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CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

Archivo de la categoría ‘Física’

William R. Hamilton: el niño prodigio que emuló a Arquímedes

Por Sergio Barbero (CSIC) *

No es usual que un adolescente de 17 años se sienta interpelado a ocupar un lugar destacado en la historia de la ciencia. Y menos aún que semejante sentimiento acabe convirtiéndose en realidad, haciendo veraz el viejo aforismo de que sólo quien persigue con ahínco sus sueños es capaz de alcanzarlos. Esta es la historia de William Rowan Hamilton (1805-1865).

Retrato de Hamilton. Imagen de dominio público.

Hamilton fue educado por su tío James, un erudito en lenguas clásicas graduado en el Trinity College de Dublín. No es de extrañar, pues, que la educación del joven William tuviese un especial énfasis en el aprendizaje de idiomas. A muy temprana edad quedó patente la increíble capacidad de William: a los diez años –según su padre Archibald– conocía y hablaba, en mayor o menor grado, hebreo, persa, árabe, sánscrito, caldeo, siriaco, indostano, malayo, bengalí, griego, latín y varias lenguas europeas modernas. Dado el don de su hijo, Archibald aspiraba a que en el futuro William hiciese carrera con la prestigiosa Compañía Británica de las Indias Orientales. Sin embargo, la aritmética se interpuso a los deseos del padre. William descubrió que estaba dotado no sólo para aprender lenguas sino también para los cálculos aritméticos.

Su tío empezó a preparar a William para su entrada en el Trinity College. Allí, a pesar de las reticencias de James, Hamilton comenzó a estudiar distintas ramas de las matemáticas y mostró un interés especial por la aplicación de la geometría al estudio de la propagación de la luz. Desde tiempos de Euclides se había utilizado un modelo geométrico de la luz que postulaba que ésta se propagaba como una familia de líneas rectas, denominadas rayos de luz.

Hamilton no se limitaba a estudiar lo que se conocía sobre la geometría de la luz sino que, a pesar de su juventud (17 años), aspiraba a crear algo nuevo. Era plenamente consciente de su valía intelectual y prefería las ciencias naturales a los estudios humanísticos, porque, según escribió: “¿Quién no preferiría tener más la fama de Arquímedes que la de su conquistador Marcelo, o la de cualquier erudito de los clásicos, cuya máxima ambición fuese estar familiarizados con los pensamientos de otros hombres? […] Las mentes poderosas de todos los tiempos se han unido para encumbrar el vasto y hermoso templo de la Ciencia, inscribiendo sus nombres en caracteres imperecederos; pero el edificio no está finalizado: no es aún demasiado tarde para añadir un nuevo pilar u ornamento. No he llegado apenas a los pies de este templo, pero aspiro, un día, a alcanzar su cima.” Tal postura no implicaba que Hamilton despreciase las humanidades. De hecho siempre amó la poesía, a la que veía como fruto del mismo espíritu creativo del que emana la ciencia.

Sus estudios sobre óptica fructificaron. En 1823 escribía a su primo: “En óptica he hecho un descubrimiento muy curioso”. Tan sólo un año después, Hamilton mandaba su primer artículo científico –titulado ‘Sobre las cáusticas’– a la Royal Irish Academy.  Durante los siguientes años Hamilton establecería una teoría completamente original sobre la óptica geométrica basada en un nuevo principio determinante que  descubrió y denominó “Principio de acción constante”. Se sabía que una familia de rayos de luz siempre tiene asociada una superficie ortogonal a todos ellos que se denomina frente de onda. Étienne-Louis Malus (1775-1812) demostró que una familia de rayos con un frente de onda asociado seguía manteniéndolo a pesar de que esos rayos sufriesen una reflexión en un espejo o un cambio de medio (lo que se llama refracción). Pues bien, el principio de acción constante de Hamilton establecía que esa misma familia de rayos, al propagarse por un sistema de lentes o espejos, cumple la propiedad de que todos los rayos llegan a la superficie del frente de onda al mismo tiempo. La figura 2 muestra un esquema ilustrativo de este principio. La familia de rayos asociada al frente de onda W al refractarse en la superficie R se transforma en una nueva familia de rayos con el frente de onda W’. El principio que descubrió Hamilton establece que los rayos A, B, C de W llegan a los puntos A’, B’, C’ pertenecientes a W’ invirtiendo para ello el mismo tiempo. Esto tiene unas implicaciones muy profundas y prácticas en el ámbito de la óptica geométrica y por ende en el diseño de sistemas ópticos, como cámaras, telescopios, etc.

Esquema explicativo del Principio de acción constante.

Además, Hamilton se dio cuenta de que el formalismo que había creado para la óptica geométrica era válido para reformular la mecánica newtoniana. Así lo expuso en el que se convertiría en su más importante artículo científico: ‘Sobre un método general de la dinámica’ (1834). Allí definía una función, el denominado concepto Hamiltoniano, que describía por completo la evolución de un sistema mecánico. Paradójicamente, a pesar de que Hamilton ideó su teoría matemática para describir la mecánica clásica, su formulación alcanzaría su clímax precisamente con la crisis de esta misma mecánica clásica y la aparición de la mecánica cuántica, para la cual estaba especialmente adaptada. Tal fue así que Erwin Schrödinger (1887-1961), creador de la mecánica cuántica ondulatoria, diría de él: “El Principio Hamiltoniano se ha convertido en la piedra angular de la física moderna […] Su famosa analogía entre la mecánica y la óptica prácticamente anticipó la mecánica ondulatoria, que no tuvo que añadir mucho a sus ideas sino simplemente tomarlas en serio. Por lo tanto Hamilton es uno de los más grandes hombres de ciencia que el mundo ha creado”.

Hamilton consiguió su sueño: labrar para siempre su nombre en el templo sagrado de la ciencia. El Hamiltoniano es hoy en día, como afirmó Schrödinger, uno de los conceptos cruciales de la física moderna.

 

*Sergio Barbero Briones es investigador del CSIC en el Instituto de Óptica (CSIC).

 

¿Quieres una dosis de humor científico? ‘Ciencia en Navidad’ te espera este 22 de diciembre

Por Mar Gulis (CSIC)

Se abre el telón. Dos científicos comienzan una disertación acerca de si es posible la vida extraterrestre. Pero nada es lo que parece… Así comienza la cuarta edición de ‘Ciencia en Navidad’, un evento con el que el CSIC quiere celebrar estas fiestas apostando por el lado más lúdico de la ciencia.

Bajo el título ‘2017: una odisea llegar hasta aquí’, humor, espectáculo y astrobiología convergerán en una representación que tendrá lugar el próximo 22 de diciembre en la sede central del CSIC (C/ Serrano, 117), a las 18.00 horas. Sobre las tablas, el biólogo molecular Óscar Huertas, junto al ingeniero electrónico Miguel Abril, el astrofísico Manuel González y el investigador y divulgador Emilio García, los tres últimos del Instituto de Astrofísica de Andalucía del Consejo, protagonizarán desternillantes diálogos sobre el origen de la vida en el universo. Durante la representación, los asistentes incluso recibirán la visita de dos extraterrestres enviados a la Tierra con la misión de exterminar a la especie humana.

 

Con ‘2017: una odisea llegar hasta aquí’, que se dirige a un público mayor de 8 años, el CSIC se propone ofrecer una actividad de divulgación para toda la familia durante el periodo navideño. Y una vez más, la clave de ‘Ciencia en Navidad’ está en la utilización de formatos alternativos para acercar a la sociedad temas complejos. Esta vez, el reto es seducir a personas de diferentes edades y perfiles con contenidos relacionados con la astrobiología.

“La ciencia está haciendo cosas para averiguar si existe vida extraterrestre inteligente. No os podéis perder esta charla, ¡puede cambiar vuestras vidas!”, dicen los artífices de la propuesta. La entrada es libre y gratuita hasta completar aforo, así que ya tenéis plan para este viernes.

¿Te inspiran la fotografía y la ciencia? Participa en #FOTCIENCIA

Por Mar Gulis (CSIC)

¿Te gusta la fotografía? ¿La ciencia y la tecnología disparan tu creatividad? Pues estamos esperando tus propuestas. FOTCIENCIA es una iniciativa que celebra su 15ª edición y que seleccionará las mejores imágenes de ciencia del año para conformar un catálogo y una exposición itinerante. La muestra resultante recorrerá una veintena de museos y centros culturales de España en 2018. Las fotografías pueden presentarse hasta el próximo 14 de diciembre de 2017 a las 14:00 horas.

Las imágenes deben estar relacionadas con la investigación científica o sus aplicaciones, y pueden reflejar aspectos como el objeto de estudio de la investigación, las personas que la realizan, su instrumentación e instalaciones, los resultados del avance científico, etc. Para participar es necesario presentar las fotografías en formato digital a través de un formulario disponible en la página web www.fotciencia.es, junto con un texto que permita interpretarlas. El jurado valorará tanto la imagen –su calidad técnica, originalidad y valor estético– como la claridad de la explicación aportada por el autor o autora.

En esta iniciativa puede participar cualquier persona mayor de edad que presente fotografías propias que no hayan sido seleccionadas en procesos similares. Pero también hay una modalidad, ‘La ciencia en el aula’, dirigida al alumnado de centros educativos y de formación profesional, que pueden participar a través de sus profesores y profesoras.

 

Vídeo con las imágenes seleccionadas en la pasada edición de FOTCIENCIA (2016).

 

Las propuestas se pueden presentar a una de las siguientes modalidades:

  • Micro, cuando la dimensión real del objeto fotografiado sea menor o igual a 1 milímetro o la imagen haya sido obtenida mediante un instrumento de micrografía (óptica o electrónica) o técnicas de difracción.
  • General, cuando la dimensión real del objeto fotografiado sea mayor de 1 milímetro.

Además, los autores y autoras también pueden adscribir su imagen a otras modalidades específicas, como ‘Agricultura sostenible’ ‘Alimentación y nutrición’, que cuentan con el apoyo de dos centros del CSIC: el Instituto de Agricultura Sostenible (IAS) y el Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA).

Las dos mejores imágenes de la categoría General y las dos mejores imágenes de la categoría Micro, según los criterios mencionados anteriormente, serán remuneradas con una cantidad de 1.500€ cada una. En las demás modalidades, se seleccionará una foto que recibirá 600€.

La organización hará una selección adicional de fotografías para incluirlas en el catálogo y en la exposición itinerante, que se prestará gratuitamente a las entidades que la soliciten. Todas las fotos presentadas pasarán a formar parte de la galería de imágenes de la web de FOTCIENCIA.

FOTCIENCIA es una iniciativa organizada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT), con la colaboración de la Fundación Jesús Serra.

Toda la información y normas de participación están disponibles en www.fotciencia.es

 

Semana de la Ciencia del CSIC: viajar al pasado, hacer catas científicas y más

Por Mar Gulis (CSIC)

Viajar al pasado a través de los restos orgánicos de un yacimiento navarro (Instituto de Ciencias de la Vid y el Vino), aprender sobre los caballitos de mar (Instituto de Investigaciones Marinas) o realizar catas catas de queso para conocer sus propiedades nutricionales (Instituto de Productos Lácteos de Asturias) son tres de las 331 actividades con las que el CSIC abre este año la Semana de la Ciencia. A través de los más de 81 centros de investigación participantes, esta iniciativa, organizada con apoyo de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT), ofrecerá propuestas para todos los públicos en torno a diversas áreas del conocimiento.

Muchas de las actividades de la Semana de la Ciencia del CSIC han sido diseñadas para que el público asuma un papel activo e interactúe con el personal investigador.

Las actividades, gratuitas y dirigidas al público general, se presentan en formatos clásicos, como exposiciones, rutas científicas o conferencias, y en otros más novedosos, como degustaciones, cafés científicos, concursos o los innumerables talleres diseñados para que el público interactúe con la ciencia. Así, ‘Convierte tu móvil en un microscopio’, organizada por el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla, el taller ‘Experimenta con partículas’, del Centro Nacional de Aceleradores, o ‘Iluminación estroboscópica’, una iniciativa del Laboratorio de Investigación en Fluidodinámica y Tecnologías de la Combustión, reflejan la vertiente práctica de la Semana de la Ciencia.

En esta edición, el CSIC estrena ‘Ciencia de Tomo y Lomo’, una aventura conjunta entre investigación y librerías en Madrid. Además, el consejo también ha incorporado la ciencia ciudadana a su programación, a través de iniciativas como ‘Plásticos 0 en la playa’, un taller del Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados. El objetivo en este caso es que la propia sociedad recabe datos valiosos para evaluar los efectos de los residuos marinos sobre los ecosistemas costeros.

El pasado 2 de noviembre arrancó la cita anual con la divulgación científica en muchas comunidades autónomas. En la mayoría de ellas, la Semana de la Ciencia se prolongará hasta finales de mes. ¡Consulta la programación y participa!

Matrix acústico: una habitación donde el sonido nunca vuelve

Mar Gulis (CSIC)

Quizá recordéis la mítica escena de Matrix (1999) en la que Morfeo (Laurence Fishburne) y Neo (Keanu Reeves) aparecen en una habitación en blanco, que resulta ser un programa en el que pueden simular la realidad. “¿Esto no es real?”, pregunta Neo tocando un sillón. “¿Qué es real? ¿Cómo defines real?… Si hablas de lo que puedes sentir, de lo que puedes oler, probar y ver… lo real son impulsos eléctricos que tu cerebro interpreta”, le contesta el Guía al Elegido. Bien, en esta ocasión vamos a hablar de lo que puedes oír y de una habitación como la de Matrix, pero ubicada en el Instituto de Tecnologías Físicas y de la Información Leonardo Torres Quevedo (ITEFI) del CSIC, en Madrid.

Al cruzar la puerta, una tiene la impresión de entrar en un espacio muy peculiar. La sensación acústica es “la de estar colgado de un globo a 1.000 metros de altura”, explica el físico del CSIC del Grupo de Acústica Ambiental Francisco Simón. Y es así, todo sonido emitido en esta habitación nunca vuelve, queda absorbido por unas paredes, suelo y techo de grandes cuñas de lana de vidrio.

Cámara anecoica del Instituto Leonardo Torres Quevedo / CSIC Divulga.

Esta cámara anecoica (sin eco ni reverberación) de 220 metros cúbicos sirve para crear campos acústicos virtuales que, como en la habitación de Matrix, simulen una realidad sonora. Esto es muy útil para el diseño de salas de música, dado que pueden reproducir cómo sonaría un violín, por ejemplo, en un espacio antes de construir el recinto, para simuladores de juego, que intentan que te des la vuelta con el sonido de un libro que se cae detrás de ti, para el cine… Los primeros en usar este tipo de tecnología fueron los militares con simuladores de vuelo y la industria del automóvil, que tiene muy en cuenta cuál es el sonido que quiere que emitan sus vehículos.

Cuando se construyeron estas cámaras, en los ’70, esta instalación era absolutamente pionera. Ahora empresas como Google, Microsoft o Telefónica tienen sus cámaras anecoicas. En ellas, las compañías prueban las características acústicas de sus dispositivos, como la potencia o cantidad del sonido que emite cualquiera de sus aparatos, y la directividad, es decir, en qué dirección lo hacen.

Y aquí, ¿podríamos escuchar el silencio total? “Tendríamos que congelarnos del todo para hacerlo”, bromea Simón. “Aquí está nuestro cuerpo, escuchamos el aire salir y entrar de los pulmones, nuestras tripas; si nos calláramos, escucharíamos nuestro corazón”, concreta.

Cámara reverberante del Instituto Leonardo Torres Quevedo / CSIC Divulga.

Cerca de esta cámara encontramos su opuesta: la habitación reverberante, un espacio en el que se busca que el sonido se expanda por todo el espacio y reverbere en todas direcciones. Para ello, hay colgados unos grandes paneles de metacrilato que producen el máximo número posible de reflexiones del sonido. Este espacio de 210 metros cúbicos se usa para sumergir en él materiales de construcción y caracterizarlos. Así, cuando un sonido llega a un material para edificación podemos ver si “rebota”, entra dentro y se disipa o lo traspasa y llega al otro lado. Por eso, aquí se realizan mediciones de absorción acústica de materiales y objetos de mobiliario.

En esta sala, solo escuchamos reverberación, no eco. La diferencia entre el eco y la reverberación es cuestión solo de tiempo: si el sonido tarda en volver menos de 50 milisegundos, lo percibimos como un sonido continuado, si tarda más, escuchamos dos sonidos; se produce el eco.

De hecho, ya en los años 60 y 70 se realizaron en este centro muchos estudios sobre aislamiento en la edificación: aislamiento al ruido aéreo de puertas, ventanas, barreras acústicas, suelos, techo, etc. No se trata de una cuestión baladí: una diferencia de 3 decibelios supone el doble de energía en el sonido que estábamos escuchando.

Por cierto, este mismo mes de octubre se cumplen diez años de la publicación de las condiciones acústicas exigidas en el Código Técnico de Edificación con las que se endurecieron las prestaciones acústicas que deben satisfacer los edificios, ofreciendo a constructores, administración y usuarios herramientas para que las viviendas que se construyen hoy día planteen menos problemas a sus habitantes y proporcionen un nivel de confort adecuado.

 

Ciencia en el Barrio: un proyecto para la igualdad de oportunidades

Por Mar Gulis (CSIC)

Según la última encuesta de Percepción social de la ciencia de la FECYT, cerca de un 5% de ciudadanas y ciudadanos participan en actividades de divulgación científica durante la Semana de la Ciencia y la Tecnología y hasta un 16% visita al menos una vez al año algún museo de ciencia. La mayoría de las participantes son personas que ya tienen un interés previo, muchas de ellas incluso son asiduas y otras constituyen lo que se conoce como público cautivo: alumnas y alumnos que asisten a actividades organizadas por sus centros escolares durante la jornada escolar. Incluso en estos casos, este público cautivo pertenece a institutos de secundaria habituales en las actividades que inundan cada año nuestras ciudades. La dificultad está en llegar a aquellas personas que no solo no acuden sino que ni siquiera conocen estas iniciativas.

‘Ciencia en el Barrio. Divulgación científica para el desarrollo social y la igualdad de oportunidades’ es un proyecto que busca cubrir esta laguna y facilitar el acceso a las actividades de divulgación científica a segmentos de la población que por sus características socioeconómicas hasta ahora no participaban de ellas. La iniciativa, puesta en marcha por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y que cuenta con el apoyo económico de la FECYT, se está desarrollando en cinco distritos de Madrid: Puente de Vallecas, Hortaleza, Carabanchel, Villaverde y San Blas. En ellos, a través de la colaboración de seis Institutos de Educación Secundaria de la red pública, el CSIC ha organizado cerca de medio centenar de actividades sobre temas de actualidad científica con diferentes formatos: talleres experimentales, conferencias, clubes de lectura, exposiciones y visitas guiadas a centros de investigación punteros. En su fase piloto han participado más de un millar de estudiantes de 4º de la ESO, nivel en el que el alumnado aún no ha tenido que elegir de forma definitiva el itinerario docente con la clásica separación de letras y ciencias. El resto de alumnas y alumnos del centro, así como las comunidades educativa y vecinal, también pueden participar en algunas de las actividades.

Ciencia en el Barrio

Durante un año, las chicas y los chicos han tenido la oportunidad de hablar de tú a tú con el personal investigador y técnico del CSIC; desmontar mitos y estereotipos sobre la ciencia; hacer preguntas y experimentar con todos sus sentidos. Catas de chocolate, talleres de cocina macromolecular, charlas sobre las aplicaciones de la luz o sobre cómo se forman las ideas, son algunas de las actividades en las que han participado. También han dialogado con los autores en clubes de lectura sobre libros de temas tan diversos como los neandertales, los robots o la vida de Alan Turing.

Y han sabido aprovechar la oportunidad. Han preguntado y debatido hasta dejar pasar el tiempo del recreo y alargar las horas programadas inicialmente para las actividades.

En la nueva etapa del proyecto, que comenzará este próximo abril, el CSIC aumentará el número de institutos y estudiantes implicados y fomentará la participación de las vecinas y vecinos de los distritos. Una de las principales novedades será la organización de una feria de divulgación científica en la que un grupo de chicas y chicos explicarán a otros estudiantes, familiares y vecinos los experimentos desarrollados en sus aulas con la tutela del CSIC.  Esperemos que sea la primera de muchas ferias.

 

FOTCIENCIA14: estas son las mejores imágenes de 2016

Por Mar Gulis (CSIC)

Un chorro de agua que cambia su trayectoria y curvatura al entrar en contacto con un dedo, resina fosilizada de conífera, una imagen microscópica de un medallón del siglo XIV, esferas de carbono que parecen una ciudad futurista… Estos son algunos de los temas abordados en las propuestas que han resultado elegidas en la 14 edición de FOTCIENCIA.

Si quieres verlas, mira este vídeo:

Estas imágenes, junto a otras que se elegirán entre las 666 presentadas, serán incluidas en un catálogo y formarán parte de una exposición que recorrerá diferentes museos y centros de España durante 2017. Dos copias de la muestra itinerante estarán disponibles para su préstamo gratuito.

FOTCIENCIA es una iniciativa de ámbito nacional organizada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT), con la colaboración de la Fundación Jesús Serra. El objetivo es acercar la ciencia a la ciudadanía a través de fotografías que abordan cuestiones científicas desde una visión artística y estética. Cada imagen va acompañada de un comentario escrito por su autor/a en el que explica el interés científico de lo que ilustra.

Toda la información relativa a FOTCIENCIA está disponible en la web www.fotciencia.es

 

Los ‘puzles’ nanométricos que cambiarán tu ordenador

AutorPor Manuel Souto (CSIC)*

Imaginad el popular juego de construcciones de Lego reducido a una escala nanométrica, es decir, a la billonésima parte de un metro. Suponed que sus minúsculas piezas, constituidas individualmente por una molécula orgánica, encajan de un modo determinado para formar así un diminuto rompecabezas. Este nanoscópico puzle exhibiría a su vez unas propiedades físicas (por ejemplo, ópticas, magnéticas o eléctricas) definidas en función de la forma en que interaccionan sus piezas.

Imaginad ahora que podemos moldear y pulir todas estas ‘nanopiezas’ a nuestro antojo para que encajen de una manera prestablecida y que, como consecuencia, seamos capaces de modificar las propiedades físicas de este material. Pues bien, todo ello es posible gracias a la nanociencia molecular.

Gracias a la nanociencia molecular podemos crear rompecabezas de diminutas piezas ‘a la carta’ para emplearlos en nuevas aplicaciones.

Gracias a la nanociencia molecular podemos crear rompecabezas de diminutas piezas ‘a la carta’ para emplearlos en nuevas aplicaciones.

En el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), concretamente en su departamento de Nanociencia Molecular y Materiales Orgánicos (Nanomol), se están investigando nuevos materiales orgánicos que presentan distintas aplicaciones en el área de la electrónica molecular. Una de ellas es su uso como interruptores moleculares que podrían tener aplicación como dispositivos de memoria con más densidad de información. En este caso, el dedo que presiona el interruptor consiste en un estímulo físico externo –como la variación de la temperatura o presión– que es capaz de hacer pasar al dispositivo de un estado apagado (OFF) a uno encendido (ON) de forma reversible. Por ejemplo, simplemente con calentar la solución de uno de estos compuestos orgánicos podremos pasar de un estado magnéticamente apagado a uno encendido y, al mismo tiempo, observar a simple vista un cambio de color de violeta a marrón que indique visualmente el estado encendido. Al enfriar de nuevo la solución, el sistema volverá al estado apagado.

Estos compuestos orgánicos pueden emplearse también como materiales conductores de electricidad si logramos que las moléculas interaccionen de una forma adecuada. Además presentan numerosas ventajas –una mayor versatilidad, ligereza y menor coste de manufactura– respecto a los materiales tradicionales empleados en la fabricación de dispositivos electrónicos, como el silicio. En un trabajo reciente, en el ICMAB hemos diseñado y sintetizado una de estas ‘nanopiezas’ (moléculas) orgánicas que encajan una con otra de un modo determinado consiguiendo que el puzle obtenido conduzca electricidad. En este caso, el material puede pasar de aislante a conductor simplemente con la variación de la presión, ya que de esta forma alteramos la distancia y la forma en la que interaccionan las piezas.

En resumen, gracias a la nanociencia molecular podemos diseñar y crear diminutas piezas ‘a la carta’ para obtener rompecabezas que presenten unas propiedades físicas determinadas y, de esta forma, emplearlos en nuevas aplicaciones, como dispositivos electrónicos y memorias con una mayor densidad de información.

 

* Manuel Souto Salom (@SoutoManel) es investigador posdoctoral en el ICMAB-CSIC y colaborador del blog ‘Reaccionando. Una bitácora para una generación no tan perdida’, El Periódico de Catalunya y El Huffington Post. También es autor del ensayo Sí es país para jóvenes, en el que se aborda la actualidad desde una perspectiva crítica y se proponen alternativas dirigidas a concienciar sobre la necesidad de un cambio fundamentalmente ético.

Del globo aerostático al LHC: a la caza de las partículas elementales

Por Teresa Rodrigo (UC-CSIC)*

La física de partículas se centra en el estudio de lo muy pequeño. Pero resulta que cuanto más pequeños son los objetos que se quieren estudiar, más grandes y complejos son los instrumentos que debemos utilizar para verlos. Es el caso de los actuales aceleradores y detectores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), situado en el laboratorio europeo de Ginebra, el CERN. Pero antes de que existieran estos sofisticados artilugios, la comunidad científica recurrió a otro tipo de herramientas. De hecho, los globos aerostáticos fueron los primeros instrumentos científicos utilizados para la detección de partículas de altas energías.

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Globo aerostático de aire caliente. / Kropsoq.

La invención del globo aerostático no solo sirvió como una atracción y un medio de transporte, sino que posibilitó el inicio de toda una nueva rama del conocimiento científico.

En 1912, cien años después de las primeras experiencias en globo, Victor Hess se subió a uno de estos aparatos provisto de primitivos instrumentos de medida de radiación. Hess se elevó hasta una altitud de 5.300 metros y encontró que la tasa de radiación observada se multiplicaba con la altura. Concluyó que “la mejor explicación al resultado de estas observaciones es la suposición de que una radiación de mucha energía entra en nuestra atmósfera desde arriba”. Acababa de descubrir la existencia de los rayos cósmicos, hallazgo por el que recibiría el Premio Nobel en 1936.

Estas partículas de alta energía, principalmente protones, colisionan con los átomos de la atmósfera y producen toda una cascada de nuevas partículas capaces de atravesar la superficie terrestre.

El descubrimiento de los rayos cósmicos abrió una nueva ventana al estudio de la materia y permitió, entre otras cosas, el hallazgo en 1932 de la primera partícula de antimateria: el positrón, seguida de muchas más partículas desconocidas hasta entonces.

Hasta la llegada de los aceleradores de partículas en los años 50 del siglo XX, los rayos cósmicos constituyeron la mejor herramienta para el estudio de la materia y sus interacciones. Los aceleradores nos permiten acelerar y colisionar partículas y así reproducir en el laboratorio de forma controlada los fenómenos que ocurren en la naturaleza. Además, podemos recrear las condiciones en que se encontraba el universo en sus primeros instantes tras el Big Bang y estudiar su evolución hasta nuestros días.

En los últimos 60 años se ha conseguido elaborar una teoría cuántico-relativista, perfectamente confirmada por los experimentos, que explica toda la materia visible en el universo basándose en la existencia de doce partículas y sus correspondientes antipartículas elementales, conocidas como quarks y leptones. Por cierto, la materia visible solo constituye el 5% de la energía total del universo, el resto se compone de lo que llamamos materia y energía oscuras, que hoy es objeto clave de estudio.

CERN

Interior del Gran Colisionador de Hadrones del CERN, en Ginebra. / CERN.

También sabemos cómo estas partículas elementales se relacionan entre sí, es decir, cuáles son las fuerzas que actúan en la naturaleza. Además de la fuerza gravitatoria, existen la fuerza electromagnética, la fuerte y la débil. Con ellas podemos explicar todos los fenómenos observados y todas ellas, salvo la gravedad hasta el momento, pueden explicarse de una forma común, basada en el intercambio de otro tipo de partículas que conocemos como bosones. Un tipo muy especial de bosón es el bosón de Higgs, descubierto en el LHC en 2012. Es el responsable de que la partículas adquieran masa y, por tanto, de que el universo sea tal y como hoy lo vemos.

Las preguntas que nos planteamos las científicas y científicos y que parecen en un principio triviales, como por ejemplo “¿de qué está hecha la materia?”, nos permiten no solo avanzar en el conocimiento más abstracto, sino también desarrollar tecnología punta, que a su vez repercute de manera directa en la mejora de las condiciones de vida cotidianas. Por ejemplo, los aceleradores de partículas se han convertido en un instrumento básico para el diagnóstico y tratamiento médico o la web (www), que fue desarrollada inicialmente para compartir información entre la comunidad científica, y actualmente es un instrumento fundamental de la era de la información.

 

* Teresa Rodrigo es catedrática de Física de la Universidad de Cantabria, miembro del comité científico del CERN y actualmente directora del Instituto de Física de Cantabria (UC-CSIC). Además, es coautora del libro El bosón de Higgs de la colección del CSIC y Catarata ¿Qué sabemos de?

El texto es un extracto de la participación de Rodrigo en el programa Ciencia y Arte en el Museo del Prado, para el programa ‘La Aventura del Saber’ de TVE2, que realizan en colaboración la FECYT y el Museo del Prado. El vídeo se puede ver aquí.

Max Born: la responsabilidad ética de la ciencia

sergio brionesPor Sergio Barbero* (CSIC)

La influencia que la ciencia y la tecnología ejercen sobre nuestras vidas es cada vez más notable. Por ello es fundamental que quienes trabajan en ciencia asuman unos principios éticos. A pesar de esta acuciante necesidad muchas son las carencias de la praxis deontológica en ciencia. De ahí que el testimonio histórico de quienes guiaron su vida por unos criterios éticos sea de inestimable valía en los tiempos actuales.

Max_BornUno de estos testimonios es el de Max Born, al que se le concedió el Premio Nobel de Física por sus investigaciones fundamentales en mecánica cuántica. Durante su dilatada vida (1882-1970), Born tuvo que afrontar dos guerras mundiales, un exilio forzado por los nazis −era alemán y judío− y, entre medias, la dramática evolución de una concepción idealizada de la ciencia hacia una perspectiva mucho más compleja.

El despertar de la conciencia ética de la ciencia surgió en Born durante la Primera Guerra Mundial, influido, entre otros, por el que sería unos de sus mejores amigos: Albert Einstein. La mayor parte de la intelectualidad alemana −incluidos los más destacados científicos− apoyó sin ambages las decisiones bélicas del imperio germánico, salvo contadas excepciones como la del propio Einstein. La primera decisión ética trascendente de Born fue negarse a participar en la unidad de investigación sobre armas químicas liderada por su amigo Fritz Haber, lo cual supuso la ruptura de su amistad. Born comprendió que “sin unos límites a lo permisible, pronto cualquier cosa será permitida”. En una progresiva conversión personal, Born acabaría participando durante el invierno de 1917 en reuniones clandestinas en las que se debatía si Alemania debía utilizar la “guerra submarina sin restricciones”, la cual Born calificó, sin paliativos, como “asesinato de masas”.

Como tantos otros científicos judíos, Born –que sentía un fuerte apego por la cultura alemana− sufrió gravemente las consecuencias del ascenso del nazismo. Tuvo que exiliarse a Escocia y perdió hasta un total de treinta y cuatro familiares y amigos. Durante este periodo, Born dedicó gran parte de su tiempo y esfuerzo a ayudar a los refugiados judíos que huían del horror nazi. Como representante en el área de física de dos organizaciones de refugiados, su misión consistía en encontrar posibles trabajos y en escribir recomendaciones y propuestas de potenciales candidatos. En su generosa labor Born no solo se preocupó por profesores o investigadores, sino que también intentó ayudar a otro tipo de personas −como por ejemplo artistas− que se vieron obligadas a emigrar.

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Bomba de Nagasaki.

Cuando comienza la Segunda Guerra Mundial, Born y su mujer Hedwig residían en Edimburgo. Desde allí, a pesar de su innato pacifismo, Born defendió el combate decidido contra el nazismo, e incluso llegó a participar en investigaciones militares (aunque sin mucha relevancia) durante algún periodo de la guerra. Como alemán y como judío, sabía lo que hubiese significado la victoria del Tercer Reich. A pesar de todo ello, como hiciera en la Primera Guerra Mundial, se opuso firmemente al uso desmedido de la violencia. Así, condenó el uso de las bombas atómicas contra Hiroshima y Nagasaki y el bombardeo indiscriminado de ciudades. Lamentablemente, Born fue una excepción, ya que pocos fueron los que no se dejaron arrastrar por la inercia de unos patrones de comportamiento que oscilaban entre el miedo paralizador y el éxtasis dogmático.

Tras recibir el Premio Nobel en 1954, pese a su avanzada edad, Born inició una fructífera actividad en pos del desarme nuclear. Sugirió a Bertrand Russel preparar un manifiesto firmado por varios premios nobeles y que, dirigido a los gobiernos y a la opinión pública, alertase sobre los problemas éticos del armamento nuclear. La idea condujo, tiempo después, a la aparición del celebérrimo manifiesto Rusell-Einstein, que fue firmado por once científicos de primera línea entre los cuales se encontraba él mismo. Born fue también promotor del manifiesto de los 18 de Gotinga, de gran influencia, que pretendía evitar el desarrollo del programa nuclear armamentístico en la República Federal de Alemania.

Consciente de la barbarie de la Segunda Guerra Mundial y la amenaza nuclear, el ánimo de Born durante el último periodo de su vida osciló entre un acervado pesimismo −quizá difícil de evitar tras todo lo vivido– y un brío de esperanza en lo humano. Nos quedamos con su visión más optimista, como cuando escribió: “Si el hombre está hecho de tal manera que su curiosidad le conduce a la autodestrucción, no hay esperanza para él. Sin embargo yo no estoy convencido de ello, ya que además de su cerebro tiene su corazón. El amor es un poder tan fuerte como el átomo”.

 

*Sergio Barbero Briones es investigador del CSIC en el Instituto de Óptica (CSIC) y autor de la biografía Max Born, editado por la Fundación Emmanuel Mounier.