fjbp92

Treinta páginas de cálculos en papel han servido para zanjar un debate de décadas, sobre si una misteriosa nueva fase de la materia puede producirse en materiales de vidrio igual que en el cristal. La naturaleza altamente ordenada de los cristales los hace bastante sencillos de entender matemáticamente y los físicos han desarrollado teorías que definen todo tipo de propiedades cristalinas, desde cómo absorben el calor hasta lo que sucede cuando se rompen. Pero no se puede decir lo mismo de los materiales vidriosos, amorfos o desordenados, como el vidrio de nuestras ventanas y jarrones, alimentos congelados y ciertos plásticos. No hay teorías ampliamente acordadas para explicar su comportamiento físico. Durante casi 30 años, los físicos han debatido si una misteriosa transición de fase, presente en modelos teóricos de materiales desordenados, también podría existir en el vidrio. Con la ayuda de alguna magia matemática tomada de la física de partículas -docenas de páginas de cálculos algebraicos, todo hecho a mano-, el científico de la Universidad de Duke Sho Yaida ha respondido al misterio. Los conocimientos de Yaida abren la posibilidad de que algunos tipos de vidrio puedan existir en un nuevo estado de materia a bajas temperaturas, influyendo en cómo responden al calor, el sonido y el estrés, y cómo y cuándo se rompen. “Encontramos indicios de la transición que no nos atrevíamos a decir que eran evidencia de la transición porque parte de la comunidad científico dijo que no podría existir”, dijo en un comunicado Patrick Charbonneau, profesor asociado de Química en Duke. “Lo que Sho muestra es que puede existir.” Al parecer alucinante como puede parecer, dijo Charbonneau, la matemática detrás del vidrio y otros sistemas desordenados es en realidad mucho más fácil de resolver asumiendo que estos materiales existen en un hipotético universo de dimensiones infinitas. En dimensiones infinitas, sus propiedades pueden ser calculadas con relativa facilidad, de forma similar a cómo se pueden calcular las propiedades de los cristales para nuestro universo tridimensional. “La pregunta es si este modelo tiene alguna relevancia para el mundo real.” Charbonneau dijo. Para los investigadores que llevaron a cabo estos cálculos, “el juego era que, a medida que cambia la dimensión, las cosas cambian lo suficientemente lento como para ver cómo se mueven a medida que pasan de un número infinito de dimensiones a tres”, dijo. Una característica de estos cálculos dimensionales infinitos es la existencia de una transición de fase -la llamada “transición de Gardner”- que, si está presente en cristales, podría cambiar significativamente sus propiedades a bajas temperaturas. ¿Pero esta transición de fase, claramente presente en dimensiones infinitas, también existe en tres? En la década de 1980, un equipo de físicos produjo cálculos matemáticos que demostraban que no, no podía. Durante tres décadas, el punto de vista predominante permaneció que esta transición, aunque teóricamente interesante, era irrelevante para el mundo real. Así fue hasta que recientes experimentos y simulaciones de Charbonneau y otros comenzaron a mostrar indicios de ello en vidrios tridimensionales. “El nuevo impulso para ver esto es que, al atacar el problema de la formación de vidrio, encontraron una transición muy parecida a la que apareció en estos estudios”, dijo Charbonneau. “Y en este contexto puede tener importantes aplicaciones en materiales”. Yaida, que tiene formación en física de partículas, echó un vistazo a las antiguas pruebas matemáticas. Estos cálculos no habían logrado encontrar un “punto fijo” en tres dimensiones, un requisito previo para la existencia de una transición de fase. Pero si llevaba el cálculo un paso más allá, pensó, la respuesta podría cambiar. Un mes y 30 páginas de cálculos más tarde, él lo tenía. “Momentos como estos son la razón por la que hago ciencia”, dijo Yaida. “Es sólo un punto, pero significa mucho para la gente en este campo, y muestra que esta cosa exótica que la gente encontró en los años setenta y ochenta tiene una relevancia física para este mundo tridimensional”. Después de un año de revisiones, además de otras 60 páginas de cálculos de apoyo, los resultados fueron publicados el 26 de mayo en Physical Review Letters. “El hecho de que esta transición pueda realmente existir en tres dimensiones significa que podemos empezar a buscarla en serio”, dijo Charbonneau. “Afecta a cómo se propaga el sonido, cuánto calor puede ser absorbido, el transporte de información a través de él, y si comienza a cortar el vidrio, cómo va a ceder, cómo se romperá”.

Se trata de la estrella de mar corona de espinas que es capaz de comer 10 metros cuadrados de carne de coral al año, un efecto que, sumado a los daños por el cambio climático, está acabando con los arrecifes en el mundo. Una insaciable especie de estrella de mar espinosa amenaza la pervivencia de los corales que desde hace años devora sin control. Científicos nipones y australianos han descifrado ahora cómo se comunican estos seres con el objetivo de preservar los arrecifes. Esta estrella es la corona de espinas o acantáster púrpura (Acanthaster planci), “uno de los pocos animales que pueden comer corales”, en los que basa su dieta, explica Ken Baughman, uno de los autores de un reciente estudio del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa que ha desentrañado el genoma de la especie. Fue en 1957 cuando se informó por primera vez de la presencia de esta estrella de mar en las costas de la localidad nipona de Onna. Nativas de la región Indo-Pacífico, la especie está experimentado un auge que congrega desde cientos de miles hasta millones de estrellas en densidades de población de 150 mil ejemplares por kilómetro cuadrado. “Normalmente los arrecifes sólo tienen un puñado”, dice Baughman, pero en las últimas décadas se han triplicado los “brotes” de estas estrellas, cuyo apetito voraz -un ejemplar consume hasta 10 metros cuadrados de carne de coral al año- es responsable de entre el 37% y el 99% de la disminución de la cubierta de coral vivo. En su búsqueda para encontrar vías de control para este problema que está acelerando la degradación de los corales junto a factores como el calentamiento del mar, el equipo de Baughman desde Japón e investigadores australianos interrogó a las estrellas analizando su genoma, que por primera vez ha sido completamente secuenciado. Es algo así “como un manual de instrucciones de cómo construir una estrella de mar, con el que podemos entender mejor su biología” y en consecuencia su comportamiento, explica Baughman Los misterios detrás de la comunicación “Uno de nuestros mayores descubrimientos fue […] que podemos decir qué químicos y hormonas que se miden en el agua alrededor de la estrella de mar provienen exactamente de nuestra estrella”, unas sustancias que este animal usa para comunicarse con los de su especie. Los investigadores esperan que su hallazgo permita en un futuro inmediato mejorar su biocontrol y hallar formas más eficientes de capturar ejemplares en lugares donde aparecen en gran número; mientras que, a largo plazo, quieren averiguar por qué se reúnen. Además, los científicos creen que el aumento de población “podría estar relacionado con la actividad humana”. A pesar de los buenos descubrimientos, la emoción de los expertos quedó eclipsada por otra el hallazgo de que este animal posee una excelente tasa de fecundidad, que aumenta de manera desproporcionada en función del tamaño. Una hembra de 30 centímetros de diámetro es capaz de transportar 15 millones de huevos; una de 50 centímetros, 120 millones. Si a eso se suma una de las mayores tasas de fertilización externa entre los invertebrados marinos, no extraña la imperiosa necesidad de la comunidad científica de seguir indagando.

Un equipo internacional de científicos pretende redefinir ideas de ‘El origen de las especies’ de Charles Darwin, con un nuevo paradigma que retrate los impactos de los microbios en el árbol de la vida. A su juicio, se necesita un enfoque interdisciplinario para clasificar la vida que incorpore las innumerables especies que dependen unas de otras para la salud y la supervivencia, como las diversas bacterias que coexisten con humanos, corales, algas y plantas. Su trabajo se publica en ‘Trends in Ecology and Evolution’. “En nuestra opinión, uno no debe clasificar las bacterias o los hongos asociados con una especie de planta en sistemas filogenéticos separados (árboles de la vida) porque son una unidad de trabajo de la evolución “afirma en un comunicado el autor principal del artículo Debashish Bhattacharya, profesor del Departamento de Ecología, Evolución y Recursos Naturales en la Escuela de Estudios Ambientales y Biológicos de la Universidad Rutgers” New Brunswick”. El objetivo es transformar un árbol bidimensional en uno que sea multidimensional e incluya interacciones biológicas entre especies”. Un árbol de la vida tiene ramas que muestran cómo diversas formas de vida, como bacterias, plantas y animales, evolucionaron y se relacionan entre sí. Gran parte de la biodiversidad de la Tierra consiste en microbios, como bacterias, virus y hongos, y a menudo interactúan con plantas, animales y otros huéspedes de manera beneficiosa o nociva. Las formas de vida que están ligadas físicamente y evolucionan juntas (es decir, son codependientes) se llaman simbiontes, dice el documento. Los autores proponen un nuevo árbol de vida marco que incorpore las simbiontes. Se llama SYMPHY, abreviatura de filogenética simbiótica. La idea es utilizar sofisticados métodos de ordenador para pintar un cuadro mucho más amplio e inclusivo de la evolución de los organismos y los ecosistemas. El árbol de la vida actual no reconoce ni incluye simbiontes, sino que, en su lugar, se centra principalmente en las especies individuales y los linajes, como si fueran independientes de otras ramas del árbol de la vida, dice el documento. “APLICACIONES EN LA AGRICULTURA, LA SALUD Y EL DESARROLLO DE FÁRMACOS” Los autores creen que un mejor árbol de vida tendrá amplios impactos y probablemente transformadores en muchas áreas de la ciencia, la tecnología y la sociedad. Por ejemplo, nuevos enfoques para abordar cuestiones ambientales, como especies invasoras, combustibles alternativos y agricultura sostenible; nuevas formas de diseño e ingeniería de maquinaria e instrumentos; comprensión ilustrada de los problemas de salud humana; y nuevos enfoques para el descubrimiento de fármacos. “Conectando organismos con sus socios microbianos, podemos comenzar a detectar patrones de qué especies se asocian bajo condiciones ecológicas específicas “afirma Bhattacharya”. Por ejemplo, si el mismo microbio está asociado con las raíces de plantas muy diferentes que comparten el mismo tipo de hábitat (pobre en nutrientes y alto en sal, por ejemplo), entonces potencialmente hemos identificado un nuevo linaje que confiere sal y tolerancia al estrés y se podría utilizar para inocular las plantas de cultivo para proporcionar este rasgo valioso”. En general, cualquier pregunta que se beneficiaría del conocimiento de las asociaciones de especies en simbiontes podría ser tratada usando SYMPHY, propone. “Realmente, tenemos árboles interactuando con árboles y ese tipo de red permite mostrar conexiones a través de múltiples organismos diferentes y luego retratar la fuerza de las interacciones entre las especies”, afirma. Los científicos están pidiendo que la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y otras agencias apoyen a un grupo de trabajo de diversos investigadores que proponen planes para crear el nuevo sistema SYMPHY. “Lo que deseamos enfatizar es que no estamos involucrados en vapulear a Darwin. Consideramos a Darwin un héroe de la ciencia “afirma Bhattacharya”. Las nuevas tecnologías han aportado nuevos conocimientos sobre el complejo mundo de las interacciones microbianas que requieren una nueva mirada a cómo clasificamos las formas de vida, más allá de los árboles bidimensionales clásicos”. “También debemos tratar de unificar la investigación sistemática (métodos de clasificación de la vida) bajo el paraguas SYMPHY para que departamentos con diferentes especialidades, como la zoología, la botánica, la microbiología y la entomología, trabajen juntos para describir cómo las interacciones bióticas impactan en la evolución de las especies, la ecología y la biología organizacional en general”, agrega.

En las plantas superiores, las ramas se forman a partir de unas pequeñas estructuras conocidas como yemas axilares y localizadas en la base de las hojas. Las yemas axilares contienen una versión comprimida de la rama, y solo se activan y elongan ante condiciones ambientales e internas favorables. En caso contrario permanecen durmientes. Una investigación realizada por científicos del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC (CNB-CSIC) desvela que los genes activados por la falta de nutrientes (conocidos como genes del ayuno de carbono) están relacionados con la toma de esta decisión en la yema: crecer o esperar hasta que las condiciones sean más adecuadas. El trabajo ha sido publicado en la revista Frontiers in Plant Science. Según los investigadores, esta respuesta se parece mucho a la de cualquier otra célula animal, vegetal o de levadura que tenga poco azúcar disponible. Si hay pocos nutrientes, la célula detiene su crecimiento. “En yemas axilares, esta respuesta genética ocurre incluso antes de que el azúcar sea escaso –explica Pilar Cubas, investigadora del CNB-CSIC y autora principal del trabajo–. Es suficiente que la planta anticipe una situación en la que sufrirá un ayuno de azúcar (días cortos, mucha luz infrarroja, etc.) para que las yemas entren en modo ahorro y traten de no gastar más de lo estrictamente necesario”. Este trabajo se ha realizado sobre una especie herbácea (Arabidopsis thaliana) y dos leñosas (chopo y vid). “El patrón de genes activos en las yemas durmientes de estas tres especies tan diferentes coincide. Esto nos indica que son genes evolutivamente muy conservados, y con un papel muy importante en la dormición de las plantas superiores”, añade Cubas. Capacidad para colonizar hábitats Mantener las yemas en estado ‘durmiente’ permite a las plantas resistir a la sequía, un suelo pobre, poca luz u otras situaciones adversas. En las plantas leñosas muchas de sus yemas permanecen durmientes desde el verano-otoño hasta la siguiente primavera. Los científicos consideran que esta capacidad ha permitido a las plantas colonizar hábitats con condiciones fluctuantes en las que no sería posible un crecimiento continuado. En el estudio han colaborado tanto expertos en el desarrollo de las plantas como bioinformáticos. Juntos han identificado los genes comunes que inducen el estado durmiente de las yemas en las diferentes especies. “Ahora tratamos de entender cómo se relacionan la percepción de las señales que permiten a las plantas anticipar tiempos de escasez de carbono y energía, con las respuestas del modo ahorro que se encienden en la yema axilar en esa situación”, concluye Cubas.

La Vía Láctea, que es la galaxia en la que vivimos, está aislada del resto del universo, rodeada de un descomunal vacío de unos mil millones de años luz. Suena un poco descorazonador, pero es la conclusión a la que ha llegado un equipo de astrónomos de la Universidad de Wisconsin-Madison. La existencia de grandes burbujas de vacío entre galaxias no es nada nuevo. El universo se puede comparar a una tela de araña en el que la materia se distribuye en cúmulos, filamentos y racimos que componen las galaxias. El 95% restante es puro vacío formado por materia oscura y energía oscura. La cuestión es que la Vía Láctea está justo en el centro de uno de esos agujeros, y según los cálculos de los astrónomos, es un hueco siete veces más grande que la media del universo. La cuestión es importante no porque vaya a suponer un problema para los viajes intergalácticos, sino porque, de comprobarse, explicaría las discrepancias en la constante de Hubble. Esta constante es la medida que emplean los astrónomos para expresar la velocidad a la que el universo se expande. Actualmente esa constante tiene un problema: varía según la calculemos estudiando la radiación de fondo de microondas o mediante la técnica de las supernovas. Se supone que la constante de Hubble debería ser la misma sin importar la técnica de medición. Según Ben Hoscheit, principal autor del estudio, esa discrepancia se explicaría perfectamente si nuestra galaxia realmente estuviera alejada de todo en el centro de uno de esos grandes vacíos cósmicos. La mala noticia es que no existe forma de comprobar si la hipótesis de Hoscheit es correcta mediante ningún instrumento de observación. La idea de que la Vía Láctea está en el centro de un enorme vacío no es nueva, pero a falta de comprobación directa solo podemos confiar en que los cálculos sean correctos. El astrofísico de la Universidad de Prinecton Peter Melchior expresa de forma muy aguda las dudas acerca de las conclusiones de Hoscheit en unas declaraciones a The Atlantic: No solo es matemáticamente improbable. Estar en el centro del vacío más grande del universo conocido nos sitúa en un lugar muy especial. Desde hace tiempo hemos aprendido que ni la Tierra ni el Sol son el centro del Universo. Los astrónomos tratamos de evitar instintivamente las teorís que nos ponen en lugares especiales

Aunque suene a ciencia ficción, un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Georgia ha sido capaz de alterar las conexiones neuronales de un nudibranquio (un molusco gasterópodo cuya forma recuerda a una mezcla entre babosa y alga de mar) para conseguir que imiten a los de una especie distinta. El objetivo del experimento era que este molusco (‘Dendronotus iris’) nadara como lo hace normalmente, pero usando sus neuronas tal y como las emplea otra especie similar de babosa marina (‘Melibe leonina’). Para ello, el equipo empleó un extracto vegetal tóxico llamado curare que paralizó las conexiones entre las neuronas del molusco, impidiendo que su cerebro produjese la serie de impulsos que le permitiría nadar. Después, el grupo de científicos empleó electrodos para estimular artificialmente las conexiones entre las células cerebrales de la babosa, siguiendo las rutas de la otra especie. Y el molusco nadó. “Este y otros estudios nos muestran que la conectividad de los circuitos de dos especies distintas de babosas marinas difieren sustancialmente el uno del otro a pesar de que tienen neuronas y comportamientos homólogos”, explica Paul Katz, uno de los autores del estudio. Su experimento, cuyos resultados se publican en la revista ‘Current Biology’, también prueban que el cerebro de una especie puede manipularse para conseguir un comportamiento habitual en ella pero utilizando conexiones neuronales diferentes.

Investigadores de la Universidad de Zurich han simulado el Universo con un gran superordenador. Un gigantesco catálogo de 25.000 millones de galaxias virtuales a partir de 2 billones de partículas digitales. Este catálogo se está utilizando para calibrar los experimentos a bordo del satélite Euclides, que se lanzará en 2020 con el objetivo de investigar la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura. Durante un período de tres años, un grupo de astrofísicos de la Universidad de Zurich ha desarrollado y optimizado un código revolucionario para describir con una precisión sin precedentes la dinámica de la materia oscura y la formación de estructuras a gran escala en el universo. Como han señalado Joachim Stadel, Douglas Potter y Romain Teyssier en su reciente publicación, el código (llamado PKDGRAV3) ha sido diseñado para utilizar óptimamente la memoria disponible y el poder de procesamiento de las modernas arquitecturas de supercomputación, como el superordenador “Piz Daint” del Swiss National Computing Center (CSCS). El código fue ejecutado en esta máquina durante sólo 80 horas, y generó un universo virtual de dos billones de macro-partículas que representan el fluido de materia oscura, del que se extrajo un catálogo de 25.000 millones de galaxias virtuales. Estudiar la composición del universo oscuro Gracias a la alta precisión de su cálculo, con un fluido de materia oscura que evoluciona bajo su propia gravedad, los investigadores han simulado la formación de una pequeña concentración de materia, llamada halos de materia oscura, en la que creemos que se forman galaxias como la Vía Láctea. El reto de esta simulación fue modelar galaxias tan pequeñas como una décima parte de la Vía Láctea, en un volumen tan grande como nuestro universo observable. Este fue el requisito establecido por la misión europea Euclides, cuyo objetivo principal es explorar el lado oscuro del universo. De hecho, alrededor del 95 por ciento del universo es oscuro. El cosmos consiste en el 23 por ciento de la materia oscura y el 72 por ciento de la energía oscura. “La naturaleza de la energía oscura sigue siendo uno de los principales rompecabezas sin resolver en la ciencia moderna”, dice en un comunicado Romain Teyssier, profesor de para astrofísica computacional en la UZH. Un rompecabezas que sólo se puede romper a través de la observación indirecta: Cuando el satélite Euclides capture la luz de miles de millones de galaxias en grandes áreas del cielo, los astrónomos medirán distorsiones muy sutiles que surgen de la desviación de luz de estas galaxias de fondo por una distribución invisible en primer plano de masa-materia oscura. “Eso es comparable a la distorsión de la luz por un cristal algo desigual”, dice Joachim Stadel del Instituto de Ciencias Computacionales de la UZH. Este nuevo catálogo de galaxias virtuales ayudará a optimizar la estrategia de observación del experimento de Euclides y minimizar las diversas fuentes de error antes de que el satélite emprenda su misión de recolección de datos de seis años en 2020. “Euclides realizará un mapa tomográfico de nuestro universo, remontándose en el tiempo a más de 10.000 millones de años de evolución en el cosmos “, dice Stadel. A partir de los datos de Euclides, los investigadores obtendrán nueva información sobre la naturaleza de esta misteriosa energía oscura, pero también esperan descubrir nuevas físicas más allá del modelo estándar, como una versión modificada de la relatividad general o un nuevo tipo de partícula.

Lo hacían los egipcios, los persas, algunas culturas andinas y muchas otras sociedades alrededor del mundo. Pero también, eficazmente y de una manera mucho menos laboriosa, lo hace la naturaleza. Hablamos de la momificación, un proceso por el cual los tejidos blandos del cuerpo se conservan aún después de la muerte. Cuando nuestro corazón deja de latir, se inicia un proceso de descomposición del cuerpo que hace que finalmente sólo queden los huesos. Sin embargo, y con más frecuencia de lo que nos imaginamos, en algunas ocasiones se produce lo que se conoce como momificación natural o espontánea. Tan común es este fenómeno, que incluso está considerado en la legislación italiana, le dice a BBC Mundo, Darío Piombino-Mascali, un antropólogo de ese país que actualmente investiga los secretos médicos que guardan los cuerpos momificados en una cripta en Lituania. “La ley italiana, por ejemplo, establece que cuando se exhuma un cuerpo en un cementerio y se descubre que no se ha mineralizado, hay que volver a enterrarlo con sustancias químicas para que sólo queden los huesos”, explica Piombino-Mascali. Pero, aunque es común, sólo se produce en circunstancias muy particulares. “Ambiente extremo” El contexto en cada caso puede ser diferente, pero se necesita en principio un ambiente extremo: muy cálido, muy seco o muy frío. Tras la muerte, nuestras células comienzan a romperse y a liberar toda clase de sustancias -incluidas enzimas- que crean un ambiente ideal para las bacterias y los hongos, que se incorporan a esta mezcla y comienzan a descomponer el cuerpo. En la mayoría de los casos, las enzimas necesitan un ambiente acuoso para trabajar. Pero si la temperatura es demasiado alta, el cuerpo se deshidrata antes de que puedan entrar en acción las enzimas, y esto da lugar a la momificación. “Cuando la temperatura es muy baja también puede suceder porque el frío inhibe la actividad de las bacterias”, dice Piombino-Mascali. Sobre todo, si el cuerpo permanece cubierto de hielo o nieve. Uno de los ejemplos más conocidos es del cuerpo momificado de Oetzi, el hombre de hielo que vivió hace 5.300 años en los Alpes suizos, considerado como el caso forense más viejo de la historia. “Bajo la iglesia” Las criptas, como las que se encuentran bajo los suelos de muchas iglesias europeas, son lugares típicos donde se produce la momificación, porque la temperatura es baja, tienen buena ventilación, y el edificio que tienen por encima las protege del agua. Y es que la humedad, señala el antropólogo, “es la enemiga número uno de las momias” No obstante, los pantanos (húmedos por naturaleza), son otro entorno natural que favorece la momificación. Esto se debe a que son generalmente ambientes fríos, ácidos y anaeróbicos. Además, muchos contienen un musgo (Sphagnum, o musgo de turbera) que crea cambios químicos que frenan la actividad microbiana, y por ende ayudan en la preservación de los tejidos. Otro factor que influye es la composición del suelo: la arena, por ejemplo, absorbe los fluidos, mientras que la presencia de metales pesados en el suelo puede retardar la acción de las enzimas. El material del féretro repercute (el pino puede tener propiedades que ayudan a la preservación) así como también los textiles que recubren el cuerpo y absorben los líquidos. Por último, también depende de las características corporales de cada individuo. Es más difícil que ocurra si el muerto tiene más grasa corporal. Y, aunque se han hallado muchas momias de niños, el proceso “es más difícil, en comparación con los hombres, ya que contienen más agua”.

El primer interruptor que enciende y apaga un misterioso comportamiento cuántico, podría conducir a nuevos dispositivos electrónicos conformes a esta teoría de la Física. Cuando una bailarina hace piruetas girando una vuelta completa, parece igual que cuando empezó, pero para los electrones y otras partículas subatómicas que siguen las reglas de la teoría cuántica, eso no es necesariamente así. Cuando un electrón se mueve alrededor de un camino cerrado, terminando donde comenzó, su estado físico puede o no ser el mismo que cuando se fue. Para estudiar esta propiedad cuántica, el físico y miembro del NIST (National Institute of Standards and Technology) Joseph A. Stroscio y sus colegas estudiaron electrones acorralados en órbitas especiales dentro de una región de grafeno de tamaño nanométrico, una capa ultrafuerte de una sola capa de átomos de carbono apretados. Los electrones acorralados orbitan el centro de la muestra del grafeno mientras que los electrones orbitan el centro de un átomo. Los electrones en órbita normalmente conservan las mismas propiedades físicas exactas después de recorrer un circuito completo en el grafeno, pero cuando un campo magnético aplicado alcanza un valor crítico, actúa como un interruptor, alterando la forma de las órbitas y haciendo que los electrones posean diferentes propiedades físicas después de completar un circuito completo, según informan los investigadores en un artículo que se publica en ‘Science’. El nuevo interruptor cuántico se basa en una propiedad geométrica llamada la fase de Berry, nombrada así por el físico inglés Sir Michael Berry, que desarrolló la teoría de este fenómeno cuántico en 1983. La fase de Berry se asocia con la función de onda de una partícula, que en la teoría cuántica describe el estado físico de una partícula. La función de onda –similar a una ola oceánica– tiene una amplitud (la altura de la ola) y una fase –la localización de un pico o valle con respecto al inicio del ciclo de onda–. Cuando un electrón hace un circuito completo alrededor de un bucle cerrado para volver a su ubicación inicial, la fase de su función de onda puede cambiar en lugar de volver a su valor original. Este cambio de fase, la fase de Berry, es una especie de memoria del viaje de un sistema cuántico y no depende del tiempo, sino sólo de la geometría del sistema: la forma del camino. Además, el cambio tiene consecuencias observables en una amplia gama de sistemas cuánticos. Un repentino aumento de energía para los electrones Aunque la fase de Berry es un fenómeno puramente cuántico, tiene un análogo en sistemas no cuánticos. Considerando el movimiento de un péndulo de Foucault, que se utilizó para demostrar la rotación de la Tierra en el siglo XIX; el péndulo suspendido simplemente oscila y retrocede en el mismo plano vertical, pero parece girar lentamente durante cada oscilación –una especie de cambio de fase– debido a la rotación de la Tierra debajo de ella. Desde mediados de los años 80, los experimentos han demostrado que varios tipos de sistemas cuánticos tienen una fase de Berry asociada con ellos. Pero hasta el estudio actual, nadie había construido un interruptor que pudiera activar y desactivar la fase de Berry a voluntad. El cambio desarrollado por el equipo, controlado por un pequeño cambio en un campo magnético aplicado, da a los electrones un repentino y gran aumento de energía. Varios miembros del actual equipo de investigación, del el Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, desarrollaron la teoría para el interruptor de fase de Berry. Para estudiar la fase de Berry y crear el interruptor, el miembro del equipo de NIST Fereshte Ghahari construyó un dispositivo de grafeno de alta calidad para estudiar los niveles de energía y la fase de Berry de los electrones acorralados dentro del grafeno. Primero, el equipo confinó los electrones para ocupar ciertas órbitas y niveles de energía. Para mantener los electrones encerrados, el miembro del equipo Daniel Walkup creó una versión cuántica de una cerca eléctrica mediante el uso de impurezas ionizadas en la capa aislante debajo del grafeno. Esto permitió un microscopio de exploración de túnel en NIST’s nanotechnology user facility, el Centro de Nanoescala Ciencia y Tecnología, para investigar los niveles de energía cuántica y Berry fase de los electrones confinados. A continuación, el equipo aplicó un campo magnético débil dirigido hacia la lámina de grafeno. Para los electrones moviéndose en el sentido de las agujas del reloj, el campo magnético creó órbitas más y más compactas; pero para los electrones moviéndose en órbitas en sentido contrario a las agujas del reloj, el campo magnético tuvo el efecto opuesto, tirando de los electrones hacia órbitas más amplias. En una intensidad de campo magnético crítico, el campo actuó como un interruptor de la fase de Berry. Giró las órbitas de los electrones en sentido contrario a las agujas del reloj, haciendo que las partículas cargadas ejecutaran piruetas en el sentido de las agujas del reloj cerca del límite de la cerca eléctrica. Normalmente, estas piruetas tendrían poca consecuencia. Sin embargo, el miembro del equipo Christopher Gutiérrez dice en un comunicado que “los electrones en el grafeno poseen una fase especial de Berry, que se enciende cuando se activan las piruetas inducidas magnéticamente”. Cuando la fase de Berry se enciende, los electrones orbitantes saltan abruptamente a un nivel de energía más alto. El interruptor cuántico proporciona una rica caja de herramientas científicas que ayudarán a los investigadores a explotar ideas para nuevos dispositivos cuánticos, que no tienen ningún análogo en los sistemas de semiconductores convencionales, según concluye Stroscio.

Nuestro Sol tuvo un hermano gemelo malvado, una estrella oscura y más pequeña que, si nos atenemos a la hipótesis de un equipo de astrónomos, es la responsable de varias extinciones masivas. Esa estrella se llama Némesis, y otro grupo de investigadores ha hallado datos que apoyan su existencia. Vaya por delante que no existen pruebas fehacientes de la existencia de esta segunda estrella. Su nombre, que hace honor a la diosa griega de la retribución y la venganza, comenzó a sonar en 1984, cuando los astrofísicos de Princeton y Berkeley R. A. Muller, Piet Hut y Marc Davis publicaron la denominada Hipótesis Némesis. La hipótesis Némesis Según esta conjetura publicada en Nature, el Sol forma parte de un sistema binario. La otra estrella de este sistema es una enana marrón de un tamaño apenas unas pocas veces mayor que el de Júpiter. Sol y Némesis se separaron al poco de formarse, y la hermana menor terminó catapultada fuera del Sistema Solar, a una órbita aún ligada a nuestro Sol, pero miles de veces más lejana que la de Plutón. Según los defensores de esta teoría, Némesis orbita a una distancia de entre uno y tres años luz del Sol y es tan pequeña y oscura que no hemos podido encontrarla mediante observación directa. La cuestión es que Muller, Hut y Davis no se sacaron una segunda estrella de la manga porque sí. Lo hicieron para tratar de explicar un hecho intrigante: la periodicidad de algunas extinciones masivas aquí, en la Tierra. El registro fósil y los estratos geológicos de nuestro planeta sugieren que cada 27 millones de años, la Tierra sufre un bombardeo particularmente intenso de meteoritos y cometas de gran tamaño. Los partidarios de la Hipótesis Némesis explican que ese bombardeo lo causa la segunda estrella hermana de nuestro Sol al acercarse a su perihelio (el punto más cercano al sol en una órbita elípitica), momento en el que su campo gravitatorio perturba las trayectorias de los miles de millones de cometas que forman la nube de Oort. Los objetos de esa nube más allá de Plutón salen despedidos hacia el interior del Sistema Solar y muchos impactan en la Tierra y el el resto de planetas. Némesis no existe, pero probablemente existió Hasta aquí todo bien, pero el problema es que la Hipótesis Némesis se sustenta sobre algunos datos que no encajan bien. El principal es precisamente su periodicidad. Si el Sistema Solar fuera realmente un sistema binario con una segunda estrella tan separada de la principal, la trayectoria de esa segunda estrella no debería tener una periodicidad exacta por la influencia de otras estrellas de la galaxia con la que nos hemos cruzado. Recordemos que el Sol no está quieto, sino que se desplaza, como el resto de estrellas en los brazos de la vía Láctea. En otras palabras, la mayor parte de la comunidad científica internacional rechaza la hipótesis y solo los astrólogos más fantasiosos y los amigos de las teorías apocalípticas la abrazan. Según el cómputo quedan alrededor de 16 millones de años hasta la próxima visita de Némesis, así que podemos debatir sobre ello hasta cansarnos. La cuestión es que Nemesis no es una estrella asesina que visita la Tierra periódicamente, pero es muy probable que haya existido, solo que la perdimos hace miles de millones de años. Un nuevo estudio de la Universidad de Berkeley ha constatado que los sistemas estelares binarios son mucho más frecuentes de lo que pensamos. El problema es que el 60% de ellos no llega a madurar con esta configuración. En otras palabras, es frecuente que hasta la mitad de las estrellas nazcan en parejas o tríos, pero pocas llegan a la madurez formando sistemas múltiples. La mayor parte de las veces, las estrellas menores salen despedidas y se pierden o forman sus propios sistemas. La estadística, apoyada en la observación de 55 estrellas de sistemas binarios y 45 estrellas únicas, sugiere que es muy probable que el Sol naciera como parte de un sistema binario. Por suerte o por desgracia, esa segunda estrella se perdió mucho antes de que nosotros llegáramos al Sistema Solar a hacer preguntas incómodas al Sol sobre sus familiares.