El transporte de la antimateria, la ciencia de rayos x en la escala de attosegundos y conocimientos sobre la evolución del vuelo Understand article

Traducido por Elisa López Schiaffino. Science in School es una publicación de EIROforum, una colaboración entre ocho de las organizaciones intergubernamentales de investigación científica (EIRO, por su sigla en inglés) más importantes de Europa. Este artículo comenta algunas de las…

CERN: El transporte de la antimateria

Trabajar con antimateria no es una tarea fácil: desaparece instantáneamente cuando entra en contacto con su contraparte,la materia. Los científicos del CERN producen y almacenan con éxito partículas de antimateria en diferentes experimentos, pero hasta ahora no ha sido posible transportar la antimateria de una instalación a otra. Sin embargo, en los próximos tres años, el transporte de antimateria no solo estará reservado para películas ficticias de Hollywood, ya que un proyecto en el CERN contempla hacerlo realidad.

Los científicos están diseñando una trampa especial de antimateria que se colocará dentro de un imán solenoide superconductor de una tonelada para transportar la antimateria sin que se aniquile durante el viaje. Primero, los antiprotones se recolectarán en el experimento GBAR en las instalaciones de ELENA, en el CERN. Luego, la trampa de antimateria se colocará en una camioneta y se transportará unos pocos cientos de metros a ISOLDE, una instalación de haz de iones radiactivos.

Allí, los físicos insertarán núcleos radiactivos exóticos en la trampa para observar qué sucede cuando se aniquilan con la antimateria. El proyecto, llamado PUMA (sigla en inglés de Aniquilación de Antiprotones y Materia Inestable), tiene como objetivo estudiar los fenómenos nucleares exóticos.

Puede leer más sobre el proyecto PUMA en el sitio web del CERN.

Con base en Ginebra, Suiza, CERN es el laboratorio de física de partículas más grande del mundo.

Una trampa de antimateria en el CERN
CERN

EMBL: La construcción de microscopios de fluorescencia, desde cero

¿Podrías construir un microscopio de fluorescencia en menos de 90 minutos? En marzo de este año, un grupo de estudiantes de entre 15 y 16 años hizo exactamente eso: con lentes de alta calidad y objetivos empaquetados en un kit portátil, los estudiantes construyeron microscopios de fluorescencia capaces de obtener imágenes de muestras biológicas de una fracción de milímetro.

La serie de sesiones prácticas estuvo organizada por investigadores del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL, por su sigla en inglés) y el equipo del Laboratorio Europeo para el Aprendizaje de Ciencias de la Vida (ELLS, por su sigla en inglés) en Heidelberg, Alemania. Usando sus microscopios, los estudiantes fotografiaron embriones de peces cebra y de polen de flores y mostraron su trabajo a los investigadores de EMBL y a la prensa local.

Los kits portátiles, diseñados para poder facilitárselos a las escuelas en un futuro, despertaron el entusiasmo de los estudiantes sobre las materias CTIM y les permitieron formarse una idea de cómo es realmente la investigación de laboratorio.

Si desea más información sobre este proyecto de divulgación, visite la página de noticias del sitio web del EMBL.

EMBL es el laboratorio europeo líder de investigación básica sobre la biología molecular. Su sede está en Heidelberg, Alemania.

Los estudiantes construyen un microscopio de fluorescencia como parte de un proyecto de divulgación coordinado por investigadores del EMBL y el equipo de aprendizaje del ELLS
Emma Steer/EMBL

ESA: Para el futuro, satélites propulsados por la atmósfera

Los satélites que orbitan cerca de la Tierra están sujetos a una serie de fuerzas perturbadoras, una de las cuales es la de arrastre. Las naves espaciales están diseñadas para contrarrestar este arrastre, pero a menudo su vida útil está limitada por la cantidad de propelente que pueden llevar a bordo.

Por ejemplo, en la Agencia Espacial Europea (ESA, por su sigla en inglés), un nuevo satélite llamado GOCE (que proporcionó datos sobre el campo gravitacional de la Tierra) voló a tan solo 250 km sobre la Tierra durante más de cuatro años gracias a un sistema de propulsión eléctrica que compensaba continuamente la resistencia del aire. Pero una vez que el propelente se agotó, la misión terminó.

A principios de 2018, un equipo liderado por la ESA encontró una manera de superar este desafío. Por primera vez, construyeron y probaron un propulsor eléctrico que usa unas pocas moléculas de aire de la parte superior de la atmósfera para propulsarse. Las moléculas reciben cargas eléctricas para que puedan acelerarse y expulsarse para proporcionar empuje.

Esta tecnología podría abrirle el camino a una nueva clase de satélites que podrían operar en órbitas muy bajas durante muchos años. Los propulsores eléctricos que utilizan aire también podrían emplearse en las franjas exteriores de la atmósfera de otros planetas; por ejemplo, se podría usar el dióxido de carbono de Marte.

Puede aprender más sobre el novedoso propulsor eléctrico que usa aire en el sitio web de la ESA.

La ESA es la puerta de acceso al espacio, con sede en París, Francia.

La prueba de propulsión eléctrica que usa aire, dentro de una cámara de vacío.
ESA

ESO: Detrás de escena en el Observatorio Europeo Austral

El Observatorio Europeo Austral (ESO, por su sigla en inglés) actualmente opera una impresionante flota de telescopios equipados con varias docenas de instrumentos. En conjunto, impulsan la investigación astronómica y logran descubrimientos cada vez más emocionantes. Pero hay más por descubrir  sobre el ESO que las noticias de astronomía ya anunciadas.

Detrás de escena se encuentran las personas que hacen que el ESO funcione, y todas tienen historias fascinantes sobre su vida cotidiana en el observatorio terrestre más productivo del mundo. Por eso, comenzamos el ESOblog: para compartir estas historias sobre la gente, la tecnología y la ciencia. También hay resultados científicos extravagantes e interesantes de nuestra comunidad, novedades sobre los famosos que han visitado recientemente los sitios del ESO y artículos del departamento de comunicación del ESO.

Puede encontrar el blog en el sitio web del ESO.

El ESO es la organización astronómica intergubernamental más importante de Europa y el observatorio astronómico terrestre más productivo del mundo, con sede en Garching, cerca de Múnich en Alemania, y con telescopios en Chile.

El objetivo del ESOblog es compartir historias de vida en el ESO con lectores de distintos ámbitos.
ESO

ESRF: Nuevos conocimientos sobre la evolución del vuelo

Se sabe que las aves de hoy en día evolucionaron a partir de los dinosaurios extintos, pero muchas preguntas sobre su evolución temprana y el desarrollo del vuelo de las aves siguen sin respuesta. Una pregunta en particular es si el Archaeopteryx (un dinosaurio parecido a un pájaro cuyos fósiles de transición son evidencia clave en los debates evolutivos) fue capaz de volar, y si es así, ¿cómo?

Los arqueólogos han descubierto hasta ahora 12 fósiles del Archaeopteryx que se conservan en bloques de piedra caliza y revelan solo una parte de su morfología. Ahora, un equipo internacional que incluye a científicos del Laboratorio Europeo de Radiación Sincrotrón (ESRF, por su sigla en inglés), ha utilizado la microtomografía de sincrotrón para explorar los fósiles por dentro y crear un modelo 3D del Archaeopteryx.

Los datos revelaron inesperadamente que los huesos del ala del Archaeopteryx comparten adaptaciones importantes con los de las aves voladoras modernas. El análisis de los datos también mostró que los huesos del Archaeopteryx son más similares a los de las aves (como los faisanes) que ocasionalmente usan el vuelo activo para cruzar barreras o esquivar a los depredadores, en lugar de las formas que están optimizadas para el vuelo de resistencia. Ahora está claro que Archaeopteryx representa parte de la primera ola de especies de dinosaurios capaces de volar y que finalmente se extinguieron.

Para consultar más información sobre este estudio, puede leer el trabajo de investigación original:

Voeten D et al. (2018) Wing bone geometry reveals active flight in Archaeopteryx. Nature Communications 9(923): 1–9. doi:10.1038/s41467-018-03296-8

Con sede en Grenoble, Francia, el ESRF opera la fuente de radiación sincrotrón más poderosa de Europa.

Una muestra del Archaeopteryx en la línea de haz ID19 del ESRF. Mediante láseres, el haz se centra en el cráneo.
ESRF/Pascal Goetgheluck

EUROfusion: Un record mundial para la exposición del plasma

Para replicar el proceso de fusión en la Tierra, los gases se calientan a temperaturas extremadamente altas dentro de los dispositivos de fusión hasta que se convierten en plasma. El dispositivo de fusión lineal Magnum-PSI, operado por el Instituto Holandés para la Investigación en Energía Fundamental (DIFFER, por su sigla en inglés), miembro de EUROfusion, se usa rutinariamente para probar si los materiales para futuros experimentos de fusión pueden soportar estas temperaturas extremas. En particular, estos experimentos proporcionan información sobre los materiales que se pueden utilizar en el ITER, el dispositivo de fusión más grande del mundo actualmente en construcción en Cadarache, Francia.

Hace poco, los científicos lograron el récord mundial de la exposición más prolongada de un material a las duras condiciones del plasma al exponer los componentes de la pared de tungsteno al equivalente de un año completo de operaciones de fusión de alta potencia en el futuro reactor ITER. Los investigadores en la instalación ahora investigarán cómo los materiales de la pared del ITER cambiarán durante su vida útil en el reactor.

EUROfusion gestiona y financia actividades de investigación de fusión europeas, con el objetivo de lograr la fusión para producir electricidad. El consorcio está compuesto por 30 miembros de 26 países de la Unión Europea, Suiza y Ucrania.

Un haz de plasma en Magnum-PSI
DIFFER

XFEL Europeo: Ciencia de rayos x en la escala de attosegundos

La Instalación Europea de Láser de Electrones Libres de Rayos X (XFEL Europeo) genera pulsos de rayos X que duran una milésima de billonésima parte de un segundo, o unos pocos femtosegundos (10–15 segundos). Estos destellos ultracortos ayudan a los científicos a comprender las etapas individuales de una reacción química o biológica. Pero algunos procesos naturales son incluso más rápidos: para observarlos, necesitamos destellos de rayos X incluso más cortos, en la escala de attosegundos (1/1000 de un femtosegundo, o 10–18 segundos). Hay una tecnología casi lista para generar estos rápidos pulsos de rayos X, pero los científicos también deben poder registrar el tiempo exacto y la estructura energética de cada pulso para describir su existencia.

Con esto en mente, un equipo internacional de científicos desarrolló una técnica para lograr precisamente eso. Con los pulsos de rayos X más cortos disponibles en la Fuente de Luz Coherente Linac, (LCLS o Linac Coherent Light Source, en inglés) en los Estados Unidos, crearon un método que utiliza luz polarizada circularmente que actúa como un «reloj» según el cual se ordenan los datos experimentales resultantes.

Para este método es fundamental un espectrómetro desarrollado en el DeutschesElektronen-Synchrotron (DESY) y adaptado por el XFEL Europeo para uso en láseres de electrones libres de rayos X como el XFEL Europeo y el LCLS. El espectrómetro consiste en un anillo de espectrómetros individuales alineados en un plano perpendicular al haz de rayos X. Estos recogen electrones individuales y brindan a los científicos información crucial sobre las características del haz.

XFEL Europeo es un centro de investigación en Hamburgo, Alemania. Sus intensos destellos de rayos X se utilizan en todo el mundo.

Una imagen del espectrómetro que puede revelar información, como por ejemplo la energía y la intensidad de los pulsos de rayos X
Frank Scholz & Jens Buck/DESY

ILL: Continúa la búsqueda del cuarto neutrino

Los neutrinos son especialmente difíciles de detectar, ya que estas partículas elementales no llevan ninguna carga eléctrica e interactúan solo raramente con la materia. Conocemos tres tipos: neutrinos electrónicos, neutrinos muones y neutrinos tau, pero ¿hay más?

En 2011, los investigadores notaron que dos resultados experimentales inexplicables se podrían entender si existiera un cuarto neutrino. A esta partícula hipotética se la conoce como el neutrino «estéril» y se han diseñado varios experimentos para probar su existencia.

Uno de estos experimentos es STEREO, un experimento franco-alemán diseñado para medir con precisión la velocidad y el perfil de energía de los neutrinos generados por el reactor del Instituto Laue Langevin (ILL). El experimento publicó sus primeros resultados en marzo de 2018, que excluyen la presencia de un cuarto neutrino hipotético en la región observada. Se esperan más datos para finales de 2019.

Gracias al combustible de uranio enriquecido que se encuentra en el núcleo del ILL, STEREO también proporcionará un nuevo punto de referencia para el espectro de neutrinos producido por la fisión del uranio-235, que es de suma importancia para muchos otros experimentos con reactores de neutrinos.

Con sede en Grenoble, Francia, ILL es un centro de investigación internacional a la vanguardia de la ciencia y la tecnología de los neutrones.

Los nuevos resultados del experimento STEREO brindan información sobre un hipotético cuarto neutrino.
ILL

EIROforum

EIROforum combina los recursos, las instalaciones y la experiencia de sus organizaciones miembros para que la ciencia europea alcance su máximo potencial.

Si desea más información, consulte la lista de artículos sobre el EIROforum en Science in School o consulte otros artículos de EIRO news.

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Institution

EMBL, EIROforum, CERN, EUROfusion, ESA, ESO, ESRF, European XFEL, ILL

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CC-BY