Yo no conocía la lista de Jeffrey Beall (autor del blog Metadata) de “Predatory, Open-Access Publishers” [PDF link]; me he enterado gracias a J.M. Mulet (@JMMulet) un colaborador de Amazings. Los ”lobos” editoriales editan revistas que se aprovechan de los autores como si fueran “corderitos.” Aprovechan el sistema de “pago por publicar” (“pay per publish“) de las revistas de acceso gratuito (“open access“) como un lucrativo negocio. Hay revistas de acceso gratuito muy buenas que respetan todos los procesos editoriales de una revisión por pares rigurosa. Pero también hay “lobos” con los que hay que tener cuidado, como Caperucita (los lobos en el cuento son los hombres adultos que disfrutan acosando a las jovencitas). Todo investigador senior conoce las editoriales de la lista de “lobos” de Beall, pero los investigadores jóvenes deberían consultarla. Por eso me permitiré presentaros un resumen breve de las editoriales que tienen revistas con índice de impacto en el ISI JCR 2010 de Thomson Reuters. Porque sí, lo has leído bien, algunas de estos “lobos” editoriales tienen revistas con índice de impacto (gracias a la política del ISI de admitir revistas del tercer mundo para que no parezca que solo aceptan revistas del primer mundo; ya se sabe que la mujer guapa cuando se maquilla no siempre mejora). Los jóvenes tienen que tener cuidado y no caer en la trampa del índice de impacto (pagar por publicar en una revista de un “lobo” editorial no da prestigio, pero quita las pelas).
Las editoriales de la lista de Beall de diciembre de 2011 que tienen revistas que aparecen en el JCR 2010 son:
Academic Journals (7 revistas impactadas en JCR 2010). Editorial nigeriana con más de 100 revistas de todas las áreas.
Academic Journals, Inc. (1 revista impactada en JCR 2010). Editorial pakistaní que dice que está afincada en New York.
Bentham Open (36 revistas impactadas en JCR 2010). Uno de las primeras editoriales que han aprovechado el negocio del acceso gratuito y que cuenta con más de 230 revistas de todas las áreas.
Dove Press (2 revistas impactadas en JCR 2010). Editorial médica neozelandesa que presume de un revista de alto índice de impacto y pide el oro y el moro por publicar.
Medwell Journals (1 revista impactada en JCR 2010). Editorial pakistaní con 34 revistas que evita decir dónde está afincada en su web.
Jeffrey Beall nos advierte también de editoriales que no son “lobos” pero son como “zorros” y hay que tener precaución con ellas.
Hindawi (27 revistas impactadas en JCR 2010). Editorial egipcia que ahora publica de forma independiente (pues antes de 2011 colaboraba como Sage). El número de revistas de Hindawi crece como los “gazapos” y ya acumula 31 títulos “Advances in …” y 32 títulos “Case Reports in …” Como Hindawi saca al “mercado” muchas nuevas revistas, muchos investigadores españoles reciben peticiones para formar parte de sus comité editoriales. Yo solo la recibí una vez y me negué. Pero otros han caído entre sus zarpas.
MedKnow Publications (14 revistas impactadas en JCR 2010). Editorial india que Beall calificaba de “lobo” y ahora califica de “zorro” que usa el viejo truco de llamar a algunas revistas con un nombre muy similar a una revista bien conocida y respetada, cambiando solo una palabra del título o reordenando éstas. Viejo truco con el que hay que tener cuidado.
PAGEPress (2 revistas impactadas en JCR 2010). Editorial italiana con unos 50 revistas. .
Versita Open (no tiene revistas impactadas pero Versita tiene 14 en JCR 2010). La versión online de una editorial polaca llamada Versita que comprende unas 200 revistas.
Como bien dice Jeffrey Beall: “These views represent the personal opinions of the author.” Pues lo dicho. Yo comparto lo que he leído y afirmo lo mismo. Si puedes evitar publicar en las revistas de los “lobos” editoriales de Beall, evítalo; publicando en ellas le harás un flaco favor a tu curriculum vitae (aunque podrás presumir de un mayor número de artículos en revistas con índice de impacto o que pronto lo tendrán). En mi opinión personal, quizás sesgada, es mucho mejor que inviertas tu valioso tiempo en enviar artículos a revistas de otras editoriales de mayor impacto real en la comunidad y que te darán prestigio.
Esta foto no es de la exposición, no hago fotos en galerías, pero estas impresionantes fotografías son parte de la exposición que se puede ver ahora en el CAC de Málaga.
El sábado pasado fui al CAC (Centro de Arte Contemporáneo) de Málaga con mi hijo para pasear y ver qué había de nuevo. Para mi sorpresa me encontré con una colección espectacular de fotos de Marte a tamaño gigante (más de 2 metros) obtenidas por la Mars Renaissance Orbiter de la NASA. La exposición está firmada por el fotógrafo Thomas Ruff (dicen que es el el fotógrafo más relevante de la escuela alemana de los noventa). La exposición ma.r.s es espectacular. Merece realmente la pena ir a verla. Por lo que me cuentan en Twitter acabó el domingo 29 de enero. Las fotografías de la exposición están aquí. He de confesar que me impresionó mucho la exposición y a mi hijo también, que trató de buscar personas y animales en las fotos. No podía entender que en un Marte así no hubiera vida. Siento no haber podido avisar antes. Los despistes que tiene uno.
Gracias a Marisa Alonso Nuñez (@lualnu10) me he enterado de la existencia de la “Carta Europea del Investigador” que yo no conocía, pero debería conocer. Te recomiendo leerlo, merece la pena. Permíteme unos extractos de este documento.
Estabilidad y permanencia en el empleo. “Los empleadores y/o financiadores deben velar por que el rendimiento de los investigadores no se vea socavado por la inestabilidad de los contratos de empleo, y deben por tanto comprometerse, en la medida de lo posible, con la mejora de la estabilidad de las condiciones laborales de los investigadores, aplicando y respetando las disposiciones y principios establecidos en la Directiva comunitaria relativa al trabajo de duración determinada.”
Financiación y salarios. “Los organismos que emplean y/o financian investigadores deben velar por que éstos gocen de condiciones de financiación y/o salariales justas y atractivas con disposiciones de seguridad social adecuadas y equitativas (incluyendo prestaciones por enfermedad y paternidad, derechos de pensión y subsidio de desempleo) de conformidad con la legislación nacional vigente y con los convenios colectivos nacionales o sectoriales. Este principio debe aplicarse a los investigadores en todas las etapas de su carrera, incluidos aquellos en la fase inicial, de forma proporcional a su situación jurídica, rendimiento, su nivel de cualificaciones y/o sus responsabilidades.”
Libertad de investigación. ”Los investigadores deben centrar su labor en el bien de la humanidad y la expansión de las fronteras del conocimiento científico.”
Responsabilidad profesional. “Los investigadores deben hacer todo lo posible para garantizar que su labor sea relevante para la sociedad y no duplique otra realizada previamente por otros. La necesidad de validar nuevas observaciones demostrando que los experimentos pueden repetirse no debe interpretarse como plagio siempre que se citen explícitamente los datos a confirmar. En caso de delegar algún aspecto de su labor, los investigadores deben velar por que la persona en quien se delega está capacitada para llevarlo a cabo.”
Relación con los supervisores. “Los investigadores en fase de formación deben mantener una relación estructurada y regular con sus supervisores y los representantes de la facultad o departamento en que trabajan para aprovechar plenamente su contacto con ellos. Esto incluye el mantener registros de todos los resultados y hallazgos de los trabajos de investigación, la obtención de reacciones mediante informes y seminarios, la aplicación de dicha retroalimentación y el avance en los trabajos según calendarios acordados, objetivos fijados, presentación de resultados y/o productos de la investigación.”
Neil deGrasse Tyson es uno de los divulgadores científicos que más me gustan y hoy he disfrutado de su charla ”Adventures of an Astrophysicist” [youtube playlist]. Pero en vídeo [6/11] me he encontrado con una sorpresa: sin rubor, Neil afirma que España solo ha descubierto un elemento químico (W). Craso error, todo el mundo sabe que España ha descubierto 2 elementos (W y Pt) y medio (V, la otra mitad es para Suecia). ¿Todo el mundo? Al menos todos los españoles. ¿Tú no lo sabías? Me entra la duda, quizás haya alguien que no lo sepa. Neil afirma que el V lo descubrió Suecia y que el Pt lo descubrió el Reino Unido. Que Neil cometa este error no me importa, los estadounidenses son así de torpes, pero que haya alguien en España que no lo sepa (habiendo sido el 2011 el Año Internacional de la Química) me molesta un poco. Si es tu caso, permíteme un breve resumen del artículo de J. Elguero, “España y los elementos de la tabla periódica,” Anales de Química 103: 70-76, 2007, cuya lectura completa te recomiendo encarecidamente. Descubrí el vídeo de Neil deGrasse Tyson gracias a la lista de correo de colaboradores de Amazings; Julián Estévez (@Jeibros), autor del blog Idea Secundaria, ha sido el encargado de traducir y subtitular un trocito para “Neil deGrasse Tyson: Declives y alzas en el mapa mundi de la ciencia,” Amazings.es, 29 ene. 2012.
El país en que se descubrió un elemento es siempre aproximada, porque los países y sus fronteras han cambiado a lo largo del tiempo. En esta tabla periódica aparecen los países del descubrimiento de todos los elementos no radioactivos (salvo para los dos elementos sintéticos, Tc y Pm, y para los 12 conocidos desde la antigüedad). La barra inclinada significa que el elemento ha sido descubierto por dos países (ninguno ha sido descubierto por tres). El récord lo tiene Suecia con 19 elementos, seguida de Reino Unido con 18,5 (la otra “mitad” corresponde a otro país que codescubrió el elemento), Francia con 14,5 y Alemania con 12. España solo tiene 2,5 (que no está mal teniendo en cuenta el peso científico de nuestro país en Europa); este número hay que compararlo con los 3 de Suiza 3 y con los 2 de Rusia, Austria y Dinamarca. Los descubridores de un sólo elemento no radioactivo son Finlandia (Y), Rumania (Te) y los Estados Unidos (At). Como bien dice Neil deGrasse Tyson, en la tabla periódica EE.UU. está poco representado, aunque en elementos sintéticos de mayor número atómico es uno de los países que domina claramente, como Neil disfruta relatando; se ve que se la ahueca la boca degustando sus palabras cuando habla del Am, Cf, Bk, incluso del Np y del Pu. Plutón siempre aparece en las charlas de Neil.
Los tres elementos “españoles” son el platino (Pt), vanadio (V) y el tungsteno o wolframio (W) aparecen en la siguiente foto. “Un crisol de platino a la izquierda (40 mL de capacidad, con un peso de unos 32 g y un precio de unos 1.500 €). El mineral vanadinita [Pb5 (VO4)5Cl] en el centro es un clorovanadato de plomo. Y la wolframita [(Fe,Mn)WO4] a la derecha que es un wolframato de hierro y manganeso (en proporciones variables).”
Historia del platino. ”En 1735 (reinando el duque de Anjou con el nombre de Felipe V -1700-1746-), D. Antonio de Ulloa y de la Torre Giral (1716-1795), astrónomo y marino, en su viaje con D. Jorge Juan y Santacilia a la América Meridional observó un mineral denominado “platina” (pequeña plata) en las minas de oro del rio Pinto en lo que hoy es Colombia. Al regresar a España en 1745 su barco fue atacado por corsarios y finalmente Ulloa fue capturado por la marina británica. Fue conducido a Londres y sus documentos confiscados, pero sus amigos de la “Royal Society” lo liberaron, sus documentos le fueron devueltos y él fue elegido miembro de dicha Sociedad en 1746. Mientras tanto, en 1741, Sir Charles Wood trajo a Inglaterra las primeras muestras del metal y siguiendo la publicación de Ulloa de 1748 (ya reinaba en España Fernando VI -1746-1759-), se empezaron a estudiar sus propiedades en Inglaterra y en Suecia. Se le empezó a conocer como “oro blanco” (ese término se usa hoy día para describir una aleación oro-paladio) y como “el octavo metal” (los siete metales oro, plata, mercurio, cobre, hierro, estaño y plomo, conocidos desde la antigüedad), pero hubo muchas dificultades para trabajarlo debido a su alto punto de fusión y su carácter quebradizo (debido a impurezas de hierro y cobre).” Por tanto, la razón por la que Neil deGrasse Tyson afirma que el Pt lo descubrió el Reino Unido es en honor a Wood, olvidando que Ulloa lo descubrió en 1735, aunque lo popularizó en 1748 desde el Reino Unido. Ya se sabe que la historia se puede escribir desde muchos prismas y el prisma anglosajón es que el Pt fue descubierto en 1741 por Wood.
Historia del tungsteno (también llamado wolframio). “El único elemento químico aislado en suelo español fue el wolframio, aislado en 1783 por los riojanos Juan José (1754-1796) y Fausto de Elhuyar (1755-1833) (o Delhuyar o De Luyart) que trabajaban en el Real Seminario Patriótico de Vergara (Guipúzcoa). Aunque no hay ninguna duda sobre la paternidad de este elemento, es el único elemento de la tabla periódica para el que la IUPAC admitía dos nombres: wolframio y tungsteno.” Hoy en día el nombre oficial es tungsteno y se debe tratar de omitir el nombre wolframio (que entre los químicos españoles es muy popular y J. Elguero no es una excepción). “En 1781 el gran Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) que aunque sólo vivió 43 años, tiene en su haber el descubrimiento del oxígeno, nitrógeno, cloro, bario, manganeso y molibdeno, describió el tungsteno, pero de este último no aisló el elemento sino su óxido, WO3, a partir de un mineral llamado hoy en día scheelita en su honor. El elemento puro lo aislaron los hermando Delhuyar dos años más tarde de la wolframita. A pesar de los esfuerzos españoles, encabezados por los Doctores Pascual Román y Pilar Goya, parece ser que la IUPAC se ha inclinado por el nombre tungsteno, aunque el símbolo sigue siendo W y las sales se seguirán llamando wolframatos.”
Historia del Vanadio. ”En 1801 (reinando Carlos IV), Andrés Manuel del Rio Fernández ((Madrid 1764-México 1849) dijo haber descubierto el elemento 23 de la tabla periódica de los elementos, hasta entonces desconocido, en una mina de plomo mejicana (Zimapán) y como sus sales eran rojas, lo denominó eritronio. Cuatro años más tarde el francés Hippolye Victor Collett-Descotils dijo que lo que había aislado, era en realidad cromato básico de plomo, lo cual condujo a del Rio a retirar su revindicación. En 1830 el elemento fue redescubierto (de ahí el reparto entre España y Suecia) por Nils Gabriel Sefström en ciertos minerales de hierro suecos. Por la riqueza y variedad de colores de sus sales, lo denominó vanadio en recuerdo de Vanadis, la diosa escandinava de la belleza. Un año más tarde, 1831, Friedrich Wöhler (el que sintetizó la urea) estableció la identidad del vanadio y eritronio.”
Para acabar os presento una tabla periódica con el año del descubrimiento de todos los elementos.
Esta entrada es mi segunda participación en la XI Edición del Carnaval de Química, organizado por Daniel Martín Reina, autor del blog La Aventura de la Ciencia. El plazo para publicar las entradas participantes en la XI Edición acaba el próximo 31 de enero. ¡Anímate si no has contribuido! El organizador se enterará de las entradas que participan en esta edición dejando un comentario en su entrada, comunicándolo vía Twitter a @CarnavalQuimica o @monzonete.
Sir André Geim, Premio Nobel de Física 2010 por el grafeno y Premio IgNobel de Física por hacer levitar ranas, y sus colegas de la Universidad de Manchester han descubierto que el óxido de grafeno también sirve para destilar alcohol, lo han probado con vodka y lo han publicado en Science. Sellando una botella de vodka con una membrana de óxido de grafeno, el agua que se evapora de la botella puede atravesar la membrana como si no estuviera (el óxido de grafeno es “transparente” al agua, pero el grafeno es impermeable a todos los líquidos y gases, incluso a átomos tan pequeños como el helio), pero las demás moléculas del vodka no pueden hacerlo. El óxido de grafeno se obtiene recubriendo una de las caras del grafeno con grupos hidroxilos OH- (el filtro utilizado está formado por múltiples caras de este óxido de grafeno); la figura de arriba ilustra el paso de las moléculas de agua a través de este filtro, como el alcohol no puede hacer lo mismo, la concentración de alcohol en la botella de vodka crece. No sabemos si Geim ha probado el vodka resultante, pero yo me pregunto por qué han usado vodka en lugar de whisky si no era para disfrutarlo. Me enteré de lo del vodka gracias a Daniel Cochlin, “Supermaterial goes superpermeable,” EurekAlert!, 26 Jan. 2012, y la llamada de antención en Twitter de @RSEF_ESP “Comentaste el paper de Nature sobre la interacción del grafeno con el agua. Mira este de ayer en Science” [link al tuit]. El artículo técnico es R. R. Nair, H. A. Wu, P. N. Jayaram, I. V. Grigorieva, A. K. Geim1, “Unimpeded Permeation of Water Through Helium-Leak–Tight Graphene-Based Membranes,” Science 335: 442-444, 27 January 2012 [gratis en ArXiv].
Los materiales porosos cuyos poros son nanométricos tienen un enorme número de aplicaciones industriales, sobre todo en técnicos de separación y filtrado de sustancias con moléculas pequeñas. Geim y su grupo han observado que una lámina de óxido de grafeno es impermeable a todo tipo de líquidos, vapores y gases, salvo para el agua (el H2O penetra a través de las membranas de óxido de grafeno diez mil millones de veces más rápido que el helio). El óxido de grafeno tiene propiedades mecánicas similares al grafeno y esta aplicación industrial parece muy prometedora. El artículo de Geim et al. describe en detalle cómo fabrican el óxido de grafeno y presenta simulaciones por ordenadorde la dinámica molecular del agua a través de los poros del grafeno (en estas simulaciones la clave son la fuerzas de Van der Waals). El grupo de Geim está estudiando últimamente los cambios que sufre el grafeno cuando se le adhieren moléculas simples de forma esporádica; para mí es increíble la desbordante imaginación que demuestran Geim y sus colegas.
Lo prometido es deuda… prometí borrar esta entrada y la borro. Cuando uno escribe algo enfadado pasan estas cosas… por la web quedarán muchas copias de esta entrada como era originalmente…
Rosa M. Tristán me cuenta en “La Fundación Oso Pardo acusa a Delibes de Castro de plagio,” Ciencia, El Mundo, 28 de enero de 2012.
Artículo en la revista de Elsevier Animal Behaviour titulado “Evidence of sexually selected infanticide in an endangered brown bear population” [enlace y DOI]
Me apena la situación de la ciencia en España por muchas cosas, pero sobre todo por el desprecio a la ciencia que muestran los grandes científicos españoles. No hay mayor desprecio que no hacer aprecio.
A este vídeo de youtube solo le falta una banda musical similar al Bolero de Ravel para que tengamos la sensación de que el fluido viscoso de color dorado está bailando al son de la música; me gusta que los autores hayan elegido una iluminación que logre un color tan dorado, pues yo recuerdo el color de este aceite de silicona como un amarillo mucho más pálido y menos sugerente. César (@EDocet) tuiteó este vídeo de youtube (enlace al vídeo original) como “#AA Fluido newtoniano y comportamiento no lineal en acción. ¡Matemáticos echad un ojo!” El enlace apuntaba a David Bradley, “Viscous fluid on a moving belt,” Sciencebase, Jan. 21, 2012, quien nos dice sin rubor que el líquido es sirope muy viscoso (“a stream of very viscous syrup”) y que es un ejemplo de un fluido no newtoniano (“a wonderfully visual example of a non-Newtonian fluid”). Como bien dice César, Bradley se equivoca, el fluido del vídeo es newtoniano (un aceite de silicona Dow Corning (R) 200). Al leer a Bradley tras ver el vídeo por primera vez me pregunté: ¿también se habrá equivocado César? Visité Twitter para corregirle, pero no, no se equivocaba, su tuit afirmaba con rotundidad que era un fluido newtoniano. ¡Bravo, César! Por ello decidí escribir una entrada sobre este vídeo y anuncié en Twitter que sería para el Carnaval de Matemáticas 2.X, cuyo anfitrión esta semana es el blog Resistencia Numantina del físico soriano Francisco J. Hernández (@fjhheras). He de confesar que nunca he estado en Soria, España, aunque quizás no importa, ya que él trabaja ahora en el grupo de neurobiología del Departamento de Zoología de la Universidad de Cambridge. Mi entrada no tendrá nada que ver con la biomatemática (también he hecho mis pinitos), ni con la neurociencia, la gran pasión de César, lo siento. Bueno, al grano.
El comportamiento del fluido newtoniano que se ve en el vídeo se puede entender como una transición entre dos situaciones extremas. Por un lado, cuando la cinta está parada, la silicona cae y se curva al contactar con la cinta, apareciendo una fuerza tangencial que hace rotar el chorro, que se pone a rotar formando una bobina de fluido de forma cilíndrica (como una cuerda que cae). Por otro lado, cuando la cinta tiene una velocidad alta, la silicona cae formando una catenaria y dejando una traza recta en la cinta transportadora. Conforme la velocidad de la cinta baja, se produce un cambio en el comportamiento del fluido (una bifurcación) que provoca que empiece a oscilar y formar los bucles que se observan en el vídeo. Al bajar más aún la velocidad estos bucles forman figuras con bucles más amplios hasta que, finalmente, cuando la cinta se para de forma definitiva se observa el bobinado del fluido. Permíteme una incursión algo más detallada en estos comportamientos.
Para entender un fenómeno físico conviene tener claro el dispositivo experimental utilizado, que se muestra en esta figura (extraída del reciente artículo de Robert L. Welch, Billy Szeto, Stephen W. Morris, “Frequency structure of the nonlinear instability of a dragged viscous thread,” Submitted to Physical Review E, 9 Jan. 2012, ArXiv, aunque el vídeo youtube es parte de un artículo anterior, también de Stephen W. Morris, Jonathan H. P. Dawes, Neil M. Ribe, John R. Lister, “The meandering instability of a viscous thread,” Physical Review E 77: 066218, 2008, ArXiv). Un chorro de aceite de silicona cae desde una altura variable sobre una cinta transportadora que se mueve a cierta velocidad ajustable. El chorro sale con un diámetro d = 8,00±0,02 mm y cae desde una altura H regulable entre 2,0 y 6,0 cm. La velocidad U de la cinta se controla mediante un motor de alta precisión, que permite bajar dicha velocidad desde 9 cm/s hasta cero. El aceite de silicona utilizado es un líquido newtoniano, su viscosidad es constante; te recuerdo que en los fluidos no newtonianos la viscosidad varía con la temperatura y no es constante. Por cierto, este aceite de silicona Dow Corning 200 es muy utilizado en este tipo de experimentos porque es muy estable ante variaciones pequeñas de la temperatura, es decir, su densidad y tensión superficial son prácticamente constantes en el rango de temperaturas considerado en el experimento (su densidad cambia menos del 0,08% por grado centígrado). La cámara de vídeo utilizada filma el reflejo de la cinta y el líquido en un espejo colocado a 45º de la dirección del movimiento de la cinta transportadora con objeto de poder reconstruir a partir de los fotogramas la posición (x, y) exacta del chorro líquido. Como indica la figura, el eje x mide los movimientos del fluido transversales a la cinta; el eje y es más curioso y mucho más difícil de reconstruir a partir de los fotogramas; el eje y mide lo que se adelanta o retrasa el punto de incidencia del chorro en la cinta (vuelve a ver el vídeo que abre esta entrada para comprobar que al principio este movimiento es muy ligero y que se vuelve mucho más importante cuando aparecen los primeros meandros, las oscilaciones del chorro en la cinta).
Cuando la cinta transportadora está en reposo (no se ve al final del vídeo), lo que se observaría en el vídeo es similar a un fenómeno muy familiar a todas las personas que han degustado miel. La miel también es un fluido viscoso newtoniano como el aceite de silicona (o como la leche condensada o la pintura de brocha gorda o muchos otros líquidos). Cuando un chorro de miel cae se estrecha debido a la ley de la conservación de la masa (en física de fluidos se la llama ecuación de continuidad): el producto de la velocidad de una segmento del chorro por el área de su sección transversal se conserva (tiene un valor constante); por tanto, la aceleración de la gravedad estrecha el chorro al caer. Cuando la miel toma contacto con una tostada, o con la mesa, o la miel de su propio recipiente, se enrolla como si se tratara de una cuerda que se deja caer verticalmente al suelo, formando una especie de espiral cilíndrica. El siguiente vídeo de youtube lo ilustra muy bien; te recomiendo verlo (al menos el principio, pues de repite lo mismo en varias ocasiones).
La viscosidad del líquido hace que no se derrame (se extienda horizontalmente) al incidir sobre la superficie de la miel; también impide que se rompa en gotas. Por ello, el chorro de miel se enrolla como una cuerda formando bucles circulares (que en el vídeo, cuando alcanzan cierta altura, se desmoronan por su propio peso). Este fenómeno se llama “bobinado líquido,” aunque entre mis colegas es más conocido por su nombre en inglés efecto “rope-coiling.” ¿Qué tiene que ver este efecto con lo que observas en el primer vídeo de youtube? Los bucles y los “ochos” que forma el líquido en la cinta transportadora son debidos a este efecto, pero se alargan porque la cinta transportadora no está en reposo. Lo mismo ocurriría si sobre la cinta cayera una cuerda (elástica), como nos confirman Mehdi Habibi, Javad Najafi, Neil M. Ribe, “Pattern formation in a thread falling onto a moving belt: An “elastic sewing machine”,” Physical Review E 84: 016219, 2011, de donde extraigo las siguientes dos figuras.
La cuerda se desenrolla y cae sobre una cinta transportadora. Me gusta esta figura porque ilustra muy bien lo que es el movimiento en la coordenada y para el chorro del líquido viscoso. Cuando la cinta se mueve a alta velocidad, la cuerda forma una catenaria (a), pero conforme la velocidad se reduce se pone casi vertical con un codo circular (b) que se desplaza hacia atrás, como se ilustra en las figuras (c) y (d). En esta última configuración es en la que se observa que la cuerda (como el chorro líquido) realiza meandros y movimientos en forma de bucle.
Las configuraciones de la cuerda elástica que cae son más variadas (y complicadas) que las observadas en el chorro de líquido viscoso. El parámetro que controla el tipo de patrón observado es el cociente entre la velocidad lineal de desenrollado de la cuerda (V) y la velocidad de la cinta transportadora (U); en el chorro viscoso el primer parámetro (V) viene determinado por la altura desde la que cae el líquido (y la aceleración de la gravedad). En estas figuras V = 8 cm/s, excepto en (i) y (j) donde V = 30 cm/s. Para U>V, es decir, cuando la cinta es más rápida que la cuerda, se observa una catenaria estacionaria (en la figura (a) se muestra el caso límite U=V=8 cm/s). Para velocidades U más pequeños aparecen curvas biperiódicas, como en (e) y (f), patrones en forma de W, 8, &, y W8 en las figuras (g), (h), (i) y (j), resp., así como patrones de bobinado, en las figuras (k) a (n).
En el caso del fluido viscoso solo se observan algunos de los patrones observados en la cuerda elástica. Esta figura muestra el diagrama de estados en función de la velocidad de la cinta (U) y de la altura del chorro líquido (H), obtenido tras analizar miles de experimentos. Como ocurre en muchos sistemas no lineales, las transiciones entre los diferentes patrones conforme se baja la velocidad de la cinta se producen gracias a bifurcaciones (para un valor de H, los cambios de color en vertical). Un modelo matemático-físico de este sistema permite entender el origen de cada una de estas bifurcaciones (basta un análisis linealizado de las ecuaciones de las ecuaciones de Navier-Stokes para este fluido), aunque para el análisis por separado de cada una de ellas es suficiente un modelo fenomenológico de Landau, mucho más sencillo, pero con parámetros libres que han de ser ajustados por medio de los experimentos. No entraré en detalles matemáticos, que si bien no son complicados, se pueden encontrar en los artículos citados más arriba (y en otros artículos más teóricos de los mismos autores).
Solo como ilustración de los resultados del análisis matemático, te muestro los resultados experimentales y la curva teórica predicha mediante un análisis lineal para la primera bifurcación que se observa en el vídeo que abre esta entrada. En concreto, para la transición entre el estado estacionario en el que el fluido forma una catenaria y la formación de meandros; se trata de una bifurcación de tipo Hopf (la aparición de un comportamiento oscilatorio a partir de un movimiento no oscilatorio). Para cada altura H fija (5,3 cm en la figura), hay una velocidad crítica para la cinta, Uc (igual a 4,01 cm/s para la figura), tal que con UUc el oscilatorio con una frecuencia ωc=2 Uc √µ (donde µ = 4,62 /cm² en la figura). La amplitud de las oscilaciones transversales dependen de la velocidad de la cinta y el modelo teórico predice que |A|=√((Uc-U)/(µ Uc)), que corresponde a la curva verde. El ajuste entre el resultado teórico y el experimento es muy bueno, aún así el modelo teórico predice un comportamiento de tipo histéresis que no se observa en los resultados experimentales (como se muestra en la figura de abajo).
Como es habitual en los sistemas dinámicos no lineales modelados por ecuaciones en derivadas parciales, se observa una sucesión de bifurcaciones que va dando lugar a la aparición de los diferentes patrones del fluido en la cinta (como la formación de figuras de tipo 8 y W). Todas estas bifurcaciones son consecuencia de la primera bifurcación de Hopf y conducen a una composición de movimientos oscilatorios en x e y cuyas frecuencias son múltiplos (armónicos) de la frecuencia de Hopf ωc. Supongo que conocerás las figuras de Lissajous, que se obtienen por la suma de dos movimientos oscilatorios. Los patrones que se observan tienen el mismo origen. Para analizar las frecuencias de estos movimientos oscilatorios se puede utilizar un análisis de Fourier, como muestra la siguiente figura.
En estas figuras se muestran cuatro patrones: meandros (a), figuras en W o bucles por un solo lado (b), figuras en 8 o bucles por los dos lados (c) y bobinados alargados (d). En azul tenéis el espectro de las oscilaciones en x y en verde discontinuo el de las de y. En un recuadro aparece el plano de fases para estos dos movimientos. Los meandros aparecen cuando la componente en x oscila a cierta frecuencia ω y la componente y casi no oscila a dicha frecuencia (aunque oscila un poco a la frecuencia doble, 2ω). Cuando se produce una bifurcación de Hopf, se excitan oscilaciones fuertes en la componente y con una frecuencia ω, que al estar acopladas con la componente x provocan la aparición de dos frecuencias ω y 2ω; este fenómeno es claramente no lineal (ya que en el caso lineal, figuras de Lissajous, no se excitaría ningún armónico). Conforme se reduce la velocidad de la cinta transportadora van apareciendo nuevas bifurcaciones en alguna de las dos componentes, pero no en la otra, lo que provoca un desfase entre ambas componentes. Finalmente, cuando la velocidad es muy lenta, ambas componentes se vuelven a poner en fase y domina la oscilación con frecuencia ω. No sé si me he explicado bien, pero las figuras son bastante claras.
Un análisis matemático riguroso de estas bifurcaciones requiere desarrollar un modelo matemático simplificado del chorro líquido; este modelo no lineal es difícil de estudiar, pero asumiendo que existen velocidades críticas en las que se producen cada una de las bifurcaciones se pueden linealizar dichas ecuaciones alrededor de estos puntos y obtener una buena estimación de sus parámetros. Resulta que se son bifurcaciones de Hopf y que el análisis lineal conduce un valor para la frecuencia de Hopf en muy buen acuerdo con los resultados experimentales. Por ello, este experimento es un arquetipo para estudiar cascadas de bifurcaciones en física de fluidos.
Para acabar, no quiero entrar en muchos detalles matemáticos, que nos llevarían demasiado lejos, me gustaría ilustrar una curiosa aplicación de estas bifurcaciones: el arte abstracto. Las inestabilidades de los chorros líquidos viscosos han sido utilizados por muchos pintores abstractos para obtener efectos muy curiosos en los trazos de pintura sobre el lienzo; destaca el pintor americano Jackson Pollock (abajo un ejemplo con un zoom); no entraré en más detalles, salvo recomendarte la consulta del artículo de Adrzej Herczynski et al., “Painting with drops, jets, and sheets,” Physics Today, June 2011, pp. 31-36 (copia gratis en pdf).
El ordenador más poderoso del mundo está en Japón, se llama “K Computer,” utiliza tecnología de Fujitsu y alcanza la friolera de 11,3 petaflops (más de once mil billones de operaciones en coma flotantes por segundo), pero los científicos no están contentos y ansían la llegada de la próxima generación de superordenadores que alcanzará el exaflop (un millón de billones de flops). ¿Será posible algún día fabricar máquinas tan poderosas? Para los ingenieros los retos son enormes, pero países como EE.UU., China, Japón, Rusia, India y, por supuesto, la Unión Europea están dispuestos a alcanzar el exaflop. Por ejemplo, el Congreso de EE.UU. ha aprobado un presupuesto de más de mil millones de dólares para que el DOE financie su programa de supercomputación avanzada (de los cuales 126 millones de dólares se dedicarán a alcanzar el exaflop). ¿Para qué quiere un científico un exaflop? Para estudiar modelos de la turbulencia más precisos, para simular el clima global incluyendo efectos como la cobertura nubosa, para el diseño de nuevos motores de alta eficiencia adaptados a quemar biocombustibles, para estudiar en detalle las explosiones de supernovas, e incluso para simular armas nucleares (entre otras muchas aplicaciones). Nos lo cuenta Robert F. Service, “What It’ll Take to Go Exascale,” Science 335: 394-396, 27 January 2012. El vídeo que abre esta entrada es la charla inaugural del genial Javier Jiménez sobre supercomputación en mecánica de fluidos y turbulencia. Una gran charla que te recomiendo (si te interesa la supercomputación); presenta las primeras simulaciones que se hicieron en MareNostrum (el superordenador más grande de la Red Española de Supercomputación que se encuentra en el Barcelona Supercomputer Center o BSC). El vídeo de abajo es de Mateo Valero, director del BSC, sobre la supercomputación en España, su pasado, presente y futuro (os recomiendo en especial los comentarios de Mateo en la última media hora de la charla). Ambos vídeos son de la 1ª Jornada de Supercomputación (2008) ETSI Aeronáuticos, Universidad Politécnica de Madrid.
Los superordenadores fueron mejorando a base de incrementar la velocidad de su reloj (los famosos GHz) hasta que la tecnología llegó a un límite y hubo que buscar una alternativa, los procesadores multinúcleo o multicore (por ejemplo, el “K Computer” tiene 705.000 núcleos). El mayor problema de la tecnología es el consumo de energía. Los superordenadores más grandes consumen unos 10 MW (megawatios), lo mismo que unas 10.000 viviendas. Extrapolando este consumo, un superordenador de 1 exaflop necesitaría unos 200 MW, es decir, una central nuclear propia dedicada a abastecerle energía. La electricidad necesaria para que un ordenador de 1 exaflop funcionara durante un año costaría unos 200 millones de dólares. ¿Cómo se puede bajar el consumo de energía? Una posibilidad es usar GPU (unidades de procesamiento gráfico) en combinación con las tecnologías multinúcleo. Intel, AMD y otros fabricantes de chips ya han anunciado sus planes para desarrollar estos procesadores híbridos.
Aplicaciones de la supercomputación en el IFCA (Instituto de Física de Cantabria)
Hay muchos otros escollos para el avance de la supercomputación hacia el exaflop, como la memoria, las comunicaciones, la tasa de errores y el desarrollo del software. La memoria RAM actualmente es muy cara y se estima que no va a bajar de precio lo suficiente; MareNostrum solo tiene 20 terabytes de RAM; un ordenador capaz de alcanzar 1 exaflop necesita al menos 1 exabyte de RAM (al precio actual es imposible pagarlo). Las redes de datos que comunican unos procesadores con otros también tienen que tener un ancho de banda suficientemente alto (el 70% de ejecución de un algoritmo se consume en transferir datos de un procesador a otro). Todo falla y la tasa de error por procesador (del orden de un error al año) multiplicada por un enorme número de procesadores (pongamos un millón) conduce a un número de errores al día que impide trabajar en la escala del exaflop (la única solución es rediseñar los algoritmos para que sean robustos ante estos errores, algo innecesario en la actualidad). Y por supuesto, el gran problema será escribir un software eficiente con un speedup razonable en un millón de procesadores (algunos expertos opinan que las metodologías de programación no están cambiando lo suficientemente rápido para adaptarse al número creciente de procesadores). ¿Son rentables los supercomputadores? Según Robert F. Service, el 57% del tiempo de cálculo de todas las máquinas en la lista TOP500 ejecutan códigos para empresas privadas. Muchas de estas empresas pagan a instituciones públicas el uso de estas máquinas.
Los siguientes vídeos os muestran múltiples aplicaciones de la supercomputación en España.
Las comunicaciones ópticas son una realidad desde hace 30 años, pero la computación completamente óptica (que eliminaría del todo la optoelectrónica) es una utopía que no acaba de encontrar su presente. Llevo 20 años oyendo hablar de ella como si estuviera a punto de salir al mercado, pero aún falta algo. Quizás lo que falta es un transistor completamente óptico que sea compatible con la tecnología actual de semiconductores. Una vía prometedora se aprovechar la interacción entre polaritones y excitones, y los llamados polaritón-excitones. Me ha gustado leer en ArXiv la primera propuesta firme de un transistor completamente óptico basado en polaritón-excitones. El gran problema de los dispositivos que usan efectos ópticos no lineales es que requieren mucha potencia (o energía), pero la nueva propuesta parece resolver este asunto, aunque de forma parcial, ya que la energía de activación del nuevo transistor es de solo unos nanojulios. Además, el uso de excitones facilita la integración con tecnología semiconductora convencional en chips mixtos optoelectrónicos. ¿Qué futuro tiene esta nueva propuesta? Sobre el papel todo huele muy bien, pero con los años ya no me creo nada. Las conclusiones del artículo lo venden como la octava maravilla, pero yo, no sé, no acabo de creérmelo. Espero equivocarme. Dario Ballarini et al., “All-optical polariton transistor,” ArXiv, Subm. 19 Jan 2012.
¿Qué son los polaritones y los excitones? En física cuántica una cuasipartícula es algo que se comporta como una partícula pero no es una partícula. En un sólido, un electrón es una partícula, pero la ausencia de un electrón, un hueco, se comporta igual que un electrón pero con carga opuesta. La vibración elemental de la estructura cristalina de un sólido también se comporta como una cuasipartícula, un fonón. La excitación elemental del campo de espines de los electrones de un sólido se comporta como un magnón. Un par de Cooper en un superconductor es una cuasipartícula formada por el acoplamiento mutuo entre dos electrones de tal forma que su función de onda común se comporta como la de una partícula. De igual forma, un excitón es el resultado del acoplamiento electrostático entre un electrón y un hueco. Y un polaritón es el resultado del acoplamiento entre un campo electromagnético y un dipolo eléctrico o magnético; un polaritón-excitón es el polaritón en el que un excitón actúa como dipolo eléctrico; un polaritón-magnón es el polaritón en el que un magnón actúa como dipolo magnético. La física cuántica permite que un objeto cuántico se comporte como lo haría una partícula de tal forma que a ciertas escalas es imposible saber que no es una partícula, aunque a escalas más pequeñas se observe que en realidad no lo es.
La ventaja de los polaritón-excitones es que permiten acoplar de forma natural campos electromagnéticos (luz) con campos eléctricos (corrientes eléctricas). La gran desventaja es que se requiere mucha energía, comparada con la energía “natural” de un fotón de un sólido, para que se forma un polaritón. La polaritónica es para los polaritones lo que la electrónica es para los electrones (y huecos). Los dispositivos polaritónicos actúan en un régimen intermedio entre los fotónicos y los electrónicos, por lo que permite acoplar los unos con los otros. El problema es que este acoplamiento requiere que la parte electrónica trabaje a alta frecuencia (microondas o submicroondas) y que la parte óptica (fotónica) trabaje a alta potencia, por lo que sus aplicaciones se limitan a sistemas de radares y a sistemas de microondas vía satélite. Aún así, el primer transistor polaritónico supone un gran avance y tiene un futuro ciertamente prometedor (otra cosa es que no todas las promesas acaban cumpliéndose).
La manera en la que una gota de agua moja una superficie plana está dominada por las fuerzas de van der Waals entre las moléculas de la superficie y las de agua. Para sorpresa de muchos, el grafeno es invisible (o transparente) para el agua cuando ésta moja una superficie de cobre, oro o silicio, aunque no cuando es de cristal. Cuando digo invisible quiero decir que al recubrir la superficie con una capa de grafeno (una capa de carbono de un solo átomo de grosor) no cambia el ángulo de contacto; conforme el número de capas de grafeno crece, dicho ángulo tiende al del agua sobre grafito (se necesitan al menos 6 capas de grafeno, aunque con 3 ya se ve el cambio). Los investigadores lo han descubierto gracias a medidas experimentales y han descubierto el porqué gracias a simulaciones de dinámica molecular (como las mostradas en la figura que abre esta entrada). La razón es que el grafeno es más delgado que la escala típica de interacción de las fuerzas de van der Waals. Además, el grafeno incrementa entre un 30% y40% la transferencia de calor por condensación con el cobre, gracias a que su presencia suprime la oxidación de éste. Esta propiedad tendrá importantes aplicaciones industriales para el desarrollo de superficies conductoras de la electricidad que sean impermeables. El artículo técnico es Javad Rafiee et al., ”Wetting transparency of graphene,” Nature Materials, Published online 22 January 2012. Me he enterado gracias a un tuit #AA de César (@EDocet).
El grafeno es una capa de un solo átomo de grosor de átomos carbono dispuestos en una retícula hexagonal tipo panel de abeja. Sus propiedades son extraordinarias en estabilidad química, resistencia mecánica, flexibilidad, alta conductividad eléctrica y térmica, entre otras. Además es casi transparente a la luz, ya que la absorción óptica de una sola capa de grafeno es de solo ~2,3% en el espectro visible; combinado con su alta conductividad eléctrica permite desarrollar electrodos conductores transparentes. La interacción del grafeno con el agua ha sido poco estudiada, hasta ahora. En superficies como cobre, oro o silicio las fuerzas de van der Waals controlan la humectación y una capa de grafeno resulta transparente a estas fuerzas; los autores del estudio llaman a este efecto: humectación transparente del grafeno. Los autores afirman que el grafeno es el primer material conocido con esta propiedad de transparencia humectante. Lo más importante es que el grafeno es un buen conductor de la electricidad, al contrario que la mayoría de las superficies hidrófugas y superhidrófugas, que tienen una energía superficial baja y generalmente son aislantes eléctricos. El revestimiento de una superficie con grafeno podría dar lugar a una nueva clase de superficies hidrófugas de alta conductividad eléctrica.
El National Ignition Facility, NIF, del Laboratorio Nacional de Lawrence Livermore de los EEUU, alberga el láser más grande del mundo consistente en 192 haces que depositan cerca de 2 millones de julios de luz ultravioleta en un punto en tan solo unos nanosegundos. Con 50 veces más energía que cualquier sistema láser anterior, NIF permite investigar la materia en condiciones extremas en el laboratorio:
densidades del orden de ~ 103 g/cm3 (unas cien veces más denso que el plomo),
presiones mayores de 1011 atm (la presión interna de la Tierra es del orden de 106 atm),
volúmenes de masa sin precedentes a temperaturas de más de 108 K (la temperatura en el interior del Sol es de 1,36×107 K), y
volúmenes de masa sin precedences a temperaturas de radiación superiores a los 106 K.
Únicamente en tres lugares del Universo se producen/han producido esas condiciones: durante el Big Bang, en el interior de los planetas y estrellas y en las explosiones de armas termonucleares.
Así, NIF supone un laboratorio formidable para disciplinas como la astrofísica, la física nuclear, la física planetaria y la materia en condiciones límite y la física de haces y plasmas. En el caso de la astrofísica, NIF puede proporcionar grandes volúmenes de materia a muy altas presiones y temperatura, simulando así condiciones de estrellas y planetas (por ejemplo, 1 MJ de energía depositada por NIF podría calentar 70 cm3 de gas a presión atmosférica a 10000 K, o 7 mm3 de hielo a un millón de grados). En el caso de la física nuclear, NIF permitirá estudiar por primera vez experimentalmente cómo las interacciones nucleares se ven afectadas por un entorno de plasmas. En el caso de materiales, NIF puede llevar a la materia a condiciones de presión, temperatura tan extremas que la propia química de sus componentes cambia haciendo que hasta los electrones más internos de los átomos participen en los enlaces. NIF permitirá adentrarse en algunas de las cuestiones claves sobre el origen y evolución de los planetas o la producción de energía por fusión en laboratorio. En el área de plasmas NIF puede crear volúmenes nunca antes generados lo que permitirá investigar diferentes fenómenos en plasmas y haces sólo accesibles en plasmas extensos. En los siguientes párrafos veremos con más detalle algunas de las preguntas y de los experimentos que NIF puede abordar.
Laboratorio de astrofísica
Los sistemas astrofísicos suelen estar rodeados de gran cantidad de radiación intensa (rayos X y Gamma), materia ionizada y fuertes campos magnéticos. Cualitativamente, NIF puede producir esas mismas condiciones, siendo por tanto un laboratorio único para diversas investigaciones en Astrofísica.
Izquierda: Ciclo de la vida de las estrellas. Hubble Space Telescope. Crédito: NASA, Wolfgang Brandner, JPL-IPAC, Eva K. Grebel, University of Heidelberg. Derecha: Esquema del modelo de formación y procesado de granos de carbón cósmico. Fuente: Adaptado de Pascoli y Polleux, Astron. Astrophys. 359, 799 (2000); Crédito: Cesar Contreras
Simulación de Astroquímica: Orígenes y Evolución del Polvo Interestelar y las Molécula Prebióticas. El polvo es un componente importante del medio interestelar de las galaxias. En forma de grano, ese polvo es el principal constituyente de los planetas y la principal fuente de absorción de radiación en una amplia gama de entornos astrofísicos. En ambientes fríos y densos los granos de polvo proporcionan superficies catalíticas para la formación de hielos elementales ( agua, metano, metanol, amoníaco, monóxido de carbono y dióxido de carbono) que, a través de la interacción con la radiación, pueden convertirse en moléculas orgánicas complejas, como aminoácidos y azúcares. En los discos protoplanetarios estos granos de hielo se agrupan, formando cuerpos más grandes hasta llegar a cometas y planetas. La comprensión de cómo estos granos o estas capas de granos helados se forman y evolucionan bajo entornos de radiación astrofísicos son clave para predecir la composición de los planetas y especialmente la cantidad de material orgánico asociado con el origen de la vida. NIF ofrece oportunidades únicas para estudiar esa formación de granos desde plasmas iniciales y su evolución bajo altos flujos de radiación X (la fotoquímica de los granos y los hielos). Estos experimentos servirían para hacer predicciones de la composición química alrededor de las estrellas durante la formación de planetas, y así obtener datos sobre qué planetas son más apropiados para el desarrollo de la vida.
Explicación de la ubicuidad y propiedades de los Campos Magnéticos Cósmicos y el Origen de los Rayos Cósmicos. En el ámbito del medio interestelar e intergaláctico, NIF puede abordar mejor que ninguna otra instalación dos de los grandes misterios del Universo: la magnetización del espacio y la generación de rayos cósmicos. El Universo está bañado por campos magnéticos con fuerzas que van desde algunos femtogauss (10^-15 gauss) en los vacíos entre filamentos y acumulaciones de galaxias, pasando por varios microgauss (10^-6 gauss) en el medio intergaláctico, hasta muchos teragauss ((10^12 gauss) en las proximidades de los agujeros negros y las estrellas de neutrones ( recordad que el campo magnético terrestre es de 1 gauss). Estos campos magnéticos juegan un papel crucial en muchos fenómenos astrofísicos, como la formación y evolución de estrellas, la generación y transporte de los rayos cósmicos, la producción de chorros de materia a velocidades relativista de agujeros negros de masas estelares en los centros de las galaxias y posiblemente en la formación de otras estructuras a gran escala en el Universo.
Sobre la mesa hay diferente mecanismos propuestos para explicar el origen y fuerza de esos campos magnéticos que necesitan de experimentación para ser validados. NIF puede generar un régimen de campos magnéticos turbulentos que puedan dar respuestas a las mencionadas preguntas.
Hidrodinámica Radiativa del Nacimiento y muerte explosiva de estrellas. En cuanto a la dinámica estelar de nacimiento y muerte, uno se encuentra con sistemas hidrodinámicos en los que participan fuertes ondas de choque dónde la radiación a menudo desempeña un papel esencial. Hasta la fecha los progresos han sido más bien escasos puesto que no se podían reproducir en laboratorio ondas de choque radiativas de manera sostenida como las implicadas en la acumulación de materia que lleva a las Supernovas o la destrucción de las nubes moleculares .En segundo lugar, tampoco se conseguían explosiones controladas en las cuales se pudiera seguir la la evolución a largo plazo de inestabilidades. Por último, la evolución de turbulencias convectivas más allá de las fases más tempranas de las explosiones tampoco ha podido ser estudiada. NIF supone un importante avance en la experimentación que permitirá estudiar la hidrodinámica de las explosiones en entornos radiativos con mucho detalle.
Física atómica de plasmas ionizados. Telescopios orbitales como Chandra o XMM-Newton han revelado importantes diferencias entre las líneas espectrales de plasmas ionizados por rayos X en comparación con plasmas ionizados por colisiones (dónde las colisiones entre electrones e iones juegan el papel fundamental en la ionización). Ejemplos de plasmas ionizados por radiación se encuentran en plasmas cercanos a agujeros negros, estrellas de neutrones y a muchas estrellas binarias. Hasta día de hoy, sólo hay modelos teóricos para interpretar su comportamiento pero NIF abre la puerta a experimentos en los que se puedan reproducir ese tipo de entornos. Además, la estructura y evolución estelar dependen esencialmente del transporte de radiación X que a su vez depende de las propiedades de absorción y emisión de la materia, en especial de los elementos de alto Z, como el hierro. Sólo NIF puede producir estados de la materia tan calientes y densos como los que hay en el interior del Sol, lo que permitiría de primera mano la medición de dichas propiedades.
Física nuclear
En las líneasactuales de investigación, el estudiode la estructura y las interacciones de los núcleos se restringe a sistemas nucleares no excitados. Los laboratorios actuales no permiten investigar interacciones nucleares entre estados excitados porque o bien los generan en poca cantidad o bien su duración es tan corta que no permiten medición. Sin embargo, son precisamente esos estados excitados producidos en ambientes calientes, plasmas densos, con altos flujos de electrones donde principalmente tiene lugar la nucleosíntesis. NIF ofrecerá por primera vez la oportunidad de mediciones directas en plasmas termonucleares sometidos a combustión, como ocurre en las estrellas. Así, fenómenos hidrodinámicos en estos sistemas, tales como el transporte turbulento de partículas cargadas y su efecto en los procesos nucleares podrán ser investigados en NIF. Entre otras cosas, todo este conocimiento servirá para acercarse más al objetivo de controlar las reacciones termonucleares y la obtención de energía por fusión mediante confinamiento inercial.
Nucleosíntesis estelar y del Big Bang en entornos de plasmas. NIF permitirá determinar el porcentaje de reacciones de fusión de iones ligeros que inician la nucleosíntesis y que prevalecen en las fases iniciales de la evolución de estrellas.
Formación de elementos pesados y el papel de las reacciones en los estados nucleares excitados. Los efectos en la nucleosíntesis y en la vida media de los estados nucleares excitados por interacciones con plasmas estelares también podrán ser investigados en NIF.
Materiales bajo condiciones extremas y física planetaria
A compresiones 1000 veces mayores que las normales, la química de los elementos cambia drásticamente ya que no sólo los electrones de valencia sino también los más internos participan en los enlaces. A esas presiones, las propiedades intrínsecas de los materiales como la dureza, la difusión y la evolución de defectos nos son completamente desconocidas. Experimentos de compresiones estáticas apuntan a multitud de transformaciones en las propiedades físicas como químicas de la materia como por ejemplo, nuevas fases electrónicas, magnéticas y superconductoras.
Experimentos de compresión dinámicos a presiones de Mbar están revelando cambios fundamentales en el comportamiento de los elementos como la metalización del H, del He o de la Sílica. En estos regímenes de altas presiones, un metal como el sodio se vuelve un aislante transparente. Incluso se podría llegar a observar el derretimiento cuántico de un material predicho hace más de medio siglo.
Representación esquemática de cómo el material evoluciona bajo compresiones extremas.
De la materia cuántica a la materia de Estrellas. Las propiedades a muy altas presiones (>100 Mbar) de elementos tan básicos como el H y el He son prácticamente desconocida y todo nuestro conocimiento está basado en modelos y predicciones que necesitan ser verificados. Entre los fenómenos que se han predicho a esas presiones tenemos transiciones desde la fase líquida a la fase de plasma del H y el He, una fase superfluida y superconductora del H, … A esas presiones debería ser posible excitar reacciones nucleares mediante efecto túnel como ocurre en el Sol. Además, el estudio de mezclas de H y He a esas presiones es de vital importancia para entender la termodinámica y la hidrodinámica del interior de algunos planetas. NIF abre las puertas a toda esta investigación.
Elementos a Presiones Atómicas. El modelo tradicional de la materia a altas presiones se basa en considerar que los electrones de valencia son desplazados a una banda de conducción formando un gas casi libre rodeando a los iones. Esta perspectiva ha sido muy útil para explicar el comportamiento de materiales a presiones de millones de veces la presión atmosférica. Sin embargo, a presiones un par de ordenes mayores (>100Mbar) este modelo deja de funcionar. Hay evidencias de que para esos casos los orbitales más interiores de los átomos pasan a ocupar casi todo en volumen del sólido/líquido obligando a los electrones a estar localizados. Esta configuración redistribuye la posiciones de los átomos, haciendo desaparecer la típica periodicidad de los sólidos a corto alcance. NIF permitirá investigar estos nuevos estados.
Exploración del Interior de Planetas. Hacer converger los campos de materia condensada y física de plasmas abre todo un nuevo área a investigar en ciencia de materiales. Como ya hemos comentado,. cuerpos astrofísicos como las Supertierras, los gigantes de hielo y los gigantes gaseosos podrán ser estudiados en NIF.
Rango de presiones y temperaturas interiores de distintas clases de planetas y el correspondiente efecto de la compresión en las energías de enlace de sus componentes. (Crédito: D.J. Stevenson, 2008).
Física de haces y plasmas
A las temperaturas y presiones que NIF genera, la materia termina convirtiéndose en plasma. Por tanto, NIF es ante todo un gran laboratorio de física de plasmas, en el cual se podrán estudiar una enorme cantidad de fenómenos de transporte, radiación y aceleración de partículas como nunca antes se han podido realizar. Temas en la frontera del conocimiento en plasmas como a) la formación y aceleración de partículas en choques no-colisionales, b) el control activo del flujo de radiación y partículas en plasmas densos de alta energía, c) la generación de haces ultraintensos y transporte en plasmas densos de alta energía y d) estados complejos del plasma bajo campos láser extremos podrán ser investigados en NIF.
Conclusiones
NIF representa un amplio conjunto de oportunidades únicas en investigación que abarca cuestiones de astrofísica, física nuclear, materiales en condiciones extremas, física planetaria y física de plasmas y haces (ver resumen en tabla). Con el apoyo intelectual y económico adecuados sin duda se conseguirán grandes avances en todas estas áreas. Esperemos que la comunidad científica, y en particular la española, sepa aprovecharse de una instalación única como NIF. Un buen punto de partida es asistir al Primer Encuentro de Usuarios de NIFque tendrá lugar del 12 al 15 de febrero de 2012. ¡¡ El que pueda ir, que no se lo pierda!!
Disciplinas
Líneas de investigación
1. Laboratorio de Astrofísica
1.1 Simulación de Astroquímica: Orígenes y Evolución del Polvo Interestelar y las Molécula Prebióticas
1.2 Explicación de la ubicuidad y propiedades de los Campos Magnéticos Cósmicos y el Origen de los Rayos Cósmicos
1.3 Hidrodinámica Radiativa del Nacimiento de Estrellas y de la muerte explosiva de estrellas
1.4 Física atómica de plasmas ionizados
2. Física Nuclear
2.1 Nucleosíntesis Estelar y del Big Bang en entornos de plasmas
2.2 Formación de Elementos Pesados y el Papel de las Reacciones en los Estados Nucleares Excitados
2.3 Física Atómica de Plasmas ionizados
3. materiales bajo Condiciones extremas y Física Planetaria
3.1 De la materia cuántica a la materia de Estrellas
3.2 Elementos a Presiones Atómicas
3.3 Química de Kilovóltios
3.4 Caminos a Estados Extremos
3.5 Exploración del Interior de Planetas
4. Física de Haces y Plasmas
4.1 Formación y aceleración de partículas en Choques no-colisionales
4.2 Control Activo del flujo de Radiación y Partículas en Plasmas Densos de Alta Energía
4.3 Generación de Haces Ultraintensos y Transporte en Plasmas Densos de Alta Energía
4.4 Estados Complejos del Plasma bajo Campos Láser Extremos
Referencias
Este artículo y sus imágenes han sido sacados del Informe de la Oficina de Ciencia de la Administración de Seguridad Nuclear Nacional de los EEUU generado tras el “Workshop on Basic Research Directions on User Science at the National Ignition Facility” que tuvo lugar en Washington DC en mayo de 2011.
Para más información descargar documento en este enlace (pdf).
Este artículo es una colaboración invitada escrita por el Dr. J. Alvarez Ruiz del Instituto de Fusión Nuclear de la Universidad Politécnica de Madrid.
La corona solar puede destruir a los cometas que pasen demasiado cerca de nuestro Sol. Estos cometas son joyas para los astrónomos aficionados y para los profesionales, aunque solo se detectan en el último momento, justo cuando se evaporan y se desintegran en la corona solar, lanzando enormes cantidades de polvo fino y gas (y produciendo un fogonazo de luz en el Sol). La mayoría de estos cometas son de la familia de Kreutz, cometas en órbita cercana al Sol, entre 1 y 2 veces el radio del Sol, con periodos entre 500 y 1000 años. El origen de estos cometas de Kreutz no es conocido, pero se cree que son fragmentos de un cometa gigante (con entre 10 y 50 km de radio) que se destruyó hace miles de años al aproximarse demasiado al Sol. El 6 de julio de 2011, el Observatorio de Dinámica Solar (SDO) observó la trayectoria entrada y destrucción en la corona solar del cometa C/2011 N3 (SOHO); el cometa pasó a gran velocidad (unos 650 km/s) y recorrió unos 100.000 km (aprox. 0,15 el radio del Sol) por encima de la fotosfera solar (como muestran la figura y el vídeo de youtube). La observación en cinco longitudes de onda del ultravioleta extremo permitió estudiar tanto las propiedades de la corona solar como las del propio cometa, incluyendo su posible composición. Los últimos 10 minutos de observación permiten estimar el radio de su núcleo entre 10 y 50 metros, por lo que, como este tipo de cometas tienen radios de unos 100 metros, se interpreta que el cometa se fragmentó en varios trozos conforme penetraba en la corona solar. ¿Qué pasa si un cometa se aproxima tanto al Sol que casi lo roza? El famoso cometa Lovejoy lo hizo entre el 15 y 16 de diciembre de 2011 con pocos daños, mostrando una espléndida cola tras su paso que disfrutaron todos los astrónomos aficionados. Sin embargo, C/2011 N3 (SOHO) no tuvo tanta suerte; al contrario que los astrónomos solares que han utilizado su trayectoria para conocer mejor cómo le ha afectado la corona solar. SOHO/LASCO observan un cometa de Kreutz rozando el Sol cada 3 días (unos 2000 en sus 15 años de operación), pero solo unos pocos acaban destruidos en la corona solar. Futuras observaciones permitirán comprender mucho mejor las propiedades de los cometas del grupo de Kreutz y sobre cómo les afecta la corona solar. El artículo técnico es C. J. Schrijver et al., “Destruction of Sun-Grazing Comet C/2011 N3 (SOHO) Within the Low Solar Corona,” Science 335: 324-328, 20 January 2012. La importancia de esta observación nos la describe en detalle Carey M. Lisse, “The Final Flight of a Sun-Diving Comet,” Science 335: 296-297, 20 January 2012.
Se ha publicado en Science un artículo que resuelve uno de los grandes problemas de la producción de etanol utilizando bacterias de fácil cultivo como Escherichia coli, la producción de alginato (un glúcido o hidrato de carbono) que no es digerido de forma natural por estas bacterias. Aprovechando que hay bacterias que sí son capaces de digerirlo, como las del género Vibrio, se ha incorporado un trozo (36 kilobases) del genoma de la bacteria V. splendidus en el genoma de la bacteria E. coli; esta labor de ingeniería genética ha introducido la ruta metabólica para digerir el alginato en E. coli, permitiendo su uso industrial en la producción de etanol a partir de algas marinas. El trabajo es muy prometedor y muchos medios se han hecho eco del mismo. Ya habrás leído la noticia: “bacterias transgénicas para producir biocombustible de las algas marinas” (Alicia Rivera, El País); o también “científicos del Bio Architecture Lab (EE.UU.) han modificado genéticamente la bacteria E. coli para que digiera los azúcares de las algas marrones y las convierta en etanol; así, las algas podrían ser una fuente rentable de energía” (Agencia SINC). El artículo técnico es Adam J. Wargacki et al., “An Engineered Microbial Platform for Direct Biofuel Production from Brown Macroalgae,” Science 335: 308-313, 20 January 2012.
Hay algo que se suele contar en estas noticias y que me gustaría destacar. Cuando en biología sintética se altera el genoma de una bacteria para que realice ciertas funciones (o implemente cierta ruta metabólica) con un objetivo industrial (o biomédico), normalmente, se utilizan bacterias muy primitivas porque en el metabolismo de células procariotas (como E. coli) o eucariotas (como las de levaduras) hay muchos efectos laterales y la introducción de una ruta metabólica nueva afecta a otras rutas existentes (muchas veces de maneras que los científicos no son capaces de predecir a priori). Estos efectos colaterales se tratan de eliminar, pero a veces los menos obvios son muy difíciles de descubrir y surgen cuando menos se lo espera uno. En el caso de este estudio, los investigadores no reportan ningún efecto lateral, lo que me hace sospechar, soy mal pensado por naturaleza, que o los han omitido con la intención de “no avisar a los revisores” de sus puntos flacos, o los desconocen porque no han realizado estudios específicos en suficiente profundidad. Por ello, por muy prometedor que pueda parece este avance, a mí me genera serias dudas. Espero equivocarme y que mis dudas estén infundadas, pero no le auguro un futuro muy prometedor a este interesante descubrimiento.
Supón que has desarrollado el algoritmo cuántico del siglo, pero no tienes un ordenador cuántico para ejecutarlo. Una compañía privada posee un ordenador cuántico que podrías usar, pero no quieres que vean tu código fuente, tu entrada y la salida de tu algoritmo; ellos tampoco confían en tí y no quieren que piratees los secretos de su máquina. Barz et al. publican en Science un protocolo cuántico que os satisfará a ambos, ni tú ni ellos desvelaréis vuestros secretos; el único requisito es que te permitan manipular a tu antojo un solo cubit, uno solo. Este problema se denomina computación cuántica “ciega” (blind QC), pero a mí me gusta más el título de esta entrada. En estudios anteriores se demostró cómo es posible ejecutar cualquier algoritmo cuántico realizando medidas en un solo cubit que está entrelazado con los cubits de dicho ordenador cuántico. Para ocultar el algoritmo, el cliente utiliza el nuevo protocolo que realiza el cálculo gracias a un entrelazamiento cuántico aleatorio. Solo quien controle el único cubit puede conocer la entrada, el algoritmo y la salida; la compañía solo podrá observar cubits aletaorios entrelazados. Además, el funcionamiento del ordenador cuántico es confidencial pues el programador solo puede observar un único cubit. No describiré este protocolo cuántico en detalle, pero adelanto que es muy bonito, aunque algo técnico. Nos lo cuenta Vlatko Vedral, “Moving Beyond Trust in Quantum Computing,” Science 335: 294-295, 20 Jan. 2012, que se hace eco del artículo técnico de Stefanie Barz et al., “Demonstration of Blind Quantum Computing,” Science 335: 303-308, 20 Jan. 2012.
La idea del nuevo protocolo de ejecución “doble ciego” es la siguiente. Supongamos que la empresa (el servidor) tiene un ordenador cuántico donde puede crear un estado entrelazado con muchos cubits. Dicho estado entrelazado es preparado siguiendo las órdenes que suministra el programador (el cliente); estas órdenes corresponden a cubits individuales, elegidos al azar por el cliente, que se encuentran en ciertos estados cuánticos. La empresa lo único que hace es entrelazar el cubit que recibe (sin medir su estado) con los cubits de su ordenador; si la empresa trata de leer el estado que recibe, el programador podrá detectar más tarde dicho cambio y sabrá que le están espiando. La salida del algoritmo es recibida por el cliente gracias a medidas de un solo cubit (seleccionado por él de forma aleatoria); para la empresa estas salidas son completamente aleatorias. Esta forma de ejecutar un algoritmo cuántica haciendo mediciones cubit a cubit del estado entrelazado en el ordenador cuántico denomina computación cuántica basada en medidas proyectivas. La empresa no puede descifrar el algoritmo utilizado ya que se ejecuta en un estado entrelazado al azar y los resultados de las mediciones que obtiene son aleatorios en apariencia (solo el cliente sabe cuáles lo son y cuáles no, porque conoce el estado entrelazado que ha construido gracias a sus órdenes cubit a cubit). Por tanto, el algoritmo es “doblemente ciego” ya que el cliente no conoce los detalles de cómo ha sido implementado el ordenador cuántico y el servidor ignora los detalles del algoritmo que está siendo ejecutado; más aún, el cliente puede llegar a saber observando la salida que recibe del servidor si la empresa realmente atesora un ordenador cuántico de verdad.
La idea detrás de este nuevo protocolo es combinar conceptos de cifrado (criptografía) cuántica y de computación basada en medidas cuánticas; la seguridad de este protocolo es mayor que la del correspondiente protocolo implementado en un ordenador clásico en la misma medida en la que el cifrado cuántico es más seguro que el clásico. La criptografía cuántica siempre permite detectar a cualquier espía que observe lo que no debe. Por cierto, el artículo técnico de Barz et al. incluye una demostración experimental de su protocolo “doble ciego” utilizando cubits ópticos basados en la polarización de fotones en un medio óptico no lineal. Han implementado dos algoritmos cuánticos, el algoritmo de Deutsch-Jozsa y el algoritmo de búsqueda de Grover.
Los 6 circuitos cuánticos "ciegos" en los que se basa el cálculo cuántico "doble ciego." (C) Science
Por cierto, no lo he dicho, pero el autor principal del artículo técnico es Anton Zeilinger, “eterno” candidato al Premio Nobel de Física por su demostración del “teletransporte cuántico” sus trabajos en la verificación de las desigualdades de Bell y su investigación sobre el entrelazamiento cuántico. Lo digo ahora porque he visto gracias a Twitter que la BBC destaca este hecho en Jason Palmer, “Quantum computing could head to ‘the cloud’, study says,” BBC News, 19 January 2012. Ya se sabe que no es lo mismo un gran descubrimiento cuántico de un “cualquiera” que uno de un firme candidato al Nobel. Pues lo dicho, lo digo.
Hay ciertas cuestiones científicas que siempre generan polémica. Dos artículos que estudian la posible transmisión por vía respiratoria de un virus aviar H5N1 altamente patógeno (llamado H5N1 HPAIV) han sido enviados para publicación a Nature y Science. Estos artículos afirman que es posible la transmisión del virus por vía respiratoria (si estos se adhieren a gotas o a aerosoles). La National Science Advisory Board for Biosecurity (NSABB) ha recomendado al Gobierno de EE.UU. que interfiera en el proceso de publicación y que actúe para que dichos artículos no vean la luz en su totalidad; su recomendación es que se omitan todos los detalles técnicos de los métodos de laboratorio utilizados para evitar que puedan se reproducidos (todo lo contrario a lo que recomienda la ética científica: todo resultado debe ser reproducible). El gobierno ha aceptado y se ha puesto en contacto con los autores y con los editores de Nature y Science. Ahora la baza están en la mano de los editores. Los de Science han decidido preguntar públicamente la opinión de todos los científicos. ¿Deben aceptar los editores las recomendaciones del gobierno en aras a la bioseguridad? ¿Se trata de un acto de censura a la investigación científica? ¿Puede una potencia científica como EE.UU. reservarse un avance científico que podría ayudar a otros países a identificar rápidamente estas mutaciones del virus H5N1? La polémica está servida. ¿Qué opinas el respecto? Utiliza los comentarios si te apetece (pero no opines “SÍ” o “NO” simplemente, trata de razonar tu respuesta, aunque de forma breve).
Si deseas más información (en inglés) puedes leer los siguientes cuatro artículos (de acceso gratuito en Science):
PS (20 ene. 2012): Una carta de científicos similar a las anteriores que se publicará en Nature: Ron A. M. Fouchier et al. (39 authors), “Pause on avian flu transmission studies,” Nature, Published online 20 January 2012.
PS (8 feb. 2012): Especial de Nature sobre el virus H5N1 aviar transmisible entre mamíferos: “MUTANT FLU,” 8 Feb. 2012, que incluy el siguiente vídeo.
Un documental espectacular producido por lainformacion.com cuyo estreno será esta noche a las 21:00 horas (hora de Madrid) en la dirección www.elmaldelcerebro.com; muchos tuitearemos en directo durante el estreno, #elmaldelcerebro, que promete ser TT en España. El director del documental, el periodista y divulgador Antonio Martínez Ron (@aberron y @elmaldelcerebro), ha sido entrevistado sobre “El mal del cerebro” en el programa “Asuntos Propios” RNE (a partir del minuto 26:00 empieza la entrevista; te gustará sin lugar a dudas).
Sin entrar en la discusión sobre si llama “cerebro” o “encéfalo” (término más correcto), este documental de dos partes revisa la investigación en Neurociencia que se está realizando en España. “En la primera parte, ”Cerebros reparados”, que se estrenará hoy jueves 19 de enero, asistiremos a una operación de implante de electrodos para recuperar la movilidad y eliminar el temblor compulsivo de los pacientes de Parkinson. También conoceremos las últimas tecnologías que permiten reemplazar miembros amputados por dispositivos biónicos o mover objetos con el pensamiento. Y en la segunda parte, ”En busca de la memoria”, que se estrenará el jueves 26 de enero, conoceremos las investigaciones que tratan de detectar las demencias precozmente, frenar el deterioro cognitivo e incluso retener nuestros recuerdos por más tiempo.”
En la segunda parte se hablará de los trabajos sobre el Alzheimer que desarrolla el Dr. Zafaruddin Khan en la Universidad de Málaga (“La biomolécula de la memoria,” Uciencia, 8 julio 2009). Las ratas tratadas con una proteína llamada RGS-14 son capaces de recordar un objeto durante 27 semanas, cuando las ratas normales solo alcanzan unos 45 minutos. Pronto se van a iniciar estudios en monos; esta proteína promete mucho en el campo del tratamiento del Alzheimer. El trabajo más famoso de Khan se publicó en Science, en concreto Manuel F. López-Aranda, Juan F. López-Téllez, Irene Navarro-Lobato, Mariam Masmudi-Martín, Antonia Gutiérrez and Zafar U. Khan, “Role of Layer 6 of V2 Visual Cortex in Object-Recognition Memory,” Science 325: 87-89, 3 July 2009.
El proceso de formación de galaxias aún guarda secretos. Las simulaciones por ordenador que incluyen el efecto de la materia oscura fría predicen la formación de un gran número de pequeñas galaxias enanas (satélites de las galaxias más grandes), pero en nuestra galaxia, la Vía Láctea, y en otras galaxias del Grupo Local, se han observado muy pocas galaxias enanas (unas 50). Quizás hay muchas más pero son demasiado débiles, sin embargo, la distribución de masa de estas galaxias enanas no coincide con las predicciones teóricas. La astrónoma Simona Vegetti (MIT, EE.UU.) y varios colegas publican en Nature el descubrimiento de una nueva galaxia enana en el anillo de Einstein de lente gravitatoria (llamada B1938+666); esta pequeña galaxia tiene una masa de 190 ± 10 millones de masas solares, es extremadamente débil y se encuentra más allá del Grupo Local. Vegetti y su equipo han usado el telescopio Keck de 10 metros de Hawaii, que utiliza óptica adaptativa (para corregir los efectos de la atmósfera de la Tierra en las imágenes). Gracias a que la lente gravitatoria muestra varias imágenes de la misma galaxia se ha podido estimar la distribución de su masa; para sorpresa de los astrónomos corresponde a la predicha por los modelos de formación galáctica para las galaxias enanas. Por ello, Vegetti y sus colegas afirman que esta galaxia satélite (dominada por la materia oscura) confirma la teoría actual de formación de galaxias. Futuros estudios de otras lentes gravitatorias se espera que permitan observar muchas más galaxias enanas, incluidas nuevas satélites de la Vïa Láctea. Nos lo ha contado Robert W. Schmidt, “Galaxy formation: Distant dwarfs,” Nature 481: 271–273, 19 January 2012, que se hace eco del artículo técnico de S. Vegetti, D. J. Lagattuta, J. P. McKean, M. W. Auger, C. D. Fassnacht & L. V. E. Koopmans, “Gravitational detection of a low-mass dark satellite galaxy at cosmological distance,” Nature 481: 341–343, 19 January 2012.
Siempre gusta ver a un español de primer autor de un artículo de Nature, aunque F.-Xabier Contreras está afiliado al Centro de Bioquímica de la Universidad de Heidelberg, Alemania. Su artículo presenta un nuevo mecanismo para explicar como una proteína transmembranal (que atraviesa cierta membrana y controla el transporte a través de ella) se activa o desactiva conforme interacciona con ciertos lípidos (esfingolípidos); su descubrimiento se basa en simulaciones por ordenador de dinámica molecular. El vídeo de youtube que abre esta entrada muestra un par de estas simulaciones. No tengo conocimientos suficientes para entrar en detalles técnicos, pero me ha sorprendido el “baile de San Vito” de estas proteínas; uno siempre se imagina que las proteínas son substancias bastante rígidas, pero el vídeo muestra varios grupos funcionales que realizan rotaciones de hasta 360º, como si tuvieran una rótula. Realmente espectacular. El artículo técnico es F.-Xabier Contreras et al., ”Molecular recognition of a single sphingolipid species by a protein’s transmembrane domain,” Nature, Published online 09 January 2012.
No tengo conocimientos suficientes para explicar los detalles técnicos del descubrimiento de Xabi, aún así, permíteme unas breves líneas. Las células eucariotas (con núcleo) están formadas por múltiples orgánulos cada con su propia membrana. Hay moléculas que se transportan de unos orgánulos a otros mediante el llamado transporte vesicular. Una serie de marcadores moleculares guían este transporte en cada vesícula como si fueran guardias de tráfico que determinan el orgánulo origen y el destino de cada molécula, así como la dirección del transporte a través de la membrana, si es hacia dentro o hacia afuera de la vesícula. Los esfingolípidos son componentes estructurales de las membranas que pueden actuar como mensajeros intracelulares. No se conoce el mecanismo exacto por el cual las proteínas transmembranales que se encuentran en la bicapa fosfolipídica de cada membrana se activan o desactivan. Xabi y sus colegas han estudiado la interacción entre una proteína transmembranal concreta, llamada p24, y un esfingolípido concreto, llamado esfingomielina SM18. Por lo que parece la proteína presenta dos estados, uno inactivo y otro activo, que se activan por interacción con el esfingolípido, que actúa como mensajero molecular. En este sentido, el esfingolípido actúa como cofactor para la regulación de la función de esta proteína transmembranal. El artículo técnico describe en detalle los cambios en la estructura de la proteína debidos a la interacción con el esfingolípido, detalles estructurales que demuestran la alta especificidad de esta interacción (que como nos aclara @Acebron en los comentarios “esta interacción específica entre SM18 y la proteína es necesaria para la correcta distribución de las vesículas de transporte en las que dicha proteína participa”). Los autores creen que mecanismos similares son responsables de las interacciones entre otros mensajes y otras proteínas transmembranales.
Espero no haber metido mucho la pata. Esta entrada está dedicada a Sergio Pérez Acebron (@Acebron), amigo de Xabi y autor del blog Tall & Cute, quien me retó con un contundente “es una historia muy compleja para divulgar.” No sé si lo he logrado, pero espero al menos haber picado la curiosidad de los biólogos y bioquímicos que lean esto.
Han mostrado siluetas de mujeres nadadoras profesionales y otras que no lo son a hombres que son nadadores profesionales y a otros que no lo son. Los nadadores prefieren las siluetas de las mujeres nadadoras (tanto en negro como a color); el resto de los hombres no muestra dicha preferencia. ¿Cómo se puede interpretar este resultado desde el punto de vista de la selección sexual en humanos? Muchos expertos opinan que la pareja preferida es la que tiene la apariencia típica de la especie (el llamado fenotipo promedio); por ejemplo, entre los seres humanos hay estudios que afirman que una cara mal proporcionada está asociada a ciertas enfermedades genéticas, peor salud física y peor sistema inmunológico. ¿Cómo sabe un humano cuál es el fenotipo promedio de una persona del otro sexo? A nivel neuronal, la evaluación del fenotipo depende de la correspondencia con algún prototipo mental que represente el fenotipo promedio de la población. Esta plantilla neuronal es poco probable que sea innata, por lo que su origen es la apariencia de los individuos que se han visto en el entorno. Este hecho ha sido demostrado para la forma de la cara en varios estudios. El nuevo estudio estudia esta hipótesis usando el cuerpo típico de las nadadoras profesionales (un tronco relativamente largo, piernas cortas, hombros anchos y pecho ancho). Por supuesto, aunque a mí me gustan este tipo de estudios, he de reconocer que hay que cogerlos con alfileres. Establecer una correspondencia entre las preferencias de una persona según un test de preguntas y un posible modelo mental requiere estudios más rigurosos que el realizado por este investigador polaco que ha considerado solo 43 nadadores profesionales y 55 hombres que no lo son, todos ellos heterosexuales. Yo creo que una muestra tan reducida no permite extraer conclusiones estadísticamente fiables. Habrá que esperar a que futuros estudios aclaren esta cuestión. El artículo técnico es Krzysztof Kościński, “Mere visual experience impacts preference for body shape: evidence from male competitive swimmers,” Evolution and Human Behavior, In Press, Online 30 November 2011.
Por si te lo preguntas, a mí me gustan estos estudios psicológicos porque me hacen pensar en cómo afectarán el mundo de las imágenes en la que viven nuestros hijos pequeños a su futuro social. La televisión, las revistas, e incluso pasear por la calle nos ofrece imágenes irreales de lo que es un humano atractivo (la mayoría están retocadas por Photoshop); muchos adolescentes desean parecerse a lo que ven en estas imágenes. Pero pocos humanos en nuestro entorno se parecen a ellas. ¿Qué influirá más en la impronta mental (si existe) de nuestros hijos? Me gustaría que fuera lo que ven en los humanos que les rodean, personas de carne y hueso como tú y como yo, pero quizás también les afecte la “mentira” de las imágenes con las que nuestra sociedad les bombardea. Los humanos evolucionaron en un entorno donde todos los humanos eran reales, pero nuestros hijos están creciendo en un entorno repleto de imágenes de humanos ficticios, que no existen en la forma en la que los vemos. Los modelos de interacción social que gracias a la evolución moldearon nuestro comportamiento social, cómo nos afectan en la actualidad. Da que pensar…
Este tipo de entradas me recuerdan a algunas de mis lecturas preferidas de adolescente, como Konrad Lorenz y sus improntas en animales; la wikipedia dice que “en su libro “Los Ocho Pecados Mortales de la Humanidad Civilizada,” dijo que la mejor esperanza para mejorar y salvar a la humanidad radica en seguir el consejo hebraico de buscar pareja en base a la bondad del alma, no a la belleza externa o las consideraciones del dinero o del estatus social” (yo no recuerdo haber leído dicho libro). También me recuerdan a Desmond Morris y lo que disfruté cuestionando mi entorno gracias a sus “El mono desnudo” y “El zoo humano” (leí otros pero en casa solo tengo estos). Gracias a la wikipedia, de nuevo, compruebo que Morris se ha transformado en un artista surrealista.
La psicología evolucionista, la etología humana, la etología, la zoología, la biología, … Esta entrada participa en la IX edición del Carnaval de Biología, organizado por Carlos Lobato (@biogeocarlos), autor del blog “La Ciencia de la Vida“. El plazo para participar es hasta el 2 de febrero de 2012.
Así, NIF supone un laboratorio formidable para disciplinas como la astrofísica, la física nuclear, la física planetaria y la materia en condiciones límite y la física de haces y plasmas. En el caso de la astrofísica, NIF puede proporcionar grandes volúmenes de materia a muy altas presiones y temperatura, simulando así condiciones de estrellas y planetas (por ejemplo, 1 MJ de energía depositada por NIF podría calentar 70 cm3 de gas a presión atmosférica a 10000 K, o 7 mm3 de hielo a un millón de grados). En el caso de la física nuclear, NIF permitirá estudiar por primera vez experimentalmente cómo las interacciones nucleares se ven afectadas por un entorno de plasmas. En el caso de materiales, NIF puede llevar a la materia a condiciones de presión, temperatura tan extremas que la propia química de sus componentes cambia haciendo que hasta los electrones más internos de los átomos participen en los enlaces. NIF permitirá adentrarse en algunas de las cuestiones claves sobre el origen y evolución de los planetas o la producción de energía por fusión en laboratorio. En el área de plasmas NIF puede crear volúmenes nunca antes generados lo que permitirá investigar diferentes fenómenos en 
Explicación de la ubicuidad y propiedades de los Campos Magnéticos Cósmicos y el Origen de los Rayos Cósmicos. En el ámbito del medio interestelar e intergaláctico, NIF puede abordar mejor que ninguna otra instalación dos de los grandes misterios del Universo: la magnetización del espacio y la generación de 
