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).
Francis (th)E mule Science's News 