Jesús Cobas

Fuente: Physorg
Autor: Lisa Zyga

Entre los muchos misteriosos conceptos de las teorías relativistas de Einstein está la idea de las Curvas Cerradas de Tipo Tiempo (CTC), que son caminos del espacio-tiempo que vuelven a sus puntos iniciales. Como tales, las CTCs ofrecen la posibilidad de viajar en el tiempo. Pero, como muchas películas de ciencia ficción han explicado, el viaje en el tiempo está lleno de posibles paradojas. Probablemente la más conocida de ellas es la paradoja del abuelo, en la que el viajero vuelve al pasado y mata a su abuelo, previniendo su propio nacimiento.

Fuente: Physorg

En un nuevo estudio, un equipo de investigadores ha propuesto una nueva teoría de los CTCs que puede resolver esta paradoja, e incluso han llevado a cabo un experimento que muestra cómo funciona su sistema. Los investigadores, liderados por Seth Lloyd del MIT, junto con científicos de Piazza dei Cavalieri de Pisa, la Tokyo Institute of Technology y la Universidad de Toronto, han publicado su estudio en el último número de Physical Review Letters. Los conceptos del estudio son similares a los de otro publicado en arXiv.org el año pasado.

En la nueva teoría, se obliga a que los CTCs se comporten como los canales cuánticos ideales del tipo involucrado en la teletransportación. En esta teoría, los CTCs auto consistentes (los que no tienen paradojas) son seleccionados a posteriori y se llaman "P-CTCs". Como explican los científicos, esta teoría difiere de la aceptada comúnmente, propuesta por David Deutsch, en la que un viajero mantiene la auto-consistencia al viajar de vuelta a un pasado diferente del que recuerda. En la formulación P-CTC, los viajeros deben viajar al pasado que recuerdan.

Aunque los P-CTCs pueden parecer complicados, la verdad es que pueden ser analizados experimentalmente en simulaciones de laboratorio. Al enviar un qubit "viviente" (por ejemplo, un bit en el estado 1) unas billonésimas de segundo en el tiempo para intentar "matar" a su "yo" antiguo (por ejemplo, que se ponga a 0), los científicos muestran que sólo los fotones que no se matan a sí mismos pueden hacer el viaje.

Para demostrar esto, los científicos guardaron dos qubits en un único fotón, uno de los cuales representa el qubit que viaja hacia adelante y otro que representa el qubit que viaja al pasado. El que viaja al pasado puede teletransportarse a través del canal cuántico (CTC) sólo si el CTC terminar proyectando ambos qubits entrelazados en el mismo estado.

Después de que los qubits estén entrelazados, sus estados se miden con dos qubits de medida. Luego, una "pistola cuántica" se dispara sobre el qubit que viaja hacia adelante, el cual, dependiendo del ángulo de la pistola, puede o no rotar la polarización del qubit. Los estados de los qubits se miden de nuevo para averiguar si la pistola se ha girado hacia el qubit que va hacia adelante o no. Si ambos qubits están en el mismo estado (00 o 11), quiere decir que la pistola no ha cambiado la polarización y el fotón "sobrevive". Si los estados no son iguales (01 o 10), entonces el fotón ha matado a su "yo" del pasado. Los estados de los qubits siempre fueron iguales, lo que demuestra que un qubit no puede matarse a sí mismo.

Los científicos aseguran que su experimento no puede probar si un CTC real obedece a su nueva teoría, dado que no se sabe a ciencia cierta si en realidad existen. Sin embargo, anteriores investigaciones han probado que, de existir, podrían utilizarse en informática.

Más información: Seth Lloyd, et al. “Closed Timelike Curves via Postselection: Theory and Experimental Test of Consistency.” Physical Review Letters 106, 040403 (2011). DOI:10.1103/PhysRevLett.106.040403

Fuente: Science News
Autor: Devin Powell

Olvídate de los cables, el silicio y la electricidad. Unos físicos han desarrollado un nuevo tipo de circuito que es poco más que una nube de gas bailando entre rayos láser. Coreografiando los átomos en este gas ultrafrío para que fluyan formando una corriente que puede ser controlada y encendida y apagada, los científicos han dado un paso más hacia la construcción del primer dispositivo "atomtrónico" del mundo.

Formación del Condensado de Bose-Einstein

La "atomtrónica" es un campo bastante nuevo, pequeño y, sobre todo, teórico. Está basado en la idea de que los estados cuánticos poco comunes de los átomos pueden constituir una alternativa a los electronces para crear dispositivos útiles. Los defensores de este campo han dibujado planos para versiones atómicas de muchos de los componentes electrónicos tradicionales -desde cables y baterías a transistores y díodos.

En el Joint Quantum Institute de Maryland, el estudiante Anand Ramanathan y sus compañeros esperan utilizar un gas ultrafrío llamado condensado Bose-Einsten para hacer sensores atomtrónicos. En un artículo que saldrá próximamente en Physical Review Letters, el equipo asegura haber creado este gas al enfríar átomos de Sodio suspendidos en campos magnéticos. Los investigadores atraparon los átomos entre dos rayos láser y los siguieron enfríando a menos de 10 milmillonésimas de grado sobre el cero absoluto. Los dos rayos también modificaron el condensado que se formó a bajas temperaturas para darle la forma de un dónut con un radio de unos 20 micrómetros.

"Tuvimos que tener mucho cuidado al crear la trampa", dijo Ramanathan. "Tuvimos que hacerlo lo más suave posible para asegurarnos de que las imperfecciones jugasen un papel mínimo".

Un segundo par de lásers transfirió la energía al dónut para comenza a girarlo. Dado que los átomos del condensado se comportan como una única partícula coherente, un anillo como este no se acelera ni se frena de forma gradual -salta entre diferentes velocidades, como una licuadora que pudiese cambiar su configuración instantáneamente. Los científicos escogieron la configuración más baja para su anillo: una revolución cada segundo.

Dado que el condensado no tiene fricción, el anillo debería, en teoría, rotar indefinidamente. Como estuvieron limitados por dificultades técnicas, el equipo sólo lo pudo mantener unos 40 segundos, el tiempo que vive su condensado.

"Es la primera vez que alguien consigue un condensado con forma de anillo", explicó Gretchen Campbell, miembro del equipo. "Esperamos utilizar este condensado de una forma parecida a la que se usaron los superconductores para mejorar los sensores".
Her first idea for a useful device was inspired by superconducting quantum interference devices, commonly known as SQUIDs. These devices reveal the presence of very weak magnetic fields by detecting sudden changes of current in semiconductor loops.

Su primera idea para crear un dispositivo útil se inspiró en los dispositivos superconductores de interferencia cuántica, conocidos como SQUIDS. Estos dispositivos revelan la presencia de campos magnéticos muy débiles detectando cambios repentinos de corriente en bucles semiconductores.

Utilizando un principio similar, Campbell cree que el condensado podría darles un sensor extremadamente sensible. Añadieron un "eslabón débil" a su anillo de condensado -una barrera creada por un láser azul que podría acelerar o apagar el flujo. Teóricamente, si el condensado se mantuviese quieto y la barrera se quedase pegada al sensor rotativo, la barrera provocaría un salto en la corriente a ciertas velocidades de rotación.

La idea del equipo de crear un dispositivo electrónico es sólo una de la media docena de laboratorios que buscan lo mismo alrededor del mundo. "Han dado otra herramienta sobre la que trabajar para construir una caja de herramientas atomtrónica", comentó Dana Anderso, física de la Universidad de Colorado.

Todos estos pioneros espera que, para ciertas aplicaciones, los átomos sean más interesantes que los electrones.

Fuente: NASA
Autores: Janet Anderson y Megan Watzke

Estrella de neutrones. NASA

El Observatorio de Rayos X Chandra ha descubierto la primera prueba directa de un superfluido, un extraño estado de la materia en el que no hay fricción, en el núcleo de una estrella de neutrones. Los superfluídos creados en laboratorios de la Tierra muestran asombrosas propiedades, como la capacidad de ascender y escapar de recipientes herméticos.

Las estrellas de neutrones contienen la materia más densa que se puede observar de forma directa. Una cucharadita de una estrella de neutrones pesaría 6 mil millones de toneladas. La presión en el núcleo es tan alta que la mayoría de las partículas cargadas, electrones y protones, se unen dando lugar a una estrella compuesta sobre todo por partículas sin carga llamadas neutrones.

Los dos equipos de investigación independientes que estudiaron la supernova Cassiopeia A (Cas A), los restos de una estrella masiva a 11.000 años luz de distancia cuya explosión se habría producido 330 años antes. Los datos de Chandra mostraron un rápido declive en la temperatura de la estrella de neutrones que quedó tras la supernova, lo que quiere decir que se había enfríado un 4% en un período de 10 años.

"Esta caída en la temperatura, aunque pueda parecer pequeña, fue realmente sorprendente", aseguró Dany Page de la Universidad Autónoma de México (UNAM), jefe de la investigación que será publicada el día 25 en Physical Review Letters. "Esto implica que algo muy extraño está ocurriendo en el núcleo de la estrella de neutrones".

Los superfluidos que contienen partículas cargadas son también superconductores, lo que quiere decir que actúan como conductores eléctricos perfectos y nunca pierden energía. Los nuevos resultados sugieren que los protones que quedan en el núcleo de la estrella están en un estado de superfluído y, dado que llevan carga, también forman un superconductor.

"El rápido enfriamiento de la estrella de neutrones, visto por Chandra, es la primera prueba directa de que los núcleos de las estrellas de neutrones son, en realidad, un material superfluído y superconductor", comentó Peter Shternin, del Ioffe Institute de Rusia, director del equipo que publicará un artículo en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Ambos equipos prueban que este rápido enfriamiento se explica por la formación de un superfluído de neutros en el núcleo de la estrella de neutrones en los últimos 100 años (vistos desde la Tierra). El rápido enfriamiento se espera que continúe unas décadas más y luego se ralentice.

La aparición de la superfluidez en materiales en la Tierra ocurre a temperaturas extremadamente bajas, cerca del cero absoluto, pero en las estrellas de neutrones puede ocurrir a mil millones de grados. Hasta ahora había una gran incertidumbre en las estimaciones de esta temperatura crítica. Esta nueva investigación restringe la temperatura crítica entre 500 millones y poco menos de 1.000 millones de grados.

Cas A permitirá a los investigadores comprobar los modelos sobre cómo la fuerza nuclear, que mantiene unidas a las partículas subatómicas, se comporta en una materia ultradensa. Estos resultados son, asimismo, importantes para comprender el rango en el que se mueven las estrellas de neurones.

Pequeños cambios bruscos en la velocidad del spin de rotación de las estrellas de neurones dieron en el pasado pruebas de neutrones superfluídos en la corteza de las estrellas de neutrones, en los que las densidades son mucho más bajas que las del núcleo de la estrella. Esta noticia de Cas A revela nueva información sobre la región interior de la estrella.

"Anteriormente no teníamos ni idea de la forma en que se extendía la superconductividad de los protones", aseguró Dmitry Yvakovlev, coautor del estudio.

El enfriamiento de Cas A fue inicialmente descubierto por Craig Heinke, de la Universidad de Alberta, y Wynn Ho, de la Universidad de Southampton. Fue la primera vez que se pudo medir la velocidad de enfriamiento de una estrella de neutrones joven.

Fuente: Technology Review

La Tierra y Titán tienen atmósferas gruesas y ricas en nitrógeno. Esto se debe a que ambas se formaron a partir de los restos de impactos de cometas, según un estudio llevado a cabo por un equipo de geólogos planetarios.

Titán. Wikipedia.

Titán, la luna de Saturno, debe de haberse formado de una forma completamente diferente a la Tierra y, aún así, comparten una cosa: atmósferas gruesas y ricas en atmósfera que son un hervidero de compuestos orgánicos.

Hoy, Josep Trigo-Rodríguez de la UAB y Javier Martín-Torres del Centro de Astrobiología de Madrid apuntan a que esto podría ser una pista definitiva. Su creencia es que las características comunes apuntan a un pasado común, lo que quiere decir que las atmósferas de la Tierra y Titán pueden haberse formado de maneras similares.

A primera vista, esto parece poco probable. El pensamiento convencional es que la Tierra se formó en la parte interna del Sistema Solar juntando una gran cantidad de planetesimales rocosos. TItan, por otro lado, se formó en una melé de bolas de hielo del tipo cometas que orbitaban Saturno en el Sistema Solar inicial.

A pesar de todo, la atmósfera inicial de la Tierra lleva trayendo de cabeza a los geólogos muchos tiempo. Una teoría es que se formó a partir de la desgasificación de las rocas al unirse en las etapas iniciales de la Tierra. Pero se cree que estas rocas eran demasiado pobres en elementos ligeros como el hidrógeno, el carbono y el nitrógeno porque estos habrían sido eliminados del disco interior del Sistema Solar inicial.

Por lo que es una sorpresa ver una distribución similar de estos elementos en la atmósfera de Titán que se formó a partir de bolas de hielo mucho más lejos.

Trigo-Rodríguez y Martín-Torres concluyen que la similitud implica que la atmósfera terrestre debe haberse formado a partir de cometas, probablemente durante el último bombardeo pesado, un periodo de hace 4.000 millones de años cuando el Sistema Solar fue bañado con hielo y rocas que provenían de muy lejos.

Esta teoría parece sensata. De hecho, concuerda con las conclusiones de otra línea de pensamiento: el análisis isotópico del ratio N14 y N15 en la atmósfera terrestre.

Y esto quiere decir que cada vez parece más probable que la vida en la Tierra, hecha de materiales estelares, haya evolucionado respirando gas de un cometa.

Ref: arxiv.org/abs/1102.4198: Clues On The Importance Of Comets In The Origin And Evolution Of The Atmospheres Of Earth And Titan

Enlace original: Technology Review

La mecánica cuántica puede explicar, al fin, por qué el plegamiento de las proteínas depende de una forma tan peculiar de la temperatura. Este descubrimiento podría dar lugar a explicaciones de un gran número de fenómenos biológicos.

La famosa relación de Arrenius dice que las cosas ocurren más rápido cuanto más calientes estén. en química, esto es algo que suele ser cierto pero hay una excepción importante: la velocidad a la que las proteínas se pliegan hasta su forma funcional.

Podría pensarse que las proteínas deberían de plegarse más rápido al enfríarse y "desplegarse" más rápido al calentarse, pero la relación real no es ni lineal ni simétrica, lo que quiere decir que el plegado no es el inverso del "desplegado".

Los aminoácidos se convierten en proteínas. Fuente:Wikipedia

Unos biólogos moleculares han propuesto varios mecanismos que lo podrían explicar, como la interacción no lineal entre el agua y las partes hidrófobas de las proteínas, pero ninguna ha resultado convincente.

Eso parece que va a cambiar con el trabajo de Liaofu Luo de la Universidad de Inner Mongolia y Jun Lu de la Inner Mongolia University of Technology, ambas sitúadas en China. Dicen que la forma en que se pliegan depende claramente de la temperatura si se tiene en cuenta la mecánica cuántica.

Antes que nada, analicemos un poco el plegamiento proteínico. Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos que se vuelven biológicamente activas cuando se pliegan hasta adquirir una forma específica y muy compleja. El problema es averiguar cómo hacen esto de una forma tan rápida cuando hay tantas configuraciones posibles.

Para hacerse una idea, una proteína relativamente pequeña de sólo 100 aminoácidos puede tomar 10^100 configuraciones diferentes. Si se probase cada una de estas formas cada 100 milmillonésimas de segundo, se tardaría más que la edad del Universo en encontrar la correcta. Nadie sabe cómo son capaces de hacerlo en microsegundos.

Lo que sí se sabe es que la velocidad a la que se pliegan es muy sensible a la temperatura y los biólogos tienen muchos datos que muestran de una forma muy precisa la velocidad a la que varía. Al dibujar estos valores, se obtuvieron curvas inesperadas.

Hoy, Luo y Lo dicen que estas curvas podrían explicarse con facilidad si el proceso fuese cuántico, la forma podría cambiar por transición cuántica, es decir, que la proteína podría "saltar" de una forma a otra sin adoptar las formas intermedias.

Luo y Lo analizaron esta idea utilizando un modelo matemático sobre la forma en la que podría funcionar y luego derivan las ecuaciones que describen la forma en la que la velocidad del plegamiento cambiaría con la temperatura. Finalmente ajustaron las predicciones de su modelo con experimentos reales.

Su sorprendente resultado es que este modelo de transición cuántico se ajusta a las curvas de 15 proteínas diferentes e incluso explica la diferencia entre el plegado y el "desplegado" de las mismas proteínas.

Es un resultado muy importante. Las ecuaciones de Luo y Lo constituyen las primeras leyes universales sobre el plegamiento de proteínas. Es el equivalente biológico a algo como las leyes de la Termodinámica en la Física.

Impresionante... y no se termina ahí.

Varios grupos están buscando pruebas de que los procesos cuánticos estén presentes en todo desde la fotosíntesis a la navegación de las aves.

Si la mecánica cuántica juega un papel tan importante en el plegamiento proteínico, entonces habrá pocas dudas sobre la importancia que puede tener en otras máquinas celulares. Sólo será cuestión de tiempo que empiecen a salir biólogos cuánticos.

Ref: arxiv.org/abs/1102.3748: Temperature Dependence of Protein Folding Deduced from Quantum Transition