Ciencia y Tecnología. ¿Hay relación entre la teoría cuántica y la de cuerdas?

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La aparente relación entre el entrelazamiento cuántico(*) y la teoría de cuerdas

Los investigadores describen cómo llevar a cabo la primera prueba experimental de la teoría de cuerdas en un artículo publicado en Physical Review Letters.

La teoría de cuerdas se desarrolló originalmente para describir las partículas fundamentales y las fuerzas que forman nuestro universo. La nueva investigación, dirigida por un equipo del Imperial College de Londres, describe el descubrimiento inesperado de que la teoría de cuerdas también parece predecir el comportamiento de las partículas cuánticas entrelazadas. Dado que esta predicción puede ser probada en el laboratorio, los investigadores ahora pueden probar la teoría de cuerdas.

 En los últimos 25 años, la teoría de cuerdas se ha convertido en "candidato favorito para la 'teoría de los físicos del todo", la conciliación de lo que sabemos sobre lo increíblemente pequeño de la física de partículas con nuestra comprensión de lo increíblemente grande de nuestros estudios de la cosmología. Utilizando la teoría para predecir cómo se comportan las partículas cuánticas entrelazadas proporciona la primera oportunidad para probar la teoría de cuerdas experimentalmente.

"Si los experimentos demuestran que nuestras predicciones sobre el entrelazamiento cuántico son correctas, esto trabajaría a favor de que la teoría de cuerdas podría predecir el comportamiento de los sistemas cuánticos entrelazados", dijo el Profesor Mike Duff FRS, autor principal del estudio del Departamento de Física Teórica Imperial Colegio de Londres.

"Esto no será una prueba de que la teoría de cuerdas es ‘la teoría del todo’, lo que está siendo buscado por los cosmólogos y los físicos de partículas. Sin embargo, será muy importante para los teóricos, ya que van a demostrar si funciona o no la teoría de cuerdas, aunque su aplicación está en un área indeterminada y sin relación de la física", añadió el profesor Duff.

El profesor Duff recordó, sentado en una conferencia en Tasmania, donde un colega presentaba las fórmulas matemáticas que describen entrelazamiento cuántico: "De repente me reconocí que sus fórmulas eran similares a algunas que se habían desarrollado unos años antes durante el uso de la teoría de cuerdas para describir los agujeros negros. Cuando regresé al Reino Unido revisé mis cuadernos y confirmé que las matemáticas de estas áreas tan diferentes, eran, de hecho, idénticas."
 
El descubrimiento de que la teoría de cuerdas parece hacer predicciones sobre el entrelazamiento cuántico es completamente inesperado, pero porque entrelazamiento cuántico puede ser medido en el laboratorio, esto no significa que las últimas investigaciones puedan probar la teoría de cuerdas. No hay ninguna conexión obvia para explicar por qué una teoría que está siendo desarrollado para describir el funcionamiento básico de nuestro universo es útil para predecir el comportamiento de los sistemas cuánticos entrelazados. "Esto nos puede estar diciendo algo muy profundo sobre el mundo en que vivimos, o puede ser, no más, que una coincidencia peculiar", concluyó el profesor Duff. "De cualquier manera, es útil."

(*) El entrelazamiento cuántico es una propiedad predicha en 1935 por Einstein, Podolsky y Rosen en su formulación de la llamada paradoja EPR. El término fue introducido en 1935 por Erwin Schrödinger para describir un fenómeno de mecánica cuántica que se demuestra en los experimentos pero no se ha comprendido del todo. En este caso las partículas entrelazadas no pueden definirse como partículas individuales con estados definidos sino más bien como un sistema. (http://es.wikipedia.org/wiki/Entrelazamiento_cu%C3%A1ntico)

Fuente: Researchers discover how to conduct first test of untestable string theory por Jorge Franchín 9/15/2010 04:26:00 PM (http://www.scitech-news.com/2010/09/researchers-discover-how-to-conduct.html)

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Ciencia y Tecnología. Nuevos descubrimientos representan “sueño de los científicos”

Avance sobre el átomo que representa el "sueño de los científicos"
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En un importante avance de la física a nivel internacional, en la Universidad de Otago, los científicos han desarrollado una técnica para aislar y capturar sistemáticamente un átomo neutro en rápido movimiento, asimismo,  por primera vez, se ha visto y fotografiado este átomo.

La captura del átomo de rubidio 85 es el resultado de un proyecto de investigación de tres años de duración financiado por “the Foundation for Research, Science and Technology” (Fundación para la Investigación, Ciencia y Tecnología).

Un equipo de cuatro investigadores del Departamento de Física de Otago, dirigido por el Dr. F. Mikkel Andersen, utiliza tecnología láser de refrigeración para ralentizar drásticamente el movimiento de un grupo de átomos de rubidio 85. Un rayo láser, o "pinzas ópticas", se utilizó para aislar y mantener un átomo, lo que permitió ser fotografiado a través de un microscopio.

Los investigadores demostraron que podían, de forma fiable y consistente, atrapar átomos individualmente, un paso importante hacia la utilización de los átomos para construir la próxima generación de computadoras de lógica cuántica ultra rápidas, que aprovechan la potencia y velocidad de los átomos para realizar tareas complejas de procesamiento de la información en fracciones de segundo.

El Dr. Andersen dice que, a diferencia de las computadoras convencionales basadas ​​en chips de silicio, que en general realizan una tarea a la vez, las computadoras cuánticas tienen el potencial para realizar numerosos cálculos largos y difíciles al mismo tiempo, así como tener el potencial de romper códigos secretos que normalmente resultaría demasiado complejo.

"Nuestro método proporciona una forma de capturar los átomos necesarios para construir este tipo de equipo, y ahora es posible obtener un conjunto de diez átomos de lugar o atrapados en el tiempo.


"Se necesita un conjunto de 30 átomos si queremos construir un ordenador cuántico que sea capaz de realizar ciertas tareas mejor que los equipos existentes, por lo que este es un gran paso hacia logro de este objetivo", dice.

"Ha sido el sueño de los científicos del siglo pasado ver el mundo cuántico y el desarrollar la tecnología en la escala más pequeña, la escala atómica.


"Lo que hemos hecho se acerca a los límites de lo que los científicos pueden hacer y nos da el control determinista (*) de los ladrillos más pequeños en nuestro mundo", dice el Dr. Andersen.

Los resultados del estudio de referencia han sido publicados en la principal revista científica Nature Physics.

El Dr. Andersen dice que en el corto plazo, después del experimento exitoso de la primera captura del átomo en el laboratorio,  podrán ponerse en marcha nuevos experimentos, aún antes de lo que se creía posible.

El siguiente paso es tratar de generar un "estado de enlazamiento" entre los átomos, una especie de romance atómico, estable, que dure en el tiempo, dice.

"Necesitamos generar la comunicación entre los átomos en el que se puedan sentir uno al otro, de tal manera que, cuando estén separados, se queden enganchados y no se olviden uno al otro, incluso desde la distancia. Esta es la propiedad que un computador cuántico utiliza para realizar tareas al mismo tiempo”, dice el Dr. Andersen.

Un átomo es tan pequeño que 10 mil millones colocados uno al lado del otro serían, apenas, un metro de longitud. Los átomos normalmente se mueven (vibran) a la velocidad del sonido, haciendo que sea difíciles de manipular.

A diferencia de los iones, los átomos neutros, como el rubidio 85, son notoriamente difíciles de definir debido a que no puede ser considerado por los campos eléctricos. En los últimos tiempos, sólo otros dos tipos de átomo neutros se han visto y fotografiado por los científicos en el mundo, el rubidio 87 y el cesio 133.

El Dr. Andersen dice que para él personalmente, el avance ha sido un hito importante.


"Yo aprendí en la escuela primaria que es imposible ver un solo átomo a través de un microscopio. Bueno, mi maestro de escuela primaria estaba mal", dice.

Los demás miembros del equipo del Dr. Andersen son Tzahi Grünzweig, Hilliard Andrés y McGovern Matt.

(*) Determinismo.
Teoría que supone que la evolución de los fenómenos naturales está completamente determinada por las condiciones iniciales. (http://buscon.rae.es/draeI/SrvltGUIBusUsual?TIPO_HTML=2&TIPO_BUS=3&LEMA=determinismo)

Fuente: University of Otago atom breakthrough represents “dream of scientists”
(http://www.otago.ac.nz/news/news/otago013581.html)
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Ciencia y Tecnología. Investigando la cuarta propiedad de los electrones

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Investigando la cuarta propiedad de los electrones

Los electrones son partículas elementales con carga eléctrica negativa. Ellos forman la parte exterior, alrededor del núcleo, de los átomos. Esto, o algo similar, es lo que encontrarás en los libros de texto. Sin embargo, esta información puede necesitar ser completada. La razón es que muchos físicos creen que los electrones tienen un momento dipolar eléctrico(*) permanente.

Un momento dipolar eléctrico se crea normalmente cuando las cargas positivas y negativas están separadas espacialmente. Al igual que los polos norte y sur de un imán, hay dos polos eléctricos: positivo y negativo. En el caso de los electrones, la situación es mucho más complicada porque los electrones están considerados como una “carga puntual” negativa, no están previstos como una “dimensión espacial”. A pesar de ello, una gama completa de las teorías físicas, que van más allá del modelo estándar de la física de partículas elementales, se basan en la existencia de momento dipolar.

Estas teorías, a su vez, podrían explicar cómo el universo en la forma que sabemos que podría haber sido creado, según las teorías prevalecientes, a través del Big Bang, hace unos 13.7 mil millones años, habría tenido que crear tanto materia como antimateria. La lógica nos dice que debería de haberse creado una cantidad similar de una y de otra, lo que habría producido una total aniquilación, tanto de una como de la otra y nada se habría mantenido. En realidad, sin embargo, más materia que antimateria fue creada, por eso el universo de materia, existe. Un momento eléctrico dipolar del electrón podría explicar este desequilibrio.

Hasta ahora, nadie ha demostrado con éxito la existencia de este supuesto momento dipolar pequeño. Los métodos existentes simplemente no son lo suficientemente sensibles. Una pequeña pieza de cerámica está lista para cambiar esto: Los doctores Marjana y Konstantin Ležaić Rushchanskii del Instituto de Física del Estado Sólido en Forschungszentrum Jülich y el profesor Nicola Spaldin de la Universidad de California en Santa Bárbara, han diseñado esta cerámica, con propiedades muy especiales, en un laboratorio virtual, utilizando la supercomputadora Jülich JUROPA.

El titanato de bario europio (sic) nuevas mediciones debería permitir a ser 10 veces más sensible de lo que eran en el pasado. De acuerdo con la Jülich físicos, "esto podría ser suficiente para encontrar el momento dipolar eléctrico del electrón("*).

Como momento eléctrico no puede ser medido directamente, los físicos están trabajando en conjunto con científicos de la Universidad Americana de Yale, así como con instituciones de investigación Checa en Praga con el fin de probar su existencia indirectamente. Los investigadores de Yale han desarrollado un dispositivo experimental que utiliza un magnetómetro SQUID extremadamente sensible para medir la magnetización de la pieza de cerámica en un campo eléctrico. Su objetivo es demostrar un cambio en la magnetización cuando el campo eléctrico se invierte. Esta vez sería la codiciada prueba de que el momento dipolar eléctrico existe. En un electrón, un dipolo eléctrico sólo pueden ser orientadas de forma paralela o anti-paralela al spin del electrón. En un campo eléctrico, la mayoría de los electrones se orientan de modo que su momento dipolar es paralelo al campo. Menos se orientan en la dirección contraria. Esto debería conducir a una magnetización medible. Si el campo eléctrico se invierte, los momentos dipolares de los electrones se invierten líder en consecuencia, un cambio simultáneo y mensurables en la magnetización. Sin un momento dipolar eléctrico, por otra parte, la magnetización se mantendría sin cambios.
"Hubiera sido muy difícil encontrar un material tan bien adaptado por ensayo y error", dijo Ležaić. Este material debe tener una inusual combinación de propiedades: una alta concentración de iones magnéticos, trastorno magnética a temperaturas inferiores a cuatro grados Kelvin y una polarización eléctrica reversible. "Nuestros colegas en Yale que se le ocurrió la idea de las medidas y los conducía ya había probado distintos materiales. Sin embargo, un nuevo material con todas las propiedades necesarias se pueden encontrar más rápidamente con el uso del análisis teóricos y simulaciones por ordenador." Ležaić, como jefe del grupo de jóvenes investigadores, su grupo Rushchanskii miembros, y su socio en la cooperación Spaldin prácticamente sintetizó y analizó titanato de bario europio en la supercomputadora en Jülich. Para ello, lo único que necesitaba era su composición química y las ecuaciones básicas de la mecánica cuántica. De estos, se calcula la interacción entre los átomos y los electrones individuales y las propiedades magnéticas locales. Así fue como encontraron el óptimo de cerámica.

(*) Dipolo eléctrico (http://es.wikipedia.org/wiki/Dipolo_el%C3%A9ctrico): sistema de dos cargas, cercanas entre sí, de signo opuesto e igual magnitud.

Momento dipolar eléctrico: Magnitud vectorial con módulo igual al producto de la carga q por la distancia que las separa d, cuya dirección es la recta que las une, y cuyo sentido va de la carga negativa a la positiva.

Fuente: Researchers seeking the fourth property of electrons
(http://www.scitech-news.com/2010/08/researchers-seeking-fourth-property-of.html)

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