. Este avance permitirá que un satélite envie pares de fotos entrelazados a bases que se encuentren en tierra, posibilitando la transmisión de información encriptada.

Enlaces

• Página de la Universidad de Viena con información sobre el artículo
• Entrada del Blog sobre el entrelazamiento cuántico

La bombilla más pequeña del mundo

Un grupo de físicos de la UCLA ha conseguido construir la lámpara incandescente más pequeña del mundo. El filamento es un nanotubo de carbono de un grosor de unos 100 átomos y en total contiene unos 20 millones de átomos. La importancia de la lámpara es que permite investigar el límite entre la mecánica cuántica, ya que tiene dimensiones relativamente pequeñas, y la termodinámica, ya que contiene un número de átomos suficientemente grande como para poder aplicarla. Lo primero que se está investigando es si el espectro de radiación de la lámpara se ajusta a la fórmula de Planck para la radiación del cuerpo negro. Esta fórmula, tal como vimos, se deduce aplicando tanto la cuántica, al considerar la cuanticación de la energía, como la termodinámica (estadística) para calcular el valor medio de la energía. El filamento de la lámpara no se puede ver a simple vista cuando está apagado y sólamente se ve un punto minúsculo luminoso cuando se enciende.
Como curiosidad, la lámpara original de Edison también utilizaba un filamento de carbono, solo que era 100000 más grueso y 10000 veces más largo.

Enlaces:

• Artículo en la página de la UCLA.
• Artículo de la Wikipedia sobre nanotubos de carbono.
• Apuntes sobre la radiación del cuerpo negro y la hipótesis de Planck

Disparando con balas de plata - nuevos experimentos sobre el efecto fotoeléctrico

Un grupo alemán de Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB y no se cómo se pronuncia) junto con otro grupo de FLASH de Hamburg (relacionado con el centro de investigación sobre física de partículas alemán DESY) han estudiado la interacción radiación-materia, con un experimento similar al efecto fotoeléctrico, pero utilizando una radiación láser de rayos X de baja energía. El láser que utilizan es de tipo FEL (free-electron laser), la intensidad del haz es del orden de varios petavatios por centímetro cuadrado (eso si que peta) y el blanco consiste en átomos de Xenon.
En el efecto fotoeléctrico clásico, que hemos estudiado en clase, la energía de los electrones emitidos se explica fácilmente a partir de las hipótesis de Einstein. Si un solo fotón es absorbido por un solo electrón, la energía del electrón emitido depende de la frecuencia de la radiación incidente y de la energía de ligadura del electrón dentro del metal. Este hecho fue el que explicó Einstein proponiendo la existencia de los fotones, en lo que fue uno de los primero pasos para el establecimiento de la teoría cuántica. Lo curioso del nuevo experimento consiste en que un sólo paquete de ondas de los fotones incidentes es capaz de interaccionar con más de un electrón a la vez. En este caso, la ecuación de Einstein es incapaz de explicar la distribución de los electrones emitidos, ya que esta distribución depende de la estructura electrónica interna de los átomos de Xenon.

Enlaces:
Apuntes sobre el efecto fotoeléctrico
Applet sobre el efecto fotoeléctrico
Noticia en Science Daily
Página del PTB
Artículo del FEL en la Wikipedia

Blog de Física Cuántica

Bienvenidos.

Este Blog está asociado a la página http://www.uco.es/hbarra o http://www.hbarra.es. En el Blog iré publicando las mismas entradas que en la página, aunque la página tiene muchos más contenidos, de modo que os animo a visitarla.