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Estudiando el sesgo de género a la hora de evaluar respuestas de física

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Imagina que eres una niña en una escuela secundaria y tienes un examen de física. Tus respuestas son exactamente iguales a las de uno de tus compañeros varones. El profesor entrega las notas, y te das cuenta de que tu calificación es significativamente más baja. Suena injusto, ¿verdad? Esto es precisamente lo que sucede regularmente, según concluyó Sarah Hofer, una investigadora del grupo liderado por Elsbeth Stern, del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zurich (ETH) en Suiza.

El grupo realizó un estudio con 780 profesores de Física en escuelas secundarias de Suiza, Alemania y Austria. En él, Hofer le solicitó a los profesores en un test en línea evaluar las respuestas de un examen. A los 780 se les entregó una pregunta de mecánica clásica (la misma para todos) y una respuesta ficticia, parcialmente correcta, de un estudiante.
Los investigadores del ETH sí hicieron una pequeña variación: el texto contenía una pequeña frase introductoria que hizo creer a la mitad de los profesores que estaban evaluando la respuesta de un varón y a la otra mitad a una mujer.
Hofer mantuvo en secreto el verdadero propósito del estudio, y pretendió que estaba relacionado con una comparación entre dos distintos métodos de corrección de exámenes.
Finalmente, los investigadores analizaron los resultados obtenidos por el grupo de supuestos estudiantes hombres y mujeres y obtuvieron una buena y una mala noticia:

[ul type=»check»] Los profesores que habían enseñado por al menos 10 años, no se veían influenciados por el género del estudiante a la hora de evaluar la respuesta. [/ul]
[ul type=»check»] Los profesores de Suiza y Austria con menos de 10 años de experiencia, daban notas significativamente más bajas a las niñas[/ul]

Por ejemplo, profesores con 5 o menos años de experiencia profesional discriminaron a las niñas en un promedio de 0.7 puntos en las evaluaciones, mientras que los de Austria, un promedio de 0.9. Es decir, para una misma respuesta un varón podría obtener un 6.8 como nota, mientras que una mujer un 6.1 o peor.

La influencia de los estereotipos

Screen Shot 2016-02-08 at 14.16.17Según Hofer, es posible que al evaluar, los profesores con menos experiencia se vean más guiados por estereotipos como «las niñas son más malas en física que los niños.»
Estudios previos ya habían encontrado evidencias de que las niñas debían esforzarse más para obtener las mismas notas que los niños, pero la mayor parte de estos estudios se centraron en la asignatura de Matemáticas.

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Resultados inesperados en Alemania

Curiosamente, en Alemania, los profesores (hombres) con menos de 10 años de experiencia evaluaron de igual forma a niños y niñas, mientras que las profesoras con igual experiencia se comportaron de forma similar a sus colegas en Suiza y Austria, y evaluaron peor a las niñas.
Hofer y Stern no lograron explicar este resultado con los datos que tenían disponibles, pero indican que una posible explicación es que los profesores alemanes están más «sensibilizados» que sus colegas de Suiza y Austria debido a los numerosos programas para promover la integración de mujeres en campos de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM por sus siglas en inglés). Sin embargo, este tipo de programas existe en los 3 países evaluados.

Los efectos del sesgo

Screen Shot 2016-02-08 at 14.21.25Según Stern, que las niñas tengan peores notas en comparación a los niños es parte de un problema más fundamental, y es que «las niñas y las mujeres no pueden esperar ser recompensadas por su esfuerzo.» Algunas veces van a ser evaluadas demasiado bien, otras demasiado mal, y esto no estará reflejando su verdadero desempeño, como sí ocurre en el caso de niños y hombres. Esto hace que a las mujeres se les dificulte encontrar su camino. «Como niña, cuando ya tienes la sensación de que serás injustamente evaluada en ciencias, tiendes a perder el interés en esas materias,» agrega Stern. Entonces, niñas hábiles en ciencias frecuentemente optan por materias en las que probablemente serán mejor promovidas.
Hofer añade que «las notas son la retroalimentación que los estudiantes reciben por su desempeño, y afectan fuertemente la percepción que tienen de sí mismos, su motivación y sus ganas de esforzarse.» Como resultado, en ETH Zurich, donde se realizó el estudio, se pondrá un especial énfasis a la importancia de la forma de evaluar durante los estudios de pedagogía.
A la hora de evaluar exámenes, un enfoque mucho más estructurado, con criterios claros, podría ayudar a que los profesores evalúen de forma más objetiva, dejando fuera los estereotipos. Algunas opciones son usar un esquema que fije el número de puntos que debiesen ser entregados para ciertas respuestas parciales, que defina cuáles son respuestas con errores de descuido y cuáles son realmente errores graves. También es posible que ayude si los profesores tapan el nombre del estudiante cuando corrijan.

A pesar de todo esto, hay otros estudios más generales que indican que, a pesar de todo, en muchos países son las niñas quienes finalmente obtienen mejores resultados. Por ejemplo, pueden revisar el siguiente enlace «Why Girls Tend to Get Better Grades Than Boys Do«.

Fuentes:
Girls should expect poorer physics grades, ETH Zurich
Studying Gender Bias in Physics Grading: The role of teaching experience and country

Star Tres visita el CERN

Como habrán visto en nuestro canal de YouTube, Star Tres tuvo la oportunidad de visitar las instalaciones del CERN. Para no aburrirlos con un video de media hora, intentamos hacer un resumen de 5 minutos con lo mejor de nuestra visita. Pero sabemos que muchos de ustedes quieren saber más detalles de los lugares en los que pudimos estar, ¡así que en esta nota les contaremos muchas más cosas!

Si hay otros lugares que les gustaría que visitáramos, o cosas que les gustaría ver en los próximos vídeos, pueden dejarlo en los comentarios 🙂 .

Y si aún no ven el video, ¡no pierdan tiempo!

El CERN

cern_logoEL CERN o Consejo Europeo para la Investigación Nuclear (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, en francés) es una organización europea que tiene su sede principal en Meyrin, en la frontera entre Suiza y Francia. El CERN opera el más grande laboratorio de física de partículas del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider, LHC).

El CERN cuenta con 22 estados miembros, y al 2013 tenía 2.513 empleados, 12.313 personas asociadas, practicantes, científicos visitantes e ingenieros, que representan a 608 universidades y centros de investigación.

Su principal función es proporcionar los aceleradores de partículas e infraestructura necesaria para la investigación de la física de altas energías.

Pero como suele ocurrir en ciencia, en el intento de avanzar en un área, se desarrollan otras tecnologías necesarias para alcanzar este objetivo. Es así como, frente a la necesidad de poner sus instalaciones para procesamiento de datos a disposición de científicos alrededor del mundo, el CERN fue la cuna de la World Wide Web.

Los aceleradores y experimentos

Imágenes de los aceleradores. Créditos CERN.
Imágenes de los aceleradores. Créditos CERN.

La historia de aceleradores y experimentos del CERN comenzó en los años 50. Los aceleradores dados de baja incluyen:

[ul type=»circle»]CERN Neutrinos to Gran Sasso : De julio 2006 a diciembre 2012, el proyecto CNGS envió neutrinos muónicos desde el CERN hasta el Laboratorio Nacional Gran Sasso, a 732 kilómetros de distancia, en Italia. [/ul]

[ul type=»circle»]Linear Accelerator 1 : También conocido como Linac 1, fue diseñado a comienzos de los 50 como un inyector para el Proton Synchrotron (PS). Aceleró su primer haz en 1958 y comenzó a funcionar por completo en 1959, cuando un haz de protones a 50MeV completó una vuelta al PS.[/ul]

[ul type=»circle»]Intersecting Storage Rings : El ISC fue planeado en los años 60, con la idea de que hacer chocar dos haces de partículas frente a frente, generaría energías mucho más altas que colisionar un solo haz contra un objetivo fijo. Fue el primer colisionador de hadrones del mundo. Comenzó a operar de 1971 a 1984. [/ul]

[ul type=»circle»]Large Electron-Positron Collider : Con su circunferencia de 27 kilómetros, el LEP era y es el más grande acelerador electrón-positrón jamás construido. Las obras comenzaron en 1985 y fueron completadas 3 años después, para entrar en operaciones en 1989. El complejo de aceleradores del CERN fue el encargado de proveer las partículas, y 4 enormes detectores (ALEPH, DELPHI, L3 y OPAL) observaban las colisiones. Desmantelado en el 2000, ahora su túnel de 27 kilómetros alberga al LHC.[/ul]

[ul type=»circle»]Low-Energy Antiproton Ring : El LEAR desaceleraba y almacenaba antiprotones para experimentos. Fue construido en 1982 y operó hasta 1996, cuando fue transformado en el Low Energy Ion Ring (LEIR), que inyecta iones de plomo para el LHC.[/ul]

[ul type=»circle»]Synchrocyclotron : Alcanzando energías de 600 MeV, el SC fue construido en 1957 y fue el primer acelerador del CERN. Proporcionaba haces para los primeros experimentos en partículas y física nuclear del CERN. Fue dado de baja luego de 33 años de servicio.[/ul]

Pueden revisar los aceleradores actualmente en funcionamiento en el siguiente link, como también la lista de experimentos.

El Synchrocyclotron

El SC, primera parada de nuestra visita al CERN. Créditos: CERN.
El SC, primera parada de nuestra visita al CERN. Créditos: CERN.

El SC fue el primer lugar que visitamos estando en el CERN.
Un synchrocyclotron es una versión mejorada del ciclotrón. Aquí se aceleran partículas cargadas gracias al uso de campos magnéticos y eléctricos, estos últimos cambian de dirección a medida que las partículas se mueven en órbitas circulares. El cambio de dirección hace que una partícula cargada se sienta atraída y repelida de un lado y otro, y esto la va acelerando:

ciclotron

La diferencia entre el ciclotrón y el sincrociclotrón es que este último posee un sistema automático que varía el periodo del campo eléctrico alternante que se emplea para acelerar las partículas (como se ve en la imagen), de manera que sea siempre igual al periodo de los iones que se aceleran.

Como mencionamos antes, el SC que visitamos fue construido en 1957 y fue el primer acelerador del CERN. Proporcionaba los haces acelerados de partículas a los primeros experimentos de partículas y física nuclear del CERN. En 1964, esta máquina comenzó a concentrarse de forma exclusiva en la física nuclear, dejando la física de partículas al nuevo y más poderoso Proton Synchrotron.
El SC fue una máquina notablemente longeva. En 1967 comenzó a proporcionar haces al experimento ISOLDE, que aún lleva a cabo investigaciones que van desde la física puramente nuclear, hasta la astrofísica y la física médica. En 1990, ISOLDE fue transferido al Proton Synchrotron Booster, y el SC fue cerrado tras 33 años de servicio.

Durante nuestra visita pudimos ver una proyección de luces que nos explicó la construcción y funcionamiento del SC. Parte de esta proyección está en nuestro video resumen, pero si desean verla en su totalidad, les dejamos el video:

ATLAS

El experimento ATLAS. Créditos: CERN.
El experimento ATLAS. Créditos: CERN.

Nuestra segunda y última parada fue la sala de control del experimento ATLAS.

Siete experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones usan detectores para analizar las numerosas partículas producidas por las colisiones en el acelerador. Cada experimento es distinto y está caracterizado por los detectores que posee. Los más grandes de estos experimentos, ATLAS y CMS, usan detectores de propósito general para investigar el rango más amplio posible de física. Tener dos detectores diseñados de forma independiente es vital para confirmar con ambos cualquier descubrimiento hecho.

Los objetivos de ATLAS van desde la búsqueda del bosón de Higgs, hasta dimensiones extra y partículas que pudiesen formar materia oscura (objetivos que comparte con CMS, usando distintas soluciones técnicas y diseño de sistema de magnetos).

Los haces de partículas del LHC colisionan al centro del detector ATLAS, generando «escombros» de esta colisión en forma de nuevas partículas, que vuelan en todas direcciones. Seis sub-sistemas diferentes de detección se reparten en capas en torno al punto de colisión, y registran las trayectorias, momento y energía de las partículas, permitiendo que sean identificadas individualmente. Un enorme sistema de magnetos curva las trayectorias de las partículas cargadas, para que su momento pueda ser medido.

Las interacciones en los detectores de ATLAS generan un enorme flujo de datos. Para procesarlos, ATLAS utiliza un sistema para decidir qué eventos registrar y qué ignorar. Luego, los eventos registrados son analizados en grandes sistemas computacionales.

Con 46 m de largo, 25 m de alto y 25 m de ancho, el detector ATLAS de 7000 toneladas es el detector de partículas más grande (en volumen) alguna vez construido. Se ubica en una «caverna» a 100 m bajo el piso en la sede principal del CERN (bajo el mural que pudieron apreciar en nuestro video).

Lamentablemente, mientras se realizan colisiones, no se pueden visitar los experimentos que se encuentran bajo la superficie 🙁 . Es por eso que sólo pudimos entrar a la sala de control de ATLAS.

Pueden ver el video sobre cómo funciona ATLAS y cómo detecta las distintas partículas que se generan en las colisiones (lamentablemente no lo encontré en español o con subtítulos):

Fuentes:
Wikipedia, CERN
Past Accelerators, CERN
Wikipedia, Ciclotrón
Wikipedia, Sincrociclotrón
CERN, ATLAS

Recomendaciones:
En el blog Conexión Causal pueden encontrar muchas notas relacionadas con esta temática. Entre ellas, hay varias que tienen que ver con ATLAS. Pueden encontrar algunas de sus notas aquí.
También mis agradecimientos a Jorge Díaz que me aclaró varios conceptos previos a la redacción de esta nota 🙂 .

Charlas públicas de Astronomía en Valparaíso

Como ya es costumbre el Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Valparaíso organiza charlas de divulgación las que se presentan todos los primeros lunes de cada mes en el Centro de Extensión de la Universidad (Errázuriz 1108, Valparaíso) a las 19:00 horas, la entrada es liberada.

La planificación para éste semestre incluye agujeros negros, la música de las estrellas, el panorama en Chile para los próximos años y Física entretenida. Las fechas las pueden encontrar en el siguiente afiche:

CharlasUV

Portal

Cuando era pequeña, con mi hermano tuvimos varias consolas (NES, SNES, Gameboy, N64). Después de la última, tuvimos un vacío de dinero juegos hasta que ya con unos 26 años a cuestas, me reencontré con el mundo de las consolas. La elegida en esa ocasión fue una Xbox 360. Jugué varias cosas (como F.E.A.R. 1, 2 y 3 ♥ ) pero el juego del que realmente me enamoré (y no porque me estuviesen ofreciendo pastel constantemente) fue Portal. El primero me tuvo toda una noche jugando, y creo que no paré hasta que lo terminé. Con el segundo fue lo mismo, e incluso secuestré a @KaryGri por un fin de semana completo para poder terminar el modo cooperativo. Pero, ¿por qué estamos hablando de esto en un blog de ciencia?

991101_20110228_screen014En Portal tomamos el rol de Chell, una joven llena de sueños e ilusiones que despierta en una habitación en los laboratorios de Aperture Science. Aquí, una inteligencia artificial llamada GLaDOS le da la bienvenida a nuestra protagonista y la incita a comenzar una serie de pruebas. Estas pruebas consisten en puzzles que deberá resolver con la ayuda de portales.

Los portales son conexiones entre dos puntos del espacio. Los diferenciamos por sus colores azul y naranjo. Una vez que Chell se encuentra con estos portales, puede pasar libremente o arrojar objetos entre cada uno de los puntos que se encuentran conectados. Nuestra inocente protagonista debe seguir con las pruebas, con la eterna promesa de GLaDOS de que, al final de todo esto, habrá pastel.

Pastel :(
Pastel 🙁

Kp0mNAl intentar superar cada etapa, nos encontraremos con cosas que quizás muchas veces hayamos visto en clases de física, como lanzamiento de proyectiles, momentum, etc. Precisamente la física juega una parte importante en este juego ya que para muchas situaciones deberemos calcular lanzamientos, impulsos, velocidades, para poder alcanzar distintos puntos del mapa, activar botones, e infinidad de otras cosas. Todo hermosamente complementado con la oscura personalidad de GLaDOS y su extraño humor. Tampoco debemos olvidar que nos encontramos en un laboratorio, y constantemente encontraremos en rincones y murallas, muchas referencias a cosas científicas, lo que lo convierte en uno de mis juegos más favoritos del mundo mundial ♥ .

Un abracito para la Kary que me aguantó todo ese fin de semana hasta que nos terminamos el juego <3
Un abracito para la Kary que me aguantó todo ese fin de semana hasta que nos terminamos el juego ♥
Para que vean que no soy la única, Cameron Pittman es un ex profesor de secundaria quien descubrió las maravillas de enseñar física con Portal 2 (y el puzzle maker), y creó el sitio Physics with Portals. Su plan de estudios incluye temáticas como velocidad terminal, construir un oscilador, gravedad, conservación de momento, entre otras. Pueden revisar todas las temáticas aquí.

Pero este muchacho no es el único, usando el Puzzle Maker los estudiantes aprenden de física, matemáticas, lógica, razonamiento espacial, probabilidades y resolución de problemas de una forma genial y divertida. Con esto en mente, también se crearon los sitios Teach with Portals y Learn with Portals. Algo que todos los profesores de física amantes de la innovación y los videojuegos debiesen tener en cuenta cuando anden en busca de nuevas formas de enseñanza.

En conclusión, les recomendamos totalmente estos juegos (Portal y Portal 2), no solo por sus aplicaciones y enseñanzas, sino también por sus particulares personajes, historia, y humor, que los harán pasar horas riendo y disfrutando de estos juegos, ya sea solos, o con un compañero para el modo cooperativo 🙂 .

Modelo del Universo logra recrear la evolución del cosmos

Esta imagen a gran escala del Universo, creada por Illustris, muestra nubes de gas frío donde se forman las estrellas (verde), gas más tibio (azul) y regiones calientes en torno a las galaxias (rojo). Créditos: Illustris.
Esta imagen a gran escala del Universo, creada por Illustris, muestra nubes de gas frío donde se forman las estrellas (verde), gas más tibio (azul) y regiones calientes en torno a las galaxias (rojo). Créditos: Illustris.

Una de las mejores maneras de saber si las teorías actuales en Cosmología realmente explican la forma en que nuestro Universo evolucionó para llegar a ser como es ahora, es tomar todo lo que creemos que sabemos sobre el Universo temprano y la formación de galaxias, ponerlo en un supercomputador, y ver qué pasa. Suena simple, ¡pero no lo es!
El día de ayer, se publicó en Nature una simulación de este tipo, y los investigadores responsables lograron reproducir un cosmos que luce bastante como el nuestro. Esto le da puntos (o ‘jumbitos’) al modelo cosmológico estándar, pero también podría ayudar a los físicos y astrónomos a descubrir en qué partes fallan sus modelos de formación de galaxias.

La simulación en cuestión fue desarrollada por Mark Vogelsberger, un físico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, EEUU, y sus colegas. El modelo de Universo sigue la evolución tanto de la materia visible como de la materia oscura. El punto de partida de la simulación es 12 millones de años después del Big Bang.
Anteriormente se habían hecho esfuerzos similares, pero los modelos eran o pequeños y detallados, o grandes y toscos, en cambio esta simulación logra cubrir un espacio lo suficientemente grande (un cubo de arista 106.5 megaparsecs, o 350 millones de años luz
) como para ser representativa de todo el Universo, pero al mismo tiempo tiene el nivel de detalles suficiente para resolver estructuras a pequeña escala, como galaxias individuales. También, a diferencia de simulaciones anteriores, produce una mezcla de formas de galaxias que corresponden bien a las observaciones. De la misma forma, logra recrear la distribución a gran escala de cúmulos de galaxias y gas neutro en el Universo, como también el contenido de Hidrógeno y elementos pesados en las galaxias.

Según Vogelsberger, el éxito de su simulación se debe en gran parte a sus algoritmos mejorados, y al hecho de que los cálculos incluyen una rica variedad de procesos físicos, como la formación de agujeros negros y el efecto que producen en su entorno. Como se pueden imaginar, el modelo llamado Illustris, requiere computadores con una potencia enorme: ejecutar esta simulación en un computador de escritorio normal tomaría unos 2,000 años, añade Vogelsberger (así que 0 opción de que puedan hacer algo así en sus hogares). Incluso siendo ejecutada con más de 8,000 procesadores, la simulación tomó varios meses.

Un triunfo para el modelo estándar

Un gran cúmulo de galaxias — junto con un  denso halo de materia oscura — formado en el centro del Universo simulado.
Un gran cúmulo de galaxias — junto con un denso halo de materia oscura — formado en el centro del Universo simulado.
Los modelos previos a Illustris habían tenido que luchar para reproducir correctamente incluso las propiedades más básicas de las galaxias, dice Chris Brook, un astrofísico de la Universidad Autónoma de Madrid, quien estudia la formación de galaxias en base a simulaciones. Hasta ahora, no estaba claro si las fallas eran producidas por problemas con los modelos de formación de galaxias, o si el error era del lado de los físicos y su modelo cosmológico estándar, en el cual solo un 4% del Universo es materia visible, un 23% es materia oscura, y el 73% restante corresponde a energía oscura.

Solo recientemente se ha logrado usar este modelo para simular galaxias que correspondan a ciertas características observadas. Es por eso que el hecho de que el modelo de Vogelsberger y sus colegas reproduzca la variedad de tipos de galaxias que existen en el Universo real, pone al modelo cosmológico estándar en tierra firme, dice Brook. Desde ahora, tales simulaciones se volverán mucho mas útiles a la hora de predecir e interpretar resultados observacionales, agrega.

Pero no todo son buenas noticias. Aunque el modelo concuerda bastante bien con las observaciones del Universo, presenta algunas anomalías. Por ejemplo, hay galaxias de baja masa que se forman demasiado pronto. «La idea ahora es intentar comprender por qué está sucediendo esto y ver qué es lo que nos falta en términos de formación de galaxias,» dice Vogelsberger.

Fuente: Nature
Artículo: Properties of galaxies reproduced by a hydrodynamic simulation

A continuación les dejamos el también el video de la simulación (y quienes quieran, pueden revisar también el podcast en la página de Nature:

«Cómo construir una máquina del tiempo»

Este es el nombre del documental del realizador Jay Cheel que nos muestra a dos hombres, Rob Niosi y Ronald Mallett, cuya obsesión es construir (o recrear) una máquina del tiempo usando como inspiración la novela de ciencia ficción The Time Machine de H.G. Wells (ambientada en la Inglaterra victoriana).

De acuerdo al sitio Twitch Film, inicialmente este proyecto estaba enfocado en la historia de Jon Titor (un auto-proclamado hombre del futuro), pero el documental evolucionó de forma distinta desde ese entonces y ahora se centra en dos personajes: Rob Niosi, que construye réplicas de máquinas del tiempo (basándose en la adaptación cinematográfica de de The Time Machine de los años 1960), y el PhD en Física y autor Ronald Mallett, quien por años ha estudiado la ciencia detrás de los viajes en el tiempo.

HTBTM_630-thumb-630xauto-47752En el caso de Rob, su idea inicial era construir una réplica a escala de la máquina del tiempo de la adaptación de George Pal de la novela The Time Machine de H.G. Wells, sin saber muy bien en qué se estaba metiendo. Su proyecto que inicialmente duraría 3 meses ya va en su onceavo año, y Rob no está seguro de que alguna vez termine. Su actitud perfeccionista y naturaleza obsesiva — cultivada por años de trabajo como animador de stop-motion — han hecho que su máquina del tiempo pase de ser una réplica a una verdadera obra de arte. Pero, ¿cuál es su meta? Capturar la impresión que sintió cuando niño la primera vez que posó sus ojos sobre esa hermosa máquina.

Para Ronald, el otro protagonista de esta historia, lo que lo marcó fue la repentina muerte de su padre cuando él aun era un niño. Esto dio vuelta su mundo. Él se aisló de sus amigos y familia y encontró consuelo solo en la ciencia ficción. Fue The Time Machine el libro que inspiró a Ron a seguir una carrera en Física. ¿Su meta? Construir una máquina del tiempo para viajar al pasado y salvar a su padre.

Esperamos poder ver pronto este emocionante documental, y mientras tanto, les dejamos el teaser. Quienes estén interesados, pueden seguir a las cuentas de How to build a time machine en Facebook y Twitter.

Fuentes: io9, alt1040 y Twitch Film
Agradecimientos: a Arturo, por enviar la noticia 🙂

Un espectro vale más que mil imágenes

La séptima nota invitada de la RedLBC en el Cumpleaños de Star Tres es de los chicos del blog Conexión Causal. El autor de esta entrada es Jorge Díaz (@jsdiaz_ en Twitter), nuestro Físico de Partículas favorito 🙂 . Sin más presentación, los dejamos con su nota.

Un espectro vale más que mil imágenes

El otro día llegué algo tarde a la universidad por lo que encontrar estacionamiento fue difícil. Mientras recorría los varios pisos del estacionamiento frente al Departamento de Física noté algo poco común: había un puesto disponible en el primer piso. Después de exclamar YEAH! estacioné allí mi auto y salí camino a mi oficina con una sonrisa, es un gusto encontrar un espacio tan bien ubicado; probablemente alguien que llegó temprano tuvo que irse por un motivo imprevisto, porque los pocos espacios en los primeros pisos se ocupan temprano. Esto me dejó pensando sobre la similitud entre los espacios en el estacionamiento y los estados que los electrones ocupan en un átomo.

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Dada la gran cantidad de profesores, administrativos y estudiantes, existen varios estacionamientos de varios pisos. Cada mañana decenas de vehículos ocupan los muchos espacios disponibles. Los primeros en ocuparse son obviamente aquellos en el primer nivel, ya que eso permite salir del estacionamiento en forma rápida y sin necesidad de usar las escaleras. Luego se llenan los pisos superiores, por este motivo llegar tarde implica un ejercicio bajando largas escaleras en la mañana y luego subirlas en la tarde porque sólo habrá espacios disponibles en los pisos superiores. Dada la comodidad del primer nivel los estacionamientos disponibles son muy apetecidos, sin embargo como en toda institución existe una jerarquía y las personas con altos rangos tienen estacionamientos reservados, por ejemplo el presidente de la universidad y el entrenador del equipo de fútbol tienen espacios marcados con su cargo en el primer piso. Asimismo, en otros pisos decanos y directores de oficinas administrativas tienen sus puestos reservados. El primer nivel también tiene varios puestos reservados para personas con discapacidad y algunos profesores eméritos (universidades como UC Berkeley tienen también espacios exclusivos para ganadores del Premio Nobel).parking1 En el primer piso sólo hay dos espacios disponibles para uso general. Algo similar ocurre en el segundo nivel, donde descontando los espacios reservados sólo ocho espacios son para uso general; el tercer piso tiene 18 y el cuarto 32.
En el espíritu de una vida saludable el subir y bajar escaleras no debería ser algo negativo, para muchos físicos este es el único ejercicio diario, sin embargo hay otro problema: debido a las lluvias torrenciales los pisos superiores son más seguros en caso de inundación, por lo que la empresa que administra los estacionamientos cobra de acuerdo a dónde uno estacione su vehículo y los pisos superiores son más costosos (el primer piso tiene un costo C1=$1/hora, el segundo C2=$4/hora, el tercero C3=$9/hora, etc.), por lo que la única manera de pagar menos es llegar muy temprano para usar los puestos más baratos.

parking25Cuando se instauró la regla de pagar de acuerdo al piso que se usa hubo muchas quejas, por lo que la empresa ofreció algo a cambio: una lotería entre quienes usen el estacionamiento que al azar entregaría una suma arbitraria y razonable de dinero que sólo podría usarse allí, permitiendo el uso de alguno de los pisos superiores. De esta forma si alguien estacionado en el 2° piso gana $5/hora en el sorteo entonces puede usar este premio para mover su vehículo al 3er piso ya que C2+$5/hora=$9/hora=C3. Notar que si esta persona gana menos de lo necesario para pasar a un piso superior entoces el premio no puede ser usado.

parking31De la misma manera, si hay un puesto desocupado en un piso inferior, este puede ser usado por alguien en un piso superior y pagar sólo ese valor, por lo que alguien por ejemplo en el 4° piso puede reacomodar su vehículo en el 2° piso en caso de haber un espacio disponible más tarde y pagar C2=$4/hora en vez de C4=$16/hora, permitiendo un ahorro de C4-C2=$12/hora.
El sistema parece complicado pero funciona bastante bien, así cuando alguien gana el premio puede subir de nivel y en caso de haber espacio disponible alguien puede ahorrar pasando a un piso más bajo.

Las misteriosas líneas oscuras

light_dispersionDespués de graduarse en Cambridge, el gran Isaac Newton se fue a la granja de su familia cuando la universidad fue cerrada debido a la Gran Plaga. Allí además de revolucionar la física, las matemáticas y de escribir la obra más importante en la historia de la ciencia, Newton descubrió que la luz solar se descompone en los colores del arcoíris al hacerla pasar por un prisma. Aunque este descubrimiento es usualmente mencionado como algo menor al compararlo con su obra monumental (los Principia), esta separación de la luz blanca en sus colores no sólo motivó una portada genial para el álbum The Dark Side of the Moon, también llevó a una revolución en la física y la astronomía.
A esta separación de la luz blanca en sus colores se le llama espectro. Esto cautivó a físicos y químicos del mundo entero y el estudio del espectro solar se transformó en una disciplina llamada espectroscopía. En 1802 el químico inglés William Wollaston notó algo extraño: en ciertas regiones del espectro podían verse líneas oscuras. Años más tarde, en forma independiente el alemán Joseph von Fraunhofer inventó un aparato llamado espectroscopio para estudiar el espectro solar en detalle. Fraunhofer notó el mismo efecto: el espectro solar mostraba líneas oscuras, como si el espectro revelara que cierta luz faltara en zonas determinadas. Interpretando la luz como una onda, los distintos colores de la luz son una manifestación del tamaño de la onda, lo que se caracteriza por su llamada longitud de onda. Fraunhofer se dedicó a estudiar estas misteriosas líneas del espectro solar, catalogando cientos de ellas e identificando la longitud de onda a la que aparecían. Parecía que algo producía sombras a determinadas longitudes de onda o absorbiera la luz por lo que a esto se le llamó un espectro de absorción o espectro con líneas de absorción.

Líneas de Fraunhofer en el espectro solar y sus longitudes de onda en nanómetros (milmillonésimas de metro)
Líneas de Fraunhofer en el espectro solar y sus longitudes de onda en nanómetros (milmillonésimas de metro)

Siguiendo a Fraunhofer, muchos científicos en Europa se dedicaron a estudiar detalles de las famosas líneas. Otro tipo de espectro había también sido observado, en el que al contrario de líneas oscuras se observaban líneas de colores en ciertas regiones del espectro de gases calientes, a los que se les llamó espectros de emisión o líneas de emisión.

Líneas de emisión de varios elementos.
Líneas de emisión de varios elementos.

El físico francés Leon Foucault, conocido por sus mediciones de la velocidad de la luz y el famoso péndulo que lleva su nombre que muestra la rotación de la Tierra, también se interesó en los espectros. Convencido que espectros de emisión y absorción debían estar relacionados, en 1849 usando muchos elementos demostró experimentalemente que las líneas de emisión y absorción aparecen a la misma longitud de onda para un determinado elemento.
En 1855, el químico alemán Robert Bunsen desarrolló en la Universidad de Heidelberg el famoso mechero que hasta nuestros días se usa en laboratorios del mundo entero. A fines de esa década el gran físico alemán Gustav Kirchhoff era bastante reconocido por sus aportes en óptica y en circuitos eléctricos (todo estudiante que ha tomado un curso de electromagnetismo ha sufrido con las leyes de Kirchhoff para resolver corrientes en circuitos). Kirchhoff que se había trasladado a Heidelberg unos años antes, tenía además un interés en el estudio de los colores de los cuerpos al ser calentados. kirchhoff_bunsenCuando se enteró de la invención de Bunsen le sugirió que su mechero podría usarse para estudiar el espectro generado al calentar distintas sustancias. Adaptando un pequeño telescopio y un prisma, juntos construyeron un aparato para esta tarea, similar al espectroscopio creado por Fraunhofer pero reemplazando la luz solar por la llama del mechero. Bunsen y Kirchhoff se dedicaron a estudiar los detalles de los espectros de una variedad de elementos químicos y notaron que en todos los casos podían observarse las famosas líneas. Estas líneas de Fraunhofer, como se les llamaba, estaban presentes en todos los espectros, sin embargo cada elemento tenía su propio set de líneas. Estudiando un elemento tras otro, no encontraron dos sets de líneas iguales y a pesar de desconocer su origen, Bunsen y Kirchhoff propusieron que estas líneas espectrales serían como una huella dactilar de cada elemento químico, es decir, cada elemento químico tendría un set único de líneas que podría usarse para identificarlo.

En 1859 además encontraron que varias de las líneas encontradas por Fraunhofer en el espectro solar coincidían con las de varios elementos estudiados con el mechero.

espectro

Bunsen y Kirchhoff llegaron a la notable conclusión de que las línes oscuras en el espectro podrían usarse para identificar los elementos químicos presentes en la superficie del Sol. Esta idea generó una revolución en la astronomía ya que permitiría estudiar los componentes de las estrellas sólo observando su luz. No es necesario recolectar una muestra de las estrellas tan lejanas, sólo basta con estudiar su espectro para determinar sus componentes. Más tarde se descubrió que las líneas se mueven hacia zonas rojas cuando la fuente se aleja y hacia el azul cuando se acerca (llamado efecto Doppler que discutiremos en algún momento), lo que además permitió determinar cómo se mueven los cuerpos celestes distantes y su velocidad, además de conocer los componentes de las estrellas, galaxias distantes e incluso llevó al descubrimiento de la expansión del universo.

Electrones en átomos

En los siguientes 50 años la astronomía vivió grandes avances, se construían telescopios cada vez más grandes los que permitían recolectar la luz de objetos más lejanos. Astrónomos usaban el método espectroscópico de Bunsen y Kirchhoff para estudiar la valiosa información codificada en la luz de las estrellas. Los físicos por otro lado, vivían en una crisis ya que seguían sin poder explicar el origen de las útiles pero misteriosas líneas espectrales.
En una rama de la física aparentemente desconectada de todo esto, Ernest Rutherford anunció en 1911 el descubrimiento del núcleo atómico. Hasta entonces se pensaba que el átomo era una masa amorfa con cargas positivas y negativas, pero el descubrimiento de Rutherford reveló que el átomo posee un núcleo con carga positiva y un enjambre de electrones negativos orbitan el núcleo de manera parecida a como los planetas orbitan el Sol.

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Sin embargo el llamado modelo planetario de Rutherford tenía un problema: cargas eléctricas opuestas se atraen, por lo que los electrones serían atraídos por el núcleo y el átomo planetario dejaría de existir. Rutherford había invitado a Niels Bohr a la Universidad de Manchester como investigador postdoctoral para unirse a su grupo, que incluía al químico George de Hevesy y al físico Charles Galton Darwin (nieto del gran Charles R. Darwin). Bohr quiso rescatar el modelo de Rutherford y propuso una solución al problema: los electrones en torno al núcleo no se mueven en órbitas arbitrarias, sino que sólo pueden ocupar órbitas permitidas a las que se les llamó niveles. Algunos electrones estarían en el primer nivel (n=1), los siguientes ocuparían el segundo nivel (n=2), luego el tercel nivel (n=3), y así.

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Los electrones tendrían prohibido orbitar el núcleo entre dos niveles. De la misma forma que los automóviles en un estacionamiento pueden ocupar el primer piso, o el segundo o el tercero, pero no pisos intermedios. Al igual que un ascensor, dejando de lado el que aparece en Being John Malkovich, lleva pasajeros de un piso a otro pero no a pisos intermedios. La solución de Bohr parece simple pero arbitraria ya que en principio no hay un motivo claro para que existan órbitas permititidas (niveles) y zonas prohibidas para los electrones. Bohr había propuesto estos niveles discretos motivado por la idea de Max Planck una década antes que permitió resolver otra crisis de la física al proponer que la radiación podía sólo emitirse en paquetes discretos de energía llamados cuantos. El mismo Einstein usó esta idea en su explicación del efecto fotoeléctrico (que hoy usamos en placas solares y le dio el Premio Nobel en 1921) llamando fotones a los cuantos de luz. Detrás de la primitiva e inofensiva idea de estos cuantos usada por Planck y Einstein había una revolución en la física a punto de estallar; estos cuantos eran una caja de Pandora que Bohr acababa de abrir: la mecánica cuántica.
La idea del joven danés (Bohr tenía sólo 28 años) fue considerada con mucho escepticismo por los destacados físicos de la época ya que la única explicación que Bohr daba a sus niveles discretos era que la naturaleza del mundo atómico era cuántica (es necesario mencionar que aquí sólo he presentado una versión en palabras del modelo de Bohr, sin embargo en su propuesta original Bohr mostró un consistente formalismo matemático que llevó a estas ideas). Aunque los físicos más conservadores miraban con desconfianza las nuevas ideas, una nueva generación de científicos incluyendo a Arnold Sommerfield y Max Born vieron en las ideas de Bohr una irreverencia hacia la física clásica que les resultó muy atractiva. A pesar de que el modelo de Bohr permitía evitar el colapso del átomo descrito por Rutherford, todavía debía pasar la prueba más dura de toda idea científica: verificación experimental. Como muy bien lo dijo Feynman, no importa cuán bella sea tu idea, si no está de acuerdo con el experimento entonces es errónea.

En el estudio del efecto fotoeléctrico, Einstein usó la idea de que los electrones en un material podían absorber un cuanto de luz (fotón) y por conservación de la energía estos electrones podrían escapar del material generando una corriente eléctrica. Bohr trabajó en los detalles de su modelo y motivado por la idea de Einstein estudió qué pasaría si un electrón en un nivel pudiese absorber un fotón. Cada nivel corresponde a una determinada energía. bohr2Bohr encontró que los electrones de menos energía ocuparían los niveles más bajos (igual que en el estacionamiento, los espacios en el primer nivel se ocupan primero por ser más cómodos y baratos), este nivel de mínima energía se le denomina estado fundamental (o ground state, en inglés).
Mientras más energía tuviese un electrón ocuparía un nivel más alto (en el caso del estacionamiento, mientras más dinero se pague más arriba puede uno estacionar su auto). Bohr demostró que si un fotón posee una energía igual a la diferencia entre dos niveles entonces un electrón podría absorberlo y saltar a un nivel superior (similar al premio de la lotería en el estacionamiento que permite usar un piso superior), esto resulta en lo que se llama un electrón excitado. Bohr notó que sólo aquellos fotones que tuvieran una energía igual a la diferencia entre dos niveles serían absorbidos, ya que el electrón sólo puede saltar de un nivel a otro y no a zonas intermedias prohibidas. Esto implicaría que si una fuente caliente (como una estrella) emite un espectro de luz continuo (luz de todos los colores) como establece la primera ley de la espectroscopía de Kirchhoff, entonces los electrones de un gas ubicado entre la fuente y el observador podrían absorber sólo aquellos fotones con la energía precisa para hacerlos saltar a algún nivel superior. Estos fotones absorbidos estarían ausentes al otro lado de la nube de gas y por lo tanto un observador verá zonas del espectro en que faltan fotones… zonas oscuras a determinadas longitudes de onda: líneas de Fraunhofer! El modelo atómico de Bohr permite explicar las misteriosas líneas espectrales.
bohr3Así como un electrón puede excitarse y pasar a un nivel de mayor energía al absorber un fotón, el electrón puede volver a su nivel original (en general todo sistema físico intentará volver a la configuración de mínima energia posible) y el exceso de energía es emitido en forma de luz. De esta manera un fotón es emitido por el átomo con una energía igual a la diferencia entre los dos niveles (igual al caso de alguien que reacomoda su auto en un piso inferior ahorrando algo de dinero). Este fotón emitido con la desexcitación del electrón es lo que genera las líneas de emisión. Dado que la naturaleza de las líneas emisión y absorción es la misma, el modelo de Bohr señala que esta deben ocurrir a la misma longitud de onda, tal como fue observado por Foucault.

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Además Bohr demostró que los niveles de energía no son los mismos para todos los elementos, dependen del número de electrones (que es lo que identifica un elemento químico de otro). Por este motivo cada elemento debería poseer un set de líneas espectrales únicas. Bohr mostró que la física cuántica que motivó su modelo podía explicar las observaciones de Fraunhofer, Foucault, Bunsen y Kirchhoff (y muchos otros que he omitido en esta historia). Observaciones experimentales validaron este nuevo modelo del átomo, el que también permitió predecir el espectro de otros elementos, algunos desconocidos en ese tiempo. Bohr fue reconocido con el Premio Nobel en 1922 por sus estudios de la estructura del átomo y la radiación, y se transformó en uno de los arquitectos de la mecánica cuántica.

Bohr usó la mecánica cuántica todavía en pañales para proponer su modelo que establece los niveles permitidos para los electrones, sin embargo había algo que no podía explicar: ¿por qué los electrones ocupan diferentes niveles? en otras palabras, ¿podrían todos los electrones ocupar el nivel mas bajo? Esto no se observa, de la misma forma que en el estacionamiento que uso cada día sólo hay 2 espacios disponibles en el primer nivel, y 8 en el segundo. Lo mismo ocurre en los átomos. Sin embargo el modelo de Bohr no puede explicar este fenómeno. Pero la solución vendría pronto. El año 1900 no sólo nacía la mecánica cuántica con el trabajo de Max Planck, también nació Wolfgang Pauli en Viena.

wolfgang_pauli_1Reconocido como un genio a temprana edad, fue estudiante de Sommerfield en Munich y a los 20 años ya había escrito papers en relatividad, incluyendo un artículo enciclopédico que impresionó al mismo Einstein. El año que Einstein recibía su Premio Nobel, el joven austriaco terminaba su doctorado. Luego pasar un tiempo en el instituto de Bohr en Dinamarca, Pauli aceptó una posición en la Universidad de Hamburgo en el norte de Alemania. Allí mostró cómo el modelo de Bohr no podía explicar la estructura periódica de los elementos químicos (esa famosa tabla que todos hemos visto). Los electrones eran ordenados en los niveles de Bohr mediante el llamado número cuántico principal (n) que es una etiqueta del nivel, similar a la numeración de los pisos del estacionamiento. Las propiedades de las órbitas de los electrones en cada nivel tenían también otro par de etiquetas. Pauli propuso que los electrones tendrían otro número cuántico (otra etiqueta), un nuevo número cuántico y que cada electrón en un átomo tendría su propio set de números cuánticos, es decir, dos electrones no pueden tener los mismos números cuánticos (más tarde el nuevo número cuántico introducido por Pauli sería interpretado como el espín del electrón por Samuel Goudsmit y George Uhlenbeck, este último fue el supervisor de Emil Konopinski, el protagonista de nuestra historia anterior). Esta idea llamada Principio de Exclusión fue anunciada en enero de 1925; Pauli tenía sólo 24 años, pero fue capaz de explicar por qué los electrones se distribuyen en niveles. Debido a que los electrones no pueden tener los mismos números cuánticos, sólo cierto número de espacios pueden ser ocupados por electrones en un determinado nivel. Pauli calculó que en el nivel n podría haber como máximo 2n^2 electrones, es decir, 2 espacios en el primer nivel, 8 en el segundo, 18 en el tercero, 32 en el cuarto, etc. Usando el modelo de Bohr y su principio de exclusión, Pauli pudo explicar cómo se ordenan todos los elementos de la tabla periódica y sus propiedades químicas. Pauli se convirtió en otro de los arquitectos de la nueva física, la física cuántica y su principio de exclusión le dio el Premio Nobel en 1945, 15 años después de inventar el neutrino, pero esa es otra historia (al igual que Bohr, Pauli presentó un complejo pero consistente formalismo matemático cuya interpretación son las palabras presentadas aquí).

Newton jamás visualizó que al descomponer la luz del Sol, otros lo harían con la llama de un mechero y la luz de las estrellas capturada con modernos telescopios que usan espejos curvos que él mismo diseñó en su tiempo libre en la granja de su familia. Siglos más tarde varios genios del siglo XX combinaron nuevas formulaciones matemáticas con revolucionarios experimentos en sus laboratorios, así la física atómica llevó a la física nuclear y al desarrollo de la mecánica cuántica. Gracias a Bohr y Pauli ahora entendemos cómo estudiar la luz de las estrellas más distantes en el universo usando los efectos que ocurren en los átomos de sus atmósferas (que actúan como la nube de gas en la figura más arriba). Incluso Curiosity recorre Marte disparando un poderoso láser para generar espectros y estudiarlos.
La espectroscopía es una de las disciplinas más importantes en astronomía ya que nos permite determinar los átomos y moléculas que componen los distantes astros, cómo se mueven y una infinidad de propiedades que los astrónomos han aprendido a descifrar para armar el puzzle que llamamos universo. Mucha gente piensa que la astronomía consiste principalmente en capturar imágenes espectaculares del cielo, sin embargo el uso de la espectroscopía muestra que cada fotón trae valiosa información que los astrónomos nos revelan. En el siglo XIX Bunsen y Kirchhoff bajaron las estrellas de los cielos y las trajeron hasta nuestros laboratorios. Siempre se dice que una imagen vale más que mil palabras, pero en física y astronomía, un espectro vale más que mil imágenes.

Espectro solar de alta resolución (crédito: N.A. Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF)
Espectro solar de alta resolución (crédito: N.A. Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF)

Nota: es cierto que este post nació cuando encontré un puesto luego de darme vueltas en el estacionamiento, pero las reglas de su funcionamiento son una invención para hacerlo consistente con las características del modelo de Bohr. No, no hay lotería en el estacionamiento.

Imágenes: NASA, NOAO, Universidad de Heidelberg, American Physical Society.

El elemento 117, ¿un nuevo integrante de la tabla periódica?

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Científicos alemanes lograron crear un nuevo elemento super-pesado, el hasta ahora llamado «elemento 117«, lo que lo acerca cada vez más a ser oficialmente reconocido como parte de la tabla periódica estándar.

Electron_shell_117_ununseptiumLos investigadores del «GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research«, un acelerador ubicado en Darmstadt, Alemania, aseguran haber creado y observado numerosos átomos del elemento 117, que por ahora se conoce como ununseptium.

El elemento 117, que se llama así porque es un átomo con 117 protones en su núcleo, era uno de los elementos faltantes en la tabla periódica. Estos elementos super-pesados, entre los que se incluyen todos los elementos con número atómico (número de protones) superior a 104, no se encuentran de forma natural en la Tierra, sino que han sido creados de forma sintética en laboratorios.

El Uranio, que tiene 92 protones, es el elemento más pesado encontrado en la naturaleza, pero los científicos pueden crear elementos más pesados de forma artificial agregando protones a un núcleo atómico a través de reacciones de fusión nuclear.

«A lo largo de los años, los investigadores han creado elementos cada vez más pesados con la esperanza de descubrir qué tan grandes pueden ser los átomos«, dice Christoph Düllmann, profesor del «Institute for Nuclear Chemistry» de la «Johannes Gutenberg University Mainz». ¿Existe un límite, por ejemplo, para el número de protones que puede contener un núcleo atómico? Por ahora, no lo sabemos.

Fuente: Discovery News

Les dejamos también dos vídeos relacionados con este tema, cortesía de Discovery:

What happens when a new element is discovered?

Why we need rare Earth elements?

Cómo hacer grafeno con la licuadora

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Este artículo publicado por Nature suena tentador: la posibilidad de fabricar un material tan especial como el grafeno usando algo tan simple como la licuadora que tenemos en nuestra cocina.

Pero las cosas no pueden ser tan fáciles y divertidas 🙁 . Nature nos advierte de NO intentar esto en casa por nada del mundo! REALMENTE NO LO INTENTEN: es casi seguro que no funcionará y dejaremos nuestra licuadora inutilizable (lo que podría traernos serios problemas en el hogar, sobre todo para quienes viven con sus mamis). Pero oculto en la información suplementaria de un artículo publicado por la revista Nature, se encuentra una receta doméstica para producir grandes cantidades de ‘escamas’ de grafeno.

Las láminas de carbono son el material más fuerte y delgado; conductoras de la electricidad y flexibles; y capaces de transformar todo desde pantallas táctiles hasta plantas de tratamiento de aguas.

Cinco litros de grafeno suspendido en una licuadora industrial. Créditos: CRANN.
Cinco litros de grafeno suspendido en una licuadora industrial. Créditos: CRANN.
En ‘Nature Materials‘, un equipo liderado por Jonathan Coleman describe cómo tomaron una licuadora de alta potencia (400-watt) y le agregaron medio litro de agua, 10-25 mililitros de detergente y 20-50 gramos de polvo de grafito (que se encuentra en las minas de lápices). Luego de hacer funcionar la licuadora por unos 10-30 minutos, obtuvieron como resultado un gran número de ‘escamas’ de grafeno de unos micrómetros de tamaño, suspendidas en el agua.

Coleman añade que la receta consiste en un delicado equilibrio de surfactante y grafito, que aún no ha dado a conocer (es por esto que se recomienda no intentarlo en casa, pero Coleman está preparando una receta detallada para su publicación más adelante). Y en su laboratorio, centrífugas, microscopios electrónicos y espectrómetros también se utilizaron para separar el grafeno y probar el resultado. De hecho, la receta con la licuadora de cocina de añadió más tarde en el estudio, como una especie de truco – el trabajo principal fue hecho primero con una batidora industrial (en la foto).

De todos modos, el ejemplo muestra lo simple que puede ser este nuevo método para fabricar grafeno en cantidades industriales. «Es un paso significativo hacia la producción masiva de bajo costo», dice Andrea Ferrari, una experta en grafeno de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido. «El material es de una calidad cercana a la mejor que existe en la literatura, pero que tienen costos de producción cientos de veces más altos.»

La calidad de estas ‘escamas’ de grafeno no es tan alta como la que obtuvieron los ganadores del Premio Nobel de Química el 2010, Andre Geim y Kostya Novoselov, de la Universidad de Manchester, quienes usaron Scotch para despegar láminas a partir del grafito. Tampoco son tan grandes como las láminas de grafeno de metros de largo que se construyen átomo a átomo usando vapor. Pero para cosas que no sean aplicaciones electrónicas de alta gama, estas pequeñas ‘escamas’ son suficiente.

Fuente: Nature
Artículo: Scalable production of large quantities of defect-free few-layer graphene by shear exfoliation in liquids

Cincuenta milisegundos en la vida del gato de Schrödinger

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“Nunca podemos experimentar con electrones aislados, ni con átomos ni pequeñas moléculas. Lo hacemos con nuestros pensamientos, pero esto siempre tiene consecuencias ridículas”. Estos eran los lamentos de Erwin Schrödinger en 1952, el conocido físico que creó la metáfora del gato suspendido entre la vida y la muerte para explicar la superposición cuántica, esa rara propiedad que permite a un objeto existir en más de un estado a la vez.

Actualmente las cosas no son como en el tiempo de Schrödinger. Los científicos de hoy ya pueden manipular átomos y partículas individuales, y no sólo eso, también es posible reproducir algunos instantes de la vida del gato más famoso de la ciencia: el gato de Schrödinger.

El-premio-nobel-Serge-Haroche-habla-de-fisica-cuantica-en-Madrid_image800_Esto es lo que ha logrado hacer el ganador del premio Nobel de física Serge Haroche. Su película llamada «Cincuenta milisegundos en la vida de un gato de Schrödinger», ha sido presentada en una conferencia impartida en el Institut Français. A pesar de su nombre, la película en verdad dura 25 segundos (está en «cámara lenta»), y en verdad el protagonista no es el gato (lo sé, les maté la ilusión 🙁 ), sino un puñado de fotones que actúan en su papel de onda (no en el de partícula). Para seguir matando las ilusiones, la película en realidad es una animación que muestra el movimiento de una gráfica en 3D (siento haber jugado con sus sentimientos, queridos lectores).

Según explica Haroche, «en esta función observamos dos peaks máximos a los lados que equivalen a los estados clásicos del ‘gato vivo’ y el ‘gato muerto’, pero en medio hay otras zonas positivas –rojizas– y peaks negativos –azulados–, que corresponden a las señales de interferencia que describen la coherencia cuántica del gato” (¿les quedó claro?).

El fenómeno en cuestión se visualiza en la mitad de la película, cuando los peaks centrales desaparecen. Se pierde la coherencia cuántica y sólo quedan los dos peaks correspondientes a los estados clásicos del gato.

“La decoherencia es el fenómeno que destruye la coherencia cuántica y está ligado a la interacción del sistema con su entorno”, explica Haroche a Sinc. “El gato deja de estar vivo y muerto a la vez, deja de ser coherente cuando interactúa con el medio, que puede ser el aire, los fotones u otras partículas. Se produce una pérdida de información y el sistema se ve forzado a elegir entre una de las dos alternativas”.

Les dejamos el video a continuación:

Fuente y más información: Agencia Sinc