_____________________________________________

viernes, 23 de mayo de 2014

LUZ EN MATERIA



Otra contribución de la ciencia ficción Star Trek puede volverse realidad. "Replicadores", transformar la luz en materia. Todavía falta pero se están dando los primeros pasos ( primero con impresoras 3D ), pero hoy físicos del Imperial College de Londres han descubierto cómo crear materia a partir de la luz: un logro que se creía imposible cuando se teorizó por primera vez, hace 80 años. En un solo día, en una pequeña oficina del Laboratorio de Física Blackett, del Imperial College, tres físicos elaboraron una forma relativamente sencilla de probar físicamente una teoría ideada inicialmente por los científicos Breit y Wheeler, en 1934.

Breit y Wheeler sugirieron que debería ser posible convertir la luz en materia haciendo chocar dos partículas de luz (fotones), y creando un electrón y un positrón: el método más simple de convertir la luz en materia jamás predicho. El cálculo demostró ser teóricamente sensato, pero Breit y Wheeler dijeron que no esperaban que nadie demostrara físicamente su predicción. Nunca se ha observado en el laboratorio y los experimentos anteriores para probarla requirieron la adición de partículas masivas de alta energía.

La nueva investigación, publicada en la revista Nature Photonics, muestra por primera vez cómo la teoría de Breit y Wheeler podría probarse en la práctica. Este "colisionador fotón-fotón", que convertiría la luz directamente en materia mediante una tecnología que ya está disponible, sería un nuevo tipo de experimento de física de alta energía.
Este experimento recrearía un proceso que fue muy importante en los primeros 100 segundos del universo y que también se ve en los estallidos de rayos gamma, que son las mayores explosiones del universo, y uno de los mayores misterios sin resolver de la física. 



Los científicos habían estado investigando problemas de la energía de fusión no relacionados con esto, cuando se dieron cuenta de que lo que estaban trabajando podría aplicarse a la teoría Breit-Wheeler. El avance se logró en colaboración con un físico teórico del Instituto Max Planck de Física Nuclear, de Alemania, que estaba de visita en el Imperial. 
Demostrar la teoría Breit-Wheeler proporcionaría la pieza definitiva de un rompecabezas de la física que describe las maneras más simples de interacción entre la luz y la materia. Las otras seis piezas de este rompecabezas, incluyendo la teoría de Dirac de 1930 sobre la aniquilación de electrones y positrones y la de 1905 de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico, están relacionadas con investigaciones ganadoras del Premio Nobel.
El profesor Steve Rose, del Departamento de Física del Imperial College, explica :"A pesar de todos los físicos que aceptaron que su teoría era cierta, Breit y Wheeler dijeron que no esperaban que se demostrara en el laboratorio. Hoy, casi 80 años más tarde, demostramos que estaban equivocados. Lo que más sorprendente nos resultó fue el descubrimiento de cómo podemos crear materia directamente a partir de la luz utilizando tecnología que tenemos hoy en día en el Reino Unido. Como somos teóricos, estamos hablando con personas que puedan utilizar nuestras ideas para llevar a cabo este experimento histórico".


El experimento colisionador que han propuesto los científicos implica dos pasos principales.
En primer lugar, los científicos usarían un láser de alta intensidad extremadamente potente para acelerar los electrones hasta justo por debajo de la velocidad de la luz.
Luego dispararían estos electrones hacia una placa de oro para crear un haz de fotones mil millones de veces más energéticos que la luz visible. La siguiente etapa del experimento implica una pequeña cápsula de oro llamada hohlraum ("cuarto vacío", en alemán). Los científicos dispararían un láser de alta energía en la superficie interna de este recipiente de oro, para crear un campo de radiación térmica, que generaría una luz similar a la luz emitida por las estrellas.
Luego dirigirían el haz de fotones de la primera etapa del experimento a través del centro de la cápsula, haciendo que los fotones de las dos fuentes chocaran y formaran electrones y positrones. Entonces sería posible detectar la formación de los electrones y positrones cuando salieran de la cápsula.


Volviendo al tema del "replicador", una empresa de Texas (USA) ha recibido una subvención de 125.000 dólares de la NASA para ver si es viable la impresión de alimentos. El objetivo es crear en seis meses un prototipo que ejecute esta tarea. Si los resultados son positivos, se podrían aplicar para crear máquinas que ‘impriman’ comida en las futuras misiones espaciales.
Si bien el principio con el que funciona una impresora 3D no es el mismo que (en la ficción) utilizaban los replicadores de "Star Trek”, la verdad es que la NASA ha otorgado una beca Small Business Innovation Research (SBIR) en fase I a la compañía texana Systems and Materials Research Consultancy para explorar la posibilidad de usar la denominada ‘fabricación aditiva’, más conocida como impresión 3D, en la elaboración de alimentos en el espacio.
Para desarrollar el prototipo la empresa cuenta con una subvención de 125.000 dólares y un plazo de seis meses, según informa la revista Quartz.
La NASA, por su parte, subraya que las propuestas SBIR en fase I “son conceptos en fase muy temprana, que pueden o no madurar en sistemas reales”.
Si esta tecnología de impresión de alimentos tuviera éxito, podría derivar en un estudio en fase II, que todavía llevaría varios años de desarrollo hasta ser probado en algún vuelo espacial real.
En cualquier caso, la empresa desarrollará el sistema de impresión 3D para sintetizar los productos alimenticios pensando en las misiones espaciales de larga duración, que pueden prolongarse durante más de una década.  


"La forma en que estamos trabajando en esto es que todos los hidratos de carbono, proteínas y nutrientes estén en forma de polvo, retirando la humedad, y así, de esta forma, los componentes quizá puedan durar 30 años", plantea Anjan Contractor, el ingeniero mecánico encargado del proyecto. 

Después, con un sistema de mezcladores y válvulas se podrá hidratar e ‘imprimir’ la comida según se vaya necesitando. La NASA contempla esta fórmula como una de las posibles mejoras a introducir en los ‘sistemas de soporte de vida’ de las futuras misiones. Los sistemas de alimentación actuales –al margen de los alimentos frescos perecederos– no satisfacen las necesidades nutricionales y las buenas condiciones biológicas que se requerirían durante los cinco años que, por ejemplo, duraría una misión a Marte. La idea es consumir pocos recursos de las naves y que la tripulación no pierda mucho tiempo en el procesado.
Ahora la refrigeración y congelación de los alimentos consumen importantes recursos en el espacio, y las provisiones actuales que utiliza la NASA consisten únicamente en comida perecedera individual y envasada, procesada, además, ​​con un tipo de tecnología que va degradando sus micronutrientes.
Los promotores de las impresoras 3D de alimentos confían en demostrar su viabilidad para las misiones de la NASA, aunque si no triunfaran en el espacio, consideran que también se podrían usar en la Tierra como una nueva forma de fabricar alimentos, incluso a la carta.


Información adicional: http://www.agenciasinc.es/Noticias/La-NASA-quiere-crear-una-impresora-3D-de-alimentos

"Como un replicador de sueños, el conocimiento no sólo se muestra sino que se pone a prueba".

"End of transmission".


video




No hay comentarios:

Publicar un comentario