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Mensaje por Maethnír Anárion el Miér 13 Ene 2016 - 20:56

Hace ya un poco más de un año, mi antiguo profesor particular de inglés (Sí, qué quereis, es un tipo genial y me llevo muy bien con él xD) me comentó que estaba escribiendo un blog sobre los dos temas que más le interesan: la ciencia y la historia. Por si queréis echarle un ojo, os dejo aquí el link: http://www.cienciahistorica.com/. La cosa es que me preguntó si yo podría escribirle algún artículo científico de divulgación para la sección más de ciencia de su blog. Yo, encantado, me lancé a la tarea y le mandé un artículo al mes... hasta que me pudieron los exámenes y después de eso se me olvidó por completo. Acabo de encontrar esos artículos y he pensado que no estaría mal subirlos aquí también. Los iré subiendo poco a poco, para crear hype  Laughing

Aquí va el primero:

El nuevo material que ha revolucionado a la ciencia: el Grafeno
 
En el año 2004, los científicos Andre Geim y Kostya Novoselov de la universidad de Manchester fueron capaces de extraer de una muestra de grafito normal y corriente, idéntico al que forma la mina de los lápices, una lámina con una característica muy especial: únicamente tenía un átomo de grosor; era una monocapa atómica de grafito. Poco se imaginaban que este logro acabaría en la Academia de premios Nobel de Estocolmo con ambos dos recibiendo el Premio Nobel de Física 2010.
Y ¿Qué es tan extraordinario sobre esta lámina de grafito? Bien, pues para entenderlo, antes debemos hablar de la forma que tiene. La Naturaleza tiende a generar patrones muy similares entre los objetos más dispares y menos esperados, tanto es así que en este caso para explicar las increíbles propiedades de este nuevo material, debemos acudir a las abejas. Todo el mundo tiene en mente la meticulosa distribución interior de un panal de abejas; estas pequeñas grandes obreras crean una de las estructuras más simples y a la vez más útiles de la naturaleza: celdas hexagonales. En el caso del grafeno está formado simplemente por átomos de carbono distribuidos hexagonalmente y entrelazados hasta el infinito.
La primera de las muchas propiedades únicas del Grafeno es que posee una conductividad eléctrica muy elevada. Esto significa que en el Grafeno, la electricidad se desplaza con mucha facilidad y a una velocidad muy superior a la de, pongamos, un cable de cobre. Y aun así, un cable hecho de Grafeno no sufre casi calentamiento al transportar electrones (lo que se denomina un efecto Joule bajo) así que se reducirían enormemente los riesgos de incendios o las necesidades de refrigeración en circuitos.
Su dureza se aproxima a la del diamante y aun así es tan ligero como la fibra de carbono y más flexible que ésta.
El Grafeno comparte la propiedad del Silicio de generar electricidad cuando recibe luz solar (se genera efecto fotoeléctrico con radiaciones de frecuencia media).
La última propiedad parece extraída de una obra de ciencia-ficción: el Grafeno se AUTORREPARA. Cuando se rompen varios de los hexágonos, los átomos de carbono circundantes se desplazan ocupando el hueco recién creado y volviendo a formar hexágonos para unirse entre sí.
Las aplicaciones de un material con estas propiedades son casi interminables: fabricación de microchips mucho más pequeños y eficientes que los actuales, dispositivos de camuflaje óptico que generen algo similar a la invisibilidad, células fotoeléctricas de altísima eficiencia o circuitos integrados en objetos cotidianos son solo la punta del iceberg. Esto ha hecho que el Grafeno se gane el apodo de “Material del futuro”.
Aun así, como con todo, hay una pega: pese a la abundancia de carbono en nuestro planeta (se trata del elemento más abundante de todos con un gran margen), el Grafeno úncamente se puede extraer del grafito con un proceso largo y costoso, por lo que por ahora nos tendremos que contentar con diseñar aplicaciones para tan maravilloso material hasta que uno de los muchos equipos de investigación dedicados a encontrar un mejor método de obtención tenga éxito.

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Segundo artículo: Esta vez tocan los Agujeros Negros

Mensaje por Maethnír Anárion el Vie 15 Ene 2016 - 11:16

Los Agujeros Negros: El Centro del Universo
 
En la Antigüedad no existía mayor representación de lo desconocido, el peligro, la Nada y la aventura que el mar y los océanos. Durante siglos se perpetuaron creencias acerca de monstruos como el kraken o la serpiente marina, acerca de la cascada situada al final de un mundo plano, cayendo eternamente. Mientras se iban rellenando los huecos en los mapas, iban desapareciendo los mitos y los miedos asociados al desconocimiento del mar; sin embargo, uno de ellos se mantuvo: el pánico que todo marinero tiene a los remolinos. Ya fueran los antiguos griegos hablando sobre Caribdis o los científicos sobre corrientes opuestas de distintas temperaturas, las fauces del océano nada perdonan y todo lo absorben.
Nosotros vivimos ahora en la Era Espacial y los miedos y mitos sobre el océano no han desaparecido, como a muchos le gustaría poder afirmar, sino que han sido extrapolados. Cual infinito océano oscuro que nos rodea y envuelve, no hay nada que despierte mayor miedo y sensación de inferioridad en el ser humano moderno que el pensar en el espacio exterior. Hemos cambiado a los krakens y sierpes marinas por alienígenas asesinos e indestructibles. Y hemos transformado nuestro miedo a ese maelstrom giratorio que era un remolino en un terror absoluto por los agujeros negros.


 
Un agujero negro, de hecho, no es ni tan destructivo ni tan peligroso como nos los pintan en las películas de ciencia ficción. De hecho, vivimos todos dentro de un enorme agujero negro. Un agujero negro es una región del espacio delimitada por una “barrera” gravitatoria; toda la masa contenida en esa región genera una fuerza gravitatoria capaz de detener hasta la luz y, por lo tanto, ésta no es capaz de escapar de la región, de ahí el adjetivo “negro”. En 1916, el astrofísico alemán Karl Schwarzschild formuló una relación entre la masa y el radio que debía presentar una región del espacio para convertirse en agujero negro. Esta expresión es conocida como el radio de Schwarzschild: y nos dice que para que se cree un agujero negro, el radio de la esfera que lo envuelva debe ser mayor que un determinado valor, que depende de la masa encerrada, la constante de gravitación universal y la velocidad de la luz. Para los lectores a los que les suene a chino (no les culpo, las matemáticas son un lenguaje útil pero tedioso) pondré un ejemplo: para que nuestro planeta se convirtiera en un agujero negro, debería tener toda su masa pero el tamaño de una hormiga (8 mm de radio).
Lo verdaderamente peligroso en un agujero negro es la zona conocida como el “Horizonte de sucesos”. Esta zona es la frontera del agujero, lo que llamaríamos su superficie y hacia ella se ve atraído todo cuerpo alrededor del agujero negro. El problema es que según se acerca la materia, esta va acelerando hasta velocidades absolutamente inmensas, alcanzando velocidades cercanas a la de la luz (300 000 km/s). A estas velocidades, la física que conocemos y suponemos lógica y constante no se aplica, sino que entra en juego la Relatividad General de Albert Einstein; debido a los extraños resultados de esta teoría, la materia empieza a experimentar cambios en su masa y en su tamaño y se producen distorsiones del espacio-tiempo. Según la materia se acerca más y más al horizonte de sucesos, se va desintegrando y convirtiéndose en energía pura en forma de ondas electromagnéticas. Al final, el agujero negro expulsa dicha energía a una velocidad muy próxima a la de la luz en forma de dos chorros perpendiculares al disco de materia que lo rodea.
La parte más complicada de entender acerca de un agujero negro es, como siempre ocurre en astrofísica, las titánicas proporciones del fenómeno del que hablamos. Por poner un ejemplo: el agujero negro situado en el centro de nuestra galaxia (todas las galaxias tienen un agujero negro en su centro; es lo que las mantiene unidas y lo que las hace rotar) tiene 7.8 millones de kilómetros de radio y los dos chorros de energía miden aproximadamente cada uno el doble del diámetro de la galaxia. También es verdad que no todos los agujeros negros son gigantes supermasivos como el del centro de la galaxia; en la naturaleza se puede observar la aparición intermitente de microagujeros negros constantemente. El tamaño de estos últimos está en la escala subatómica y desaparecen en un tiempo de millonésimas de segundo sin mostrar ningún efecto a escala visible y sin representar ninguna clase de riesgo.
Como dato adicional añadiré que en el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) del CERN se crean microagujeros negros constantemente, dando lugar a una gran proliferación de teorías apocalípticas sin fundamento científico alguno que retrasan enormemente el avance científico en las instalaciones de investigación de altas energías.

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Re: Artículos varios

Mensaje por Maethnír Anárion el Dom 17 Ene 2016 - 12:46

Bueno, viendo que algún anónimo me está dando +1 en estos mensajes, supongo que eso significa que quiere que siga subiéndolos... Aquí va el siguiente: esta vez sobre los colisionadores de partículas


Colisionadores de partículas: Ciencia a martillazos
Hace ya mucho que para avanzar en el terreno de los descubrimientos científicos se van necesitando experimentos cada vez más complejos. Quedaron ya muy atrás esos experimentos en los que con una bañera y una corona de oro se podía exclamar “Eureka!” al descubrir una nueva ley de la hidrostática. Y si no que se lo digan a los científicos del CERN.
 
El CERN (Siglas en francés de “Centro Europeo para la Investigación nuclear”) es el laboratorio de física de partículas más avanzado del mundo. Está situado en la frontera entre Francia y Suiza, cerca de Ginebra. Los científicos del CERN son la élite de la investigación europea y son los responsables nada más y nada menos que de la creación de Internet. Sin embargo no es por eso por lo que este centro multinacional es conocido: en el CERN, o más bien a muchos metros bajo él, se encuentra el experimento científico más grande y caro de la historia: el Gran Colisionador de Hadrones (LHC en inglés).
 
Ahora me preguntaréis, ¿Qué hace esta máquina para que merezca la pena mantener los costes de más de 768 millones de euros al año? Pues es una respuesta muy simple: hace chocar partículas para ver qué sale del destrozo. Imaginad un accidente de tráfico: dos coches a 130km/h en direcciones contrarias colisionan de frente y millones de pedacitos de metal salen disparados en todas direcciones. Bien, pues esto hace el LHC con los Hadrones (un tipo de partícula al que pertenecen los protones y los neutrones); la diferencia entre estas colisiones y el ejemplo de los coches es que si un protón choca con un protón, del choque pueden salir miles de partículas y ninguna de ellas tener nada que ver con las que componen a los protones. Bienvenidos a la cuántica.
 
A través de sucesivos circuitos cada vez mayores se hacen circular dos chorros paralelos de partículas en direcciones contrarias; según van alcanzando ciertas velocidades las partículas pasan e un circuito mayor hasta llegar al descomunal circuito principal. No exageraba cuando lo he llamado el mayor experimento científico de la historia, el toroide principal del LHC tiene 27km de diámetro, con ese tamaño una persona dentro del túnel tiene la sensación de que este es completamente recto.
 

 
Las velocidades alcanzadas son de 0.99c (99.9% de la velocidad de la luz) y las energías que las partículas poseen a esas velocidades rondan los 7TeV (Un protón en reposo tiene una energía de 1MeV, un TeV es un millón de veces esa energía, lo que significa que el LHC multiplica por 7 millones la energía de las partículas que acelera). Las colisiones alcanzan energías de 14 TeV (7 por cada chorro de partículas) y ahí es donde entra la “magia” de la cuántica: aparecen nuevas partículas generadas por esa inmensa energía.
 
El gran impedimento para alcanzar estas velocidades se solucionó de una forma muy elegante… y muy fría. Las paredes del tubo por el que circulan las partículas están cubiertas de imanes superconductores, lo que permite que el haz de partículas literalmente levite por el centro del tubo, en el que se ha hecho el vacío. Estos imanes son además los que van proporcionando velocidad a las partículas indefinidamente, acelerándolas todo lo que se desee (sin poder alcanzar ni sobrepasar nunca la velocidad de la luz como bien indica el primer postulado de Einstein sobre la Relatividad). El problema de los superconductores es que sólo funcionan a temperaturas muy bajas; en el LHC hay un circuito refrigerador de helio líquido que recorre todo el túnel enfriando los imanes a nada más y nada menos que 1.9K (-272.9ºC), dos grados por encima del cero absoluto.
 
Los choques tienen lugar en uno de los cuatro detectores principales: ATLAS, ALICE, LHCb y CMS, donde cada uno de los cuales busca un patrón distinto en los choques ya que están enfocados a averiguar cosas distintas. Tanto ATLAS como CMS detectan energías en un espectro muy amplio para reconocer todas las partículas posibles (de hecho fueron estos dos detectores los que durante 2011 y 2012 recopilaron los datos que permitieron obtener el misterioso Bosón de Higgs el 4 de Julio de 2012), mientras tanto ALICE experimenta con colisiones de iones de metales pesados y LHCb investiga sobre ciertas propiedades de los quarks y la supersimetría. Estos detectores tienen un tamaño similar al de un edificio de viviendas y se encuentran en cuevas que atraviesa el recorrido del LHC.
 
Los objetivos del Gran Colisionador de Hadrones son buscar la respuesta a varias preguntas clave de la física:
• ¿Qué es exactamente la masa? ¿De dónde proviene?
• ¿Cuántas partículas forman un átomo en realidad?
• ¿Qué es la materia oscura que forma el 95% del Universo?
• ¿Existe la supersimetría?
• ¿Existen dimensiones extra? ¿Hay algo de cierto en la Teoría de Cuerdas?
• ¿Cómo fue exactamente el Big Bang?
• ¿Cómo interactúan la materia y la antimateria entre sí?
 
El 13 de Febrero de 2013 se detuvieron todos los experimentos y se apagó el LHC por primera vez en mucho tiempo para realizar obras de ampliación y mejora para poder llevar a cabo experimentos con energías aún mayores. Se prevé que estas obras tendrán una duración total de 20 meses.

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Mensaje por Frigg el Lun 18 Ene 2016 - 10:19

He de admitir que nunca me ha llamado la atención la Física, pero se te da sorprendentemente bien escribir de estas cosas para gente del nivel 0 en lo que respecta a entenderlas Very Happy
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Mensaje por Maethnír Anárion el Lun 18 Ene 2016 - 10:22

Gracias!! Very Happy Very Happy

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Re: Artículos varios

Mensaje por Maethnír Anárion el Miér 20 Ene 2016 - 0:16

Superconductores
Cuando la electricidad atraviesa un conductor se encuentra siempre con una resistencia que le impide el paso; fenómeno bien descrito por la Ley de Ohm. Esta resistencia es directamente proporcional a la temperatura a la que se encuentre el conductor, lo que significa que cuanto más frío está el cable, menos pérdida se genera. Como dato, para conseguir los primeros superconductores fue necesario enfriar el metal con helio líquido; lo que quiere decir que la temperatura casi alcanzaba el cero absoluto, 273ºC bajo cero.
 
 
En la naturaleza se dan diversos materiales, algunos de ellos son elementos puros como el estaño o el aluminio y otros son aleaciones o semiconductores especiales, en los que se presenta un curioso fenómeno. La resistencia eléctrica no solo desciende con la temperatura sino que de hecho se anula del todo al descender por debajo de una temperatura crítica, creando un circuito sin pérdidas por el que la electricidad podría circular eternamente.
 
Las aplicaciones de la superconductividad son muchas y muy variadas: un electroimán superconductor es muchísimo más potente que cualquier otro imán, tanto es así que pueden provocar que un imán normal levite sobre él; los imanes superconductores se emplean en máquinas de Resonancia Magnética Nuclear, en trenes magnéticos que van suspendidos sobre sus vías y en aceleradores de partículas.
 
 
Como es de suponer, una meta científica actual es encontrar una aleación de metales que puedan comportarse como superconductores a temperatura ambiente, ya que ahora mismo sería imposible mantener las temperaturas necesarias sin un presupuesto astronómicamente alto (Por ejemplo, la temperatura de los superconductores del LHC en el CERN es la del Nitrógeno líquido, 195.8ºC bajo cero). Aun así, cada vez estamos más cerca de encontrar esa milagrosa combinación de metales que nos permita disfrutar de las ventajas de la superconductividad en el día a día; los materiales que se hace superconductor a mayor temperatura actualmente son todos derivados de óxidos de cobre y su temperatura está cerca de los 100ºC bajo cero. Todavía queda un largo camino por recorrer en el campo de la superconductividad, pero dados los beneficios que aporta a la física de las altas energías es seguro que se le seguirá dedicando a esta fascinante propiedad de la materia su merecido esfuerzo.

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Re: Artículos varios

Mensaje por Maethnír Anárion el Dom 24 Ene 2016 - 19:13

La energía de la Ciencia Ficción: Pilas de Hidrógeno
Si hablara de una fuente de energía cuyo combustible fuera aire y cuyo único residuo fuera agua limpia y potable probablemente la mayoría de las personas creerían que estoy hablando de una película de ciencia ficción en la que tales milagros suceden constantemente. Y todas esas personas se equivocarían. Las pilas o baterías de hidrógeno son perfectamente reales y posibles. De hecho ya se han fabricado muchas de ellas con éxito en varios lugares del mundo.
 
El fundamento de estas pilas es, como en cualquier pila, una reacción química; en este caso la de átomos de hidrógeno con átomos de oxígeno proveniente del aire para formar agua. Cuando el hidrógeno entra en contacto con el oxígeno se produce una reacción REDOX (de REDUCCIÓN-OXIDACIÓN) que consiste en que uno de los reactivos (el hidrógeno en este caso) pierde un electrón (se oxida) que el oxígeno recoge (se reduce). La energía eléctrica es precisamente este pequeño electrón, al que podemos hacer viajar por un circuito eléctrico corriente para que proporcione electricidad a cualquier máquina.
 
Todas las pilas que existen funcionan de un modo similar, mediante una reacción REDOX; la diferencia radica en que en este caso los reactivos son Hidrógeno (el elemento de la tabla periódica más abundante en el Universo) y Oxígeno (componente de un 21% de la atmósfera terrestre y no solo no es dañino sino que es esencial para la vida) y el único residuo que se produce es H2O, agua pura.
 
Sin embargo, como con todo, hay varias pegas: primero, el Hidrógeno es muy abundante, pero en nuestro planeta está prácticamente todo en el agua y el proceso necesario para extraerlo consume exactamente la misma energía que nos aporta una pila de hidrógeno (es la reacción inversa). Segundo, estas pilas no son tan potentes como, por ejemplo, un motor de combustible fósil como podrían ser el petróleo, carbón o gas natural. Por último, es complicado que estas pilas vayan a ver la luz del Sol pronto debido al enorme poder de las organizaciones petrolíferas sobre el sector energético, quienes se dedican a cortar cualquier propuesta que pudiera sustituir al petróleo como fuente de energía principal.
 
Esto no significa que las pilas de Hidrógeno se queden en el olvido como una simple curiosidad. Las agencias espaciales como la NASA las están empleando en sus naves para el mantenimiento vital ya que además de producir energía también aportan agua potable a la tripulación. También se están empezando a plantear proyectos de extracción de hidrógeno en el espacio y en la atmósfera exterior, donde se encuentra en grandes cantidades. Algunas empresas automovilísticas (como por ejemplo Honda, con un modelo ya comercializado en algunos países) o aeronáuticas (Boeing posee aviones funcionales que emplean esta tecnología) ya han fabricado prototipos propulsados por hidrógeno.
 
Las pilas de hidrógeno aún están lejos de poder emplearse en un ámbito corriente, pero la constante investigación que se realiza en universidades y centros científicos sigue intentando mejorar la tecnología y acercárnosla cada vez más a los ciudadanos de a pie.

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Re: Artículos varios

Mensaje por Maethnír Anárion el Mar 26 Ene 2016 - 20:22

La doble naturaleza de la materia.
 
A todo el mundo le gusta gastar una buena broma de vez en cuando. Más o menos pesada, más o menos preparada, el caso es dejar a alguien boquiabierto y avergonzado. El problema es cuando la broma la gastan partículas de tamaño infinitesimal y el objetivo de dicha broma es todo científico que pretenda experimentar con ellas.
 
En la década de 1920, en la universidad de Aberdeen se realizó un experimento conocido como “el experimento de la doble rendija de Young” con el objetivo de zanjar de una vez el gran cisma del electromagnetismo: ¿Era la luz una onda como habían dicho Maxwell Huygens e incluso Newton? ¿O acaso era una partícula como había demostrado Einstein al explicar el efecto fotoeléctrico? (Una partícula es un cuerpo material, con masa y forma definidas mientras que una onda es simplemente energía siendo transportada por el espacio, sin masa alguna).
 
Los resultados del experimento, sin embargo, dejaron sorprendida a toda la comunidad científica del mundo debido a que parecían una broma pesada.
 
El experimento de la doble rendija consiste en una fuente de partículas o de radiación apuntada hacia un detector; en medio de los dos hay situada una pared con dos rendijas verticales. Si desde esa fuente se lanzan partículas sólidas, el resultado debería ser similar al producido si lanzásemos pelotas de tenis: en la pared del detector veríamos dos líneas verticales señal de las pelotas que han conseguido atravesar las dos rendijas. Si enviamos una onda, se debería producir un patrón de interferencia de líneas verticales, siendo la más intensa la del centro y reduciéndose gradualmente la intensidad hacia los extremos. Por ello, al lanzar un rayo de luz, deberíamos poder saber “de qué está hecho” fijándonos en el patrón que forme en la pared del fondo.
 



Cuando se realizó por primera vez este experimento, el resultado fue inmediato: la luz se comportaba como una onda… pero a un investigador de la ya mencionada universidad de Aberdeen se le ocurrió realizar el experimento con electrones y el mundo se vino abajo.
 
Porque ¡Sí señores! También los electrones formaban patrones de interferencia cuando desde siempre se había considerado que eran partículas. Obviamente se pensó que debía haber un error en el experimento así que se modificó colocando un detector de partículas en una de las rendijas para contar cuántos electrones la atravesaban. Resultó que la atravesaban más o menos la mitad de los electrones que se habían lanzado, cosa completamente lógica ya que la otra mitad atravesaba la segunda rendija. Lo que pasa es que ahora ¡El patrón de interferencia había desaparecido y se habían formado dos líneas verticales como en el caso de las partículas!
 
Se repitió el experimento un incontable número de veces variando pequeños detalles para encontrar donde estaba el fallo: si los electrones se enviaban de uno en uno, el resultado decía que eran partículas; si se enviaban en grandes cantidades, se formaba el patrón de interferencia; si se contaban los que salían, dos líneas; si no se contaban, interferencia… Huelga decir que los científicos que realizaban el experimento estaban desesperados: ¿Cómo podía ser que la madre Naturaleza nos estuviera tomando el pelo?
 
Nuestro salvador fue un científico proveniente de cuna noble: el príncipe Louis de Broglie, de Francia. Este docto noble formuló la teoría de que toda materia es a la vez una onda y viceversa en lo que se conoce como “Dualidad onda-corpúsculo”. Al encontrar una relación matemática entre la masa (propiedad de la materia) de una partícula y la frecuencia de la onda asociada recibió su bien merecido premio Nobel de física del año 1929.
 
 
Para los ya más interesados, la ecuación de de Broglie es muy simple:
λ=  h/(m*v)
Donde λ es la longitud de la onda; h es la constante de Planck (h=6.62*10-34); m es la masa de la partícula y v es su velocidad.

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