¿Qué es la Materia Oscura? ¿Acabamos de detectarla por primera vez?


spiral

La “materia oscura” constituye el 85% de toda la materia de nuestro Universo. Sin embargo, aunque sabemos que existe, hasta ahora no habíamos podido detectarla.

Comprender la naturaleza de la materia oscura constituye uno de los grandes “problemas sin resolver” de la Física.

En un artículo científico que se publica hoy en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, un equipo de astrónomos anuncia lo que podría ser la primera detección de materia oscura.

(Nota: no confundir “materia oscura” con “energía oscura” ni con “anti-materia”. Son tres conceptos diferentes. En este post sólo hablamos de “materia oscura”).

¿Por qué es tan difícil observar la materia oscura?

La materia oscura no emite ni absorbe luz, por lo tanto, es imposible verla. (Y de ahí lo de “oscura”).

¿Cómo sabemos que la materia oscura existe si no podemos verla?

Aunque no podamos verla, sabemos que la materia oscura existe por los efectos que provoca. La materia oscura ejerce atracción gravitatoria sobre la materia que sí podemos ver.

Por ejemplo: las galaxias en espiral giran más rápido de lo que deberían si la única materia que existiese en ellas fuese la materia de sus estrellas.

Existen varias otras evidencias de que la materia oscura existe: lentes gravitacionales, ciertas fluctuaciones en el Fondo Cósmico de Microondas, etc.

¿De qué está compuesta la materia oscura?

La materia “visible”, es decir, la materia que vemos a nuestro alrededor está formada por átomos (protones y neutrones).

Todavía no sabemos qué compone la materia oscura, pero la evidencia parece indicar que NO está formada por protones y neutrones sino por algún tipo diferente de partículas.

Existen diferentes propuestas teóricas sobre las partículas que componen la materia oscura: las más conocidas son los llamados “axiones” y las “partículas supersimétricas”.

Al principio del post decíamos que hoy anuncia la posible primera detección de materia oscura. ¿En qué consiste el experimento?

El astrónomo George Fraser y su equipo estaban estudiando los rayos X que provienen del Sol y detectaron ligeras variaciones en la cantidad de esta radiación según la posición del telescopio.

Ningún fenómeno conocido parece explicar esas variaciones y Fraser ha propuesto que quizás se deben a unas partículas de materia oscura conocidas como “axiones”.

Los axiones se producirían en el Sol, viajarían por el espacio hasta chocar con el campo magnético terrestre cuando se convertirían en rayos X.

¿Este resultado es definitivo?

No, todavía hay que realizar muchos más análisis para confirmar que las variaciones de rayos X corresponden a partículas de materia oscura.

Como con cualquier otro descubrimiento científico, serán necesarios otros experimentos independientes para que podamos asegurar que George Fraser y su equipo fueron los primeros en detectar materia oscura.

Para los que queráis más detalles, en este enlace podéis leer el estudio original (67 páginas).

Una manera revolucionaria de producir luz: el Nobel de Física explicado


rev

Durante toda nuestra historia, los humanos hemos buscado maneras de crear luz.

Las hogueras, las antorchas, las velas o las bombillas son algunas de las herramientas inventadas en esta aventura.

Akasaki, Amano y Nakamura han recibido el premio Nobel de Física 2014 por la invención de los LEDs azules, una manera revolucionaria de crear luz.

Para comprender porqué los LEDs son diferentes a las bombillas, debemos comprender que existen diferentes maneras de producir luz.

¿Cómo funciona una bombilla?

Una bombilla producen luz según el siguiente proceso:

Todo objeto caliente emite luz.

En una bombilla, la corriente eléctrica pasa por el filamento. El filamento se calienta y por eso emite luz.

De la misma forma, en una tostadora caliente también podéis ver que el metal emite luz roja.

El color de la luz emitida depende de la temperatura. De hecho, nuestros cuerpos emiten luz, pero nuestra temperatura es demasiado baja como para que esa luz sea visible. Con gafas infrarrojas sí que podemos verla.

¿Cuál es el problema de una bombilla?

Que casi toda la energía se pierde en forma de calor y de luz invisible para el ojo humano.

De toda la energía que consume una bombilla apenas un 15% se convierte en luz útil.

¿Cómo funciona un LED?

A diferencia de una bombilla, un LED no necesita estar caliente para emitir luz.

Los LED se construyen con los mismos materiales en los que hacen los ordenadores: materiales semiconductores.

Un LED se construye uniendo un semiconductor con exceso de electrones a un semiconductor con exceso de “huecos”. Cuando la corriente eléctrica pasa a través de un LED, los electrones de un lado se combinan con los huecos del otro y en ese proceso se produce luz.

Espera, pero le han dado el premio Nobel a los inventores de los LEDs AZULES. ¿Qué tienen en especial los LEDs azules que no tengan los LEDs de otros colores?

Los LEDs rojos y verdes se inventaron en los años 50. Pero había grave problema: nadie conseguía fabricar un LED de color azul.

El color azul era necesario porque para producir luz blanca se necesitan el verde, el rojo y el azul.

Akasaki y Amano por un lado y Nakamura por el otro consiguieron encontrar dos métodos independientes para construir LEDs de color azul utilizando un material conocido como nitruro de galio.

Una curiosidad para terminar: Nakamura trabajaba para una empresa privada japonesa cuando inventó el LED azul. Sus jefes le recompensaron con apenas 300 dólares. Nakamura fue a juicio y el tribunal le concedió 8 millones de dólares.


Preguntas y respuestas sobre el ébola


¿Cómo se transmite el ébola?

El ébola es un virus que NO se transmite por el aire. El virus de la gripe, por ejemplo, sí se transmite por el aire.

El contagio se produce por el contacto directo con los fluidos de una persona enferma (sangre, vómitos, orina, heces, semen, etc).

También se puede contagiar por los restos de estos fluidos en las sábanas o en la ropa del enfermo.

¿Qué hace el ébola dentro del cuerpo?

El ébola es un virus con forma de filamento:

2

El virus se “agarra” al exterior de una célula humana y luego penetra en su interior. Una vez dentro, se reproduce rápidamente: un sólo virus puede reproducirse en varios miles.

En la siguiente imagen de microscópico electrónico podéis observar virus de ébola (en azul) creciendo desde una célula infectada (en amarillo):

3

Estos nuevos virus atacan otras células y crean, a su vez, nuevos virus: la infección se extiende por el cuerpo.

Una vez enfermo de ébola, ¿cuál es la probabilidad de morir?

Durante la epidemia actual aproximadamente el 50% de los pacientes afectados por ébola han fallecido:

5

Vale, entiendo que el ébola se puede transmitir de un humano a otro, pero ¿cómo se contagia el primer humano?

Se cree que una especie de murciélagos (“murciélagos de la fruta”) transporta el virus del ébola sin ser afectados por la enfermedad.

Estos murciélagos también transmiten la enfermedad a monos y gorilas, que, a su vez, pueden pasársela a los humanos.

¿Cuántas epidemias de ébola han ocurrido a lo largo de la historia?

Desde que se detectó por primera vez en 1976, se han producido una veintena de epidemias de ébola.

La epidemia actual es, con mucha diferencia, la más mortífera. Según la OMS, ya han muerto 3.431 personas.

La segunda epidemia con más muertos fue la de 1976, cuando fallecieron 280 personas.

1

¿Existen vacunas contra el ébola?

No, todavía no se conoce ninguna vacuna contra el ébola. Según OMS existen dos “sustancias candidatas”, pero todavía se encuentran en una fase de estudio preliminar.

¿Por qué el ebola se llama “ébola”?

Al virus se le bautizó como “ébola” porque fue detectado por primera vez en una región cercana al río Ébola, un afluente del río Congo (el segundo río más caudaloso del mundo tras el Amazonas).


Cómo sabe Facebook que te has enamorado


facebook-orange-blog

Crédito de la imagen: Orange Blog France

¿Qué ocurre cuando los científicos que trabajan en Facebook se ponen a jugar con las matemáticas y los datos que acumula la red social?

Pues que encuentran patrones fascinantes en el comportamiento humano. Aunque, a la vez, da bastante miedo el uso que se puede hacer de nuestros datos.

Durante esta semana han publicado en su blog una serie de artículos sobre el amor. Sí, no han elegido el tema de estudio más sencillo (al menos a este humilde servidor el asunto le parece mas bien complicado).

Por ejemplo: ¿qué ve Facebook cuando te enamoras?

facebook-1

En el gráfico podéis ver cómo el número de posts compartido por los futuros novios crece hasta el momento de comenzar la relación (cuando las dos personas cambian su “status”) y cae bruscamente después.

Carlos Diuk, el matemático argentino de Facebook que firma el estudio, lo explica así:

“Durante unos 100 días previos a que comience la relación, observamos un crecimiento lento pero regular en el número de posts compartidos entre la futura pareja. Cuando la relación comienza (“día 0″), los posts decaen. Observamos un pico de 1.67 posts/día 12 días antes de que la relación comience y un punto más bajo de 1.53 posts/día 85 días después. Probablemente las interacciones online se han transformado en relaciones en el mundo real.”

Diuk también explica que, aunque el número de posts compartidos desciende, las siguientes actualizaciones de ambas personas en sus muros contienen más “sentimientos positivos”. (Existen algoritmos matemáticos para el análisis de sentimientos).

“Observamos un incremento en la positividad de los sentimientos tras el comienzo de la relación con un incremento muy dramático entre los días 0 y 1″.

facebook-2

El resultado más extraño y fascinante de las Matemáticas


infinite

Crédito de la imagen: Youtube

Pregunta: ¿Cuánto da la suma de TODOS los números POSITIVOS?

1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + … = ?

(Los puntos suspensivos significan que tenemos que sumar todos los números positivos hasta el infinito)

Será un número enorme, enorme, enorme, ¿verdad?

Respuesta correcta: -1/12, ¡¡¡un número NEGATIVO!!!

Este resultado no es sólo matemáticamente cierto. Además, resulta necesario en muchos campos de la física: desde la teoría de cuerdas hasta la mecánica cuántica.

Y sí, la primera vez que encontré esto en un libro de matemáticas casi me estalla la cabeza.

¿Cómo puede ser que la suma de todos los números positivos dé un número negativo?

****

Una pequeña introducción

Las sumas (que también se llaman “series”) de infinitos términos son uno de los objetos más estudiados en matemáticas. Básicamente existen dos tipos:

a) Las series convergentes, que tienen un valor bien definido. Por ejemplo:

1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 + 1/32 + 1/64 + 1/128 + …. = 2

Os puede parecer algo extraño, pero una suma de infinitas fracciones como esta tiene un resultado finito. Sería imposible realizarla incluso con un ordenador porque tiene infinitos términos y no acabaríamos nunca. Pero las matemáticas son maravillosas y es muy sencillo demostrar que el resultado es 2.

Por cierto, este ejemplo muestra que la paradoja de “Aquiles y la tortuga” inventada por el filósofo griego Zenón no es tal.

b) Las series divergentes, que, en principio, no tienen un valor definido.

La serie que nos interesa es divergente. Dicho en términos técnicos: “la sucesión de sumas parciales tiende al infinito”:

1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 +… = ?

Pero resulta que sí podemos asignarle un valor matemáticamente riguroso a esta suma y que ese valor es -1/12.

****

Euler y más tarde Riemann nos enseñaron que podemos extender de forma rigurosa y consistente el concepto de “suma” para las series divergentes.

En nuestro caso, basta con sustituir la serie original por una de Dirichlet y luego calcular por continuación analítica cierto valor de la función zeta de Riemann para obtener el valor -1/12.

Una forma mucho más sencilla de entenderlo es a través del método que utilizan en este vídeo Brady Haran, y Antonio Padilla, un físico de la Universidad de Nottingham. (NOTA: En el vídeo se realizan algunos pasos que no son matemáticamente rigurosos, pero aún así, resulta muy interesante desde un punto de vista pedagógico).

Como decía Niels Henrik Abel, otro de los grandes de las matemáticas:

“Las series divergentes son una invención del diablo”.

Quienes queráis más detalles técnicos sobre el resultado, podéis consultar estas notas en pdf.


Química de los alimentos 100% naturales (GRÁFICOS)


Algunos compuestos químicos son perjudiciales para nuestra salud. Pero, demasiado a menudo, escucho a mi alrededor frases sin sentido al estilo de “eso no es natural, sino químico”. Todo lo natural es también químico. Nuestro planeta es química, los alimentos son química y nosotros mismos somos química.

Para combatir esta “quimiofobia” irracional, el profesor australiano James Kennedy Monash ha creado estas infografías con los ingredientes de alimentos 100% naturales.

Por cierto, si os interesa el asunto, os recomiendo el excelente blog “Tomates con genes” de J.M. Mulet, profesor de biotecnología en la Universidad Politécnica de Valencia.

Y sí, incluso la fruta recién cogida de los árboles contiene ingredientes “E-numerito”.

Plátano 100% natural

platano

James Kennedy Monash

 Arándanos 100% naturales

arandanos

James Kennedy Monash

Huevo 100% natural

huevo

James Kennedy Monash

Fruta de la pasión 100% natural

frutapasion

James Kennedy Monash

Kiwi 100% natural

kiwi

James Kennedy Monash

El estudiante que “Rickroleó” a su profesor de Física Cuántica


rick

Rick Astley. Imagen: Wikimedia Commons

Tenemos nuevo número 1 en nuestro ranking de “Científicos con sentido del humor”.

Pensaba que sería imposible destronar a Tim Blais, el físico que explica la Teoría de Cuerdas al ritmo de Freddie Mercury, pero Sairam Gudiseva lo ha logrado con un “Rickroll” histórico a su profesor de física cuántica.

Para quienes, como un servidor, seáis unos frikis de Internet y la Ciencia, os dejo aquí la joya de Gudiseva. Debajo propongo una explicación del asunto para los seres humanos cabales.

(Pinchad en la imagen para ampliarla)

original

El trabajo de Gudiseva consiste en un ensayo sobre la contribución histórica de Niels Bohr al desarrollo de la física cuántica. El texto tiene perfecto sentido y resulta interesante de leer.

La gracia consiste en que las primeras palabras de cada línea (subrayadas en amarillo) forman el estribillo del “Never Gonna Give You Up”, esta mítica canción ochentera de Rick Astley:

En la jerga de Internet a esto se le conoce como un “Rick roll”: introducir una referencia escondida al “Never Gonna Give You Up” en un asunto que no tenga nada que ver.

Atención a la creatividad que la historia requiere. Escribes una columna con el estribillo de la canción y luego tienes que completarla con un ensayo serio. Acerca de Niels Bohr y la física cuántica.

Aviso para mis estudiantes: si alguien consigue clavarme un “Rick roll” en sus deberes de cuántica, tendrá una matrícula de honor permanente en todas las asignaturas que de mí dependan.

El calentamiento global explicado en 3 gráficos


Hace 2 años, un grupo de investigadores dirigidos por el profesor Michael Ranney salió a las calles de San Francisco en busca de voluntarios para responder esta pregunta:

¿Podría explicarme cuál es el mecanismo por el que la temperatura del planeta está aumentando?

A pesar de que la mayoría de los encuestados consideraba que el calentamiento global era un fenómeno real, casi nadie respondía correctamente a la cuestión.

Algo estamos haciendo muy mal los científicos si con todo lo que se habla del cambio climático en los medios, la mayoría de la gente no puede explicarlo en términos sencillos.

Ranney, profesor de Psicología y Educación en la Universidad de Berkeley, decidió desarrollar diferentes senderos pedagógicos para explicar el mecanismo del calentamiento global y los comparó en encuestas posteriores. Aquí tenéis una manera que parece entenderse muy bien:

1) La Tierra absorbe energía del Sol en forma de luz visible.

2) La Tierra emite energía en forma de luz infrarroja.

1

Crédito de la imagen: Michael Andrew Ranney

3) La atmósfera contiene gases de efecto invernadero (por ejemplo el CO2 y el metano)

2

Crédito de la imagen: Michael Andrew Ranney

4) La luz visible que llega del Sol atraviesa sin problemas los gases de efecto invernadero de la atmósfera.

5) Sin embargo, la luz infrarroja sale muy lentamente porque le cuesta mucho atravesar los gases de efecto invernadero.

3

Crédito de la imagen: Michael Andrew Ranney

Por lo tanto, cuantos más gases de efecto invernadero haya en la atmósfera, más se calienta el planeta.

Otros detalles relevantes:

¿Cuál es el efecto de los humanos en el calentamiento global?

Desde el inicio de la revolución industrial a mediados del siglo XVIII, la concentración de CO2 en la atmósfera ha aumentado un 40% y la de metano un 300%.

¿Los gases de efecto invernadero son siempre “malos”?

No. La Tierra sería un planeta helado sin gases de efecto invernadero. El problema no es que haya gases de efecto invernadero sino que han aumentado exponencialmente en las últimas décadas.

¿Por qué la luz visible atraviesa esos gases sin problemas mientras a la luz infrarroja le cuesta tanto?

¡Ay!, pues la respuesta no es demasiado complicada, pero para comprenderla hay que entender algunas ideas básicas de mecánica cuántica. Para eso estamos haciendo esta serie de vídeos. ¡El siguiente llega pronto!

¿Cuál es el consenso científico sobre el calentamiento global?

La comunidad científica considera el calentamiento global como un fenómeno inequívoco. Su evolución en el futuro sigue siendo un problema abierto: el aumento de la temperatura media durante el próximo siglo se calcula entre 2ºC y 6ºC dependiendo de los modelos climáticos y el nivel de emisiones.

El equipo de Ranney ha desarrollado la web “How Global Warming Works” dónde encontraréis varias maneras pedagógicas de explicar el calentamiento global, desde una versión de 50 segundos hasta otra de 5 minutos.

En las cenas de esta Navidad podréis explicar el cambio climático en menos de 1 minuto. A cambio, estaría bien que me mandáseis un tupper de algo rico. Mis padres dicen que los Reyes son los lectores.

El físico que se propuso a su mujer con un artículo científico


brendan

Brendan McMonigal (a la izquierda) junto a su director de tesis. Crédito de la fotografía: University of Sydney

Quienes me leáis con frecuencia sabéis que peleo una particular cruzada desde este blog para demostrar que los científicos tenemos sentido del humor.

Puede que los investigadores seamos feos, tímidos, hipócritas, vanidosos, impacientes, obsesivos, rencorosos y egoístas. En general somos también muy malos en la cama. Pero tenemos sentido del humor.

En entradas anteriores os hemos presentado a Tim Blais, el físico que explica la teoría de cuerdas a ritmo de Freddie Mercury, nos ha visitado Kate McAlpine, la investigadora que le compuso un rap al bosón de Higgs y hemos explicado la multitud de chistes matemáticos escondidos en los Simpsons.

Hoy tengo el honor de presentaros a Brendan McMonigal, un estudiante de doctorado en el Departamento de Física de la Universidad de Sydney, que propuso matrimonio a su novia a través de un artículo científico.

El estudio se titula “Interacciones a dos cuerpos: un estudio longitudinal” y podéis leerlo completo al final de este post. La sinopsis dice así:

“En este trabajo estudiamos la interacción de dos cuerpos a lo largo de un periodo extendido en el tiempo, en una variedad de lugares y rodeados de numerosos de cuerpos adicionales. En una fase posterior del estudio realizamos tests complementarios. Finalizamos proponiendo la continuación indefinida de este experimento”.

McMonigal incluye también el siguiente gráfico

FELICIDAD EN FUNCIÓN DEL TIEMPO

felicidad

“El resultado de nuestro estudio queda reflejado en la Figura 1 y muestra que, con un alto grado de confianza matemática, la felicidad proyectada es una función creciente con el tiempo. Teniendo en cuenta esta conclusión, el autor propone a Christie [apellido] la continuación indefinida del estudio.”

¿Y esta chanza le funcionó al bueno de Brendan? os preguntaréis.

Pues sí, la historia tiene final feliz.

Pero claro, resulta que Christie, su novia, también se dedica a la física teórica. Los científicos no destacaremos por nuestra valentía. Pero tenemos sentido del humor.

artciulo

El filipino que nos advirtió hace 1 año (VÍDEO)


filipino

Crédito de la fotografía: YouTube

Naderev Saño tuvo que tomarse una pausa durante su intervención en el foro sobre cambio climático de la ONU. El jefe de la delegación filipina estaba llorando de impotencia.

Era diciembre de 2012 y durante aquel encuentro, el supertifón de categoría 5 Bopha arrasaba la isla filipina de Mindanao. Cientos de miles de personas perdieron su hogar. Decenas de seres humanos desaparecieron en el océano.

Aquella catástrofe no era nueva para la isla de Mindanao: en diciembre de 2011 la tormenta tropical Washi había causado más de 600 muertos.

“Mientras estamos aquí sentados negociando, mientras vacilamos, la lista de muertos sigue creciendo. La destrucción es masiva. […]

Señora Presidenta, nunca hemos visto un tifón como Bopha. No hemos visto una tormenta semejante en los últimos 50 años. […]

Señora Presidenta, hablo en nombre de 100 millones de filipinos. Hago una llamada urgente, no como negociador, no como líder de mi delegación, sino como filipino.

Llamo a los líderes del mundo para que abran los ojos a la realidad. Por favor, no más retardos, no más excusas.

Hagamos que 2012 sea recordado como el año en que encontramos el coraje para tomar responsabilidad del mundo que queremos. Pregunto a todos los que estamos aquí: Si no lo hacemos nosotros, ¿quién lo hará? Si no es ahora, ¿cuándo? Si no es aquí, ¿dónde?

Gracias, señora Presidenta”

La sala se levantó para aplaudir.

Los gobiernos no llegaron a ningún acuerdo. El discurso de Saño apenas tuvo un hueco en la sección dedicada a la cooperación internacional en el periódico británico The Guardian.

Tras los desastres de 2011 y 2012, aquí estamos, un año después, contando las miles de víctimas por el tifón Haiyan.

Pero no nos preocupemos: los muertos no son ni europeos ni estadounidenses. Su dolor desaparecerá pronto de nuestras portadas y lo volveremos a olvidar.