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Descubren cómo crear 'cristales de tiempo', un nuevo estado de la materia Descubren cómo crear 'cristales de tiempo', un nuevo estado de la materia

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Descubren cómo crear ‘cristales de tiempo’, un nuevo e inexplorado estado de la materia

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Científicos de la Universidad de Granada (sur de España) y de la de Tübingen (Alemania) han descubierto una forma de crear cristales de tiempo, una nueva fase de la materia que emula una estructura cristalina en la cuarta dimensión, el tiempo, en lugar de solo en el espacio, a partir de fluctuaciones extremas en sistemas físicos de muchas partículas.

Los cristales de tiempo son un nuevo estado de la materia propuesto recientemente por el premio Nobel de física Frank Wilczek, del Massachusetts Institute of Technology (MIT), en Estados Unidos.

El hallazgo es especialmente relevante, explicaron los investigadores, en campos como la metrología, para el diseño de relojes más precisos, o en computación cuántica, donde los cristales de tiempo pueden utilizarse para simular estados fundamentales o diseñar ordenadores cuánticos más robustos.

En los cristales de tiempo -cuya existencia se sugirió por primera vez en 2012-, los átomos repiten un patrón a través de la cuarta dimensión, el tiempo, a diferencia de los cristales normales (como un diamante), que tienen átomos dispuestos en una estructura espacial repetitiva, ha informado la Universidad de Granada.

Estos nuevos cristales temporales se caracterizan por realizar un movimiento periódico en el tiempo.
Los investigadores, entre ellos Rubén Hurtado Gutiérrez, Carlos Pérez Espigares y Pablo Hurtado, del departamento de Electromagnetismo y Física de la Materia de la Universidad de Granada, demuestran en este estudio que ciertas transiciones de fase dinámicas que aparecen en las fluctuaciones raras de muchos sistemas físicos rompen espontáneamente la simetría de traslación en el tiempo.

Los científicos han propuesto un nuevo camino para usar este fenómeno natural para crear cristales de tiempo.

Para realizar las simulaciones de este trabajo los científicos han empleado el superordenador Proteus, perteneciente al Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional de la Universidad de Granada, considerado uno de los superordenadores de cálculo científico general más potentes de España.

El investigador Pablo Hurtado explicó que “la relatividad de Einstein nos enseñó que el tiempo es de alguna manera flexible, y que está inextricablemente unido al espacio en un todo que conocemos como espaciotiempo”.

Esa unificación es, sin embargo parcial, ya que el tiempo sigue siendo especial en muchos sentidos, indica el científico, que pone como ejemplo que “podemos movernos adelante y atrás entre dos puntos cualesquiera en el espacio, pero sin embargo no podemos visitar el pasado; el tiempo tiene una flecha, mientras que el espacio no tiene tal flecha”.

En su estudio, los científicos proponen una ruta inexplorada hasta ahora para construir cristales de tiempo, basada en la observación reciente de ruptura espontánea de la simetría de traslación temporal en las fluctuaciones de sistemas de muchas partículas.

Los resultados, dijeron los investigadores, son importantes porque abren un camino inexplorado para entender mejor el tiempo y sus simetrías, mientras que, a nivel práctico, enseñan nuevas formas de crear cristales de tiempo.

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Descubren el fósil casi intacto de un cetáceo de 3.000 años cerca de Bangkok

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Paleontólogos tailandeses trabajan en determinar la edad de un fosil casi intacto de rorcual de Bryde, que podría tener entre 3.000 y 5.000 años, hallado cerca de Bangkok y a unos 12 kilómetros de la actual línea de costa.

El ministro tailandés de Medioambienbe y Recursos Naturales, Varawut Silpa-archa, indicó tras visitar la excavación que espera conocer en diciembre los resultados de las pruebas de carbono para precisar de cuando data el ejemplar.

Aunque los expertos ya apuntaron a medios locales que conforme a análisis previos de conchas encontradas podría rondar entre 3.000 y 5.000 años de antigüedad.

El esqueleto del fósil, de unos doce metros de longitud, conserva en perfectas condiciones la calavera, 19 vértebras, 5 costillas y la aleta izquierda, entre otros huesos.

Los arqueólogos aún trabajan para desenterrar parte del cetáceo encontrado el 6 de noviembre en la provincia de Samut Sakhon, al suroeste de Bangkok, una zona que hace miles de años estuvo cubierta por el agua del mar.

Según el ministro, este descubrimiento ayudará en las investigaciones sobre la evolución del rorcual de Bryde, del cual unos 50 ejemplares del actual mamífero marino habitan a día de hoy las aguas del Golfo de Tailandia.

EFE

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Logran la primera prueba experimental de cómo brillan las estrellas masivas

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Las estrellas, en su núcleo, realizan las reacciones que transforman hidrógeno en helio, liberando así la energía que hace que brillen

Las estrellas, en su núcleo, realizan las reacciones que transforman hidrógeno en helio, liberando así la energía que hace que brillen y que, en el caso del Sol, posibilita la vida en la Tierra. Ahora, un equipo de científicos ha logrado la primera prueba experimental de cómo brillan las estrellas masivas.

El hidrógeno es el elemento químico más abundante en el Universo y tanto el Sol como el resto de estrellas nacen cuando comienzan a fusionar hidrógeno para producir helio, que se va concentrando en el centro de las estrellas. Este proceso, que el Sol lleva haciendo 4.500 millones de años, se repite durante buena parte de sus vidas.

Para llevarlo a cabo, en las estrellas se dan dos reacciones nucleares de fusión distintas, una llamada la cadena de protón-protón (pp), que transforma directamente isótopos de hidrógeno en otros de helio, y otra denominada el ciclo CNO, en el que la fusión se cataliza por el carbono, el nitrógeno y el oxígeno.

La primera domina la producción de energía en estrellas de tamaño similar al Sol, produciendo alrededor del 99 %, y ha sido estudiada extensamente. La segunda, el ciclo CNO (carbono, nitrógeno y oxígeno), se cree que tiene un mayor peso en la producción de energía en las estrellas más masivas, a partir de 1.3 veces la masa del Sol.

Sin embargo, el estudio del ciclo CNO ha sido un desafío para la Física, debido a que los neutrinos generados en abundancia en este proceso de fusión son muy difíciles de detectar. Y es que estas partículas solares solo pueden observarse con detectores de alta sensibilidad, que pueden excluir la mayoría del ruido de fondo.

En este trabajo se presenta la primera detección de neutrinos producidos en el Sol por el ciclo CNO o lo que es lo mismo, la primera evidencia experimental directa conocida de este mecanismo.

Los responsables de este descubrimiento son un grupo de investigadores, entre ellos el español David Bravo, reunidos en el proyecto Borexino, un experimento de los Laboratorios Nacionales Gran Sasso del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia (INFN).

Los resultados fueron presentados en junio en el Congreso Neutrino 2020 de Chicago y este miércoles se publican en Nature.

Según sus responsables, de trata de “un hallazgo experimental de valor histórico”, que completa un capítulo de la Física que comenzó en la década de 1930, cuando Hans Bethe y Carl Friedrich von Weizsacker propusieron de forma independiente que la fusión de hidrógeno en las estrellas también podría ser catalizada por los núcleos pesados de CNO.

Sus implicaciones para la comprensión de los mecanismos estelares “son enormes”, aseguran sus responsables en una nota del INFN: dado que el ciclo CNO es predominante en las estrellas más masivas que el Sol, con esta observación Borexino ha alcanzado la evidencia experimental de lo que es de hecho el canal dominante en el Universo para la fusión de hidrógeno.

Borexino ya había estudiado en detalle el principal mecanismo de producción de energía del Sol, la cadena protón-protón, a través de la detección de los flujos de neutrinos principales provenientes de esta cadena de reacciones. Con la medición de estas partículas en el ciclo CNO, se proporciona la primera evidencia experimental de la existencia de este mecanismo adicional de generación de energía en el Universo.

“Ahora tenemos finalmente la primera confirmación innovadora y experimental de cómo brillan las estrellas más masivas que el Sol”, resume Gianpaolo Bellini, del INFN y de la Universidad de Milán.

Se trata, agrega el científico, de la culminación de un esfuerzo de 30 años y de más de 10 años de descubrimientos de Borexino en la física del Sol, los neutrinos y finalmente las estrellas”.

“Borexino ha conseguido ver todos los mecanismos principales a través de las cuales se teorizó que el Sol fusiona dos protones para dar lugar a helio y, por tanto, a energía”, resume a Efe por su parte David Bravo, quien recuerda que gracias al estudio del Sol podemos saber lo que pasa en otras estrellas, pero no solo, también sobre la formación de planetas o sobre los elementos que dan lugar a la vida (oxígeno, carbono).

Además, agrega, una de las grandes preguntas que aún queda en suspenso, pero cuya respuesta se acerca gracias a resultados como estos, es la metalicidad del Sol, es decir, qué elementos más pesados que el helio, como el carbono, nitrógeno y oxígeno, contiene.

“Más o menos este dato se conoce a través de observaciones diferentes, pero no con precisión, lo que tendría implicaciones muy amplias sobre cómo entendemos muchos mecanismos estelares. Los neutrinos son los únicos que pueden dirimir esta cuestión y por eso esta detección es un penúltimo paso crucial”, concluye Bravo.

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La herramienta de big data en biología que ayudará a colonizar el espacio

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Hacía décadas que no se veía tanta actividad en la exploración espacial como ahora, con empresas que llevan astronautas a la Estación Espacial Internacional, y misiones a Marte de la NASA y la ESA, pero también de China y Emiratos Árabes, un resurgir que obliga a desarrollar cada vez más experimentos que ayuden a la colonización del espacio.

Con ese objetivo, nació GeneLab, una herramienta interactiva de acceso abierto de la NASA que permite a los científicos de todo el mundo descargar, compartir, buscar y almacenar datos e información sobre las misiones espaciales y los experimentos que se llevan a cabo en el espacio y compararlos con los que se hacen en tierra.

Básicamente, esta ingente base de datos (big data) reúne información sobre investigación biológica y genómica, esenciales para garantizar el éxito de la exploración espacial del futuro: los viajes de larga distancia que obligarán a los astronautas a pasar años en el espacio.

Y es que, la falta de gravedad tendrá efectos sobre el sistema inmunitario y la función de las mitocondrias, además de provocar la pérdida de tejido muscular y óseo, trastornos cardiovasculares, declive cognitivo y el desarrollo de tumores, entre otros problemas.

En estos años, el trabajo internacional con GeneLab liderado por Estados Unidos ha generado un paquete de estudios científicos sobre biología y genómica en el espacio que se publican hoy en varias revistas del grupo Cell, mientras que la contribución europea se detalla, también hoy, en la revista Cell Systems.

Uno de los grupos de trabajo europeos, financiados por la Agencia Espacial Europea (ESA), ha sido coordinado por el español Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y dirigido por el investigador del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC), Raúl Herranz.

“Una necesidad fundamental para futuras misiones y la posible colonización del espacio es encontrar la clave del efecto común que producen los entornos con más radiación y gravedad reducida en los organismos” a nivel mitoconcrial, advierte Herranz.

Pero muchos de estos experimentos de biología molecular se refieren al genoma completo de un ser vivo y a aspectos relacionados como la genómica, proteómica, epigenómica o la transcriptómica de las muestras de experimentos espaciales.

Todo ello, genera un big data biológico que resulta clave tanto para utilizarlo en el espacio y prevenir problemas de salud en los astronautas, como para usarlo en la Tierra en la investigación médica y biológica de patologías especialmente las relacionadas con el envejecimiento y para comparar los experimentos de biología espacial de las últimas dos décadas.

EFE

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