Microscopia de fotoionización para observar orbitales átomicos

Dibujo20130524 Experimental observation of the transverse nodal structure of four atomic hydrogen Stark states

La microscopia de fotoionización permite observar de forma directa la estructura orbital de un átomo de hidrógeno excitado. La técnica, propuesta hace 30 años, permite visualizar la distribución de carga electrónica en el átomo, incluyendo la estructura nodal de los orbitales excitados (los microscopios de efecto túnel y similares no permiten ver la estructura nodal, sólo la distribución de carga exterior). Aneta S. Stodolna (Instituto de Física Atómica y Molecular, Países Bajos), Marc Vrakking (Max-Born-Institute, Berlín, Alemania) y sus colegas han demostrado la microscopía de fotoionización en un átomo de hidrógeno colocado en un campo electrostático. El átomo es excitado por pulsos láser y los electrones que escapan del átomo producen patrones de interferencia que son amplificados por un factor de más de 20.000 usando una lente electrostática. El patrón de interferencia refleja la estructura nodal del orbital electrónico (que refleja la forma de la función de onda cuántica). Nos lo cuentan en “‘Quantum microscope’ peers into the hydrogen atom,” PhysicsWorld.com, May 23, 2013, en Christopher T. L. Smeenk, “Viewpoint: A New Look at the Hydrogen Wave Function,” Physics 6: 58, 20 May 2013, donde se hacen eco del artículo técnico A. S. Stodolna et al., “Hydrogen Atoms under Magnification: Direct Observation of the Nodal Structure of Stark States,” Phys. Rev. Lett. 110: 213001, 20 May 2013.

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Carnaval de Matemáticas: Otra demostración incorrecta de la hipótesis de Riemann

Dibujo20130524 showing how to imply proving the riemann hypothesis

Tras un curso de análisis complejo, todos los estudiantes de matemáticas deberían estudiar demostraciones incorrectas de la hipótesis de Riemann. El listado de Matthew Watkins es un buen lugar para empezar. Hao-cong Wu acaba de publicar una nueva demostración (incorrecta) en la revista EJMS. El error debería ser obvio para cualquier estudiante de matemáticas que merezca aprobar un curso de análisis complejo. No quiero parecer malvado, pero el problema matemático más importante y más difícil de la actualidad es ideal para extraer ejercicios de examen para los alumnos; algunos son ejercicios muy difíciles (pues el error en la demostración es muy sutil o está oculto en una demostración muy larga), pero otros son muy fáciles (sobre todo cuando la demostración tiene pocas páginas). Si eres matemático, has estudiado análisis complejo y te apetece el reto, ¿cómo calificarías el [flagrante] error de la demostración de Hao-cong? Sólo quiero que me digas si es fácil de ver o si es difícil de ver (si no eres experto en análisis complejo, claro, porque si lo eres dirás que es trivial).

Coda final: Esta entrada participa en la Edición 4.1231 del Carnaval de Matemáticas cuyo anfitrión es Matemáticas Interactivas y Manipulativas. Lo sé, lo sé, con esta entrada no ganaré el libro de @ClaraGrima firmado… Si te apetece estar entre los posibles ganadores, recuerda que el domingo es el último día para participar en esta edición del Carnaval de Matemáticas.

Nueva técnica de fabricación de nanopartículas de composición variable

Dibujo20130523 Multicomposition nanostructures - mechanism change composition oxide nanocrystals

María Ibáñez y Andreu Cabot, del Departament d’Electrònica, Univ. Barcelona, ​​España, nos cuentan en Science que se ha desarrollado una nueva técnica para fabricar nanopartículas utilizando nanocristales como molde que permite cambiar la composición de una manera controlado hasta extremos que hace poco parecían imposibles. La nueva técnica de fabricación tiene muchas aplicaciones potenciales, desde en electrónica hasta en catálisis química o en biotecnología. En su artículo Maria Ibáñez, Andreu Cabot, “All Change for Nanocrystals,” Science 340: 935-936, 24 May 2013, se hacen eco de Myoung Hwan Oh et al., “Galvanic Replacement Reactions in Metal Oxide Nanocrystals,” Science 340: 964-968, 24 May 2013.

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Por qué las medidas cuánticas débiles no son medidas

Una medida débil de un sistema cuántico, ¿ofrece información física sobre dicho sistema cuántico? Una (función de) distribución de probabilidad de una magnitud física debe ser una función que tenga un valor entre cero y uno. Las medidas débiles equivalen a utilizar “distribuciones de probabilidad” de magnitudes físicas cuyos valores son números complejos, cuyo módulo, ni siquiera, tiene que estar entre cero y uno. Por tanto, se obtienen resultados sin sentido cuya interpretación física es casi imposible. Imagina que mides el espín de un electrón y el valor débil que obtienes es 100, ¿qué significado tiene un valor del espín igual a 100 para un electrón cuyo espín sólo puede tomar los valores +1/2 y −1/2? Otro ejemplo, una magnitud cuyo valor está entre 1 y 2 puede tener un valor débil de −100, ¿qué significado tiene un valor negativo para una magnitud que siempre es positiva? Las medidas débiles, ahora muy de moda en mecánica cuántica, no son medidas y la interpretación física de los valores que se obtienen con ellas no es nada fácil. Me ha gustado el artículo de D. Sokolovski, “Are the ‘weak measurements’ really measurements?,” Quanta 2: 50-57 (2013) [arXiv:1305.4809], que retoma la escabrosa cuestión que ya se publicó en el famoso artículo de Yakir Aharonov, David Z. Albert, and Lev Vaidman, “How the result of a measurement of a component of the spin of a spin-1/2 particle can turn out to be 100,” Phys. Rev. Lett. 60: 1351-1354 (1988)Por cierto, ya hablé de este asunto en mi blog en “Las medidas cuánticas débiles y las probabilidades cuánticas negativas,” 5 agosto 2011.

¿Qué es una medida cuántica? El valor medio de la medida de un observable A en un sistema cuántico que está en el estado |ψ> es igual a <A>=<ψ|A|ψ>/<ψ|ψ>. Este valor medio se calcula promediando los resultados de muchas medidas independientes en sistemas preparados de forma idéntica, pues en cada medida se obtiene un autovalor An con una probabilidad <ψnn>, donde A|ψn>=Ann>, y el estado del sistema cambia de |ψ> a |ψn>. Este proyección del estado es imposible de evitar en una medida cuántica.

¿Qué es una medida cuántica débil? En una medida débil se consideran dos estados del sistema cuántico, sean |ψ> y |φ>, antes y después de la medida. El valor medio débil se obtiene como <<A>>=<φ|A|ψ>/<φ|ψ>. Una medida cuántica siempre proyecta el estado del sistema desde |ψ> a |ψn>, sin embargo, una medida cuántica débil se puede realizar sin proyectar el estado del sistema, con lo que el estado antes de la medida débil y después de ella puede ser casi exactamente el mismo. El problema con el valor <<A>>, a diferencia del valor <A>, es que está poco restringido y puede tomar valores sin sentido físico.

¿Qué ventaja tienen las medidas cuánticas débiles? Que permiten “medir” cosas que son imposibles de medir con medidas cuánticas, como, por ejemplo, la función de onda de un sistema cuántico, o controlar detalles del sistema cuántico más allá de lo posible, como retrasar el efecto de la decoherencia cuántica. Las medidas débiles reabren debates metafísicos como si es real la función de onda cuántica (en el sentido más filosófico del término “real”).

Nuevo evento Naukas en Bilbao: “El universo en un día”

Dibujo20130524 universo en un dia - naukas - 25 mayo 2013 - bilbao

El cartel creado por Alejandro Polanco (@Alpoma) es espectacular, pero más lo van a ser todas las charlas de 25 minutos que mañana 25 de mayo podrás disfrutar en el Paraninfo de la Universidad del País Vasco en Bilbao. Un viaje apasionante desde los primeros instantes del universo hasta sus posibles finales, que disfrutarás sin lugar a dudas.

La entrada, como de costumbre, será gratuita hasta completar el aforo.

SÁBADO 25 DE MAYO 2013

10:00 – El Big Bang – Miguel Santander (Astrofísico y escritor de ciencia ficción)

10:30 – Las primeras galaxias – Javier Armentia (Astrofísico y director del Pamplonetario)

11:00 – La vida de las estrellas – Natalia Ruiz (Divulgadora científica)

12:00 – Formación del sistema solar – Ricardo Hueso (Profesor en la ETS de Ingeniería y miembro del Grupo de Ciencias Planetarias de la UPV/EHU)

12:30 – El nacimiento de la Tierra – César Tomé (Divulgador científico)

El origen de la vida – Carlos Briones (Científico del CSIC en el Laboratorio de Evolución Molecular del Centro de Astrobiología CAB-INTA)

17:00 – La evolución – Antonio Osuna “Biotay” (Divulgador científico)

17:30 – Vida y diversidad – Carlos Chordá (Divulgador científico)

18:00 – Los inicios del hombre – Pepe Cervera (Paleontólogo y divulgador científico)

19:00 – Cultura y evolución humana – Juan Ignacio Pérez (Catedrático de Cultura científica UPV/EHU)

19:30 – El futuro de la Humanidad, de figurante a guionista del universo – Gouki (Divulgador científico y transhumanista)

20:00 – El final del Universo – Aitor Bergara (Profesor de Física de la Universidad del País Vasco y miembro del Centro de Física de Materiales – CSIC-UPV)

Habrá streaming en directo del evento en EITB.com. Sigue este enlace.

En Twitter el hastag para mañana será #Naukas24h (todos esperamos que sea TT).

El telescopio Hubble pierde, la teoría de discos de acreción gana

Science Magazine

Hay experimentos que contradicen las teorías en boga. Descubrir un error en dichos experimentos reafirma dichas teorías y permite que muchos físicos respiren con alivio. El telescopio espacial Hubble midió la distancia a la estrella binaria SS Cygni y resultó ser mucho más grande de lo esperado. O bien la teoría de los discos de acreción era incorrecta, o bien Hubble había medido mal la distancia. Miller-Jones et al. publican en Science una nueva medida de la distancia a SS Cygni utilizando radiotelescopios que contradice a Hubble y confirma las predicciones de las teorías de los discos de acreción en binarias. ¡Menos mal! Se han utilizado VLBA (Very Long Baseline Array) y EVN (European VLBI Network) entre abril de 2010 y octubre de 2012. Nos lo cuenta M. R. Schreiber, “One Good Measure,” Science 340: 932-933, 24 May 2013, que se hace eco del artículo técnico de J. C. A. Miller-Jones et al., “An Accurate Geometric Distance to the Compact Binary SS Cygni Vindicates Accretion Disc Theory,” Science 340: 950-952, 24 May 2013.

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