El satélite espacial CoRoT descubre el primer exoplaneta similar a Júpiter que permite estudios en detalle cuando pasa por delante de su estrella.

El hallazgo, encabezado por un investigador del IAC, será publicado por la revista Nature.

El satélite espacial CoRoT ha descubierto un planeta del tamaño de Júpiter que orbita alrededor de una estrella semejante al Sol en la constelación de la Serpiente, a unos 1500 años luz de distancia de la Tierra. Los parámetros de este planeta gigante y gaseoso, con rasgos comunes a la mayoría de los detectados hasta la fecha, representan un valioso modelo a la hora de identificar nuevos cuerpos jovianos con temperaturas moderadas.

“Corot-9b es el primer exoplaneta ciertamente similar a uno de nuestro Sistema Solar”, destaca Hans Deeg, el investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) que ha liderado un equipo de unos 60 astrónomos de todo el mundo y cuyo descubrimiento será publicado mañana jueves por la revista Nature.

Gracias al análisis de sus tránsitos, la información sobre Corot-9b es mayor que la disponible sobre otros planetas similares. Los tránsitos tienen lugar cuando un cuerpo celeste bloquea algo de luz al pasar frente a su estrella anfitriona. Esta especie de eclipse causa fluctuaciones en el brillo de la estrella que permiten inducir la masa, diámetro, densidad y temperatura del planeta. Hasta ahora se han descubierto más de 400 exoplanetas, de los que alrededor de 70 han sido hallados por el método de tránsito.

El hecho de que Corot-9b tarde 95 días terrestres en girar alrededor de su estrella demuestra la utilidad de este método para encontrar planetas con largos periodos orbitales. De hecho, su periodo orbital es diez veces mayor que cualquier otro planeta descubierto previamente por el método de tránsito.

La comunidad astronómica ha buscado durante la última década un planeta extrasolar con una evolución “pura, aislada”, sin las interferencias de su estrella anfitriona. Este nuevo planeta mantiene una distancia relativamente grande respecto a su estrella central, parecida a la órbita de Mercurio alrededor del Sol, algo que ha permitido la aplicación de modelos de evolución planetaria sin las correcciones necesarias por la influencia de la estrella.

“El planeta está compuesto en su mayoría de hidrógeno y helio”, indica el astrofísico de la Universidad de Niza Tristán Guillot, “pero su interior sólido, de un tamaño de hasta 20 masas terrestres, podría contener rocas y agua a altas temperaturas y bajo extrema presión. En este sentido, es muy similar a los planetas gigantes de nuestro Sistema Solar, Júpiter y Saturno”.

La temperatura en su superficie gaseosa oscila entre los 150 grados centígrados y unos veinte bajo cero, con mínimas variaciones entre el día y la noche y con la posible presencia de una capa de nubes muy reflectante. El equipo internacional de astrónomos que ha participado en el descubrimiento apunta que precisamente son los gigantes gaseosos templados los que conforman el mayor grupo de planetas conocidos hasta la fecha.

Corot-9b es el primero de ellos que permite un estudio en mayor detalle, de modo que “puede dar lugar a una mejor comprensión de estos planetas tan comunes y abrir un nuevo campo para entender la atmósfera de los planetas con temperaturas moderadas o bajas”, señala Brandon Tingley, investigador del IAC involucrado en el descubrimiento.

El telescopio espacial CoRoT (siglas de Convección, Rotación y Tránsitos), diseñado específicamente para la detección de exoplanetas en tránsito y estudios sismológicos de estrellas, apoya sus resultados en observaciones de varios telescopios terrestres, entre ellos el IAC-80 del Observatorio del Teide y el telescopio Isaac Newton, en el Observatorio del Roque de los Muchachos. La investigación liderada por el IAC cuenta con el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación.

Fecha Original: 17 de marzo de 2010
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Se han publicado nuevas imágenes que revelan una visión sin precedentes de los vientos que giran en la famosa Gran Mancha Roja de Júpiter y permiten a los científicos construir el primer mapa climático detallado del interior de la tormenta gigante.

“Esta es nuestra primera visión detallada del interior de la mayor tormenta del Sistema Solar”, dice Glenn Orton del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, y líder del equipo que estudió la mancha roja de Júpiter.

Orton y su equipo observaron imágenes térmicas de la Gran Mancha Roja tomadas por el Telescopio Muy Grande (VLT) del Observatorio Europeo del Sur en Chile. Las imágenes revelaron que los colores más rojos de la Gran Mancha corresponden a un núcleo caliente dentro de un sistema de tormenta fría, y las imágenes muestran carriles oscuros en los bordes de la tormenta donde los gases descienden a regiones más profundas del planeta.

Las observaciones se detallarán en la revista Icarus y dan a los científicos una idea sobre los patrones de circulación dentro del sistema de tormentas más conocido del Sistema Solar.

“Durante un tiempo pensamos que la Gran Mancha Roja era un viejo óvalo plano sin demasiada estructura, pero estos nuevos resultados demuestran que es, de hecho, extremadamente complejo”, dice Orton.

La Gran Mancha Roja de Júpiter tiene al menos cientos de años de antigüedad y ha sido observada por los astrónomos desde el siglo XIX. La tormenta es masiva, y lo bastante grande para alojar tres Tierras en su interior.

Las imágenes del VLT permiten a los astrónomos cartografiar la temperatura, aerosoles y amoniaco de la Gran Mancha Roja dentro y alrededor de la tormenta y hacer mapas de cómo cambia con el tiempo. Los años de observaciones del VLT, junto con las de otros observaciones, revelan cómo la tormenta es increíblemente estable a pesar de las turbulencias, agitaciones y encuentros cercanos con otros anticiclones que afectan al borde del sistema de tormentas.

Júpiter también tiene una Pequeña Mancha Roja que se formó en 2000. En 2008, una tercera mancha roja que había sido anteriormente una tormenta blanca de forma oval, apareció en la superficie de Júpiter. Pero es la Gran Mancha Roja la que centra la atención del nuevo estudio.

La Gran Mancha Roja es una zona fría en Júpiter que tiene temperaturas medias de menos 160 grados Celsius.

“Uno de los hallazgos más intrigantes muestra que la parte central más naranja-rojiza de la mancha está a 3-4 grados más que el entorno que la rodea”, dijo el miembro del equipo Leigh Fletcher de la Universidad de Oxford en Inglaterra.

Este diferencia de temperatura podría no parecer mucho, pero es suficiente para permitir la circulación de la tormenta, normalmente en sentido anti-horario, para desplazar una débil circulación horaria en el mismo centro de la tormenta. No sólo eso, sino que en otras partes de Júpiter, el cambio de temperatura es suficiente para alterar la velocidad de los vientos y afectar a los patrones de nubes en los cinturones y zonas.

“Esta es la primera vez que podemos decir que hay un vínculo estrecho entre las condiciones ambientales — temperatura, viento, presión y composición – y el color real de la Gran Mancha Roja”, dice Fletcher. “Aunque podemos especular, aún no sabemos con seguridad qué elementos químicos o procesos están provocando ese color rojo oscuro, pero sabemos que está relacionado con cambios en las condiciones ambientales en el corazón de la tormenta”.

Un aislante topológico podría ayudar a probar la Teoría de Campo Cuántico.

Una oscura clase de materiales podrían usarse para simular una gran cantidad de partículas exóticas predichas por los físicos, pero nunca observadas.

Los resultados preliminares, presentados el 14 de marzo en la apertura de la reunión de la Sociedad Física Americana en Portland, Oregon, sugieren que se ha creado un trozo lo bastante grande de un ‘aislante topológico’ como para probar las extrañas predicciones de la Teoría de Campo Cuántico — una versión de la mecánica cuántica que se usa comúnmente en la física de partículas. La teoría predice la existencia de un número de partículas inusuales, que, de reproducirse en el material, podrían mostrarse útiles para aplicaciones futuras tales como ruptura de códigos en ordenadores cuánticos o en espintrónica — la electrónica que depende del espín de las partículas además de su carga.

Ahora, Laurens Molenkamp, físico de la Universidad de Würzburg en Alemania, cree que ha creado un aislante topológico de telúrido de mercurio (HgTe) lo bastante grueso como para comprobar la teoría.

Los aislantes topológicos son materiales que conducen electrones en su exterior, pero actúan como aislantes en el interior. El origen de esta propiedad aparentemente mundana subyace en la forma en que los electrones se mueven a través del material. Los electrones portan un ‘espín’ mecánico cuántico que apunta ‘arriba’ o ‘abajo’. El espín normalmente es independiente del movimiento del electrón, pero dentro de los aislantes topológicos, los espines de los electrones están fuertemente relacionados con su movimiento.

El ‘multiverso’ en un chip

Tal relación entre espín y movimiento hace que los aislantes sean un buen medio en el que modelar algunas formulaciones de la Teoría de Campo Cuántico, dice Shoucheng Zhang, físico teórico de la Universidad de Stanford en California.

La Teoría de Campo Cuántico ha tenido un éxito extraordinario al describir el universo, pero algunas de sus predicciones se han resistido a su demostración. Algunas formulaciones sugieren la existencia de axiones — partículas de interacción débil propuestas para tener en cuenta la invisible ‘materia oscura’, que podrían contener casi un cuarto de la masa del universo. La teoría también permite la existencia de monopolos magnéticos, puntos de norte y sur aislados que nunca se han observado en la naturaleza.

“Vivimos en un tipo de universo, pero dentro de estos sólidos puedes crear esos universos inusuales”, dice Ali Yazdani, físico de la Universidad de Princeton en New Jersey. “Eso es genial”.

Las partículas no serían las mismas que las predichas por la Teoría de Campo Cuántico – por ejemplo, un estudio de Zhang y sus colegas demuestra que los axiones podrían ser simulados como fluctuaciones en un campo magnético dentro de un aislante topológico¹. Pero la analogía podría guiar a los científicos sobre dónde buscar el equivalente real de la partícula en el universo. Lanzando luz polarizada a través del aislante se podrían revelar signos claros de los axiones. Si los axiones existen en la realidad, entonces podría aparecer el mismo signo en la radiación del fondo de microondas cósmico, la radiación primordial dejada por el Big Bang.

Algunas de las partículas exóticas propuestas podrían tener también usos prácticos. Una clase, conocida como fermiones de Majorana, se predice que sean muy estables, pudiendo ser usados en computadores cuánticos para almacenar datos.

Cosas extrañas

El HgTe usado por Molenkamp es un aislante topológico bien conocido, pero hasta el momento sólo se ha visto el comportamiento de aislante topológico a lo largo de los bordes de finas porciones del material. En resultados preliminares presentados en un tutorial anterior a la reunión, Molenkamp reveló pruebas de que los electrones de la superficie de esta muestra tridimensional se comportaban como se supone que lo harían en un aislante topológico. “Si todo esto funciona, podemos comprobar experimentalmente la Teoría de Campo Cuántico”, dice.

Si el HgTe cumple con las expectativas, Molenkamp dice que puede empezar pronto la búsqueda de “cosas raras” que se predice que vivan dentro de él.

Yazdani, que trabaja con una clase de material alternativo basado en el bismuto, dice que si Molenkamp ha logrado los resultados que describe, sería un paso adelante significativo para el campo. Pero, añade: “No he visto sus datos, por lo que no puedo decir cómo de convincentes son”.

Zhang dice que los resultados son emocionantes. No obstante, reconoce que aunque los axiones y monopolos podrían vivir dentro de un aislante topológico, eso no significa que existan en el mundo real. “Eso no significa que los vayamos a ver en el universo”, comenta. “Pero al menos nos dirá si las ecuaciones son una locura o no”

Referencias: 1. Li, R. , Wang, J. , Qi, X.-L. & Zhang, S.-C. Nature Phys. doi:10.1038/nphys1534 (2010).

Autor: Geoff Brumfiel
Fecha Original: 16 de marzo de 2010
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El reciente mínimo solar se extiende 15 meses más de lo predicho, y un nuevo estudio puede explicar por qué, y mejorar las predicciones de futuros ciclos solares.

El mínimo solar al final de cada ciclo solar de 11 años está caracterizado por una reducción en el número de manchas, llamaradas y otras actividades solares. El más reciente, de 2008 a inicios de 2009, duró quince meses más de lo esperado.

El estudio usó 13 años de resultado de SOHO, el Observatorio Heliosférico y Solar, el cual se lanzó conjuntamente por la Agencia Espacial Europea y la NASA. Entre los datos recopilados por SOHO hay medidas de los gases ionizados moviéndose desde el ecuador del Sol a los polos en lo que se conoce como el flujo meridional. Los científicos intentaron entonces correlacionar el flujo con las variaciones en el ciclo de manchas solares.

Los investigadores, Lisa Rightmire de la Universidad de Memphis en Tennessee, y David Hathaway del Centro de Vuelo Espacial Marshall en Huntsville, Alabama, encontraron que el normalmente lento flujo meridional empezaba a acelerar pocos años antes de 2008, cuando el número de manchas solares declinaba. En el mínimo solar anterior la velocidad rondaba los 30 kilómetros por hora, pero en 2008-09 era de unos 47. Los científicos sugirieron que el mínimo solar era más largo debido a que el campo magnético producido por el flujo de gas en los polos era más débil, pero no se sabe por qué aumentó la velocidad del flujo meridional.

Hathaway dijo que el flujo meridional transporta campos magnéticos que se oponen a los flujos de material muy magnetizado de la superficie solar. Cuando el flujo meridional es más rápido, la oposición al otro flujo es mayor, y el campo magnético polar no se hace tan fuerte como debería, lo que puede haber retrasado el inicio del actual ciclo solar que se inició en 2009. Hathaway dice que la fuerza del flujo magnético en los polos es crítica dado que los campos magnéticos caen bajo la superficie y configuran las condiciones de las manchas solares, y cuando los campos son débiles necesitan más tiempo para llegar a la fuerza requerida para producir las manchas. Hathaway y Rightmire también predicen que el actual ciclo solar es probable que tenga menos actividad solar que el ciclo anterior.

Los resultados del estudio, publicados en Science, pueden mejorar la predicción de la duración e intensidad de los ciclos solares en el futuro, y esto podría ser valioso dado que la actividad solar puede crear nubes de partículas magnetizadas que pueden dañar los satélites en órbita y crear problemas en las redes de energía de la Tierra. Unas mejores predicciones de los ciclos solares podrían también ayudar a los científicos climáticos con sus predicciones a largo plazo. Los resultados también sugieren que los modelos que predicen que un flujo meridional rápido llevaría a un campo magnético más potente en los polos, puede que tengar que revisarse.

Más información: Variations in the Sun’s Meridional Flow over a Solar Cycle, David H. Hathaway and Lisa Rightmire, Science 12 March 2010: Vol. 327. no. 5971, pp. 1350 – 1352, DOI:10.1126/science.1181990

Autor: Lin Edwards
Fecha Original: 15 de marzo de 2010
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Un equipo internacional liderado por la Universidad de Yale ha medido, por primera vez, la masa de un tipo de supernova que se cree que pertenece a una subclase única y confirmaron que sobrepasa lo que se creía que era un límite de masa superior. Sus hallazgos, que aparecen on-line y se publicarán en un próximo ejemplar de la revista Astrophysical Journal, podrían afectar a la forma en la que los cosmólogos miden la expansión del universo.

Los cosmólogos usan las supernovas de Tipo Ia – las violentas explosiones de los núcleos muertos de estrellas conocidas como enanas blancas — como una especie de regla cósmica para medir distancias a las galaxias madre de las supernovas y, de tal forma, comprender la expansión pasada y futura del universo y explorar la naturaleza de la energía oscura. Hasta hace poco, se pensaba que las enanas blancas no podían superar lo que se conoce como límite de Chandrasekhar, una masa crítica equivalente a 1,4 veces la masa del Sol, antes de estallar como supernova. Este límite uniforme es clave para medir las distancias a las supernovas.

Desde 2003, se han descubierto cuatro supernovas que eran tan brillantes, que los cosmólogos se preguntaron si las enanas blancas habían superado el límite de Chandrasekhar. Estas supernovas se han conocido como supernovas “súper-Chandrasekhar”.

Ahora, Richard Scalzo de Yale, como parte de una colaboración entre físicos estadounidenses y franceses conocida como Factoría de Supernovas Cercanas, ha medido la masa de la estrella enana blanca que terminó como una de estas extrañas supernovas, llamada SN 2007if, y confirmó que supera el límite de Chandrasekhar. También descubrió que la supernova inusualmente brillante no sólo tenía una masa central, sino además una cobertura de material que fue expulsado durante la explosión así como una envoltura alrededor del material pre-existente. El equipo espera que este descubrimiento proporcione un modelo estructural para comprender las otras supernovas masivas.

Usando observaciones de telescopios en Chile, Hawai y California, el equipo fue capaz de medir la masa de la estrella central, la cobertura y la envoltura de forma aislada, proporcionando la primera prueba concluyente de que el propio sistema sobrepasó el límite de Chandrasekhar. Hallaron que la estrella parece tener una masa de 2,1 veces la del Sol (más o menos un 10 por ciento), colocándola muy por encima del límite.

Ser capaces de medir las masas de todas las partes del sistema estelar, le dice a los físicos cómo puede haber evolucionado el sistema — un proceso del que actualmente se sabe poco. “Realmente no sabemos mucho sobre las estrellas que llevan a estas supernovas”, dice Scalzo. “Queremos saber más sobre qué tipo de estrellas fueron, y cómo se formaron y evolucionaron con el tiempo”.

Scalzo cree que hay una buena posibilidad de que SN 2007if fuese el resultado de la fusión de dos enanas blancas, en lugar de la explosión de una única enana blanca, y espera estudiar otras supernovas súper-Chandrasekhar para determinar si ellas, también, podrían haberse visto implicadas en una fusión de dos de estas estrellas.

Los teóricos siguen explorando cómo pueden existir estrellas con masas por encima del límite de Chandrasekhar, que se basa en un modelo de estrellas simplificado, sin colapsar bajo su propio peso. En cualquier caso, una subclase de supernovas gobernadas poer una física diferente tendría un efecto drástico en la forma en que las usan los cosmólogos para medir las expansión del universo.

“Se están usando las supernovas para hacer afirmaciones sobre el destino del universo y nuestra teoría de la gravedad”, comenta Scalzo. “Si nuestra comprensión de las supernovas cambia, podría impactar significativamente sobre nuestras teorías y predicciones”.

Otros autores del artículo de Yale incluyen a Charles Baltay y David Rabinowitz.

Cita: http://arxiv.org/abs/1003.2217
Autor: Suzanne Taylor Muzzin
Fecha Original: 15 de marzo de 2010
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Se ha encontrado por primera vez agua auténtica lunar en rocas que fueron traídas de vuelta a la Tierra durante las históricas misiones Apolo de la NASA hace 40 años. El agua es similar a la detectada en cometas, lo que sugiere que el escaso suministro de la Luna llegó allí a través de impactos con estos cuerpos helados.

Para determinar de dónde procede este agua, los investigadores estudiaron finas porciones de roca recopiladas por los astronautas en la década de 1970 usando distintos tipos de microscopios. Bajo examen estaba la proporción de hidrógeno – de los cuales se unen dos átomos a uno de oxígeno para formar una molécula de agua – a una extraña versión del hidrógeno llamada deuterio.

James Greenwood, científico planetario de la Universidad Wesleyan y autor principal de un nuevo artículo que describe los resultados, dijo que él y sus colegas descubrieron que los niveles del isótopo de deuterio en el agua de la Luna eran el doble que en la Tierra y que “no eran de este planeta”.

“Esta es agua cometaria y no el mismo tipo de agua que tenemos en la Tierra”, dijo el coautor del estudio Lawrence Taylor, geoquímico planetario de la Universidad de Tennessee.

Entregas de agua

El agua de las rocas lunares de Apolo es el último de una serie de descubrimientos de agua y hielo en la superficie de la Luna.

La semana pasada, los científicos anunciaban que más de 600 millones de toneladas de agua de hielo están esperando en los fondos de los cráteres oscuros del polo norte lunar. El vapor de agua también se observó durante el impacto intencionado de dos sondas de la NASA en cráteres igualmente en sombra en el polo sur de la Luna en octubre.

Las observaciones de varias sondas internacionales y de la NASA también han encontrado señales de agua en otras regiones de la Luna. Pero la primera detección de agua lunar, aunque en el suelo en lugar del interior de una roca, llegó hace dos años en guijarros de vidrio volcánico.

La exposición de esas muestras al viento solar, o partículas solares, sobre la superficie de la Luna hace que sea difícil determinar la proporción de hidrógeno-deuterio, dice Greenwood, dando una puñalada al origen de la conjetura del agua.

Los restos de agua habían aparecido en rocas de Apolo anteriormente, pero Taylor y otros habían demostrado que este agua resultó ser contaminación de agua terrestre.

Los impactos de los cometas probablemente llevaron agua no terrestre a la Luna hace unos 4000 millones de años cuando se excavaron muchos de los cráteres de la Luna. La Tierra también recibió su parte, y una pequeña cantidad del agua de nuestro planeta llegó también del cielo.

Un escenario alternativo para las nuevas lecturas de hidrógeno es que algo de hidrógeno normal salió volando de la Luna en su formación, reduciendo su cantidad en comparación con el deuterio, señala Greenwood, pero que es demasiado pronto para afirmarlo.

La húmeda historia de la Luna

El nuevo hallazgo de agua lunar auténtica en este primer conjunto de rocas de Apolo ayudará a actualizar la estimación histórica de agua para la Luna, de acuerdo con el estudio.

Y el trabajo continuado podría tener grandes implicaciones para la geología lunar que puede explicar las desconcertantes diferencias de densidades de los minerales lunares en comparación con los de la Tierra. “Apenas un poco de agua”, dice Taylor, puede cambiar drásticamente cómo se forman y envejecen las rocas. “Este es un examen precursor que ha mostrado cosas asombrosas”, añade Taylor.

Este anuncio de agua en las rocas le pisa los talones a su reciente detección por parte de sondas orbitales que incluyen a la india Chandrayaan-1 y LCROSS de la NASA del pasado otoño.

“Creo que nos estamos embarcando en una nueva era de observar la Luna como algo húmedo”, dice Greenwood a SPACE.com. “Todo tendrá que volver a pensarse”.

La investigación se presentó en la 41 Conferencia de Ciencia Planetaria y Lunar en Texas la semana pasada.

Autor: Adam Hadhazy
Fecha Original: 11 de marzo de 2010
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En el mundo clásico, los científicos pueden realizar medidas con un grado de precisión que está restringido sólo por las limitaciones técnicas. A nivel fundamental, no obstante, las medidas de precisión están limitadas por el Principio de Incertidumbre de Heisenberg. Pero incluso alcanzar una precisión cercana al límite de Heisenberg está muy lejos de la tecnología actual debido a las limitaciones de la fuente y los detectores.

Ahora, usando técnicas del aprendizaje automático, los físicos Alexander Hentschel y Barry Sanders de la Universidad de Calgary han demostrado recientemente cómo generar procedimientos de medidas que pueden superar las mejores estrategias anteriores para lograr unas medidas cuánticas de alta precisión. El nuevo nivel de precisión se aproxima al límite de Heisenberg, lo cual es un objetivo importante para las medidas cuánticas. Tales medidas cuánticas mejoradas son útiles en distintas áreas, tales como relojes atómicos, detección de ondas gravitatorias y medición de propiedades ópticas en materiales.

“La precisión que cualquier medida puede lograr está limitada por el conocido como límite de Heisenberg, el cual resulta del Principio de Incertidumbre de Heisenberg”, dice Hentschel a PhysOrg.com. “No obstante, las medidas clásicas no pueden lograr una precisión cercana al límite de Heisenberg. Sólo las medidas cuánticas que usan correlaciones cuánticas pueden aproximarse a dicho límite. Aún así, idear procedimientos de medida cuántica es algo muy complejo”.

El principio de incertidumbre de Heisenberg limita en último término la precisión posible dependiendo de cuántos recursos cuánticos se usan en la medida. Por ejemplo, las ondas graviatorias se detectan mediante interferómetros láser, cuya precisión está limitada por el número de fotones disponibles en el interferómetro dentro de la duración del pulso de la onda gravitatoria.

En su estudio, Hentschel y Sanders usaron una simulación por ordenador de un interferómetro de dos canales con una diferencia de fase aleatoria entre los dos brazos. Su objetivo era estimar la diferencia de fase relativa entre los dos canales. En su sistema simulado, los fotones eran enviados al interferómetro a la vez. No se sabía a qué puerto de entrada llegaría, por lo que el fotón (actuando como qubit) estaba en una superposición de dos estados, correspondiendo a los dos canales. Cuando salía del interferómetro, el fotón se detectaba abandonando uno de los dos puertos de salida, o no se detectaba si se perdía. Dado que los fotones eran lanzados al interferómetro a la vez, no se podía extraer más de un bit de información en cada momento. En este escenario, la precisión posible está limitada por el número de fotones usados para la medida.

Como han demostrado anteriores investigaciones, los esquemas de medidas cuánticas más efectivos son aquellos que incorporan una retroalimentación adaptativa. Estos esquemas acumulan información a partir de medidas y las aprovechan para maximizar la información lograda en posteriores medidas. En un interferómetro con retroalimentación, se envía una secuencia de fotones sucesivamente a través del interferómetro para medir la diferencia de fase desconocida. Los detectores en los dos puertos de salida miden el camino de salida de cada uno de los fotones, y transmite la información a la unidad de proceso. La unidad de proceso adapta el valor de un desplazador de fase controlable tras cada fotón, de acuerdo con una política dada.

No obstante, idear una política óptima es difícil, y normalmente requiere de ciertas conjeturas. En su estudio, Hentschel y Sanders adaptaron una técnica del campo de la inteligencia artificial. Su algoritmo aprende una política óptima basándose en el ensayo y error – reemplazando las conjeturas por un procedimiento lógico, completamente automático y programable.

Específicamente, el nuevo método usa un algoritmo de aprendizaje automático llamado optimización de enjambre de partículas (PSO). PSO es una estrategia de optimización de “inteligencia colectiva” inspirada en el comportamiento social de las bandadas de pájaros o bancos de peces para localizar lugares donde alimentarse. En este caso, los físicos demuestran que el algoritmo PSO puede también aprender de forma autónoma una política para ajustar el desplazamiento de fase controlable.

Como demuestran Hentschel y Sanders, después de que se haya enviado una secuencua de qubits de entrada al interferómetro, el procedimiento de medida aprendido por el algoritmo PSO deja una medida del desplazamiento de fase desconocido que está cerca del límite de Heisenberg, fijando un nuevo precedente para la precisión de las medidas cuánticas. El nuevo alto nivel de precisión podría tener importantes implicaciones para la detección de ondas gravitatorias.

“La Teoría de la Relatividad General de Einstein predice ondas gravitatorias”, dice Hentschel. “No obstante, no se ha logrado ninguna detección directa de las mismas. La detección de ondas gravitatorias abrirá un nuevo campo de la astronomía que incrementará las observaciones de neutrinos y ondas electromagnéticas. Por ejemplo, los detectores de ondas gravitatorias pueden observar agujeros negros en fusión o sistemas estelares binarios compuestos de dos estrellas de neutrones, que están en su mayor parte ocultos a los telescopios convencionales”.

Más información: Alexander Hentschel and Barry C. Sanders. “Machine Learning for Precise Quantum Measurement.” Physical Review Letters 104, 063603 (2010). DOI:10.1103/PhysRevLett.104.063603

Autor: Lisa Zyga
Fecha Original: 26 de febrero de 2010
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Un equipo internacional de físicos espaciales, informan que Marte está perdiendo constantemente parte de su atmósfera al espacio como resultado de la presión de pulsos procedentes del viento solar. Su nuevo estudio publicado en Geophysical Research Letters debería ayudar a los científicos a comprender mejor la evolución de la atmósfera marciana.

Los investigadores analizaron los datos del viento solar y las observaciones de satélite que rastreaban el flujo de iones pesados que abandonan la atmósfera marciana. Los resultados del análisis mostraron que la atmósfera de Marte no se escapa a un ritmo constante, sino que ocurre en ráfagas.

Esas ráfagas de pérdida atmosférica están probablemente relacionadas con eventos solares conocidos como regiones de interacción co-rotante (CIRs). Las CIRs se forman cuando las regiones de viento solar rápido se encuentran con un viento solar más lento, creando un pulso de alta presión. Cuando estos pulsos CIR pasan por Marte, pueden arrancar partículas de la atmósfera marciana.

Durante ciertos momentos cuando ocurren las CIRs, el flujo de partículas atmosféricas que salen de Marte es aproximadamente 2,5 veces el de cuando no ocurren. Además, aproximadamente un tercio del material perdido por Marte al espacio, se pierde durante el impacto y paso de las CIRs.

El Profesor Mark Lester, Director del Departamento de Física y Astronomía en la Universidad de Leicester dijo: “La razón principal por la que esto sucede en Marte y no en la Tierra es la carencia de un campo magnético producido por el planeta, el cual protege la atmósfera de la Tierra.

“Otro aspecto de este trabajo es que las observaciones se realizaron durante un periodo muy tranquilo del ciclo solar de 11 años, y por tanto, se esperaría que el efecto de éstas y otras perturbaciones a gran escala fuesen mayores en otros momentos del ciclo solar”.

Cita: Edberg et al., ‘Pumping out the atmosphere of Mars through solar wind pressure pulses’, Geophys. Res. Lett., March 2010, 37, L03107; doi:10.1029/2009GL041814

Fecha Original: 12 de marzo de 2010
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Los choques interplanetarios pueden crear “electrones asesinos” en el entorno espacial cercano a la Tierra en 15 minutos desde que el choque alcanza la burbuja magnética protectora de la Tierra. El mecanismo subyacente para este proceso ha sido ahora revelado como resultado de una extraña configuración de satélites, que incluyen a Cluster, SOHO y Double Star.

Durante décadas hemos sabido que nuestro ambiente espacial cercano a la Tierra está íntimamente vinculado a la actividad solar. No obstante, los modelos de esta relación aún no son lo bastante precisos para predecir – en detalle – el impacto en la Tierra de violentas explosiones (conocidas como eyecciones de masa coronal) desde el Sol. En particular, ni siquiera es posible determinar dónde y qué extensión de región específica cercana a la Tierra podría ser dañina para una nave o perturbar las señales de satélites de navegación.

Esta situación está mejorando rápidamente. Gracias a la armada de naves científicas, vivimos en un periodo de oportunidades sin precedentes para observaciones in situ y remotas del Sol y del entorno espacial cercano a la Tierra. Un estudio reciente, liderado por Qiugang Zong de la Universidad de Pekin en China, y la Universidad de Massachusetts en Lowell, Estados Unidos, ha investigado la relación entre los impactos interplanetarios, disparados por las eyecciones de masa coronal, y los conocidos como “electrones asesinos”, y descubrieron el mecanismo subyacente.

Los “electrones asesinos” son partículas muy energéticas que quedan atrapadas en el cinturón de radiación exterior de la Tierra. Su nombre deriva del hecho de que, debido a su energía, pueden penetrar en el grueso escudo de los satélites y provocar microscópicas descargas eléctricas que dañan y a veces destruyen componentes electrónicos vitales de abordo.

Las teorías muestran que varios procesos físicos pueden acelerar los electrones a estas dañinas energías; los procesos predominantes son la interacción con ondas en la Frecuencia Muy Baja (3 a 30 kHz) o en el dominio de la Frecuencia Ultra Baja (entre 0,001 a 1 Hz). Hasta hace poco no ha quedado claro qué proceso es el que funciona de forma predominante en los cinturones de radiación de la Tierra tras el impacto de un choque interplanetario.

El 7 de noviembre de 2004, un potente choque interplanetario impactó con la magnetosfera, la burbuja magnética de la Tierra. La velocidad y orientación del frente de onda inducido por este choque se determinó usando medidas obtenidas por instrumentos a bordo de los satélites Cluster y Double Star, junto con otros satélites dispersos por la magnetosfera. A una altura geoestacionaria, la magnetosfera se extiende aproximadamente a 84 000 km. Por tanto, tener nueve satélites científicos (cuatro naves Cluster, dos naves Double Star, NOAA GOES-10 y GOES-12, y la nave Polar de la NASA) distribuidas a lo largo de esta gran área de espacio durante el impacto de un choque interplanetario hace que sea una rara configuración para el estudio.

“Aunque el flujo constante de partículas del viento solar se propaga a una velocidad media de 500 km/s, la velocidad de propagación del frente de onda era de más de 1200 km/s en la órbita geoestacionaria (36 000 km de altura) en comparación con los 660 km/s en la plasmasfera”, dice Qiugang Zong autor principal del artículo que describe este resultado.

Para este evento, la cantidad de electrones energéticos en el cinturón de radiación exterior empezó a aumentar casi inmediatamente después de la llegada del choque. Este sustancial aumento de los “electrones asesinos” se encontró que estaba causado por un proceso en dos pasos: La aceleración inicial debida a la compresión del potente campo magnético relacionado con el choque. Inmediatamente después del impacto del choque interplanetario, su paso a través de la magnetosfera disparó que las líneas magnéticas de la Tierra oscilaran en Frecuencias Ultra Bajas (ULF). A su vez, se encontró que estas ondas ULF aceleraban de manera efectiva los electrones, proporcionados por el primer paso, para convertirse en “electrones asesinos”.

“Tanto las ondas VLF como las ULF aceleran los electrones en los cinturones de radiación de la Tierra, pero con distintas escalas temporales. Las ondas ULF son mucho más rápidas que las VLF, debido a su mayor amplitud. Pueden explicar el corto intervalo de tiempo entre un impacto de choque y que los electrones se aceleren hasta energía dañinas”, dice Zong.

“Los datos procedentes de los cuatro satélites Cluster permitieron la identificación de las ondas ULF capaces de acelerar a los electrones”, dice Malcolm Dunlop, del Laboratorio Rutherford Appleton en Didcot (Reino Unido), y coautor de este estudio.

“La constelación Cluster también fue clave para estimar el tiempo necesario para que los electrones se convirtieran en “electrones asesinos”, ¡apenas después de 15 minutos!”, añade Zong.

“Estos nuevos hallazgos pueden ayudarnos a mejorar los modelos de predicción del entorno de radiación en el cual operan satélites y astronautas. Con la actividad solar aumentando, esperamos que ocurran más de tales impactos en nuestra magnetosfera en los próximos meses y años”, dice Philippe Escoubet, científico del proyecto Cluster en la Agencia Espacial Europea. “Afortunadamente”, añade, “incluso tras más de 10 años de funcionamiento, los satélites Cluster están en una excelente condición y pueden continuar cuantificando estos efectos”.

Fecha Original: 11 de marzo de 2010
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El extraño mundo de la mecánica cuántica describe el comportamiento raro y a menudo contradictorio, de los pequeños objetos inanimados, tales como átomos. Los investigadores ahora han empezado a buscar formas de detectar propiedades cuánticas en entidades más grandes y complejas, incluso posiblemente en organismos vivos.

Un grupo de investigación germano-español, dividido entre el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y e Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), está usando los principios de un famoso experimento mental de la mecánica cuántica – el gato superpuesto de Schrödinger – para probar las propiedades cuánticas en objetos compuestos por mil millones de átomos, posiblemente incluyendo al virus de la gripe.

La nueva investigación publicada el 11 de marzo en la revista New Journal of Physics (co-propiedad del Instituto de Física y la Sociedad Física Alemana), describe la construcción de un experimento para comprobar los estados de superposición en estos objetos mayores.

La óptica cuántica es un campo bien estudiado en el proceso de detección de propiedades cuánticas en átomos aislados y algunas pequeñas moléculas, pero no hay precedentes a la escala en la que estos investigadores quieren trabajr.

Cuando los físicos tratan de entender exactamente cómo se comportan los constituyentes más básicos de la materia y la energía, aparecen confusos patrones sobre su capacidad para hacer dos cosas a la vez (referido como estar en un estado de superposición) o su “fantasmal” conexión (referido al entrelazamiento) de hermanos subatómicos físicamente lejanos.

Es la capacidad de estos diminutos objetos de hacer cosas a la vez lo que Oriol Romero-Isart y sus colaboradores se están preparando para estudiar.

Con esta nueva técnica, los investigadores sugieren que los virus son un tipo de objeto que podria estudiarse. Aunque especulativamente, los investigadores esperan que su técnica pueda ofrecer una ruta para abordar experimentalmente cuestiones tales como el papel de la vida y la consciencia en la mecánica cuántica.

Para probar los estados de superposición, el experimento implica ajustar delicadamente los lásers para capturar tales objetos grandes como virus en una “cavidad óptica” (un espacio diminuto), otro láser para frenar el objeto (y colocarlo en lo que se conoce en mecánica cuántica como un “estado base”) y añadir un fotón (el elemento básico de la luz) en un estado cuántico específico al láser para provocar un estado de superposición.

Los investigadores dicen: “Esperamos que este sistema, aparte de proporcionar una nueva tecnología cuántica, nos permitirá probar la mecánica cuántica a escalas mayores, preparando superposiciones macroscópicas de objetos de escala nano y micro. Esto podría permitirnos usar microorganismos más complejos, y por tanto probar los principios de superposición cuántica en organismos vivos realizando experimentos de óptica cuántica con ellos”.

El artículo estará permanentemente disponible para su lectura de forma gratuita desde el 11 de marzo en http://iopscience.iop.org/1367-2630/12/3/033015.

Fecha Original: 11 de marzo de 2010
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