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".

RETORNO AL PASADO

Como en la película "Cowboys Espaciales"-pero sin salida al espacio-, se está tratando de volver a activar el satélite ISEE-3, de la NASA y la Agencia Espacial Europea, que despegó de la Tierra el 12 de agosto de 1978. Fue el primer satélite en estudiar el flujo constante del viento solar moviéndose hacia la Tierra, desde un punto orbital estable entre nuestro planeta y el Sol conocido como Lagrange 1, o L1. Vigilar ese viento ayudó a los científicos a entender mejor el sistema interconectado Sol-Tierra, que en su estado más turbulento puede afectar a los satélites en torno a la Tierra.
En 1984, al ISEE-3 se le dio un nuevo nombre y misión: ICE (International Cometary Explorer). En septiembre de 1985, pasó directamente a través de la cola del cometa Giacobini-Zinner, una hazaña que la convirtió en la primera nave espacial en visitar un cometa y en obtener datos directos del mismo. Para recibir los datos, se tuvo que recurrir a uno de los radiotelescopios más grandes del mundo, el emplazado en Arecibo, Puerto Rico, ya que las señales eran muy débiles. Conviene tener en cuenta que el ISEE-3 fue diseñado básicamente como un satélite, ya que en su misión principal permanecería bastante cerca de la Tierra. Enviarla al encuentro con un cometa era darle a la nave un uso para el que no había sido diseñada, y por eso no fue fácil recibir las señales. También sobrevoló el cometa Halley en marzo de 1986. De 1991 a 1997, cuando estaba demasiado lejos para unas comunicaciones fiables, este satélite continuó investigando el Sol.

Después de un largo silencio y de haberse perdido buena parte del interés científico en esta nave, que muchos consideraron muerta en vida, la ISEE-3 comienza a despertar otra clase de admiración, la de un coloso de la ingeniería de los años 70 que se resiste a extinguirse. Tras 35 años en el espacio, esta reliquia en funcionamiento de otra era de la astronáutica podría "resucitar" para la ciencia contra todo pronóstico si se consigue enviarle las órdenes adecuadas para emplazarla en el punto de Lagrange 1. Si no se consigue, tras su máxima aproximación a la Tierra, en agosto de 2014, se alejará nuevamente de la Tierra, volviéndose imposible, quizás para siempre, todo nuevo intento de enviarle órdenes y de volver a ponerla en servicio activo para una nueva misión-(que en estos tiempos de escases de divisas sería muy importante)-.
Las señales de baliza procedentes del sistema de comunicaciones de la nave espacial demuestran que aún está operando, pero los científicos e ingenieros no saben en qué medida. Esta baliza es también el modo por el cual saben que la nave está siguiendo la misma órbita alrededor del Sol, moviéndose ligeramente más rápido que la Tierra.
La misión ISEE-3 era el último grito tecnológico cuando fue lanzada. Utilizó para sus comunicaciones una frecuencia que en aquellos tiempos era muy valiosa, estando reservada para las comunicaciones aéreas y espaciales del Gobierno, pero que hoy en día se ha quedado anticuada.

En la actualidad, algunos científicos están investigando si sería posible comunicar con la ISEE-3 por primera vez en casi dos décadas para poder enviar órdenes que la devuelvan al punto de Lagrange 1. La idea es que si se le envía a esta veterana nave la orden de encender sus motores en el momento apropiado (algo que debe ocurrir en unos pocos meses) sería factible posicionarla de nuevo en una órbita de halo, en el punto de Lagrange 1, entre la influencia gravitacional de la Tierra y la del Sol. Los puntos de Lagrange son lugares en el espacio donde la fuerza gravitacional de un planeta y la del Sol se compensan mutuamente, permitiendo que otros cuerpos más pequeños se mantengan estables.
Una vez situada en el punto de Lagrange 1, la nave podría proporcionar datos científicos útiles y también resultaría una valiosa plataforma de entrenamiento para iniciativas parecidas de aprovechamiento de viejas naves espaciales, experimentos de longevidad de hardware en el espacio, y otros trabajos científicos con cooperación internacional.
El problema es que el hardware necesario para transmitir la señal debidamente modulada que introduzca la orden deseada en la nave fue desechado hace más de una década, ya que estaba obsoleto. En la actualidad hay antenas disponibles para las transmisiones, pero falta ese sistema de modulación. El retorno al pasado bien vale la pena para recibir a un viejo amigo.

Información adicional: http://www.nasa.gov/content/isee-3-an-old-friend-comes-to-visit-earth/

"No perdamos nada del pasado. Sólo con el pasado se forma el porvenir". Anatole France

"End of transmission".

TERREMOTOS GRAVITACIONALES

Hay varios detectores de ondas gravitacionales tanto en la Tierra como en el espacio. Ahora el planeta entero podría actuar como un detector gigante de las ondas que se desprenden de las estrellas, los agujeros negros y otros objetos masivos del espacio profundo en el tejido del espacio-tiempo. La Luna podría ser sometida de la misma manera.
La gravedad es la consecuencia de que masas tales como planetas deforman el tejido del espacio- tiempo a su alrededor, según la teoría de la relatividad general de Einstein. Cuando cuerpos masivos como estrellas y agujeros negros se mueven, producen ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales.
Cuando una onda gravitacional pasa a través de un objeto, debe dar lugar a muy pequeñas pero potencialmente detectables vibraciones. Los detectores de ondas gravitacionales abarcan desde instrumentos que pueden caber en los escritorios a dispositivos que tienen kilómetros de largo. Sin embargo, hasta ahora nadie ha informado de la detección directa de una onda gravitacional.
Ahora, científicos han considerado que la propia Tierra podría ser utilizada como un detector de ondas gravitacionales. Uno podría potencialmente detectar los efectos combinados de las ondas gravitacionales que fluyen a través del planeta mediante el análisis de su actividad sísmica, es decir, cómo tiembla la Tierra.En el nuevo estudio, los investigadores se centraron en las ondas gravitacionales con frecuencias de 0,05 a 1 hercio, una banda en gran parte ignorada por otros esfuerzos de detección.

Los emisores potenciales de esta gama incluyen pares de objetos cósmicos tales como enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros que orbitan entre sí. Las ondas gravitatorias con tales frecuencias también ser producidas por estrellas de neutrones que giran rápidamente conocidas como púlsares.
Los científicos emplearon supercomputadoras para peinar el valor de los datos a disposición del público de una red mundial de 40 sismógrafos normalmente utilizados para estudiar los terremotos y la estructura interna de la Tierra de un año.
No detectan los efectos de las ondas gravitacionales per sí mismos, sino que establecen un nuevo límite superior para la cantidad de energía que el planeta podría recibir de las ondas gravitacionales de estas frecuencias. Este límite superior mejora por un factor de mil millones los límites establecidos por los experimentos de laboratorio anteriores, afirman los investigadores.
Los investigadores tienen la intención de llevar a cabo un análisis similar utilizando sismómetros que las misiones Apolo de la NASA colocados en la Luna. Estos pueden proporcionar incluso mejores datos que los instrumentos en la Tierra, porque la luna es mucho menos activa sísmicamente que la Tierra, declaró el autor principal del estudio, Michael Coughlin, un físico de la Universidad de Harvard.

Información adicional: http://www.space.com/25781-earth-moon-gravitational-wave-detector.html?cmpid=557585

"Si el universo surgió a la existencia y luego se expandió exponencialmente, se obtiene ondas gravitacionales que viajan a través del espacio-tiempo. Estos llenaban el universo, un patrón de ecos de la propia inflación". Neil Turok

"End of transmission".