sábado, 4 de enero de 2014

Despite quantum's gains, standard computers still rule



View of the National Security Agency (NSA) in the Washington suburb of Fort Meade, Maryland, 25 January 2006
Quantum computing is getting the headlines these days, with buzz among scientists of giga-powered number-crunching and unbreakable encryption.
The US National Security Agency (NSA) is reportedly advancing towards a quantum computer that could crack almost any conventional algorithm.
The NSA plans were leaked by contractor Edward Snowden and reported by The Washington Post on Thursday.
Details of its work remain sketchy, though. And the agency is only one of many players, both public and corporate, in a field that must overcome many hurdles before it can dethrone standard computing.
Conventional computers work by processing binary code—an information currency that exists in one of two states, either zero or 1.
Quantum computers, though, break free of the two-state constraints.
They harness the principle of quantum mechanics, when strange things occur through the state of an atom's spin, something called angular momentum.
In a quantum state, the atom goes into a condition called superposition. It can hold the value of zero or 1 or both values at the same time.
This juggling trick holds out the possibility of parallel processing on a massive scale.
An algorithm that a conventional supercomputer might take years to break could be cracked by so-called qubits, or quantum bits, in a fraction of the time.
"The special properties of qubits will allow quantum computers to work on millions of computations at once," says IBM. "For example, a single 250-qubit state contains more bits of information than there are atoms in the Universe."
Daunting engineering obstacles have to be overcome, though. In order to achieve the fragile quantum state, a cloud of atoms has to be cooled to near-absolute zero and controlled by pulses of laser.
Changes in temperature, electromagnetic waves and minute defects in material can all wreck the sought-after superposition that fuels the qubit.
Scaling up these computers from hugely expensive, highly protective labs represents "an enormous practical challenge," the Nobel jury said in 2012, when it awarded that year's physics prize for fundamental work on the quantum state.
Quantum's other big plus is a phenomenon called entanglement.
Particles created in a quantum state behave like psychic twins.
Even if they are far apart, a disturbance to one particle affects the other, a phenomenon that Einstein once called "spooky action at a distance."
Thus if a message sent in a quantum state is intercepted en route, the entanglement is destroyed—and alarm bells ring that someone is eavesdropping.
Achieving quantum cryptography
Entanglement is the big goal of quantum cryptography.
It holds out the possibility of creating a unique, one-time code shared only by sender and recipient that would be almost impossible to decrypt by an outsider. Better still, the message could not even be touched during transmission.
Even without entanglement, though, the quantum state can be useful in cryptography, said Philippe Grangier, a specialist in quantum optics at France's National Centre for Scientific Research (CNRS).
His team has done tests that sends a standard-encrypted message, along with a quantum-encrypted key, in squirts of light down a fibre-optic cable.
Once received, the key is then used to decode the message.
The technique uses the quantum signature in the key as a burglar alarm, Grangier said in a phone interview.
"Just the slightest interception of the data will reduce the size of the quantum key when it gets to the recipient, and the spy gets detected," said Grangier.
"The more the spy perseveres, the smaller the key becomes. Eventually, the connection is cut."
Their greatest length for transmission has been through a cable 80 kilometres (50 miles) long—a distance that is useful for local communications but still way too short for transcontinental use or more.
Going beyond this distance lies the conundrum of how to amplify a weakening light signal down a cable so that the data is repeated but does not lose its quantum state through interference.
Other techniques aim at overcoming the "repeater" problem by line of sight laser transmission, in theory to satellites in near-Earth orbit.
Source: http://phys.org



miércoles, 1 de enero de 2014

GPS satellites suggest Earth is heavy with dark matter



Image by Raj Mehta’s Blog http://rajmehta19.com
GPS is handy for finding a route, but it might be able to solve fundamental questions in physics too. An analysis of GPS satellite orbits hints that Earth is heavier than thought, perhaps due to a halo of dark matter.
Dark matter is thought to make up about 80 per cent of the universe's matter, but little else is known about it, including its distribution in the solar system. Hints that the stuff might surround Earth come from observations of space probes, several of which changed their speeds in unexpected ways as they flew past Earth. In 2009, Steve Adler of the Institute of Advanced Studies in Princeton, New Jersey, showed how dark matter bound by Earth's gravity could explain these anomalies.
Ben Harris at the University of Texas at Arlington wondered if dark matter might also affect satellites. "The nice thing about GPS satellites is that we know their orbits really, really well," he says. From nine months of data on the satellites in the GLONASS, GPS and Galileo groups, he calculated Earth's mass as "felt" by each one.
At a meeting of the American Geophysical Union in San Francisco in December, he reported an average figure that was between 0.005 and 0.008 per cent greater than the value for Earth's mass established by the International Astronomical Union. A disc of dark matter around the equator 191 kilometres thick and 70,000 km across can explain this, he says.
Harris has yet to account for perturbations to the satellites' orbits due to relativity, and the gravitational pull of the sun and moon. What's more, preliminary data from NASA's Juno probe, also presented at the AGU meeting, suggests its speed was as expected as it flew by Earth, casting doubt on the earlier anomalies.
But if Harris's explanation is correct, satellites could reveal properties of dark matter, such as whether its particles interact with each other.
This article appeared in print under the headline "GPS satellites hint at Earthly dark matter"

jueves, 26 de diciembre de 2013

Las 13 mejores fotos del Universo en 2013


Entre éstas hay fotos tomadas por sondas espaciales, satélites, fotógrafos aficionados y profesionales, etcétera.

Como todos los años el reconocido astrónomo Phil Plait (quien realiza divulgación científica bajo el apodo 'Bad Astronomer') realiza una selección de las mejores imágenes del Universo.

1.- Un cúmulo globular

hst_m15_920.jpg.CROP.original-original[1] (CC) NASA/ESA
Esta imagen corresponde al cúmulo globular M15 situado en la constelación de Pegaso, uno de los objetos conocidos más antiguos con 12 mil millones de años. Según Plait es sorprendente por su densidad: Unas 100.000 estrellas ocupan un espacio de unos 200 años luz de ancho.

2.- 43 noches fotografiando la galaxia Centaurus A

CentaurusA_LRGB_120hours_3215x2406-X3[1] (C) Rolf Olsen
Para tomar esta hermosa foto el astrónomo 'amateur' de Nueva Zelanda, Rolf Olsen, pasó 43 noches exponiendo durante unas 120 horas a la galaxia Centaurus A, visible solo desde el hemisferio sur, con la ayuda de su telescopio con un espejo de 25 centímetros.

3.- El polo sur marciano

(CC) ESA / G. Neukum / Bill Dunford (CC) ESA / G. Neukum / Bill Dunford

El Mars Express orbiter lleva unos diez años tomando fotografías del planeta rojo. Bill Dunford recolectó algunas de estas fotos y para crear este gran mosaico del polo sur de Marte. Lo que se ve de color rojo es casi infrarrojo, invisible a nuestros ojos pero no para la cámara de la sonda.

4.- El esplendor de la nebulosa Cabeza de Caballo

(CC) NASA, ESA, Hubble Heritage Team (CC) NASA, ESA, Hubble Heritage Team

Para conmemorar el aniversario '23 del Telescopio Espacial Hubble el pasado 24 de abril publicaron esta sorprendente imagen de una de las nebulosas más famosas debido a su peculiar forma que asemeja la cabeza de un caballo, la que está ubicada justo en el reconocible cinturón de Orion.

5.- Saturno desde arriba

(CC) NASA/JPL/Space Science Institute/Gordan Ugarkovic (CC) NASA/JPL/Space Science Institute/Gordan Ugarkovic

Gordan Ugarkovic tomó las imágenes de dominio público de la sonda Cassini para crear este mosaico de Saturno desde su polo norte, donde se puede ver la sorprendente tormenta hexagonal de 25.000 kilómetros de diámetro que tiene el planeta de los anillos en su extremo "superior".

6.- Decir adiós con estilo

(CC) NASA, ESA, Hubble Heritage Team (CC) NASA, ESA, Hubble Heritage Team

La nebulosa NGC 5189 tiene en su centro una enana blanca, que probablemente son los restos de una estrella con el doble de la masa del Sol, la que cuando se le terminó su combustible explotó liberando enormes cantidades de gas al espacio.

7.- Andrómeda en infrarrojo

(CC) ESA/Herschel/PACS & SPIRE Consortium, O. Krause, HSC, H. Lin (CC) ESA/Herschel/PACS & SPIRE Consortium, O. Krause, HSC, H. Lin

La galaxia de Andrómeda es una de las más cercanas a nuestra galaxia, la Vía Láctea, y como ésta, también tiene brazos en espiral donde se forman nuevas estrellas. La fotografía corresponde al polvo expulsado por este proceso, el que brilla (detectable solo en infrarrojo) debido a su cercanía a grandes estrellas que calientan el polvo a unos acogedores -232 °C.

8.- El año de los cometas

(C) Damian Peach (C) Damian Peach

Sin duda el 2013 fue el año de los cometas. La imagen superior corresponde a una sorprendente fotografía tomada por Damian Peach el pasado 13 de noviembre al "difunto" cometa ISON.

9.- La Tierra en el equinoccio

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Normalmente el eje de la Tierra está inclinado unos 23° respecto a su órbita en torno al Sol, excepto cuando ocurren los equinoccios que es cuando la Tierra recibe la luz del Sol de forma pareja respecto a su eje. Esta imagen corresponde a una animación creada por Vitaliy Egorov en base a las fotografías tomadas en el último equinoccio entre el 20 y el 21 de septiembre por el satélite ruso Elektro-L.

10.- Los cuernos del eclipse

(C) Teoh Hui Chieh (C) Teoh Hui Chieh

Estas imágenes corresponden a dos cuadros de un sorprendente video timelapse realizado por los fotógrafos Colin Legg y Geoff Sims en Australia el pasado diez de mayo durante un eclipse solar.

11.- Recordando E.T.

(C) Philipp Schmidli (C) Philipp Schmidli

El fotógrafo Philipp Schmidli quiso recordar en Suiza la sorprendente escena de la película "E.T. el Extra-Terreste" con una fotografía 'sin Photoshop' cuya planificación les tomó meses y numerosos intentos fallidos.

12.- China llega a la Luna

(C) CNSA, CCTV (C) CNSA, CCTV

Hace unas semanas atrás China logró ser el tercer país del mundo en lograr un alunizaje controlado (que es muy distinto y más complejo que lanzar un objeto a que estrelle con la Luna) gracias a la misión Chang'e 3 y su rover "Conejo de Jade".

13.- Las largas sombras de la Tierra

(CC) NASA (CC) NASA

La Estación Espacial Internacional tiene la maravillosa característica que gira en torno a nuestro planeta unas 18 veces al día, lo que significa atestiguar 18 amaneceres y 18 atardeceres cada 24 horas, por lo que los astronautas aprovechan para intentar tomar la foto más sobrecogedora del momento en que aparece el Sol en nuestro planeta.
Quizá esta foto del 4 de julio del 2013 sea la mejor de este año, y muestra al Sol muy bajo en el horizonte mientras se forman nubes tormentosas por sobre la costa de Brasil. Las sombras de las nubes en el agua son un signo que el Sol estaba muy bajo.
Link: Slate

jueves, 19 de diciembre de 2013

Espectaculares 'géiseres' en una luna de Júpiter

Se llama Europa y es la más pequeña de las cuatro principales lunas del planeta Júpiter. Un mundo misterioso y helado que cuenta con un océano subterráneo que intriga a los científicos y del que, según han detectado ahora, parecen emerger enormes chorros de vapor de agua. Así lo asegura un equipo liderado por Lorenz Roth tras analizar las imágenes obtenidas por el telescopio espacial Hubble en noviembre y diciembre de 2012 y compararlas con otras más antiguas captadas en 1999.
Según detallan en su investigación, publicada esta semana en la revista Science, si se confirma que se trata de géiseres significaría que el agua del océano subterráneo de este satélite puede salir fácilmente a su superficie, al menos en algunas ocasiones. Y es que sólo han podido detectar estos chorros de vapor de agua durante un periodo de siete horas.
El hallazgo, añaden, podría ser decisivo a la hora de planificar futuras misiones de exploración para determinar si Europa, que cuenta con una tenue atmósfera, es potencialmente habitable. "El descubrimiento de vapor de agua expulsado desde el Polo Sur refuerza la posición de Europa como el candidato con más posibilidades para que sea potencialmente habitable", afirma Lorenz Roth, astrónomo en el Instituto de Investigación Southwest de San Antonio (Texas, EEUU), en una nota de prensa de la Agencia Espacial Europea (ESA). Según aclara, no saben si estos chorros están conectados con el agua líquida que creen que hay bajo su superficie.
El estudio detalla que los chorros de vapor de agua miden nada menos 200 kilómetros de altura. Fueron observados solamente en el Polo Sur durante un breve periodo, coincidiendo con el momento en el que este cuerpo celeste helado está orbitando a mayor distancia de Júpiter. Según creen, los chorros se desvanecen cuando la luna pasa muy cerca de su planeta.
El planeta Júpiter y su satélite, Europa, en el que se muestra el lugar donde se detectaron los géiseres
SOUTHWEST RESEARCH INSTITUTE
Los investigadores creen que los chorros de vapor de agua de Europa podrían ser parecidos a los géiseres que la nave espacial Cassini observó en 2005 en Encélado, una de las lunas del planeta Saturno. Según sostienen los científicos, serían emisiones de vapor a alta presión que escapan de grietas muy estrechas.
Otro estudio presentado esta semana durante el congreso otoñal que la Unión Geofísica Americana celebra en San Francisco (California, EEUU) ha revelado la presencia de minerales arcillosos en la luna Europa, cuyo origen podría estar en el choque de este objeto con un asteroide o cometa. En este caso, el estudio se realizó con los datos recabados por la sonda espacial Galileo, que fue lanzada por la NASA en 1989 y cuya misión se prolongó hasta 2003. Esta nave espacial se sumergió en el interior de la atmósfera de Júpiter hasta que fue destruida, revelando información muy valiosa sobre su composición química, su campo magnético y sus principales satélites, entre ellos Europa.
La detección de agua en estas pequeñas lunas las convierte en uno de los principales objetivos de los científicos que buscan potenciales mundos habitables en nuestro Sistema Solar. La Agencia Espacial Europea (ESA) prevé mandar en el año 2022 su misión JUpiter ICy moons Explorer para explorar Júpiter y tres de sus lunas principales: Ganímedes, Calisto y Europa.
La sonda no tripulada tardaría unos ocho años en llegar a Júpiter, donde permanecería durante tres años, estudiando en profundidad y realizando mapas del planeta y de estas tres lunas.

Fuente: http://www.elmundo.es

Despega con éxito la misión Gaia que cartografiará nuestra galaxia

Lanzamiento de la misión Gaia. ESA

La nave espacial GAIA vuela ya hacia su destino, un punto situado a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra y desde el cual cartografiará en tres dimensiones nuestra Vía Láctea. La sonda de la Agencia Espacial Europea (ESA ) ha despegado este jueves desde el Puerto Espacial de la Guayana Francesa a las 10.12 (hora peninsular española) bordo de un lanzador Soyuz, el mismo tipo que se usa también para misiones tripuladas a la Estación Espacial Internacional (ISS). La separación del telescopio Gaia se ha producido 42 minutos después del despegue.
"Es la máquina soñada por los astrofísicos", ha declarado Álvaro Giménez, responsable del programa científico de la Agencia Espacial Europea (ESA). Según precisó, durante los 20 años que han transcurrido desde que se presentó el proyecto, Gaia ha costado unos 750 millones de euros.
Desde que los seres humanos empezaron a estudiar el cielo nocturno, calcular la posición de cada estrella ha sido una de las tareas principales para entender y conocer lo que Galileo llamó "ese oscuro laberinto". El griego Hiparco fue uno de los padres de este arte llamado astrometría.
Tras muchas horas observando el cielo, en el año 129 a.C el astrónomo griego logró completar un catálogo de un millar de estrellas. Dos milenios después, todo está listo en la Guayana Francesa para el despegue, este jueves, de un sofisticado telescopio espacial cuya misión será cartografiar mil millones de estrellas de nuestra galaxia. Aunque parecen muchas, se trata sólo del 1% de las que se calcula hay en nuestra Vía Láctea, un disco en el que se concentran unos cien mil millones de estrellas.
Y si Hiparco observaba el cielo desde Grecia, el satélite Gaia lo hará desde el espacio, utilizando la cámara digital más grande construida para una misión de exploración. Además de estrellas, la nueva sonda de la Agencia Espacial Europea (ESA) identificará nuevos asteroides, planetas fuera de nuestro Sistema Solar, cuerpos helados, agujeros negros devorando materia o agujeros negros gigantes en otras galaxias.
Tras varios retrasos desde el calendario inicial, el despegue de Gaia, la gran misión de la Agencia Espacial Europea (ESA) de 2013, estaba previsto para el inicio del otoño, pero ha ido posponiéndose hasta apurar el año. El pasado mes de octubre, un fallo técnico en la tarjeta de uno de los componentes retrasó un mes el lanzamiento de la nave, que ya había sido trasladada a Guayana Francesa desde Toulouse para ser lanzada hacia el 20 de noviembre. Allí, en la sede de la empresa Astrium se ensamblaron todas las piezas de esta sonda en cuya construcción han participado medio centener de empresas europeas.
La nave, que en la Tierra tiene un peso unos 2.000 kilos y tiene unos diez metros de envergadura, dará vueltas alrededor del Sol. En concreto, orbitará alrededor de una posición que se llama L2. Se trata de uno de los cinco "puntos de Lagrange", donde las fuerzas gravitacionales del Sol, la Tierra y la Luna se encuentran equilibradas. Ofrece un ambiente térmico estable con una radiación moderada, lo que ayudará a que no se deterioren demasiado sus instrumentos, protegidos por un gran parasol que se desplegará cuando esté en órbita.
La mayoría de los cien mil millones de estrellas de la Vía Láctea, explican los astrónomos de la Agencia Espacial Europea, nacieron en nuestra galaxia pero muchas otras se originaron en pequeñas galaxias externas que se fusionaron con la nuestra. Con sólo mirar una estrella se puede obtener una gran cantidad de información. Y Gaia observará cada astro unas 70 veces a lo largo de la misión. Unos datos llevan a otros. Averiguando la distancia a la que está los astrónomos pueden calcular su luminosidad y su tamaño, y de esta forma obtener información sobre su naturaleza y edad.
La sonda consta en realidad de dos telescopios que operan conjuntamente y que tienen en total diez espejos rectangulares que recogen y focalizan la luz hacia los tres instrumentos de detección. Uno de estos instrumentos mide las posiciones de las estrellas en el cielo, otro su velocidad y otro proporcionará información sobre el color de los cuerpos celestes para determinar su temperatura, masa y composición química

Fuente: http://www.elmundo.es

miércoles, 18 de diciembre de 2013

Maxwell's demon can use quantum information to generate work

Maxwell’s demon can use quantum information to generate work
In the quantum information heat engine, the system is attached to the reservoir, and is measured and controlled by the memory consisting of a diatomic molecule with two entangled states. Credit: Park, et al. ©2013 American Physical Society
(Phys.org) —In theory, Maxwell's demon can decrease the entropy of a system by opening and closing a door at appropriate times to separate hot and cold gas molecules. But as physicist Leó Szilárd pointed out in 1929, entropy does not decrease in such a situation because the demon's measurement process requires information, which is a form of entropy. Szilárd's so-called information heat engine, now called the Szilárd engine (SZE), demonstrates how work can be generated by using information.
In the SZE and other heat engines devised since then, the information that is used to generate work has always been classical information. Now for the first time, physicists have theoretically and experimentally demonstrated that a heat engine can generate work using purely quantum mechanical information.
The researchers, Jung Jun Park and Sang Wook Kim from Pusan National University in Busan, Korea; Kang-Hwan Kim from the Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) in Daejeon, Korea; and Takahiro Sagawa from Kyoto University in Kyoto, Japan, have published their paper on their work in a recent issue of Physical Review Letters.
"It is known that classical information can be used to extract work, which is important because this saves the second law of thermodynamics!" Sang Wook Kim told Phys.org. "The mathematical expression of such work is given as the mutual information between the system and the measurement device multiplied by kT. Now for the first time we show that quantum information can also be used to extract work, and its mathematical expression is discord."
As the physicists explain, in many ways the new quantum heat engine is similar to the SZE. Both engines begin in thermodynamic equilibrium, and both have some kind of wall that separates the reservoir of molecules into two spaces. While the wall in the SZE is "perfect," in the quantum heat engine it is semi-permeable.
The demon and the type of molecules used are also different in the quantum heat engine. Here, the demon consists of not one but two memories, which the scientists physically demonstrate using a molecule containing two atoms. Each atom has two internal states that are physically equivalent to each atom's two spin states.
Before measurements are performed, the two atoms are prepared in a maximally entangled quantum state, and are also classically correlated. But as measurements are performed to separate the molecules, the quantum entanglement between the two atoms decreases while the classical correlation does not. It is this , expressed here as quantum discord, that is used to generate work. The quantum discord measures the amount of quantum mechanical correlation compared to the total correlation (both quantum and classical).
Like the SZE, the quantum heat engine does not violate the second law of thermodynamics because entropy, in the form of information, never decreases in these systems. The physicists also note that the quantum heat engine is not cyclic, so the memory does not return to its initial maximally entangled state. In other words, the quantum information is not free, and work must be done to recover the initial state.
The researchers plan to further investigate the potential of generating work from quantum information in the future.
"First we are considering how to realize our engine in experiments," Sang Wook Kim said. "The example that we presented in our paper is just a gedanken experiment, implying that it is extremely hard to directly realize it. Second, we are studying the   far from equilibrium. This is related to constructing a quantum fluctuation theorem with feedback control."
More information: Jung Jun Park, et al. "Heat Engine Driven by Purely Quantum Information." PRL 111, 230402 (2013). DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.230402

Read more at: http://phys.org/news/2013-12-maxwell-demon-quantum.html#jCp






martes, 17 de diciembre de 2013

Partículas y antipartículas en un superconductor nanométrico

Científicos del CSIC y otros centros internacionales han analizado las propiedades de una estructura nanométrica que combina hilos semiconductores con un material superconductor. El trabajo explica por primera vez las propiedades magnéticas de los estados excitados de electrones y huecos y su posible relación con los denominados fermiones de Majorana.
Más información sobre:
nanotecnología
superconductores

CSIC | 16 diciembre 2013 10:28
<p>Gráficos de los experimentos con las nanoestructuras. / Lee et al.</p>
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Gráficos de los experimentos con las nanoestructuras. / Lee et al.
Un equipo internacional con participación de científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha demostrado la superconductividad inducida en una estructura nanométrica que combina hilos semiconductores con un material superconductor.
Los resultados, publicados en la revista Nature Nanotechnology, explican por primera vez las propiedades magnéticas de los estados excitados de electrones y huecos en este sistema y podrían abrir nuevos campos de estudio en nanotecnología.
A temperaturas muy bajas, algunos metales se convierten en superconductores y cambian radicalmente sus propiedades eléctricas y magnéticas. En particular, los superconductores, que tienen numerosas aplicaciones, no ejercen resistencia al paso de la corriente eléctrica, por lo que la conducción de los electrones se realiza sin pérdidas de energía.
“Cuando un material superconductor se encuentra en su estado de energía más baja, se convierte en una onda cuántica colectiva formada por pares de Cooper, parejas de electrones que se unen a pesar de ser cargas negativas que tienden a repelerse. En nuestro trabajo hemos demostrado esta superconductividad inducida en hilos semiconductores de tamaño nanométrico”, explica Ramón Aguado, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid.
Hacia la computación cuántica topológica
En estos nanohilos semiconductores acoplados a contactos de vanadio, un material superconductor, los investigadores han analizado las propiedades de la onda cuántica colectiva cuando es excitada y sale de su estado de energía más baja.
El trabajo muestra una superconductividad inducida en hilos semiconductores de tamaño nanométrico
“Nuestro trabajo ha explicado por primera vez las propiedades magnéticas de estos estados excitados. Hemos demostrado, tal y como contempla la teoría, que estas propiedades magnéticas cambian cuando pasamos de tener pares de Cooper a superposiciones de electrones y huecos, las cuales se denominan estados de Andreev”, precisa el científico.
Esos “huecos” son en realidad la ausencia de electrones o de carga eléctrica, la cual se comporta de manera efectiva como una partícula cargada positivamente. Aguado explica: “En un superconductor, un hueco es, a todos los efectos, la antipartícula del electrón. Gran parte del interés de estos sistemas reside en la posibilidad de crear estados de Andreev a energía cero. Estas excitaciones tienen la peculiaridad de que son mitad electrón mitad hueco, o lo que es lo mismo, partículas iguales a sus antipartículas, los denominados fermiones de Majorana”.
Estos fermiones, aparte del interés fundamental que tienen, podrían dar lugar a formas de computación cuántica más robustas, sin tolerancia a posibles fallos, como la computación cuántica topológica. Según el investigador, se especula que los neutrinos son fermiones de Majorana, a pesar de que aún no existen pruebas definitivas.
“Lo interesante es que se podría demostrar esta propiedad relativista en la nanoescala antes que en los grandes aceleradores de partículas. Asimismo, hay un gran interés en su posible aplicación tecnológica a largo plazo”, agrega Aguado.
Referencia bibliográfica:
Eduardo J. H. Lee, Xiaocheng Jiang, Manuel Houzet, Ramón Aguado, Charles M. Lieber y Silvano De Franceschi. "Spin‐resolved Andreev levels and parity crossings in hybrid superconductor–semiconductor nanostructures". Nature Nanotechnology. DOI: 10.1038/NNANO.2013.267.

Fuente: http://www.agenciasinc.es

viernes, 13 de diciembre de 2013

Un gigantesco acelerador de partículas envuelve a la Tierra

Un gigantesco acelerador de partículas envuelve a la Tierra

Link a página de   el dic 12, 2013

Dos sondas gemelas de la NASA descubren un mecanismo en los cinturones de radiación de Van Allen que actúa como un sincrotrón, empujando los electrones a una velocidad próxima a la de la luz.
Desde que en 1958 se descubrió que la Tierra está rodeada por dos gigantescas rosquillas de radiación, los científicos han tratado de desentrañar cómo funciona este peculiar lazo planetario y cómo nos afecta su existencia. Esto último no es trivial, dado que los llamados cinturones de Van Allen forman enjambres de partículas cargadas a enormes velocidades que pueden llegar a inutilizar la electrónica de los satélites, e incluso dañar los sistemas eléctricos en la Tierra en caso de tormentas espaciales intensas. En cuanto a lo primero, el conocimiento de estos cinturones ha avanzado firmemente gracias a la misión Van Allen, formada por dos satélites gemelos de la NASA que desde su lanzamiento en agosto de 2012 han ido revelando datos fundamentales sobre los cinturones de radiación. Un nuevo estudio publicado en la revista digital Nature Communications descubre uno de los grandes misterios de estos cinturones, cómo son capaces de acelerar las partículas a velocidades próximas a la de la luz gracias a un tipo de onda electromagnética que las empuja como lo haría una ola a un surfista.
Los cinturones de Van Allen son dos gigantescas ruedas que abrazan nuestro planeta a distancias de entre 1.000 y 60.000 kilómetros y que están formadas por electrones y protones muy energéticos, procedentes sobre todo del viento solar y que quedan atrapados por el campo magnético de la Tierra. Las partículas circulan a velocidades vertiginosas, describiendo trayectorias en forma de C entre ambos polos magnéticos, y desplazándose también lateralmente de oeste a este como en una órbita que tarda solo unos pocos minutos en circundar la Tierra. Las partículas están sometidas a unas complejas condiciones físicas gobernadas por distintos tipos de ondas electromagnéticas cuyas frecuencias causan diferentes efectos. “El enigma desde su descubrimiento ha sido cómo las partículas se aceleran hasta casi la velocidad de la luz”, plantea el autor principal y director del estudio, Ian Mann, de la Universidad de Alberta (Canadá).

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Las sondas gemelas Van Allen se lanzaron el 30 de agosto de 2012 en órbitas elípticas casi ecuatoriales alrededor de la Tierra. Andy Kale
“Esencialmente, el espacio cercano a la Tierra está ocupado por un campo magnético básico que puede perturbarse con un viento solar modesto emitido por una estrella normal”, explica Mann. “Cuando se compara con los objetos astrofísicos mucho más exóticos que existen en el universo, no parece que el sistema de la Tierra pueda acelerar partículas a velocidades tan increíbles. Pero algo está pasando justo encima de nuestras cabezas que conforma un acelerador de escala planetaria muy eficiente, y los científicos han tratado de averiguarlo desde que se descubrieron los cinturones”.
Las sondas Van Allen de la NASA ofrecen a los científicos una oportunidad sin precedentes para entender el comportamiento de los cinturones de radiación. Frente a los datos locales y restringidos que podría registrar un único aparato, disponer de dos satélites gemelos tomando mediciones simultáneas en distintas regiones del espacio próximo permite obtener una imagen global de los procesos que operan a escala planetaria. “Con las sondas Van Allen, me gusta pensar que estas partículas no tienen dónde esconderse, porque cada aparato gira y observa el cielo entero con sus detectores, así que obtenemos una visión de 360 grados en términos de dirección, posición, energía y tiempo”, detalla el coautor del estudio Harlan Spence, de la Universidad de New Hampshire (EE. UU.).
Gracias a la resolución que aportan las sondas Van Allen, los investigadores encontraron que las partículas mostraban signos de haber sido aceleradas por un tipo de ondas llamadas de ultra baja frecuencia, o ULF. Estas ondas actúan empujando las partículas de forma sincronizada y en el momento preciso como se hace con las ruedas giratorias de los parques infantiles, lo mismo que consiguen los sincrotrones que se emplean para experimentos físicos en la Tierra. Así, mientras orbitan el planeta, las partículas “son aceleradas repetidamente por ondas que son coherentes a escala planetaria abarcando cientos de miles de kilómetros”, dice Mann. El investigador compara la situación a la de un surfista que caza una ola tras otra para aumentar su velocidad. “Se pensaba que este proceso de aceleración podía estar presente, pero antes no éramos capaces de verlo con claridad”, señala. “Ahora sabemos que simplemente no contábamos con la resolución necesaria para verlo”.
Los resultados de los investigadores ayudarán a perfeccionar los modelos matemáticos de los cinturones de Van Allen que los científicos emplean para construir simulaciones, pero además servirán para comprender mejor cómo se aceleran las partículas cósmicas en lugares remotos del universo. Por último, un conocimiento más detallado del funcionamiento de los cinturones ayudará a predecir cómo cambian de tamaño, de forma y de energía en respuesta a grandes tormentas solares como la llamada fulguración de Carrington, que en 1859 provocó graves daños en los sistemas de telégrafos y dejó ver auroras polares incluso en España. “Hay informes de testigos publicados en los periódicos que cuentan cómo los cables telegráficos ardieron”, apunta Mann. Hoy un suceso semejante inutilizaría los sistemas electrónicos de los que depende toda nuestra tecnología. “Todavía estamos tratando de entender cómo sería una gran tormenta espacial y el impacto que tendría en infraestructuras como satélites y redes eléctricas terrestres; el objetivo es mejorar la protección de estos sistemas contra las inclemencias del tiempo espacial”, concluye Mann.

Captada una señal de ondas gravitacionales nunca vista

  Los detectores LIGO y Virgo captan dos choques de agujeros negros contra estrellas de neutrones, los astros más densos del universo. Dos d...