Campos y bolas de billar

Cuando le describimos el mundo físico a alguien, le decimos que está compuesto por partículas y campos de fuerza. Pero, ¿es así la realidad? o ¿es un kluge o apaño necesario para visualizar la realidad?

Tomemos la "física de partículas" y el "gran acelerador de partículas"; estos dos nombres nos hacen pensar que efectivamente las partículas son los constituyentes básicos del mundo material. ¿Esta visión es real o hay que buscar otra?.

Por otra parte, sabemos que "la teoría cuántica de campos", desarrollada el siglo pasado, es el marco conceptual sobre el que se apoya el modelo standard. Por ese motivo cuando un físico o un filósofo se pregunta por la imagen física primaria ("ontología") se queda desconcertado por la utilización que se hace de estos supuestos constituyentes básicos del mundo.
¿Se comporta una partícula como una bola de billar con una existencia real que tiene una localización, velocidad y trayectoria definida?
Me diréis que "la teoría cuántica de campos" lo resuelve apostando por una visión en la que se asigna un campo a cada tipo de partículas. Ahora bien, ¿Qué es un campo? El campo clásico, utilizado por primera vez por Faraday, no nos sirve. El campo cuántico que utiliza la teoría se vale de operadores matemáticos, que aplicados a una función de onda o vector de estado nos devuelve una probabilidad cuando preguntamos por cosas medibles.

Al final llegamos a un compromiso y hablamos de complementariedad. Pero, ¿esta interpretación de complementariedad es un concepto satisfactorio o hay que buscar alternativas más radicales?

El físico y filósofo Meinard Kluhlmann profundiza en estas cuestiones metafísicas en este sugestivo artículo que nos descubre lo que guardamos, los físicos, debajo de la alfombra.
¿Qué es real?

Una tabla periódica sin fisuras

La tabla periódica es uno de los iconos más importantes de la ciencia. Se encuentra en el centro de la química y encarna uno de los principios más fundamentales sobre la materia.
En los años sesenta del siglo XIX, Dimitri Mendeleyev, difundió el primer esquema con todos los elementos químicos conocidos en aquel momento. Mendeleyev dejó algunos huecos en su tabla y formuló la audaz suposición de las propiedades que tendrían, estos elementos, el día que se descubriesen, como así fue.
Desde entonces se han descubierto nuevos elementos, pero nunca se había podido prescindir de los huecos...
El descubrimiento del elemento 117 en el 2010 ha completado por primera vez la tabla periódica tal como la conocemos, si nuevos elementos no nos obligan a añadir una nueva fila.

Yuri Oganessian hizo colisionar el calcio 48, isótopo con 20 protones y 28 neutrones, con el  berkelio 249, isótopo con 97 protones y 152 neutrones. La colisión dio lugar a la creación de seis átomos con 117 protones.
De momento el nombre temporal es de “ununseptio”  y es usado en artículos científicos cuando se quieren referir al elemento 117; es la forma latina de decir “uno-uno-siete-ium” (“siendo “ium” una terminación estándar para los nombres de los elementos).

A continuación os remito una breve historia y análisis de la tabla periódica escrita por Eric R. Scerri
"Fisuras en la tabla periódica"

Por último, los físicos nucleares seguirán en su empeño de sintetizar nuevos elementos, que según la mecánica cuántica, tendrían nuevos tipos de orbitales (orbital tipo "g") y hacer química con un puñado efímero de átomos.

Entropía e información

La entropía termodinámica "S" aparece como una cantidad relacionada con la cantidad de energía que un sistema termodinámico no puede aprovechar para realizar trabajo útil. Por otro lado, en teoría de la información se define una cantidad "H", también denominada «entropía», la cual mide el grado de impredecibilidad de una variable aleatoria y que solo depende de algo tan abstracto como la cantidad de información que puede codificar dicha variable.

En particular, H no tiene nada que ver con ningún sistema físico ni con ninguna ley física. No obstante, si ambas cantidades reciben el mismo nombre es porque, al recurrir a la formulación estadística de la termodinámica, S y H adoptan la misma expresión formal.

Guillermo nos pasa su trabajo sobre la relación entre la entropía termodinámica y la entropía en la teoría de la información. Nos muestra como pasar de la expresión S=lnW a la expresión "H" de la teoría de la información como suma de los términos p ln p.
"Entropía termodinámica e información"

También hay un artículo de investigación y ciencia sobre el tema. Entre otras cosas, recoge la idea de la correspondencia entre entropía e información de Leo Szilar (amigo de A. Einstein, y físico progresista) de 1929, y no como se ha divulgado, que fuera una idea de Brillouin. La contribución de Brillouin es posterior (1956), y aborda el tema de cuantificar el coste entrópico de la información. El artículo pretende dar la respuesta correcta a por qué el demonio de Maxwell no viola la segunda ley.
"Demonio, motores y la segunda ley" de Charles H. Bennet

¿Es el universo continuo o discreto?

No me negareis que la mecánica cuántica nos está diciendo que nos enfrentándonos a una visión discreta del mundo. También hay que recordar que las apariencias nos han engañado en el pasado haciéndonos ver como continuo lo que en una escala más ínfima era y es discreto. Por todo esto, ¿es lógico buscar los ladrillos con lo que está forjada la realidad discreta del universo? Si esto es así, la imagen del mundo sería la de un vasto ordenador que maneja una información escrita en bits. ¿Este es el horizonte que debemos buscar? ¿Es la realidad como el mundo virtual de la película "Matrix"?

Como a mi me sigue gustando la música analógica que se escucha en un "viejo plato" con aguja de diamante (conservo más de 50 LPs); os presento un breve ensayo de David Tong a favor de una realidad continua en su esencia.

David Tong argumenta que: de igual manera que el movimiento de aire en un tubo de un órgano es continuo siendo su sonido emergente (nota) un valor discreto; la ecuación de Schrödinger y demás leyes de la naturaleza manejan cantidades continuas. Las propiedades discretas solo aparecen como una propiedad emergente de dichas ecuaciones.

Por último, a mi me gusta la idea expresada en la siguiente frase: "Dios no creo los números enteros, sino los reales. El resto es obra de la ecuación de Schrödinger".

¿Es el universo continuo o discreto?

¿Qué hacer con las proteínas corruptas?

Una célula es un ser vivo que desafía a las leyes de la física por su complejidad y porque en todo momento lucha por mantener su entropía menor que la que hay en su vecindad. Esta es la principal característica de la vida, nadar en contra de las leyes físicas que le provocarían la muerte o el aumento de entropía como dicta la termodinámica.

La actividad es febril pero no caótica. Hay infinidad de funciones y procesos dinámicos interconectados que han evolucionado a lo largo de los miles de millones de años de evolución, pero también hay subrutinas de bajo nivel de software natural, codificado en el ADN, que se han mantenido inmutables a la largo de los eones de evolución.

Una subrutina o función importante ubicua en todas las células eucariotas es como deshacerse de las piezas que la fábrica hace mal o que ya han cumplido su cometido. ¿Qué hacer con las proteínas corruptas?

La respuesta es la ubiquitina: una pequeña y ubicua proteína formada por 76 aminoacidos. Es una de las proteínas más conservadas a lo largo de la evolución eucariota y su secuencia sólo difiere en tres aminoácidos entre levaduras y las células humanas.

Su nombre nos índica que está ubicua en todas las células eucariotas y es juez del sistema que dicta la vida y la muerte de las proteínas. Irwin Rose, Aaron Ciechanover y Avaram Hershko recibieron el premio Nobel de Química en el año 2004 por describir su función en la degradación de la proteínas.

La ubiquitina es el estigma, la marca, la prueba que será reconocida por el brazo ejecutor, por el carcelero y verdugo que es el proteosoma. La ubiquitina marcará la proteína corrupta y el proteosoma ejecutará con el beso de la muerte, degradando a la proteína corrupta. Las proteínas o ladrillos de la vida pueden estar mal plegadas, ser defectuosas o haber finalizado su vida útil. En cualquier caso deben morir para que la vida pueda continuar.

La burocracia del beso de la muerte o proceso de ubiquitinización de las proteínas es llevado a cabo mediante un sistema enzimático de tres componentes (E1, E2 y E3) y también puede ser revertido por otro grupo de enzimas (abogados defensores) llamadas deubiquitinasas. Sabemos que la pena de muerte es burocráticamente compleja y además, aplazable o revocable. Este sistema enzimático tiene como misión etiquetar con la ubiquitina las proteínas que deben morir (beso de la muerte).

¿Y cómo demonios saben tres enzimas a quien deben juzgar y condenar?
Parece ser que es la E3 la que tiene el principal papel de unirse al sustrato o proteína a ejecutar después de reconocer la secuencia de aminoácidos incorrecta y marcarla con la ubiquitina.

Por último, se sabe que detrás de algunas enfermedades degenerativas hay anomalías en el proceso de la ubiquitinización.

Dentro de nuestro mundo macroscópico ¿cumple la justicia de la misma manera que el mecanismo biológico de ubiquitina-proteosoma ?

Bibliografía: "El beso de la muerte y de la vida ... proteica"

Superconductores y el campo de Higgs

- ¿ En qué se parece el panorama político español a un campo de Higgs ?

Hace mas de 100 años que el físico holandés Heike Kamerling Onnes descubrió un fenómeno nuevo en los metales a muy baja temperatura que es la superconductividad. Medio siglo después se presentó un modelo teórico cuántico (BCS) que explicaba las propiedades básicas de este efecto macroscópico sin igual.

Este modelo BCS ( John Bardeen, Leon N. Cooper y Robert Schrieffer) utiliza las mismas matemáticas que la física de partículas. La propiedad más importante de la superconductividad en un metal es la "no existencia" de campos magnéticos y eléctricos en su interior; ya que si no fuera así, se generarían los campos opuestos correspondientes que anularían la entrada de estos campos externos.

De esta forma podemos considerar a un superconductor como un sistema en el cual el campo electromagnético es de muy corto alcance y sorprendentemente el fotón tendría una "masa distinta de cero" en su interior. Como el campo electromagnético es un campo gauge y la interacción nuclear débil entre partículas también es una teoría gauge de corto alcance, se pueden hacer comparaciones entre estos dos mundos completamente diferentes porque obedecen a las mismas ecuaciones matemáticas.

¿Como funciona un superconductor? 
Los electrones del material tienen que cumplir al mismo tiempo dos condiciones especiales:

1. Se tienen que formar o ligar un par de electrones con espines opuestos, llamados pares de Cooper, para tener espin "0" y comportarse como bosones. En una red cristalina los fonones (modos cuantizados de vibración) se encargan de amarrarlos. 
2. Tienen que pasar a la fase de "condensación Bose", es  decir que todos los pares de Cooper se agrupen en el estado de menor energía posible. (Los bosones no cumplen el principio de exclusión de Pauli). En este estado se pueden mover libremente pero no pueden perder más energía y, en consecuencia, no sufren ninguna resistencia al movimiento.

"El campo de Higgs" se inspira en este modelo de la superconductividad, en el cual la condensación de Bose no se produciría en el interior de la materia sino en el vacío. Esto significa que el espacio vacío estará realmente lleno de partículas de Higgs que han sufrido una condensación Bose y serían las responsables de que las partículas elementales tuviesen masa, como así lo hace el fotón en los superconductores.

Hasta aquí no hay ningún problema con las comparaciones, ahora viene lo bueno: un fotón que entre en un superconductor inmediatamente será rodeado por los pares de Cooper que le conferirán al fotón una cierta inercia o masa y esto hace que los campos electromagnéticos desaparezcan. De la misma forma cuando una partícula entra en el espacio vacío (se crea), las partículas de Higgs, la rodean y le dotan de su inercia o masa característica.

Por utilizar un simil muy actual, cuando ciertos personajes políticos salen por el portal de su casa, una nube de reporteros les rodea para entrevistarle. No le cortan el paso, simplemente le acompañan mientras se mueve a través de la vía publica para conseguir una exclusiva o unas palabras para su emisora. Nuestro protagonista o partícula se verá tanto o más afectado cuanto mayor número de reporteros hayan sido atraídos al portal de su casa.

Los reporteros son las partículas de Higgs que crean un campo de actualidad permanente y los Barcenas,  Anas Mato, Sepulvedas, Urdangarines, ... son las partículas del modelo estándar de corrupción español. La importancia de cada uno de sus casos le confiere una masa inercial única en el superconductor de la política nacional.

Bibliografía:
http://www.eluniverso.org.es/2012/10/puede-ser-el-vacio-superconductor/
http://www.investigacionyciencia.es/blogs/fisica-y-quimica/25/posts/centenaria-superconductividad-10326

El origen de la cooperación

Las bacterias son los organismos vivos más exitosos. Su sencillez y su capacidad para reproducirse velozmente son inigualables. Por otra parte, han desarrollado respuestas bioquímicas a todo tipo de cambios ambientales y pueden ocupar muchas variedades de nichos gracias a su dureza y resistencia, adquiridas a lo largo de "eones".

En cambio, las formas de vida eucariotas (núcleo celular delimitado dentro de una doble capa lipídica) son mucho menos robustas, son susceptibles a sufrir extinciones masivas y su longevidad se mide en millones de años, no en miles de millones como las bacterias.
De todas formas, estaréis de acuerdo conmigo que las eucariotas son mucho más interesantes que las procariotas (sin núcleo celular definido), dada su capacidad para cambiar y evolucionar, y sobre todo a su gran complejidad obtenida a través de la selección natural.

Otra diversión que encontraron las células eucariotas fue la reproducción sexual, fusión de gametos de dos padres. Esto permitió que la información evolucionara mucho más rápidamente hacia la obtención de una consciencia en un ser vivo.
¿Fue inevitable esta transición de una célula primitiva procariota a una increíblemente compleja célula eucariota?

Pero quizás lo que mas nos llama la atención fue el paso del individualismo a la cooperación intercelular.

Durante mucho tiempo, la mayoría de las células, tanto procariotas como eucariotas, vivieron su individualidad. Entonces ocurrió algo y empezaron a unirse y asociarse, a intercambiar información y a compartir habilidades y nutrientes. El resultado: hongos, plantas y animales, tal como los conocemos hoy.

No está nada claro cuándo tuvo lugar el cambio a la multicelularidad. Un evento crucial en el registro fósil fue la explosión del Cámbrico, ocurrida hace 540 millones de años.

Sabemos que las criaturas unicelulares han estado presentes desde que la Tierra se enfrió hace más de 3900 millones de años.
¿Porqué se tardó 3000 millones de años en desarrollarse la vida compleja multicelular?
¿Sólo con 600 millones es posible alcanzar la consciencia que nos permite plantearnos esta pregunta?

Por último, se cree que el origen de la vida en nuestro planeta debió de ser único, en cambio la transición de la forma de vida unicelular a multicelular ha ocurrido en más de una ocasión a lo largo de la evolución. Las plantas, las algas marrones, los hongos y los animales han adquirido estilos de vida multicelulares de forma independiente y convergente.

Para saber más leer el artículo......de investigadores españoles

El origen de la multicelularidad

Cronología:
Origen de la vida:     3900 millones de años
Célula eucariota:      2100 millones de años
Algas rojas:            1200 millones de años
Hongos:                   800 millones de años:
Plantas:                   750 millones de años
Animales:                600 millones de años
Inicio del periodo Cámbrico: 540 millones de años.

El sol en una botella

Con la construcción del reactor de fusión ITER se prevé la generación de diez veces más energía de la que consume.
Los costes de construcción estimados en 14.000 millones se reparten de esta forma: 45,5% UE - 9,1% EE.UU. - 9,1% Japón - 9,1% Rusia - 9,1% China - 9,1% India - 9,1% Corea del Sur
Dentro del artículo que os paso hay otro donde se refleja la participación española en el proyecto. Se trata de Joaquín Sánchez Sanz director en el CIEMAT.

El sol en una botella

¿La fusión puede ser la fuente de energía perfecta? ¿El proyecto es una torre de Babel?

La vida en el interior de los quarks

Qué el modelo estándar diga que quarks y leptones son "puntuales" me parece un poco o nada real. ¿Qué es un punto? En matemáticas es un concepto más y no causa ningún problema; en cambio en física es un quebradero de cabeza que un simple punto, sin dimensiones, tenga "masa" o "carga". Los "preones" serían una solución, pero volveríamos a repetir la jugada. ¿Son puntuales los preones? Si lo son "mal" y si no lo son, hay que seguir buscando estructuras como en una "muñeca rusa".

Este es el artículo de Investigación y Ciencia:
La vida en el interior de los quarks

La solución más elegante, para mi, es la teoría de cuerdas, que evita entidades de dimensión cero, eso si, proponiendo objetos o "cuerdas" en los que se les ha añadido 6 dimensiones adicionales compactificadas e inobservables en la práctica.

Hola físicos!!
Os dejo un artículo de Einstein comentando los problemas de nuestra sociedad. Parece ser son los mismos que hace 50 años...
Aquí está en castellano: http://marxists.catbull.com/espanol/einstein/por_que.htm
Aquí en inglés: http://monthlyreview.org/2009/05/01/why-socialism
Un saludo!!
Inma