lundi 18 janvier 2016

Top 10 de la Ciencia y la Tecnología 2015 (Lado A)

Es hora de hacer la revisión anual de los adelantos científicos más relevantes del año que acaba de terminar. Tal como en el año anterior (ver aquí), serán dos entregas al respecto: Lado A y Lado B. El Top 10 está basado tanto en fuentes científicas como en mi criterio.
Bienvenidos.

10. Metales Jahn-Teller

La lección del colegio dice que los estados de la materia son: sólido, líquido y gas. Es una lección del siglo XVII. De hecho, antes de 2015 ya la cuenta de estados de la materia llegaba a diecisiete (ver lista en Wikipedia) y ahora hay uno nuevo.

Investigadores de la Universidad Tohoku identificaron un nuevo estado de la materia y lo llamaron metal Jahn-Teller. El nombre no suena muy atractivo, pero encierra las pistas de su origen. 


Representación de un metal Jahn-Teller. Tomado de: http://www.fyysika.ee/?p=85788

Por una parte, el efecto Jahn-Teller describe la relación entre ciertas configuraciones electrónicas de moléculas e iones y la deformación geométrica de estos últimos. Este efecto es importante en el campo de los superconductores. Estos materiales han dado pie al desarrollo de tecnologías como las de los trenes de alta velocidad capaces de viajar a velocidades vertiginosas. Por ejemplo, el tren japonés Yamanashi MLX01 MagLev es capaz de recorrer los 627 km entre Riohacha y Bucaramanga en poco más de una hora.

En este campo científico, el objetivo primario es obtener superconductores que puedan trabajar a temperatura ambiente. En esta búsqueda, los fullerenos (compuestos de carbono parecidos a los desaparecidos baloncitos de helado) al modificarse con diversos metales actúan como superconductores a temperaturas de hasta 35 K (-238,15°C). Aunque esta temperatura está lejos del récord actual: 203 K (-70°C), sobre la base de la comprensión del funcionamiento de estos materiales, se estableció un mecanismo para describir su comportamiento. Este mecanismo implica la coexistencia de estados electrónicos del tipo Jahn-Teller y metálico. Bajo tales circunstancias, el décimo octavo estado de la materia fue descubierto.

9. Wendelstein 7-X


En matemáticas, un Toro (o Toroide) es una figura geométrica con forma similar a la de una dona y no un rumiante. Pero, ¿qué importancia puede tener un Toro en el futuro energético de la humanidad?

Resulta que el diseño de los Toros es central en el desarrollo de una tecnología que nos permita explotar la energía de las estrellas; una energía de verdad limpia y sin residuos radioactivos. Como lo presenté en una entrada anterior (ver aquí), una estrella arde gracias a un continuo proceso de fusión atómica. En esencia, la estrella fusiona hidrógeno (el elemento más liviano del universo) para producir helio (el segundo elemento más liviano). La energía liberada hace que la estrella alcance temperaturas de hasta quince millones de grados centígrados (¡!). En consecuencia, un reto grande tanto para la física como para la ingeniería es cómo controlar un sistema que opere bajo tales condiciones extremas. 

La clave de los avances recientes en este campo científico ha sido el diseño de nuevos y mejores Toros con sistemas de control electromagnético para encerrar el plasma (cuarto estado de la materia) producido durante el proceso de fusión. En particular, 2015 introdujo al mundo a Wendelstein 7-X; reactor de fusión nuclear del tipo estrellactor (Stellerator, por sus siglas en inglés) el cual se encendió con éxito a principios de diciembre pasado. Aunque este estrellactor se encuentra en pruebas preliminares, se espera que la investigación que se está desarrollando en él sirva para perfeccionar el funcionamiento del proceso. Weldenstein 7-X se une a la carrera científica internacional de la fusión nuclear junto a ITER; reactor tipo Tokamak que se espera entre a realizar pruebas preliminares con plasma en 2018.


8. Ancestros

Uno de los argumentos usados por los que niegan la teoría de la evolución es que el hombre no desciende del mono. Tienen razón. La teoría de Darwin nunca propuso ni que el hombre proviniese de los grandes simios modernos; chimpancés, orangutanes o gorilas, ni que estos últimos se puedan transformar mágicamente en hombres.

El hombre pertenece al género Homo y la teoría de la evolución establece que, tal como sucede con otros millones de seres vivos, proviene de un ancestro único del cual también descendieron los grandes simios. A lo largo de las décadas, se han ido añadiendo ancestros al árbol genealógico de los humanos, de modo que se descifre el origen de nuestra especie. 2015 fue un año especial en cuanto al hallazgo de una serie de fósiles que ahora se acepta que pertenecen al género Homo. 

Científicos trabajando en una caverna en Sudáfrica reportaron el descubrimiento de una serie de fósiles clasificados como homínidos (ancestros humanos). Uno de ellos ha intrigado en especial a los investigadores, pues sus huesos revelan que poseía piernas y pies aptos para caminar erguido a la vez que hombros, pecho y pelvis aptos para trepar árboles. La especie ha sido denominada Homo naledi y su cráneo asemeja al del hombre moderno pero su cerebro era mucho más pequeño. El descubrimiento ha causado un intenso debate en la comunidad científica alrededor de preguntas como: ¿cuál es su edad?, ¿en dónde encaja dentro del árbol genealógico humano?, ¿por qué se encontraron sus huesos dentro de las profundidades de una caverna?, ¿es esto último señal de que tenía algún tipo de costumbre funeraria?


Reconstrucción del fósil de Homo naledi. Tomado de: http://news.nationalgeographic.com/2015/09/150910-human-evolution-change/

A parte del Homo naledi, en 2015 también se reportó en Etiopía el hallazgo de otro fósil del género Homo, denominado: Australopithecus deyiremeda y que habría vivido hace unos 3.5 millones de años. El conjunto de hallazgos anteriores sugiere fuertemente que hubo una vez una gran diversidad de homínidos caminando el planeta al mismo tiempo.

El árbol genealógico de la especie humana se diversifica y aún quedan muchas piezas para completarlo, pero la evidencia acumulada demuestra que no salimos directamente del barro.

7. Antibióticos

Mi amigo fue directo a la farmacia a comprar antibióticos cuando sintió el hilillo de resfriado bajando desde su ceño hasta las fosas nasales. Los antibióticos no sirven para combatir el virus de la gripa porque están hechos para combatir bacterias.

Consumir antibióticos en este tipo de circunstancias se ha convertido en una práctica usual a pesar que no tenga sentido y de que su uso desmedido aumenta de manera considerable el riesgo de enfermarse a causa de bacterias inmunes a los tratamientos médicos convencionales; llamadas por algunos súperbacterias.

No es un problema menor. La Organización Mundial de la Salud ha declarado que entramos en una era post-antibióticos, razón por la cual infecciones del tracto urinario (e.g. la gonorrea), la neumonía y otras que pueden afectar el torrente sanguíneo se han vuelto resistentes a los antibióticos y por tanto pueden resultar mortales. Una señal fuerte de la gravedad de la situación es que mientras el número de reportes sobre súperbacterias sigue aumentando, el último antibiótico descubierto data de hace cerca de treinta años.


Tomado de: http://gizmodo.com/how-scientists-will-find-your-next-antibiotic-in-this-p-1690361095

La buena noticia es que 2015 dejó grandes expectativas sobre el desarrollo de nuevos antibióticos. Investigadores de la Universidad del Noroeste (Northeastern University) identificaron la sustancia denominada teixobactina. Hasta el momento, la teixobactina ha sido capaz de eliminar el 100% de las bacterias que han sido expuestas a ella. Pero, el descubrimiento y uso de esta sustancia no es lo realmente revolucionario pues se sabe que llegará un momento en que las bacterias desarrollarán resistencia a la teixobactina. En efecto, lo que más ha causado entusiasmo en la comunidad científica es que la teixobactina fue literalmente recogida del suelo

El suelo es el campo de batalla de hordas bacterianas en constante guerra química y es por ello que ser capaz de cultivar las bacterias que lo habitan es esencial para superar la actual crisis de antibióticos. Los investigadores en este caso desarrollaron una novedosa técnica de cultivo gracias a un dispositivo de cultivo llamado iChip (en la foto). Hay que tener presente que los antibióticos empleados en la actualidad han sido desarrollados a partir del cultivo en laboratorio de sólo el 1% del total de especies de bacterias que habitan los suelos. ¡El restante 99% de estas bacterias; potenciales fuentes de nuevos antibióticos, se había considerado incultivable hasta ahora! Así las cosas, el jocoso consejo que dice: "si su hijo come tierra, cómprele un lote", no suena tan malo.

6. Conexión cuántica

Kalimán era capaz de comunicarse por telepatía con otras personas. Usando este método, pudo salvarse en muchas ocasiones de los ataques de sus enemigos. Por extraño que suene, en mecánica cuántica, la existencia de un fenomeno de naturaleza similar a la telepatía fue postulada en los tiempos de A. Einstein; i.e. hace poco más de 80 años.

El término entrelazamiento cuántico describe la razón por la cual en el mundo cuántico; hogar de las partículas subatómicas, las distancias no existen. El entrelazamiento cuántico implica que, por ejemplo, si uno mide las propiedades de una partícula subatómica en Marte se puede determinar de manera instantánea el estado de su contraparte ubicada en la tierra.


Representación del entrelazamiento cuántico. Tomado de: http://muonray.blogspot.com.co/2014/09/overview-of-quantum-entanglement.html

Para Einstein, el concepto de entrelazamiento cuántico era tan aberrante que hasta lo llamó: "acción fantasmagórica a distancia". Una de las razones para su férrea oposición era que la existencia de tal fenómeno violaría el postulado de que nada puede viajar más rápido que la luz. A pesar de ello, el entrelazamiento cuántico es ahora una realidad física plenamente demostrada.

Desde hace 51 años se habían reportado experimentos que confirmaban la realidad del entrelazamiento cuántico, pero estos resultados siempre se recibieron con gran escepticismo en la comunidad científica. Las dudas quedaron subsanadas en 2015 cuando un equipo internacional de científicos europeos y norteamericanos publicaron la prueba irrefutable de la existencia del entrelazamiento cuántico.

En el experimento diseñado, los investigadores realizaron 245 pruebas con electrones (las partículas subatómicas que determinan la carga eléctrica del atomo) separados a una distancia de 1.3 km y pudieron comprobar estadísticamente la validez de una conexión cuántica a distancia e instantánea. A este reporte le siguieron otros dos con resultados similares usando fotones (las partículas subatómicas que constituyen la luz).

Las implicaciones del entrelazamiento cuántico trascienden la satisfacción de la curiosidad científica e implican el potencial desarrollo de nuevas formas de comunicación (quizá no como la telepatía), sistemas de cómputo ultra-avanzados; como los computadores cuánticos y hasta la teletransportación cuántica. En cuanto a esta última, hay que aclarar que sólo es aplicable a partículas subatómicas (mis disculpas a los seguidores de Viaje a las Estrellas).

@vigabalme

Referencias


Wendelstein 7-X

Ancestros

Antibióticos

vendredi 1 janvier 2016