Ciencias exactas Archive

Los biomorfos dan pistas sobre el origen de la vida en la Tierra

Parecen conchas, caparazones, cáscaras, huesos o dientes, pero en realidad son
estructuras cristalinas no biológicas, minerales que se obtienen en el laboratorio, que
crecen en condiciones similares a las de las rocas que contienen los fósiles más
antiguos de la Tierra. Se trata de los biomorfos, materiales de sílice y carbonato que
son capaces de ensamblarse por sí mismos para crear simetrías, formas y texturas que recuerdan a las de los organismos vivos.

Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han logrado profundizar en los procesos químicos implicados en el crecimiento de estos
nanocristales, “uno de los pocos casos de autoorganización química en materiales”.

Los científicos, que publican hoy sus resultados en la revista Nature Communications, han demostrado experimentalmente por primera vez que la formación de estos biomorfos se autoalimenta por una oscilación del pH. No hay bordes ni ángulos, sino superficies suavemente curvadas. Suelen ser indistinguibles de los biomateriales formados en organismos vivos. El proceso para obtenerlos consiste en la precipitación de bario o estroncio en entornos alcalinos ricos en sílice.

La coprecipitación químicamente acoplada del carbonato y el sílice produce una serie de estructuras laminares, las cuales sufren un rizado de sus bordes de crecimiento. Los rizos se propagan a lo largo del borde de las láminas como olas de surf”, explica Juan Manuel García Ruiz, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencias de la Tierra (centro mixto del CSIC y la Universidad de Granada), que hace tres décadas descubrió y puso nombre a estas estructuras. La morfología de estas estructuras, a pesar de ser inorgánicas, se asocia con las formas típicas de la vida. “Se habrían podido formar perfectamente en los primeros momentos de la historia de la Tierra, cuando la vida no había nacido o estaba empezando. También las condiciones en las que van creciendo estas estructuras son similares a las de las rocas que contienen las formas de vida más primitivas”, agrega el investigador del CSIC. Materiales con autonomía Según este cristalógrafo, los biomorfos presentan morfologías “completamente inusuales”, como espirales, cardioides o septos, “que están prohibidas por la simetría y ángulos de la estructura de los cristales”. Por tanto, no solo enseñan a comprender mejor la formación de conchas y biominerales, sino que, sobre todo, abren la puerta para la fabricación de materiales que imiten formas vivas y sean capaces de ensamblarse por sí mismos.

“Los biomorfos de sílice y carbonato plantean un fascinante problema sobre la convergencia morfológica entre el mundo mineral y el mundo biológico y sobre la posibilidad de crear en el laboratorio estructuras autoensambladas que imiten, por ejemplo, esqueletos”, agrega García Ruiz.

La demostración experimental del crecimiento que describe este nuevo estudio ha sido posible gracias a una técnica microscópica puntera, que usa marcadores fluorescentes, con la colaboración de investigadores de la Universidad de Bolonia (Italia). “Era un reto formidable que se resistía a los laboratorios que lo estaban intentando”, concluye el científico del CSIC.

M. Montalti, G. Zhang, D. Genovese, J. Morales, M. Kellermeier y J.M. García-Ruiz. Local pH Oscillations Witness Autocatalytic Self-Organization of Biomorphic Nanostructures. Nature Communications. DOI: 10.1038/NCOMMS14427

Extractos de aguacate disminuyen la corrosión del acero

UN/DICYT Los inhibidores son sustancias que se pueden aplicar en forma de aerosol en ambientes controlados formando una capa adicional al material, con lo que se logra retardar su proceso de corrosión.

El acero al carbono A36 es comúnmente utilizado en construcción de puentes, vigas y estructuras. Además, por su uso en la industria, muestra este tipo de deterioro químico demasiado fácil y rápido.

Así lo determinó en su investigación el estudiante Julián Andrés Pinilla Bedoya, de Ingeniería Física de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.) Sede Manizales, quien actualmente trabaja en el Grupo de Laboratorio de Física del Plasma.

El extracto escogido por el investigador fue el producido por el árbol de aguacate papelillo, de la familia Persea Americana Mill –cultivado en la región centro-sur del departamento de Caldas– que se adapta fácilmente a climas fríos y su fruto madura de seis a ocho semanas. Se caracteriza por ser de cáscara delgada, superficie lisa y un contenido en grasa de cerca de un 30 %.

Tales características permiten que durante el proceso físico haya mejoras en la producción de este extracto.

“Con esa información se empezó a investigar qué elementos en la naturaleza tenían esta propiedad y cuál era el indicado para este acero, ya que según el material que se utilice es necesario tener en cuenta cuál inhibidor se va a emplear”, expresó el investigador.

Para determinar si este inhibidor contrarrestaba la corrosión en este tipo de acero se realizaron dos pruebas en laboratorio: curvas de polarización Tafel y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS), en un equipo llamado potenciostato/gasvanostato, perteneciente a la U.N. Sede Manizales y adscrito al Laboratorio de Física de Plasma.

Teniendo en cuenta estas dos técnicas se realizaron tres pruebas con pulpa, pepa y cáscara del aguacate, utilizando un medio electrolito de cloruro de sodio (NaCl) al 3,5 % en peso, que permite simular el medio (solución) corrosivo.

En las pruebas preliminares se presentó una gran eficiencia del inhibidor, en comparación con las pruebas realizadas al acero en la solución corrosiva. Además, mediante imágenes ópticas se pudo determinar el cambio en la corrosión generalizada. El estudiante aseveró que la eficiencia del inhibidor fue de un 17,97 %.

Para futuros trabajos se pretende estudiar la composición química del aguacate mediante varias técnicas, con el fin de sintetizar el o los componentes que hacen de este orgánico un inhibidor eficaz para el acero A36.

Obtienen un compuesto para la industria cosmética y agropecuaria de la gallinaza

Este residuo duplica la producción del ácido láctico, clave en las industrias alimenticia, cosmética, farmacéutica, agropecuaria y química

UN/DICYT El abono procesado biológicamente a partir de los excrementos de las gallinas ponedoras, o gallinaza compostada, mejora en un 90 % la producción de ácido láctico en comparación con el extracto de levadura, que normalmente se usa en dicho proceso, explica Jhon Jairo Aragón Arias, magíster en Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.).

Así mismo, el investigador advierte que la gallinaza compostada es un producto más económico, pues disminuye en un 92 % los costos operacionales, mientras que el extracto de levadura representa un 60 % del valor de fabricación.

El compuesto ayuda a regular el nivel de acidez de los jabones con el fin de prevenir infecciones. FOTO UN

La gallinaza compostada aporta el nitrógeno y los compuestos requeridos para el crecimiento de los microorganismos que participan en la fermentación que genera el ácido láctico; en este proceso también participan fuentes de carbono como los azúcares y las fuentes minerales.

Durante un proceso de investigación que duró dos años, el magíster Aragón también probó con otras fuentes alternativas al extracto de levadura: harina de soya, humus de lombriz y semillas de guayaba.

Sin embargo, la harina de soya aporta proteínas demasiado grandes para los microorganismos; el humus o excremento de lombriz no logra que estos crezcan; y las semillas de guayaba consiguen que estos se desarrollen pero no lo suficiente para crear el ácido láctico.

Cabe señalar que el ácido láctico participa en varios sectores industriales. En el alimenticio, por ejemplo, es clave para la creación de acidulantes –sustancias que regulan la acidez de los alimentos– y conservantes.

En la industria cosmética tiene diferentes usos como la regulación de la acidez de los jabones, con el fin de proteger las zonas sensibles del cuerpo y evitar infecciones.

De igual manera, en el sector farmacéutico participa en la creación de sustancias para diálisis, y en la fabricación de prótesis. En el agropecuario ayuda en la regulación del pH –o nivel de acidez de los suelos–, y en la producción de bioplásticos y plásticos biodegradables; y en la industria química ayuda, por ejemplo, en la fabricación de disolventes.

Para llegar a estos resultados los investigadores escogieron la fermentación de ácido láctico como modelo de producción a estudiar, y después caracterizaron las bacterias y los microorganismos que participan en dicho proceso.

Una vez culminado este análisis se establecieron las fuentes alternativas a evaluar considerando si se producían en el país, cuál era el costo y el contenido de nitrógeno; posteriormente, durante un año, se llevaron a cabo las pruebas finales en el Laboratorio de Biotecnología y en el de Farmacia de la U.N. Sede Bogotá.

“Las pruebas que se realizaron fueron a nivel de laboratorio. Sería interesante si se escalan a pruebas piloto en el sector industrial con el fin de explorar nuevas alternativas de producción”, concluye el investigador Aragón.

Nueva alternativa sostenible a la fabricación de embalajes plásticos

José Jesús Benítez, del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS), perteneciente al cicCartuja, ha publicado recientemente en colaboración con investigadores del “Istituto Italiano di Tecnologia” y de la Universidad de Málaga, un artículo donde ponen de manifiesto la fabricación de un nuevo material bioinspirado, un poliéster basado en las cutículas vegetales y con aplicación directa en la fabricación sostenible de envoltorios.

Actualmente, la celulosa es el material más empleado para la fabricación de embalajes sostenibles, al ser un recurso muy abundante en la naturaleza. Sin embargo, la alta afinidad de la celulosa con el agua impide su empleo directo como envase hidrofóbico, y su procesado para este fin es altamente tóxico y peligroso.

Diversos estudios concluyen que las plantas han desarrollado una barrera contra la pérdida masiva de agua en su cutícula, es decir, en la capa más externa que cubre su epidermis. Además, la cutícula juega otro papel fisiológico importante, ya que es la primera barrera que existe frente a plagas y patógenos. Dadas las cualidades que posee este órgano vegetal, no es de extrañar que se hayan aprovechado para diseñar este biomaterial.

Compuesto por una mezcla de cutina y cera de carnauba reforzada por sustrato de celulosa fibroso, este poliéster biodegradable se erige como alternativa no tóxica a los plásticos empleados en la fabricación de embalajes, gracias a sus propiedades mecánicas, su baja conductividad térmica y su actividad de barrera contra el vapor de agua y el oxígeno, además del coste más que asumible para la producción industrial.

Referencia:
José A. Heredia-Guerrero, José J. Benítez, Pietro Cataldi, Uttam C. Paul, Marco Contardi, Roberto Cingolani, Ilker S. Bayer, Antonio Heredia and Athanassia Athanassiou. All-Natural Sustainable Packaging Materials Inspired by Plant Cuticles, Adv. Sustainable Syst. 2017, 1600024. DOI: 10.1002/adsu.201600024.

Un sensor mide en vegetales la presencia de un pesticida dañino para las abejas

El sistema ideado cuantifica de forma rápida y eficaz la concentración de tiametoxam, un insecticida de alta toxicidad

F. Descubre/DICYT Investigadores del grupo ‘Innovaciones en análisis químico’ de la Universidad de Jaén (UJA), especializado en el desarrollo de sensores aplicados al control de procesos agroalimentarios, han diseñado un dispositivo que permite detectar y medir el nivel de concentración en vegetales de un pesticida llamado tiametoxam, que ha demostrado ser muy dañino para las poblaciones de abejas.

Se trata de un sensor semiautomático que permite cuantificar de forma rápida y eficaz la presencia de este pesticida, tal y como explican en el artículo ‘Development of an semi-automatic and sensitive photochemically induced fluorescence sensor for the determination of thiamethoxam in vegetables’, publicado en la revista científica Talanta.

Investigadores de las abejas

El sensor que han diseñado los expertos de la UJA es más económico que otras alternativas existentes como la del análisis cromatográfico, además de permitir una frecuencia de muestreo mucho más elevada. Su funcionamiento se apoya en un software que, una vez activado, impulsa mediante un sistema de bombas y válvulas tanto la muestra como los reactivos hasta un fotorreactor. Allí, una lámpara ultravioleta transforma la disolución de muestra en un compuesto fluorescente, ya que el tiametoxam no lo es por sí mismo. A continuación, el fotoproducto pasa a una cubeta de flujo donde es retenido selectivamente en un soporte sólido, pudiendo así separarse del resto de componentes de la matriz. Paralelamente a esta retención se produce la detección fluorescente, que permitirá cuantificar la cantidad de pesticida en el caso de que la hubiera.

“Es un sistema que dadas sus características de rapidez, automatización y versatilidad podría ser fácilmente implementado en un laboratorio de análisis, con objeto de realizar control de calidad de vegetales. De esta manera sería posible controlar los límites máximos de residuos establecidos por la legislación de la Unión Europea”, señala a la Fundación Descubre el investigador Antonio Ruiz Medina, del departamento de Química Física y Analítica de la UJA que ha participado en el desarrollo del sensor. “El dispositivo es muy sencillo de utilizar, e incluso de construir, ya que sólo requiere de componentes instrumentales disponibles comercialmente. Esto permite que lo pueda utilizar cualquier laboratorio o grupo de investigación”, subraya el experto.

Colapso de las colonias

El tiametoxam es un pesticida de la familia de los neonicotinoides (sustancias derivadas de la nicotina) que, junto a la clotianidina y el imidacloprid, se emplea principalmente para el control de escarabajos, polillas, pulgones y otras plagas en la siembra de girasol, colza, algodón y maíz.

En abril de 2013, la Unión Europea (UE) acordó la prohibición de su uso durante dos años, tras un informe realizado por la Agencia Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA, por sus siglas en inglés) que señalaba a estos plaguicidas como una de las posibles causas de la muerte masiva de abejas en todo el mundo, lo que se conoce como el colapso de las colonias.

“Una vez transcurrido el periodo de prohibición, su uso en la UE ha quedado restringido a aquellos cultivos que no atraen a estos insectos así como a cereales de invierno (por ejemplo el trigo). En ambos casos siempre dentro de unos límites de concentración máxima permitida”, explica Antonio Ruiz Medina.

Las abejas resultan vitales para mantener el ecosistema al favorecer la polinización. La merma de sus colonias en los últimos años se ha convertido en una preocupación para la comunidad científica. Por este motivo, contar con sistemas fiables que permitan controlar el adecuado uso de insecticidas como el tiametoxam, que afectan de manera determinante a su sistema nervioso, es una tarea fundamental a la que tratan de contribuir los investigadores del Departamento de Química Física y Analítica de la Facultad de Ciencias Experimentales de la Universidad de Jaén.

Referencia bibliográfica
Jiménez-López J, Ortega-Barrales P, Ruiz-Medina A. ‘Development of an semi-automatic and sensitive photochemically induced fluorescence sensor for the determination of thiamethoxam in vegetables’. Talanta. 2016 Mar; 149:149-55. doi: 10.1016/j.talanta.2015.11.048. Epub 2015 Dec 1.

Fuente: DICYT
Website: dicyt.com


Descubierta una nueva relación en el comportamiento de los bosones

Un estudio internacional con participación del CSIC descubre que la inestabilidad dinámica está vinculada con la topología de la materia cuántica

CSIC/DICYT Un estudio internacional con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha descubierto una nueva relación en el comportamiento de los bosones: la inestabilidad dinámica –un fenómeno por el cual un estado de agrupación de bosones se puebla fuertemente­– está relacionada con el orden topológico de esa misma materia cuántica. El estudio se publica en la revista Physical Review Letters. “En la naturaleza existen dos tipos de partículas, fermiones y bosones, fundamentalmente diferentes. Los bosones tienden a organizarse todos en el mismo estado, mientras que los fermiones se evitan. En el caso de bosones interactuantes, un fenómeno llamado inestabilidad dinámica puede poblar fuertemente un estado cuántico bosónico dado”, explica la investigadora del CSIC Mónica Benito, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid.

Comportamiento de los bosones31988_med

“En la naturaleza existen dos tipos de partículas, fermiones y bosones, fundamentalmente diferentes. Los bosones tienden a organizarse todos en el mismo estado, mientras que los fermiones se evitan. En el caso de bosones interactuantes, un fenómeno llamado inestabilidad dinámica puede poblar fuertemente un estado cuántico bosónico dado”, explica la investigadora del CSIC Mónica Benito, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid.

“La inestabilidad dinámica es un tipo de orden más difícil de detectar que las fases usuales de los materiales, caracterizadas por parámetros de orden como la magnetización macroscópica en imanes”, indica Benito. “En el artículo mostramos cómo las inestabilidades dinámicas indican distintas fases topológicas y cómo esto puede ser utilizado de forma sistemática para generar modos protegidos espacialmente localizados y con creciente ocupación”, añade.

“Estos modos podrían ser útiles en el desarrollo de nuevos nano-dispositivos con el potencial de amplificar señales cuánticas muy pequeñas al mismo tiempo que se evitan pérdidas causadas por ruido”, concluye la investigadora.

El estudio se ha desarrollado en colaboración entre las investigadoras Gloria Platero y Mónica Benito, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, y los investigadores Tobias Brandes y Georg Engelhardt, de la Universidad Técnica de Berlín.

Referencia bibliográfica
G. Engelhardt, M. Benito, G. Platero, and T. Brandes. Topological instabilities in ac-driven bosonic systems. Physical Review Letters. arXiv:1512.07653v3

Fuente: DICYT
Website: dicyt.com


¿Qué es el experimento Ligo que ha demostrado la existencia de las ondas gravitacionales?

UCM/DICYT Aunque disponíamos de evidencias indirectas desde el año 1974, el descubrimiento ahora conocido supone la primera detección directa de este tipo de ondas. En 1974, R.A. Hulse y J.H. Taylor explicaron la variación en el periodo del púlsar binario PSR B1913+16 como efecto precisamente de la emisión de radiación gravitacional, por lo que fueron galardonados con el premio Nobel de Física en 1993.

Las ondas gravitacionales detectadas han sido producidas en la colisión de dos agujeros negros situados a más de mil millones de años luz de la Tierra. Dicha colisión habría generado una perturbación del espacio-tiempo que, de acuerdo con la teoría de la Relatividad General, se habría propagado hasta nosotros a la velocidad de la luz en forma de onda de deformación del propio espacio. Los dos detectores de aLIGO (Advanced LIGO), situados en Estados Unidos, han detectado la señal con un espectro consistente con las predicciones de la teoría propuesta por Einstein.

Experimento LIGO

Los detectores están formados por dos interferómetros láser, separados por una distancia de 3.000 km y cuyos brazos son tubos de vacío de varios kilómetros de longitud. El uso de dos detectores separados es fundamental para poder suprimir el ruido que constituye el principal problema en este tipo de técnica. Cuando una onda gravitatoria atraviesa uno de estos detectores genera un cambio minúsculo de una parte en 10^21 en la longitud del brazo que, sin embargo, esta tecnología ha sido capaz de detectar.

Este descubrimiento no solamente supone una confirmación de la teoría de gravitación de Einstein, que predice que las masas deforman tanto el espacio –cambian las longitudes de los objetos próximos a ellas– como el tiempo –hacen que los relojes avancen más despacio–, sino que abre una nueva ventana a la observación del universo.

A diferencia de las ondas electromagnéticas ordinarias, las ondas gravitacionales no son absorbidas ni reflejadas por la materia, por lo que pueden viajar directamente desde la fuente hasta nosotros y, de esta forma, podrán proporcionar información valiosísima de procesos astrofísicos y cosmológicos lejanos.

El primero de nuevos hallazgos

En el experimento LIGO, operado por Caltech y el MIT, trabajan más de 1.000 científicos de 15 países, entre los que se encuentran diez investigadores de universidades españolas. A diferencia de la detección fallida de estas ondas anunciada por el experimento BICEP2 en 2014, este descubrimiento no ha resultado una sorpresa para la comunidad científica, que esperaba que con la mejora en la sensibilidad de aLIGO se pudieran detectar hasta tres eventos como este en los tres primeros meses de funcionamiento.

De hecho, tanto aLIGO como el detector Advanced VIRGO (en Italia) deberían ser capaces de confirmar este descubrimiento a partir de los datos que se obtengan durante 2016 y 2017, en los que se esperan hasta 20 señales de este tipo, cantidad que se incrementará a partir de 2019 hasta las 200 detecciones por año.

En el futuro, otros detectores en el espacio como eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna), misión propuesta por la Agencia Espacial Europea, serán capaces de explorar nuevos rangos de frecuencias en el espectro de ondas gravitacionales que complementarán las detecciones en tierra, abriendo así la era de la astronomía de ondas gravitacionales.

Antonio López Maroto, María del Prado Martín Moruno y José Alberto Ruiz Cembranos son investigadores del Departamento de Física Teórica I de la Universidad Complutense de Madrid.


Fuente: DICYT
Website: dicyt.com


Las ondas gravitacionales, detectadas cien años después de la predicción de Einstein

LIGO abre una nueva ventana al universo con la observación de las ondas gravitacionales procedentes de la colisión de agujeros negros

UIB/DICYT Por primera vez, los científicos han observado ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo, llamadas ondas gravitacionales, llegando a la Tierra procedentes de un evento catastrófico en el distante universo. Esto confirma una importante predicción de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein de 1915 y abre una nueva ventana sin precedentes en el cosmos.

Ondas gravitacionales

Las ondas gravitacionales llevan consigo información acerca de sus dramáticos orígenes y sobre la naturaleza de la gravedad que no puede obtenerse de otra manera. Los físicos han llegado a la conclusión de que las ondas gravitacionales detectadas fueron producidas durante la última fracción de segundo de la fusión de dos agujeros negros para producir un solo agujero negro más masivo en rotación. Esta colisión de dos agujeros negros había sido predicha pero nunca antes había sido observada.

Las ondas gravitacionales fueron detectadas el 14 de septiembre de 2015 a las 5:51 hora de verano del este de Estados Unidos (09:51 UTC) por los dos detectores gemelos del Observatorio por Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO, por sus siglas en inglés), ubicados en Livingston, Louisiana, y Hanford, Washington, EE.UU. Los observatorios LIGO están financiados por la National Science Foundation (NSF), y fueron concebidos y construidos, y son operados por Caltech y MIT. El descubrimiento, aceptado para su publicación en la revista Physical Review Letters, fue realizado por la Colaboración Científica LIGO (que incluye la Colaboración GEO600 y el Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy) y la colaboración Virgo usando datos de los dos detectores LIGO.

La UIB participa en la detección directa de las primeras ondas gravitacionales

El grupo de Relatividad y Gravitación (GRG) de la Universidad de las Islas Baleares (UIB) es el único grupo de investigación en España que ha participado en este histórico éxito científico a través de la colaboración científica LIGO y GEO. La UIB participa en la colaboración científica LIGO desde 2002, si bien la doctora Alicia Sintes, profesora del Departamento de Física, fue una de las investigadoras que intervino en la puesta en marcha de este grupo de científicos en 1997. La doctora Sintes y el doctor Sascha Husa, también profesor de la UIB y miembro del GRG, forman parte del Consejo de LIGO.

Alicia Sintes está emocionada. Ella ha dedicado casi 20 años a la caza de estas elusivas ondas y ha trabajado para mejorar los detectores existentes y futuros. Para ella, el 14 de septiembre quedará marcado en su memoria como el inicio de una nueva era en astronomía: la astronomía gravitacional. Una herramienta que ayudará a desvelar muchos misterios del Universo.

Todos los miembros de la colaboración LIGO en la UIB han trabajado sin cesar durante estos últimos meses analizando los datos del primer periodo de observación de Advanced LIGO y los datos relacionados con este evento en particular. Varios de los investigadores de la UIB han contribuido de forma directa a este descubrimiento. Entre ellos se encuentra Miquel Oliver, un estudiante de doctorado de la UIB, que ha tenido la oportunidad única de vivir directamente este descubrimiento, ya que desde principios de septiembre se encontraba en la sala de control de LIGO Hanford monitorizando el detector, y caracterizando la calidad de los datos. A su vez, el profesor Sascha Husa, junto con el investigador postdoctoral David Keitel y el estudiante de doctorado Francisco Jiménez, han contribuido directamente a la identificación de la fuente a través de su investigación sobre la fusión de agujeros negros.

Con el fin de discernir el origen cósmico de una señal de onda gravitacional, o para calcular las masas de los objetos implicados, hay que resolver las ecuaciones de Einstein, que son el núcleo de la teoría de la relatividad general, y entender cómo las propiedades de la señal de las ondas gravitacionales dependerán de las propiedades de la fuente a través de las posibles señales.

Sascha Husa nos lo explica: “La idea básica es muy similar a la de aplicaciones de teléfonos inteligentes para identificar música, como Shazam. Si escuchas una canción en un bar ruidoso, la aplicación puede consultar una base de datos de posibles señales, y usando algoritmos matemáticos para compensar el ruido, te dirá cuál se ajusta mejor. Mi trabajo consiste en hacer un catálogo de todas las posibles señales de ondas gravitacionales procedentes de la fusión de agujeros negros, para que los que analizan los datos puedan compararlas con las señales inmersas en ruido que son registrada por LIGO”.

El desarrollo de este tipo de catálogos de canciones de agujeros negros ha sido el centro de la investigación de Sascha Husa durante la última década. Junto con sus colegas en la UIB, en la Universidad de Cardiff y el Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Potsdam, el doctor Husa ha desarrollado modelos que no sólo describen la fusión de dos agujeros negros de forma precisa, sino que sus fórmulas también pueden calcularse rápidamente con los grandes ordenadores utilizados en el análisis de los datos de LIGO. Esta rapidez fue esencial en los últimos meses para identificar rápidamente el origen de la señal. Algunas de las simulaciones numéricas del la UIB sobre la colisión de agujeros negros han sido elaboradas por el estudiante de grado Rafel Jaume y algunas de ellas pueden ser visualizadas en el canal de Youtube UIB@GRG. Uno de los resultados clave calculados en base a los cálculos del grupo de la UIB es la potencia radiada por la fuente: 300 masas solares por segundo, más que cualquier otro acontecimiento astronómico jamás observado desde el Big Bang.

Para Alicia Sintes y los otros miembros del grupo, ahora está empezando la fase más excitante del análisis de los datos de LIGO, justo después de que haya finalizado el primer periodo de observación y los detectores se están actualizando para poder volver a operar en el otoño con una mejor sensibilidad. Junto con Miquel Oliver y con la ayuda técnica de Pep Covas y Laura Keitel, están buscando señales continuas procedentes de púlsares desconocidos (estrellas de neutrones en rotación). Estas señales son tan débiles, que es necesario integrar todos los datos tomados durante los 4 meses para tener alguna oportunidad de ver algo. Si este análisis desvelase alguna señal, ésta nos aportaría información sobre la materia en el interior de las estrellas de neutrones, un objeto del tamaño aproximado de Menorca y con una masa un 50% mayor que nuestro Sol, gobernado por las leyes de la teoría cuántica.

Otra predicción más de la teoría de la relatividad general de Einstein

De acuerdo con la relatividad general, una pareja de agujeros negros orbitando uno alrededor del otro pierde energía mediante la emisión de ondas gravitacionales, produciendo un acercamiento gradual entre ambos durante miles de millones de años, y luego mucho más rápidamente en los últimos minutos. Durante la última fracción de segundo, los dos agujeros negros chocan entre sí a casi la mitad de la velocidad de la luz y forman un único agujero negro más masivo, convirtiendo una parte de la masa de ambos en energía, de acuerdo con la fórmula de Einstein E = mc2. Esta energía se emite como una fuerte explosión final de ondas gravitacionales. Basándose en la física del choque entre dos agujeros negros, los científicos de LIGO estiman que la masa de los agujeros negros de este evento era 29 y 36 veces mayor que la del Sol, y que el evento tuvo lugar hace mil trescientos millones de años. Una masa aproximadamente 3 veces mayor que la del Sol se convirtió en ondas gravitacionales en una fracción de segundo, con una potencia pico de unas 50 veces la de todo el Universo visible. Estas son las ondas gravitacionales que LIGO ha observado.

El descubrimiento fue posible gracias a las capacidades mejoradas de Advanced LIGO, una importante actualización que aumenta la sensibilidad de los instrumentos en comparación con los detectores LIGO de primera generación, lo que permite un gran aumento del volumen del universo explorado y el descubrimiento de las ondas gravitacionales durante su primer periodo de observación. La National Science Foundation de Estados Unidos lidera el apoyo financiero a Advanced LIGO. Organismos de financiación en Alemania (Sociedad Max Planck), Reino Unido (Consejo de Infraestructuras de Ciencia y Tecnología, STFC) y Australia (Consejo Australiano de Investigación) también han contribuido significativamente al proyecto. Varias de las tecnologías clave que hicieron Advanced LIGO mucho más sensibles se han desarrollado y probado por la colaboración británico-alemana GEO. El clúster Atlas del AEI Hannover, el Laboratorio LIGO, la Universidad de Syracuse y la Universidad de Wisconsin Milwaukee han aportado recursos informáticos de manera significativa. Varias universidades han diseñado, construido y probado componentes clave para Advanced LIGO: la Universidad Nacional de Australia, la Universidad de Adelaide, la Universidad de Florida, la Universidad de Stanford, la Universidad de Columbia de Nueva York, y la Universidad Estatal de Louisiana.

En cada observatorio, los interferómetros LIGO de 4 km de largo en forma de L utilizan luz láser separada en dos haces que van y vienen dentro de los brazos (tubos de más de un metro de diámetro guardados en un vacío casi perfecto). Los haces se utilizan para controlar la distancia entre los espejos posicionados de forma muy precisa en los extremos de los brazos. De acuerdo con la teoría de Einstein, la distancia entre los espejos cambiará una cantidad infinitesimal cuando una onda gravitacional pase por el detector. Se puede detectar cambios en las longitudes de los brazos más pequeños que la diezmilésima parte del diámetro de un protón (10-19 metros). Son necesarios observatorios independientes y ampliamente separados para determinar la dirección del evento que causa las ondas gravitacionales, y también para verificar que las señales proceden del espacio y no son de algún otro fenómeno local.

La investigación en LIGO la lleva a cabo la Colaboración Científica LIGO (LSC), un grupo de más de 1000 científicos de universidades de todo Estados Unidos y de otros 14 países. Más de 90 universidades e institutos de investigación de la LSC desarrollan tecnología para el detector y analizan datos; alrededor de unos 250 estudiantes contribuyen de forma relevante a la colaboración. La red de detectores LSC incluye los interferómetros de LIGO y el detector GEO600. El equipo de GEO incluye científicos del Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Albert Einstein Institute, AEI), Leibniz Universität Hannover, junto a socios de la Universidad de Glasgow, Universidad de Cardiff, la Universidad de Birmingham, otras universidades en el Reino Unido, y la Universidad de las Islas Baleares en España.

LIGO fue originalmente propuesto como un medio para detectar estas ondas gravitacionales en los años 1980 por Rainer Weiss, profesor de física, emérito, del MIT; Kip Thorne, que ocupa la cátedra del profesor Richard P. Feynman de física teórica de Caltech, emérito; y Ronald Drever, profesor de física, emérito, también de Caltech.

La investigación en Virgo se lleva a cabo por la Colaboración Científica Virgo, un grupo de más de 250 físicos e ingenieros pertenecientes a 19 laboratorios europeos diferentes: 6 del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia; 8 del Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) en Italia; 2 de Nikhef en los Países Bajos; el Instituto Wigner en Hungría; el grupo POLGRAW en Polonia; y el Observatorio Gravitacional Europeo (EGO), el laboratorio que alberga el interferómetro Virgo cerca de Pisa, Italia.


Fuente: DICYT
Website: dicyt.com


KM3NeT, el mayor telescopio de neutrinos del mundo, inicia su construcción

La Universidad Politécnica de Valencia participa en esta instalación, que se ubica en costas de Capo Passero, cerca de Sicilia (Italia)

UPV/DICYT El pasado 3 de diciembre se dio un paso crucial en la construcción del que será el mayor telescopio de neutrinos del mundo, KM3NeT, con la instalación de la primera línea de detección frente a las costas de Capo Passero, cerca de Sicilia (Italia). La Universidad Politécnica de Valencia ha contribuido al éxito de este primer paso, gracias al trabajo realizado desde el grupo de investigación en Acústica para la Detección de Astropartículas. Este grupo pertenece al Instituto de Investigación para la Gestión Integrada de las Zonas Costeras (IGIC) del campus de Gandia y está liderado por el profesor Miguel Ardid Ramírez.

Tal y como explica el profesor Ardid, los neutrinos son las partículas elementales más elusivas; por tanto, pueden llegar de los confines del Universo y atravesar La Tierra inalteradas. Su detección no es sencilla y requiere de un volumen instrumental enorme: el telescopio KM3NeT ocupará más de 1 kilómetro cúbico marino con centenares de líneas de detección como la instalada para descubrir la débil señal lumínica generada por el neutrino en la oscuridad abisal.

La localización de neutrinos permitirá, por un lado, complementar los telescopios convencionales y estudiar los fenómenos más extremos del Universo a través de estos “mensajeros”, y por otro lado, estudiar las propiedades fundamentales de estas partículas, cruciales para entender las teorías físicas más modernas.

“Por su peculiar ubicación, KM3NeT también servirá para alojar experimentos de ciencias del mar y de La Tierra. La instalación de esta primera línea constituye un paso crucial para KM3NeT, no sólo porque supone el inicio de la construcción sino también porque demuestra la viabilidad de la tecnología KM3NeT desarrollada tras una década de investigación”, apunta Miquel Ardid.

Trabajo desde Gandia
El grupo de investigación del IGIC de la UPV ha tenido un papel importante en este primer paso en la construcción del telescopio. Desde sus instalaciones, los investigadores han trabajado en el diseño del sistema de posicionamiento acústico de KM3NeT, necesario para poder monitorizar la posición de los módulos ópticos en las profundidades del mar y así poder reconstruir las trayectorias de los neutrinos con una precisión angular mejor de un grado.

Concretamente, los emisores acústicos de KM3NeT han sido desarrollados por este grupo, en colaboración con la empresa valenciana MSM SLL. La doctoranda de la UPV, María Saldaña Coscollar, participó desde Sicilia en el despliegue y control de esta primera línea y en el análisis de los primeros datos del sistema acústico.

Sobre KM3NeT

KM3NeT es una colaboración internacional formada por más de 200 científicos de 40 instituciones y 10 países. Además de la Universidad Politécnica de Valencia, España participa en el proyecto a través del Instituto de Física Corpuscular y la Universidad Politécnica de Cataluña.

La idea de construir los módulos ópticos con muchos fotomultiplicadores pequeños, denominados “multi-PMT” –en lugar de usar módulos con un único fotomultiplicador– es una de las principales innovaciones respecto a experimentos anteriores como ANTARES (también situado en el Mediterráneo) o IceCube (ubicado en el Polo Sur). Los módulos multi-PMT de KM3NeT ofrecen unas mejores prestaciones y tienen una mayor relación coste-eficiencia.

KM3NeT aumentará el potencial científico de su predecesor, ANTARES, en la que la UPV también participa y entre cuyos resultados destaca el desarrollo del mapa del cielo del Hemisferio Sur a partir de neutrinos, el establecimiento de límites para detectar materia oscura o el estudio de sucesos astrofísicos catastróficos.


Fuente: DICYT
Website: dicyt.com


Científicos del CSIC crean un híbrido de grafeno y moléculas magnéticas

Representación artistica de espines bañados en grafeno

Un estudio internacional con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado un nuevo material híbrido basado en el grafeno y en moléculas magnéticas. Este hallazgo, publicado en la revista Nature Materials, abre la puerta a la aplicación de grafeno en el campo de las tecnologías de la información.

El grafeno, una lámina de carbono puro de un átomo de espesor, no es magnético, al igual que el resto de derivados del carbono. Por eso, uno de los grandes retos científicos actuales en el campo de los materiales ha sido inducir magnetismo en el grafeno, bien introduciendo defectos en su estructura, bien dopándolo con átomos diferentes al carbono.

“El grafeno tiene un gran potencial en el desarrollo de dispositivos electrónicos, con aplicaciones que van desde el almacenamiento de energía en ‘superbaterías’ a la fabricación de pantallas y dispositivos más flexibles. Sin embargo, en campos como la espintrónica, base de la grabación magnética y la tecnología de discos duros, la ausencia de magnetismo del grafeno suponía un obstáculo”, explica el investigador del CSIC Fernando Luis, del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, centro mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza.

El nuevo material desarrollado en este estudio está formado por la unión de moléculas magnéticas, que contienen cuatro átomos de hierro, a una lámina de grafeno. Experimentos llevados a cabo en los laboratorios del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón confirman que existe una interacción importante entre ambos componentes. “Lo más sorprendente es que la presencia del grafeno modifica de manera radical el magnetismo de las moléculas. Los resultados muestran que el grafeno apantalla de manera muy eficiente los espines moleculares de fuentes de ruido tales como vibraciones o campos electromagnéticos”, añade el investigador.

Según los autores del trabajo, el nuevo hallazgo mejora de forma relativamente sencilla las propiedades de ambos materiales de cara a su aplicación en tecnologías concretas. “Por una parte, el dopaje de grafeno con moléculas magnéticas puede aproximarnos a la fabricación de nuevas memorias o sensores magnéticos. Por otra, la protección que el grafeno brinda a los espines puede resultar clave para usar las moléculas como unidades de información, o qubits, de un futuro ordenador cuántico. Una ventaja adicional es que campos eléctricos generados por el grafeno pueden inducir la realización de operaciones cuánticas a velocidades mucho mayores que las accesibles usando campos magnéticos”, concluye Luis.

En este trabajo también han participado la Universidad de Stuttgart (Alemania), la Universidad de Módena, la Universidad de Florencia (ambas en Italia) y la Universidad de Lausana (Suiza).

Christian Cervetti, Angelo Rettori, Maria Gloria Pini, Andrea Cornia, Ana Repollés, Fernando Luis, Martin Dressel, Stephan Rauschenbach, Klaus Kern, Marko Burghard & Lapo Bogani. The classical and quantum dynamics of molecular spins on graphene. Nature Materials. DOI: 10.1038/nmat4490


Fuente: Consejo Superior de Investigaciones Científicas
Website: csic.es