Primero que nada, una disculpa por la tardanza en la publicación del resumen, tuve que resolver unos asuntos pendientes, para poder realizar la publicación. Sin más, he aquí el resumen de las mismas:

• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco nos trajo “El Erudito Thomas Young” en el cual nos ofrece un resumen sobre algunas de sus aportaciones más sobresalientes.
• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco (Quien dicho sea de paso, realizó una gran cantidad de publicaciones) nos trajo “El cianómetro mide el azul del cielo” en el que nos explican su historia y funcionamiento.
• Divulgación nos trajo “MarsLife” en el que se muestra un video para la construcción de “cohetes caseros” (No hacerlo sin la supervisión de un adulto).
• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco nos trajo “Antony Hewish cumple hoy 90 años”, en el que nos presentan un resumen de sus aportaciones.
• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco nos trajo “Edme Mariotte, físico y botánico” en el que nos presentan un resumen de sus aportaciones.
• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco nos trajo “Centenario del nacimiento de Antonia Ferrín Moreiras” en el que nos presentan un resumen de sus aportaciones y una extensa bibliografía para conocer más sobre su vida y obra.
• PiMedios La Aventura de las Matemáticas nos trajo el video “Analema” en el cual nos muestran la curva que describe la posición del sol.
• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco nos trajo “Día Internacional de los Museos: la ciencia también te espera” en el cual nos presentan un listado de referencias acerca de diversos museos a nivel mundial.
• El Tao de la Física nos trajo el video “La katana contra la pistola 9 mm” en el cual podemos observar la manera en que una katana corta prácticamente por la mitad una bala disparada desde una pistola 9 mm.
• Curiosidades de la Microbiología nos trajo “Polizones del espacio” el cual nos habla acerca de la posible ‘exportación’ de microorganismos terrestres al vecino planeta rojo.
• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco nos trajo “Día Mundial de la Metrología” el cual hace alusión a un aniversario más de la Convención del Metro, efectuada en Mayo 20, de 1875.
• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco nos trajo “William Gilbert, estudioso de imanes” en la cual nos hablan de su obra y aportaciones, además de proporcionarnos una extensa bibliografía para ampliar el breviario cultural sobre el tema.
• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco nos trajo “William Whewell, polímata” en la cual nos hablan de su obra y aportaciones, además de proporcionarnos una extensa bibliografía para ampliar el breviario cultural sobre el tema.
• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco nos trajo “Pip, pip, pip, pip, pip, piiiiiiiiiip” en la cual nos hablan sobre las aportaciones de Sir Frank Watson Dyson.
• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco nos trajo “Mary Taylor Slow (1898-1984)” en la cual nos hablan de su obra y aportaciones.
• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco nos trajo “Milutin Milanković y la teoría matemática del clima” en la cual nos hablan de su obra y aportaciones, además de proporcionarnos una extensa bibliografía para ampliar el breviario cultural sobre el tema (¿Alguien dijo Glaciaciones?).
• MasScience Blog nos trajo «La luz del Sol. Expociencia 2014» en el que nos muestra un resumen del evento, acompañado de imágenes y explicaciones de las presentaciones que tuvieron lugar en el mismo.
• ZTFNews de La Facultad de Ciencia y Tecnología (ZTF-FCT) de la Universidad del País Vasco nos trajo “Los planetas de Gustav Holst”, la suite de siete movimientos compuesta entre 1914 y 1916, excelente pieza musical.
• Cosmos – El Universo nos trajo “Europa, Luna de Océanos”, en la cual nos presenta una excelente infografía sobre este satélite natural de Júpiter, así como referencias bibliográficas para poder ampliar el conocimiento al respecto.

Ahora hay que votar la mejor entrada en la página de Facebook del Carnaval de la Física.
Larga vida y prosperidad.

Esta entrada participa en la edición LII del Carnaval de la Física, hospedado esta ocasión aquí, en La Enciclopedia Galáctica.

El entendimiento de los procesos físicos fundamentales que rigen el nivel de dinámica del sistema ha avanzado en varios frentes en la última década. Se alcanzaron progresos considerables en la comprensión de cómo funciona la reconexión magnética. Las primeras predicciones cuantitativas de las firmas de flujo magnético y de plasma se confirmaron espectacularmente con las observaciones in situ. Del mismo modo, sofisticadas simulaciones cinéticas finalmente produjeron un entendimiento consistente de las firmas de la aparición de la reconexión magnética en la cola.

El incremento en la potencia de cálculo ha facilitado las simulaciones de física esencial y la estructura de la región de difusión, donde las líneas del campo magnético se reconectan y cambian su conectividad (Como se muestra en la siguiente imagen). Se demostró que en las pequeñas escalas espaciales donde se produce la reconexión, la disociación de iones y el movimiento de electrones como consecuencia de su diferente masa, juega un papel clave para facilitar la rápida tasa de reconexión vista en las observaciones. Los iones se desmagnetizan en una región mucho más grande que los electrones, lo cual cambia las fuerzas que aceleran las partículas, lejos de la línea X en comparación con la habitual descripción MHD (MagnetoHydroDynamic). Estas ideas llevaron a las predicciones que facilitaron la primera detección directa de la región de difusión de iones (Donde los iones se desacoplan del campo magnético) en la magnetósfera y en el laboratorio, así como destellos de la mucho más pequeña región de difusión de electrones (En donde los electrones se desacoplan del campo magnético). Las observaciones en la proximidad de la región de difusión revelaron sorprendentemente que la reconexión puede acelerar los electrones a cientos de kiloelectronvoltios, proporcionando potencialmente una población de “semillas” para la subsiguiente aceleración en la magnetosfera interior para formar los cinturones de radiación de electrones. También se hicieron descubrimientos en relación con la activación y la modulación de la reconexión. Alrededor del año 2000, los recursos computacionales tenían simulaciones limitadas a dos dimensiones espaciales. Las nuevas capacidades para llevar a cabo simulaciones totalmente tridimensionales revelaron que la dimensión añadida facilita el crecimiento de las inestabilidades del plasma que pueden romper la región de difusión, haciendo la reconexión altamente turbulenta.

Por observación, la reconexión parece comportarse de manera diferente en las distintas regiones. Aunque la reconexión en la cola magnética y en la capa exterior de la magnetósfera, donde se han identificado múltiples sitios de reconexión, parece ser transitoria y turbulenta, puede, en ocasiones, ser bastante estable en el tiempo y el espacio extendido en la magnetopausa diurna y el viento solar. La reconexión en la cola magnética produce ‘estallidos’ de estrechos canales de flujo de alta velocidad. Las observaciones de las múltiples sondas espaciales que estos canales de flujo de reconexión inician subtormentas magnetosféricas y conducen la convección de la Tierra hacia la cola magnética; sin embargo, pueden ser necesarios para completar el patrón de circulación magnetosférica mundial predicha hace cuatro décadas. Por último, los análisis observacionales se beneficiarán enormemente de la inclusión de los escenarios de reconexión más generales que el estándar, incluyendo geometrías más generales identificadas tanto en teorías como en simulaciones.

Las interacciones onda partícula (WPI – Wave-Particle Interactions) se han establecido como las principales gestores de la ganancia de energía de las partículas y la pérdida en los cinturones de radiación (Ver la siguiente imagen). La teoría de la inestabilidad del plasma, las simulaciones globales que incluyen los procesos WPI, y las observaciones de ondas han demostrado que la mezcla de plasmas energéticos y de baja energía llevan a inestabilidades distribuidas en el anillo actual y en el cinturón de radiación. Las observaciones por satélite de los electrones del cinturón de radiación demuestran que la aceleración local, debido a las WPI puede en ocasiones dominar la aceleración debida al transporte radial difuso. Los análisis estadísticos de las observaciones satelitales de las ondas, se utilizan para cuantificar las tasas de activación y dispersión. Los resultados han sido incorporados en los modelos dependientes del tiempo del anillo actual y de los cinturones de radiación. Los científicos saben ahora que la dinámica de partículas tormenta-tiempo, son el resultado de un equilibrio delicado entre la aceleración y la pérdida de partículas relativistas mediadas por las ondas producidas por la inestabilidad del plasma local.

Referencias

Basics of Magnetic Reconnection
Cory D. Schillaci

Magnetic Reconnection in Astrophysical and Laboratory Plasmas
Ellen G. Zweibel & Masaaki Yamada

Magnetic Reconnection – Basic Concepts I
Gunnar Hornig

Magnetic Reconnection And Coronal Temperatures
Miles Mathis

En esta ocasión, se tiene el honor y satisfacción de hospedar una nueva edición del Carnaval de la Física. La participación en el mismo, como podrán leer más adelante, es muy fácil.

El Carnaval de la Física se viene celebrando desde el año 2009, fecha en que fue creado por Carlo Ferri del Blog Gravedad cero y se celebra mensualmente, siendo acogido en cada edición por un Blog distinto que hace de anfitrión de esa edición.

Instrucciones para participar en el Carnaval de la Física:

1. Cualquier persona que quiera participar tiene que escribir una entrada en su propio Blog, haciendo mención expresa en la misma de su participación en el Carnaval. Algo así como «esta entrada participa en la Edición LII del Carnaval de la Física, hospedado en esta ocasión por La Enciclopedia Galáctica» y enlazar con el Blog anfitrión. A continuación deberán enviar un mensaje al anfitrión donde se incluya el enlace de la entrada participante. Según norma del Carnaval no vale dejar un comentario en Blog anfitrión, cualquier comunicación por este medio no se tendrá en cuenta a la hora de participar. Los medios de comunicación pueden ser vía Twitter o por medio de la página en Facebook.

Facebook: La Enciclopedia Galáctica
Twitter: @torjosagua

2. La fecha tope para comunicar la participación en el Carnaval es el día 25 de mayo y el día 26 o 27 (A más tardar) se publicará una entrada donde se hará un pequeño resumen de todas las participaciones. A medida que vayan enviando sus contribuciones, las iré recopilando en una entrada para que puedan ser leídas por todos, dado que a partir del día 30 se empezarán a votar las entradas para elegir al ganador de la edición, el cual «recibirá» como premio un trofeo virtual diseñado por Araceli Giménez, que les aseguro, está genial. Las normas de votación se publicarán el día 30.

3. Cada edición del Carnaval tiene un tema como hilo conductor aunque no es vinculante, esto es, son libres de escribir algo relacionado con el tema propuesto o no, siempre que sea un contenido relacionado con la Física claro está, además de observar las instrucciones del punto 4.
En esta ocasión el tema propuesto es el siguiente: Física Atómica.

4. Cada participante es libre de tratar cualquier tema (histórico, de contenido literario, artístico, etc.) que esté relacionado con la física. Asimismo, puesto que la intención del Carnaval de la Física no es hacer ciencia sino divulgarla, los blogueros que quieran hablar sobre nuevas teorías de la física o de la ciencia en general deberán haber superado al menos un proceso de revisión por pares (peer-review, en inglés) en una revista nacional o internacional reconocida por la comunidad científica internacional. La exposición de teorías propias no serán aceptadas.

Bueno, como pueden leer, es muy fácil participar en el Carnaval. Un saludo a todos y gracias!

Esta entrada participa en la edición XLV del Carnaval de la Física cuyo blog anfitrión es Cuantos y Cuerdas

En esta ocasión, el tema de esta edición es «¿Qué descubrimiento a lo largo de la historia de la Física te parece más interesante o simplemente llama tu atención?», yo elegí como tema los Materiales Cristalinos, espero sea de su agrado. La mejora en los materiales ha sido un signo de calidad del avance de la civilización. Los periodos prehistóricos e históricos, tales como las eras del bronce y cobre, de hecho, han sido identificados con el desarrollo de la tecnología de sus materiales como su principal característica. Esto también se cumple en las clasificaciones arqueológicas. Esto no nos dice que los avances en la tecnología de los materiales sean determinantes, sino que más bien proporcionan un ambiente en el cual ocurrieron los eventos.

Los avances científicos del siglo 20 redefinieron por completo la interacción entre la teoría y la experimentación en el entendimiento de los materiales, proporcionando las bases modernas para la formulación y la simulación de los problemas científicos y tecnológicos. El advenimiento de los estudios de difracción de los rayos-X de la arquitectura atómica de los materiales fue un punto central de esos avances. En muchos de los casos de gran importancia, la disponibilidad de especímenes cristalinos, ya sean naturales o sintéticas, fue el factor crucial para hacer posibles esos estudios.

El mundo está ahora entrando a una nueva era en la cual la capacidad de la experimentación moderna permite la manipulación al nivel de un átomo y/o molécula, así como el control de las propiedades de los sólidos en estas escalas. El tomar completa ventaja de tales capacidades para ajustar las propiedades de los nuevos materiales funcionales requiere el control sofisticado sobre los protocolos para la preparación de los materiales que yacen en el primer plano del desarrollo de la tecnología del crecimiento del monocristal. El avance en esta área es fundamental para fortalecer las industrias cuya tecnología está basada en ella, y para las empresas científicas en las cuales se soporta esta tecnología. El equipo sensible ahora esencial en los dispositivos médicos depende de la alta calidad de los detectores de monocristal. La búsqueda por mejorar aún más los materiales detectores de radiación es una parte importante del trabajo de nuevos materiales que vaya mano a mano con la del desarrollo del monocristal. Esto es solo una parte de la extensa búsqueda de nuevos materiales funcionales y la investigación y desarrollo subsecuente, el cual es vital para la salud competitiva de las industrias de alta tecnología.

El descubrimiento y desarrollo de los materiales cristalinos abarca un amplio rango de actividades que involucran tanto teoría como experimentación. Una actividad sustancial es el desarrollo de grandes boules (lingotes monocristalinos de desarrollo sintético), sobre todo el silicio libre de defectos para la industria de los semiconductores. La tecnología de silicio diseñada para las delgadas pantallas planas está siendo adaptada para producir paneles solares multicristalino para áreas extensas. Otra actividad significativa es el desarrollo de los materiales láser, utilizando tanto conocidos como nuevos materiales para las aplicaciones de comunicación más recientes. Varios arreglos para la detección de rayos gamma en experimentos físicos de alta energía dependen del descubrimiento de nuevos, o empleando conocidos, materiales monocristalinos. El uso de monocristales se ha incrementado en configuraciones metalúrgicas, por ejemplo, en las aspas de las turbinas en jets. En la industria de los semiconductores, se ha incrementado el uso de películas bidimensionales de monocristales, y la proyección a largo plazo es que se usará aún más el material ya mencionado. Las películas de diamantes son un ejemplo de tecnología emergente con muchas aplicaciones, incluyendo coberturas resistentes al deterioro en herramientas de corte así como en transistores de alto poder. Los materiales cristalinos también prometen jugar un papel integral en las necesidades de seguridad, con los semiconductores ofreciendo ventajas significativas en los esfuerzos para desarrollar detectores de radiación más sensibles. Finalmente, la cristalización de los materiales orgánicos, de alta importancia en las ciencias biológicas y bioquímicas, está recibiendo mucha atención por su potencial uso en aplicaciones electrónicas y fotovoltaicas. El crecimiento del uso de cristales es un campo diverso. Los cristales pueden desarrollarse utilizando una notable variedad de técnicas. Muchos están familiarizados con el desarrollo de cristales de azúcar en el caramelo macizo, obtenidos a partir de una solución acuosa. Este método es el prototipo para el desarrollo de compuestos intermetálicos de solventes de metal fundido, desarrollo hidrotérmico de cristales de cuarzo, y el desarrollo del flujo de óxidos, por ejemplo.

La investigación básica en química de estado sólido y la física de materia condensada utiliza el desarrollo de cristales como una técnica para la búsqueda de nuevos materiales. Después de crear un nuevo material, a menudo se requiere mucho esfuerzo para producir la cantidad de cristales necesarios para la medición de las propiedades físicas. Muchos materiales son significativamente anisotrópicos y en muchos casos exhiben propiedades mecánicas o eléctricas bidimensionales e incluso, monodimensionales. Una razón de peso para la producción de monocristales de esos materiales se extiende a la aplicación. La capacidad para desarrollar cristales de un material conocido generalmente no es tan sencilla como se lee, pero se están teniendo avances continuos en las técnicas en conjunto con la percepción teórica. Para las aplicaciones, el objetivo a menudo son cristales con baja densidad de defectos o libres de defectos; alcanzar tal nivel de perfección requiere un entendimiento detallado del sistema sujeto a investigación, en conjunto con un profundo conocimiento de las técnicas de desarrollo de cristales.

El desarrollo de cristales incluye una variedad de actividades que han sido profundamente importantes, tanto desde el punto de vista de la ciencia básica y el punto de vista tecnológico. Estas actividades son a menudo impulsadas por investigadores individuales en una estrecha alianza simbiótica con colegas teóricos y experimentales. Muchas preguntas surgen naturalmente en el contexto de búsqueda para fortalecer el apoyo para el desarrollo de cristales: ¿Qué tipo o tipos de instalaciones proporcionan el mejor enfoque para esta ciencia? ¿Cómo sincronizar la búsqueda de nuevos materiales con las actividades de desarrollo de cristales? ¿Cómo se puede asegurar que habrá una fuerza laboral adecuada con el alto nivel de competencia en la ciencia y tecnología de desarrollo de cristales y los nuevos paradigmas necesarios para la realización de la investigación en esta nueva era de control de materiales? Está claro que la perfección cristalina es una ruta a nuevas posibilidades funcionales de los materiales. Las investigaciones teóricas y experimentales en los materiales nuevos y conocidos aportarán también ganancias importantes tanto para la ciencia como para la tecnología.

Los sistemas nucleares (Desde el núcleo atómico de la materia en las estrellas de neutrones a la materia formada en colisiones de iones pesados ultra-relativistas) son sistemas complejos multipartículas los cuales exhiben un amplio rango de comportamientos colectivos, por ejemplo, la superfluidez. Esta faceta, compartida en común con la materia estudiada por los físicos de materia condensada, físicos atómicos, químicos cuánticos y científicos de materiales, ha abierto espléndidas oportunidades para el cruce valioso y productivo de información entre esos campos. De creciente importancia es la intersección de la física nuclear y los gases atómicos ultrafríos.

Las nubes de gases atómicos permiten a los físicos controlar las condiciones experimentales tales como las densidades de partículas y las fuerzas de interacción, un control intrínsecamente no disponible para los físicos nucleares. Este control ha inspirado a los físicos nucleares para desarrollar cuadros más unificados de material nuclear, más allá de las limitaciones de los sistemas de los laboratorios nucleares, y ver los puntos en común con los sistemas atómicos. La flexibilidad experimental de los sistemas atómicos fríos los hace ideales para explorar fases exóticas y la dinámica cuántica en estos sistemas de Fermi fuertemente vinculados.

Los plasmas de Quark-Gluón en colisiones de iones pesados ultrarelativistas son los materiales más calientes que se puedan producir en el laboratorio, con temperaturas de varios billones de grados. Por otro lado, las nubes de átomos ultrafríos atrapados son los sistemas más fríos del Universo, alcanzando temperaturas tan bajas como un mil millonésimo de grado por arriba del cero absoluto. Sin embargo, a pesar de esta diferencia de temperaturas y energías, los dos sistemas comparten conexiones físicas significativas, lo que permite la ‘fertilización cruzada’ entre la física de alta energía nuclear y la física de átomos ultrafríos. Ambos sistemas, cuando interactúan fuertemente, tienen las viscosidades más pequeñas (Comparadas con su entropía o grado de desorden) de cualquier sistema en el Universo. La transición observada en las nubes de átomos fríos fuertemente interactuando de estados superfluidos emparejados, análogos a electrones superconducidos en un metal, a estados de moléculas BEC (Condensado Bose-Einstein) consistentes de dos fermiones atómicos, capta ciertos aspectos de la transición de un plasma de Quark-Gluón a la materia hadrónica ordinaria hecha de neutrones, protones y mesones.

El emparejamiento superfluido en la interacción de baja densidad de los sistemas atómicos fermiónicos es muy similar a la vinculación en materia de neutrones de baja densidad en las estrellas de neutrones. En la imagen destacada, se observa la comparación de la energía predicha a de una nube de baja densidad de neutrones superfluidos fríos con la de fermiones atómicos fríos, ya que la densidad aumenta, y muestra como los dos sistemas se comportan en común. Aunque las escalas de energía son muy diferentes, las interacciones atractivas entre fermiones en ambos sistemas producen huecos en pares extremadamente grandes, del orden de un tercio a la mitad de la energía de Fermi, y en este sentido estos sistemas son los superfluidos de temperatura más alta conocidos. Los experimentos en átomos fríos pueden medir las energías y los huecos de emparejamiento superfluido de fermiones fríos desde el acoplamiento débil hasta el fuerte, y proporciona pruebas sensibles de las teorías utilizadas para calcular las propiedades de la materia en el exterior de las estrellas de neutrones, núcleos enriquecidos en gran proporción de neutrones, y la materia de los quarks. Estas propiedades son clave para entender los límites de la estabilidad y la vinculación de núcleos ricos en neutrones y el enfriamiento de las estrellas de neutrones.

También se pueden estudiar análogos de estados nucleares y plasma quark-gluón con átomos fríos. Ejemplos sencillos son la unión de fermiones atómicos en tres estados distintos (hiperfinos), tal como el Litio-6, de forma análoga a los quarks de tres colores de quarks, en moléculas de tres átomos, los análogos de nucleones, o la unión de bosones atómicos con fermiones atómicos en moléculas. También se pueden aprovechar las similitudes de la interacción de los tensores entre nucleones a la interacción magnética entre átomos con grandes momentos magnéticos dipolares, por ejemplo, el disprosio, para que los análogos de los estados de priones condensados propuestos en las densas estrellas de neutrones. La interacción fuerte de plasma atómico ultrafuerte también presenta oportunidades inusuales para estudiar la dinámica de la interacción fuerte de plasma quark-gluón. Otros ejemplos incluyen la formación y la interacción de los vórtices y las posibles fases superfluidas exóticas de la materia. Futuros experimentos con trampas ópticas permitirán estudiar las propiedades de la materia no homogénea que existe en la corteza de las estrellas de neutrones. Y, la interacción fuerte de las nubes de átomos con diferentes densidades de spines up y down, como puede ser diseñado en las trampas ópticas, compartir algunas características comunes con la interacción fuerte de materia quark con diferentes densidades de quarks extraños, up¸y down. En ambos contextos, los huecos de emparejamiento superfñuidos que son modulados en el espacio en un patrón periódico que lo puede desarrollar, produciendo una fase de materia superfluida y cristalina, indicios que pueden observarse en los experimentos recientes de átomos fríos.

Referencias.

The Quark-Gluon Plasma. A Short Introduction
Helmut Satz.

Physics of the quark-gluon plasma
Markus H. Thoma

Quark-Gluon Plasma. Theorical Foundations.
J. Kapusta, B. Müller, J. Rafelski

Hunting the Quark Gluon Plasma
Results from the first 3 years at RHIC

Quark-Gluon Plasma and the Early Universe
Xiangdong Ji

Superfluidity
FIRST – Quantum Information Processing Report WebSite

Argonne National Laboratory
ANL Website

TRIUMF
TRIUMF Website

Grand Accélérateur National d’Ions Lourds
GANIL Website

GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
Website

CERN
Website

RIKEN
Website

La materia enriquecida en neutrones es el corazón de muchas cuestiones fascinantes en la física nuclear y la astrofísica: ¿Cuáles son las fases y ecuaciones de estado de la materia nuclear y los neutrones? ¿Cuáles son las propiedades de los núcleos enriquecidos de neutrones de corta vida a través de los cuales los elementos químicos que nos rodean fueron creados? ¿Cuál es la estructura de las estrellas de neutrones y que determina sus radiaciones electromagnéticas, de neutrinos y de ondas gravitatorias?, entre otras. Para explicar la naturaleza de la materia enriquecida de neutrones a través de un rango de densidades, es esencial un enfoque interdisciplinario para integrar experimentos de laboratorio con teoría astrofísica, teoría nuclear, teoría de la materia condensada, físicos atómicos, ciencia computacional, y astronomía de ondas gravitatorias y electromagnéticas. La figura al final resume las vinculaciones en este esfuerzo interdisciplinario.

En núcleos pesados enriquecidos con neutrones, el exceso de éstos últimos predominan en la superficie nuclear, formando una capa, una región de enlaces débiles. La presencia de esta capa puede llevar a curiosas excitaciones colectivas, por ejemplo, “resonancias pigmeas”, caracterizadas por el movimiento del neutrón parcialmente desacoplado de la capa contra lo remanente en el núcleo. Tales modalidades pueden alterar secciones transversales de captura de neutrones importantes para el proceso de nucleosíntesis. Uno de los impulsores principales de la ciencia del FRIB (Facility for Rare Isotope Beams – Instalaciones para Haces de Isótopos Raros) es el estudio de un rango de núcleos con capas de neutrones varias veces más delgadas de lo posible actualmente. Los estudios de las oscilaciones nucleares de alta frecuencia (Resonancias gigantes) y las reacciones intermedias de energía nuclear nos ayudarán a precisar la ecuación de estado de la materia nuclear.

Otra percepción es proporcionada por los experimentos de dispersión de electrones. El Lead Radius Experiment (También conocido como PREx) en el Jefferson Laboratory usa una señal débil derivada de una violación de paridad por la interacción débil para medir el radio de la distribución de neutrones en plomo 208. Esta medición debería tener amplias implicaciones para los análisis de baja energía, estructura nuclear y astrofísica, del Modelo Estándar. Datos precisos del PREx podrían proporcionar restricciones en la influencia los de neutrones en las estrellas de neutrones a densidades sub-nucleares. Importantes revelaciones vendrán de los experimentos con átomos fríos Fermi que pueden ser ‘sintonizados’ para probar que los fluidos que interactúan fuertemente son muy similares a la materia de baja densidad de neutrones encontrada en la corteza de las estrellas de neutrones.

Esta entrada participa en el XXXVI Carnaval de Física, que regresa a su casa en esta ocasión, el blog Gravedad Cero, de Carlo Ferri.

Este tema concluirá en Intersecciones de Física Nuclear Densa con Átomos Fríos y Estrellas de Neutrones.

Referencias.

The Pygmy Dipole Resonance in the neutron-rich nucleus 68Ni
A. Bracco, O. Wieland

Excitation of pygmy dipole resonance in neutron-rich nuclei via Coulomb and nuclear fields
A. Vitturi, E.G. Lanza, M.V. Andrés, F. Catara, D. Gambacurta

FRIB
Webiste

Lead Radius Experiment (PREx)
Jefferson Lab News

Cold Fermi atomic gases in a pumped optical resonator
J. Larson, G. Morigi, M. Lewenstein

Dynamics of Cold Fermi atoms in one-dimensional optical lattices (Recomendable)
Alexey V. Ponomarev

Pseudo-gap pairing in ultracold Fermi atoms
Hui Hu, Xia-Ji Liu, Peter D. Drummond & Hui Dong.

Measurement of the neutron radious of 208Pb through parity-violation in electron scattering
S. Abrahamyan et al. (PREx Collaboration).

Pygmies, Giants and Skins
J. Piekarewicz et al.

Los elementos más pesados

¿Qué tan pesados son los núcleos atómicos que pueden existir? ¿Existe una isla de núcleos de larga vida en el plano N-Z? ¿Cuáles son las propiedades químicas de los átomos súper-pesados? Estas cuestiones presentan retos tanto para los físicos experimentales como los teóricos. La fuerza electrostática de repulsión entre protones se incrementa en aquellos núcleos con un número de protones grande que podrían no estar enlazados excepto por sutiles efectos cuánticos. La teoría predice que la estabilidad podrá incrementarse con la adición de neutrones en esos sistemas cuando N=184 (Ver Figura 1), pero no hay consenso acerca del lugar preciso de la proyectada isla de elementos súper-pesados de larga vida y sus periodos de existencia (Los intervalos van desde 105 hasta 107) años). is themes to the Apple legal a unlocking iphone 3g help around is all of features has craze to turning easy

Mediante el uso de blancos de actínidos y haces estables raros, tales como el calcio 48, se producen y observan elementos superiores a Z=118. El descubrimiento de un núcleo Z=117, con un blanco de berkelio 249 es un ejemplo de ello, así como de cooperación internacional en física nuclear (Se explicará en la última parte de esta serie). Con esa investigación, no solo se descubrió un nuevo elemento, sino que la nueva información obtenida de la vida media de varios núcleos en su decaimiento proporcionó el soporte experimental para la existencia de la tan largamente predicha isla de estabilidad en núcleos súper-pesados. Un progreso mayor, el acercarse a Z=118 o superarlo es posible, pero se requieren nuevos blancos de actínidos más allá del berkelio, y haces intensos de isótopos raros estables como el titanio 50. Sin embargo, existe un rango de opciones para sintetizar elementos pesados con haces exóticos. Utilizando los blancos radioactivos enriquecidos con neutrones y haces, se puede formar un sistema altamente excitado, el cual podría decaer en un estado súper-pesado vía el retiro del exceso de neutrones. Un área de relativa importancia es el estudio adicional de la espectroscopia de los núcleos súper-pesados posibles utilizando haces re-acelerados y espectrómetros ampliamente aceptados, buscando en el decaimiento alfa y la espectroscopia de rayos gamma arriba de Z=106.

Un reto importante es delinear las líneas de goteo (Los límites de los números de protones y neutrones en los cuales el núcleo no se mantiene unido por la fuerza nuclear fuerte y su existencia nuclear termina) tan lejos como el mapa nuclear lo permita (Ver Figura 1). Por ejemplo, los experimentos en la MSU han producido los isótopos de magnesio y aluminio más pesados accesibles a la fecha y han mostrado la posible existencia de magnesio 40, aluminio 42 y aluminio 43. Las líneas de goteo cercanas al núcleo tienen sistemas cuánticos débilmente enlazados, frecuentemente con dimensiones espaciales extremadamente grandes. En años recientes, los experimentos en ANL (Argonne National Laboratory), TRIUMF (Canada’s National Laboratory for Particle and Nuclear Physics), GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds), GSI, CERN y RIKEN (Rikagaku Kenkyūjo) usando láseres espectroscópicos de alta precisión han determinado la carga radial del halo nuclear del helio 6, helio 8, berilio 11 y litio 11 con una precisión del 1% a través de la determinación de los cambios los niveles electrónicos atómicos de los isótopos. Con las avanzadas Instalaciones para Haces de Isótopos Raros (FRIB, siglas en inglés) puede ser posible extender esos estudios para delinear más de las líneas de goteo hasta una masa 100 utilizando los haces de alta energía disponibles y la alta eficiencia y selectividad de los separadores de fragmentos FRIB.and your and Apple app by even the and a This iphone 3g unlock one you and to specific any unlocking together iPhone 4S they even

Las líneas de goteo frecuentemente exhiben modos de decaimiento exótico. Un ejemplo es el núcleo enriquecido en protones del hiero 45 que decae por decaimiento beta o expulsando dos protones de su estado fundamental. Moviéndonos hacia las líneas de goteo, el acoplamiento entre los diferentes estados nucleares, vía un continuo de estados sin enlaces, se hará sistemáticamente más importante, eventualmente interpretará un papel dominante en una estructura determinada. Tales sistemas donde ambos estados, los que tienen enlaces como los que no, existen e interactúan son llamados sistemas cuánticos “abiertos”.

Muchos aspectos de los núcleos en los límites del ‘paisaje nuclear’ son genéricos y se están explorando actualmente en otros sistemas abiertos: moléculas en campos externos fuertes, puntos cuánticos y otros microcomponentes en estado sólido, cristales en campos láser, y cavidades en microondas. La experimentación con haces radioactivos nucleares responderá las cuestiones pertinentes a todos los sistemas cuánticos abiertos: ¿Cuáles son sus propiedades cerca de los niveles bajos de energía donde las reacciones se vuelven energéticamente permitidas (Umbrales de las reacciones)? ¿Cuál es el origen de los estados en el núcleo, los cuales se asemejan a las agrupaciones de nucleones en grupos bien definidos, especialmente aquellos de importancia astrofísica? ¿Cuáles son los pasos más importantes en el desarrollo de una teoría que trataría la estructura nuclear y las reacciones consistentemente?

Orbital externo: Un objetivo en movimiento.

El concepto de nucleones moviéndose en órbita en el interior del núcleo bajo la influencia de una fuerza común da lugar a ideas de una estructura externa y números ‘mágicos’. Similares al movimiento de los electrones en un átomo, las órbitas nucleónicas se agrupan en energía, de este modo forman una capa y los núcleos que han llenado sus depósitos nucleicos (‘Gases nobles’ nucleares) están excepcionalmente unidos. Los números de nucleones necesarios para llenar cada capa son conocidos como números mágicos, los tradicionales son: 2, 8, 20, 28, 52, 82 y 126 (Ver figura 2). Así, un núcleo como el de plomo 208, con 82 protones y 126 neutrones es ‘doblemente mágico’. El concepto de números mágicos a su vez, introduce el concepto de los nucleones de valencia (Aquellos más allá del número mágico). Entonces, considerando la estructura de un núcleo como el del plomo 210, uno puede, considerar solo los dos últimos neutrones de valencia en lugar de todos los demás. Cuando se propuso a finales de la década de 1940, fue un concepto revolucionario: ¿Cómo podrían los nucleones individuales, que la comprenden la mayor parte del volumen nuclear, orbitar tan libremente sin generar un absoluto caos por colisiones? Desde luego, ahora entendemos que el principio de exclusión de Pauli juega un papel clave, y el modelo resultante de las órbitas nucleónicas se ha convertido en la ‘plantilla’ utilizada por más de medio siglo para interpretar la estructura nuclear.

Un sello distintivo experimental de la estructura nuclear es el comportamiento del primer estado excitado con movimiento angular 2 y una paridad positiva en el núcleo par-par. Este estado, usualmente la más baja excitación de energía en este tipo de núcleo, es una estructura ‘mansa’. Su energía de excitación toma valores elevados en números mágicos y valores bajos conforme el número de nucleones de valencia se incrementan y emerge el comportamiento colectivo. La idea de capas nucleares nos lleva a las regularidades y patrones repetidos, ilustrados en la Figura 1 y como se ven las energías en el estado 2⁺ se muestran en la parte superior de la figura 3. El concepto de número mágico fue fraguado basado en los datos obtenidos de los núcleos estables o casi estables. Sin embargo, recientemente, los números mágicos tradicionales han sido objeto de una mayor revisión debido al acceso a especies previamente no disponibles. La estructura de la capa conocida de un núcleo estable ya no es considerada como una construcción inmutable sino que más bien como un objetivo en movimiento. De hecho la elucidación del cambio en la estructura de la capa es uno de los triunfos de los recientes experimentos en la estructura nuclear en instalaciones con haces exóticos alrededor del mundo. Por ejemplo, los experimentos en la Michigan State University en los Estados Unidos de América y en Gesellshaft für Schwerionenforschung han mostrado que en los isótopos de oxígeno 24 altamente enriquecidos con neutrones (Con ocho protones y el doble de nutrones -16), es de hecho, un número mágico.

Una de las regiones más interesantes que exhiben la fragilidad de los números mágicos comprende los núcleos con 12 a 20 protones y 18 a 30 neutrones. La evidencia experimental es ejemplificada en la parte inferior de la figura 3 por las energías del primer estado excitado 2⁺ en esta región. La figura muestra la desaparición del número de neutrones N=20 como un número mágico en Mg, mientras persiste para sus elementos vecinos. De forma similar, N=28 pierde sus características mágicas para Si, S y Ar, mientras Ca, el cuál es también mágico en protones, retiene su doble carácter mágico en N=28.

 Hay al menos tres factores que conduces a esos cambios en la estructura de la capa: Cambios en como los núcleos interactúan con otros como la asimetría protón-neutrón varía; la influencia de la dispersión y estado de decaimiento cercano a los límites isotópicos de existencia nuclear (Las ‘driplines’); y el papel creciente de los efectos corporales en los enlaces nucleares débiles donde las correlaciones determinan la existencia de los núcleos. Esta nueva perspectiva en la estructura de la capa afecta muchas facetas de la estructura nuclear, desde la existencia de los núcleos ligeros de corta vida, hasta los estables elementos superpesados.

Recientes estudios, utilizando técnicas como la excitación Coulomb y luz ionizada de un solo nucleón en reacciones de transferencia, ambas cerca de los números mágicos y a lo largo de las cadenas extendidas isotópicas, en isótopos de Ca, Ni y Sn, están comenzando a responder las cuestiones acerca de las efectivas fuerzas internucleones en la presencia de exceso de neutrones, la relevancia del modelo de capa detallado en la presencia de enlaces débiles y la naturaleza del mecanismo colectivo nuclear. Excelentes evaluaciones del modelo de capa nuclear fueron realizadas por recientes estudios de los isótopos de estaño (Sn). El núcleo de estaño tiene un número mágico de protones (50) y sus isótopos de corta vida, Sn-100 y Sn-132, tienen 50 y 82 neutrones respectivamente, se espera sean ejemplos inusuales del nuevo y doblemente mágico núcleo pesado. Los datos únicos en la región de Sn-132 (Ver figuras 4 y 5) muestran que el Sn-132 se comporta en efecto como un núcleo doblemente mágico. Otros experimentos proporcionan información con respecto al SN-100; en particular, la primera información estructural en el Sn-101 nos lleva a sorpresas teóricas. Análisis más allá de la estructura de la capa y las interacciones en los elementos más pesados son las que se detallan a continuación.

Se espera que el modelo de la capa se someta a análisis sensibles en la región de los núcleos superpesados, aquellos cuya existencia depende de una competición dinámica entre la atracción nuclear de corto largo y la repulsión Coulomb de rango amplio. Curiosamente, una interacción similar toma lugar en la materia de baja densidad enriquecida con neutrones, encontrada en la corteza de las estrellas de neutrones, donde la “frustración Coulomb” produce ricas y complejas estructuras colectivas. La figura 6 muestra el cálculo de la energía de la capa, que es, el realce cuántico en el enlace nuclear debido a la presencia de capas nucleónicas. El núcleo de la región del estaño es un excelente ejemplo del paradigma del modelo de la capa: El núcleo mágico con Z=50, N=50 y N=82 tienen las capas energéticas más grandes y las capas cerradas asociadas proporcionan estabilidad excepcional. En el núcleo superpesado, la densidad de los niveles de energía de una simple partícula es bastante grande, así que pequeños cambios de energía, tales como las regiones de la mejorada y estabilizada capa en la superpesada región cercana a N=184, generalmente se espera que sean bastante amplios; esto es, la noción de números mágicos y las brechas de energía asociadas con ellos se volverán fluidas.

Otros estudios de capas en los núcleos han sido iniciados en el Jefferson Lab y KEK en Japón, de hipernúcleos, es decir, núcleos que contienen al menos un hiperón, un extraño baryon, además de los núcleos. Agregando un hiperón, los físicos nucleares pueden explorar las regiones interiores de los núcleos que son imposibles de estudiar con protones y neutrones, los cuales deben obedecer las restricciones del Principio de Pauli. El trabajo experimental va mano a mano con los cálculos teóricos avanzados de las interacciones hiperón-núcleo e hiperón-hiperón, con el objetivo definitivo de tener un entendimiento completo de todas las interacciones baryon-baryon.

Esta entrada participa en el XXXIII Carnaval de la Física que se aloja en esta ocasión en el blog “El Mundo de las Ideas” (http://icaraideas.blogspot.com.es/ de Araceli Giménez y en la XVII Edición del Carnaval de la Química el cual se hospeda en esta ocasión en el blog “Un geólogo en apuros” (http://www.ungeologoenapuros.es/) de Nahum Chazarra.

Referencias

Se publicarán al concluir la parte 4.

Primero que nada, les pido una disculpa por el retraso, pero debido a diversas cuestiones personales, no había tenido la oportunidad de sentarme a redactar el resumen de las publicaciones que participaron en esta edición del carnaval y ahora que, ya las he leído, he aquí el cierre de la edición. Agradezco su comprensión.

Las entradas que formaron parte de esta edición del Carnaval de Física (En orden cronológico) son:

Sistemas de Transportación Espacial – La Enciclopedia Galáctica, por Torjo Sagua

    En esta entrada se hace un breve resumen de los sistemas utilizados actualmente por las  agencias espaciales, así como algunos proyectos a desarrollarse en el corto y mediano plazo.

Supernova Bacteriana – Curiosidades de la Microbiología, por Manuel Sánchez.

    Nos explica cual es el mecanismo de la «Supernova» e incluye un par de videos, uno donde se observa la «supernova» y otro donde se muestran colonias de E. coli «flaseando» en sincronía.

Electrobiocombustibles – Curiosidades de la Microbiología por Manuel Sánchez

    Nos informa sobre como transformar la energía generada por gasolina de una forma mucho más eficiente, por medio del uso de la bacteria Ralstonia eutropha.

Colores – El Imperio de la Ciencia, por Ariadna Murguía.

    Otorga una explicación excelente sobre el espectro electromagnético y la forma en la que se perciben los colores.

Os metais conducen o calor mellor? Vaia que si! – Física e Química en Ribadeo, por Antonio Gregorio.

    Nos muestra en una imagen el proceso de conducción de calor en un lavabo.

Lo que las lunas de Saturno nos cuentan sobre los cometas – Astrofísica y Física, por Verónica Casanova.

    Nos platica sobre la disertación  de Jim Richardson y David Minton sobre el tamaño de los cuerpos del Cinturón de Kuiper y su relación con los satélites de Saturno.

Magnetósfera – El Mundo de las Ideas, por Araceli Giménez.

    De una forma muy clara y familiar nos explica que es la magnetósfera y que es lo que la causa.

Mis primeras partículas elementales – High Ability Dimension, por Araceli Giménez.

    Nos explica de una forma muy amena y apta para todo público las partículas elementales.

Quiero reiterar mi agradecimiento a todos los participantes y a todos los lectores por la paciencia mostrada por la tardanza en la publicación de este breve resumen.