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Las singularidades ópticas se pueden utilizar para una amplia gama de aplicaciones.

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Sección transversal de la hoja de singularidad de fase en forma de corazón diseñada. La región oscura extendida en la imagen central es una sección transversal de la hoja de singularidad. La fase no está definida en la hoja de singularidad. Crédito: Daniel Lim / Harvard SEAS

Cuando pensamos en singularidades, tendemos a pensar en agujeros negros masivos en galaxias lejanas o en el futuro lejano con IA en fuga, pero las singularidades están a nuestro alrededor. Las singularidades son solo un lugar donde ciertos parámetros no están definidos. Los polos norte y sur, por ejemplo, son lo que se denominan singularidades coordinadas porque no tienen una longitud definida.

Las singularidades ópticas generalmente ocurren cuando la fase de la luz con una longitud de onda o color específico no está definida. Estas regiones aparecen completamente oscuras. Hoy en día, se están explorando algunas singularidades ópticas, incluidos los vórtices ópticos, para su uso en comunicaciones ópticas y manipulación de partículas, pero los científicos apenas están comenzando a comprender el potencial de estos sistemas. La pregunta sigue siendo: ¿podemos aprovechar la oscuridad como aprovechamos la luz para crear nuevas tecnologías poderosas?

Ahora, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson han desarrollado una nueva forma de controlar y dar forma a las singularidades ópticas. La técnica se puede utilizar para diseñar singularidades de muchas formas, mucho más allá de simples líneas curvas o rectas. Para demostrar su técnica, los investigadores crearon una hoja de singularidad en forma de corazón.

Propiedades de polarización

El procedimiento de Ingeniería de Singularidad también se ha aplicado a la creación de singularidades más exóticas, como una hoja de singularidad de polarización. Aquí, las propiedades de polarización (por ejemplo, acimut de polarización, ángulo de elipticidad e intensidad) del campo de luz estructurado experimental se comparan con predicciones numéricas. Crédito: Daniel Lim / Harvard SEAS

«Las técnicas de holografía convencionales son buenas para dar forma a la luz, pero tienen dificultades para dar forma a la oscuridad», dijo Federico Capasso, profesor de física aplicada de Robert L. Wallace e investigador principal de Vinton Hayes en ingeniería eléctrica en SEAS y autor del artículo principal. “Hemos demostrado la ingeniería de singularidad bajo demanda, que abre una amplia gama de posibilidades en una amplia variedad de campos, desde técnicas de microscopía de súper resolución hasta nuevas trampas atómicas y de partículas. «

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La investigación se publica en Comunicación de la naturaleza.

Capasso y su equipo utilizaron metasuperficies planas con nanopilares de forma precisa para dar forma a las singularidades.

«La metasuperficie inclina el frente de onda de la luz con mucha precisión a través de una superficie de modo que el patrón de interferencia de la luz transmitida produce grandes regiones de oscuridad», dijo Daniel Lim, estudiante de posgrado en SEAS y primer autor del artículo. “Este enfoque nos permite diseñar con precisión regiones oscuras con un contraste notablemente alto. «

Nanofinas Nanopilares Metasuperficies

Las metauperficies, que son superficies nanoestructuradas que contienen formas como nanopilares (izquierda) y nanofinas (derecha), se utilizaron para realizar experimentalmente estas estructuras de singularidad. La imagen de arriba muestra imágenes de microscopio electrónico de barrido de nanoestructuras de dióxido de titanio que se utilizaron para dar forma con precisión al frente de onda de la luz en la producción de láminas de singularidad. Crédito: Daniel Lim / Harvard SEAS

Las singularidades artificiales podrían usarse para atrapar átomos en regiones oscuras. Estas singularidades también podrían mejorar las imágenes de muy alta resolución. Si bien la luz solo se puede enfocar en regiones de aproximadamente la mitad de una longitud de onda (el límite de difracción), la oscuridad no tiene límite de difracción, lo que significa que se puede localizar en cualquier tamaño. Esto permite que la oscuridad interactúe con partículas en escalas de longitud mucho más pequeñas que las longitudes de onda de la luz. Esto podría usarse para proporcionar información no solo sobre el tamaño y la forma de las partículas, sino también sobre su orientación.

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Las singularidades artificiales podrían extenderse más allá de las ondas de luz a otros tipos de ondas.

«También puede crear zonas muertas en ondas de radio o zonas silenciosas en ondas de sonido», dijo Lim. «Esta investigación indica la posibilidad de diseñar topologías complejas en física de ondas más allá de la óptica, desde los haces de electrones hasta la acústica».

Referencia: “Ficha de singularidad de polarización y fase de ingeniería” de Soon Wei Daniel Lim, Joon-Suh Park, Maryna L. Meretska, Ahmed H. Dorrah y Federico Capasso, 7 de julio de 2021, Comunicación de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41467-021-24493-y

La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha protegido la propiedad intelectual relacionada con este proyecto y está explorando posibilidades de comercialización.

La investigación fue coautora de Joon-Suh Park, Maryna L. Meretska y Ahmed H. Dorrah. Fue apoyado en parte por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea con el número de premio FA9550-19-1-0135 y por la Oficina de Investigación Naval (ONR) con el número de premio N00014-20-1 -2450.

Experiencia en periódicos nacionales y periódicos medianos, prensa local, periódicos estudiantiles, revistas especializadas, sitios web y blogs.

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El Boeing Starliner llega a la plataforma de lanzamiento para el primer vuelo de astronautas el 6 de mayo (fotos)

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El Boeing Starliner llega a la plataforma de lanzamiento para el primer vuelo de astronautas el 6 de mayo (fotos)

CABO CAÑAVERAL — ¡Que Rocket Force esté contigo!

Un cohete Atlas V se desplegó en su plataforma de lanzamiento el sábado 4 de mayo, también Día de Star Wars, en la estación espacial de Cabo Cañaveral, días antes de su histórica primera misión con astronautas. En lo alto del propulsor de United Launch Alliance estaba la nave espacial Starliner de Boeing, que también realizará su primer vuelo con humanos a bordo después de su lanzamiento no antes del lunes 6 de mayo.

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Probablemente nos equivoquemos nuevamente sobre el T.Rex, según un nuevo estudio: ScienceAlert

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Probablemente nos equivoquemos nuevamente sobre el T.Rex, según un nuevo estudio: ScienceAlert

¿Estúpido idiota o músculo inteligente? El debate ha terminado Tirano saurio Rex La inteligencia continúa, con un nuevo artículo que se basa en la teoría original de que estos temibles gigantes no eran tan brillantes.

En 2023, un controvertido estudio sugirió que uno de los dinosaurios más infames del mundo, tirano-saurio RexPodría ser tan inteligente como los simios modernos, lo que provocó mucho escepticismo entre otros investigadores que ahora han presentado sus resultados.

«La posibilidad de que Tirano saurio Rex podría haber sido tan inteligente como un babuino es fascinante y aterrador, con el potencial de reinventar nuestra visión del pasado», explicar Darren Naish, paleontólogo de la Universidad de Southampton. «Pero nuestro estudio muestra cómo todos los datos que tenemos van en contra de esta idea».

Dirigido por el zoólogo Kai Caspar de Universidad Heinrich Heine en AlemaniaEl nuevo estudio encontró que las mediciones del tamaño del cerebro en el estudio de 2023 eran inexactas, lo que inflaba las estimaciones sobre cuántas neuronas los reptiles prehistóricos podían caber en sus cabezas, particularmente en el prosencéfalo.

Esta sobreestimación se debió principalmente al hecho de que el artículo original suponía Tirano saurio Rex El cerebro ocupaba la mayor parte del espacio endocraneal, lo que no ocurre en la mayoría de los dinosaurios, Naish explica en un artículo de blog.

Relación entre cerebro y masa corporal en vertebrados terrestres. los dinosaurios aman Tirano saurio Rex Tienen una proporción de tamaño cerebro-cuerpo similar a la de los reptiles vivos. (Gutiérrez-Ibáñez)

Además, Caspar y sus colegas sostienen que el número de neuronas no rastrea de manera confiable la inteligencia. Tomemos como ejemplo a los pájaros: durante mucho tiempo se pensó que el tamaño pequeño de su cabeza significaba que tenían menos neuronas y, por lo tanto, no eran muy inteligentes.

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Pero desde entonces hemos aprendido que aves como los cuervos pueden superar a los primates en ciertas tareas cognitivas a pesar de tener cabezas más pequeñas, lo que lleva a la conclusión de que otros factores además del tamaño del cerebro, como los patrones de conectividad, desempeñan un papel muy importante en la determinación de la inteligencia.

«Argumentamos que no es una buena práctica predecir la inteligencia en especies extintas cuando lo único que tenemos es la cantidad de neuronas reconstruidas a partir de endocasts». dicho Casper.

En cambio, se necesitan múltiples fuentes de datos, desde anatomía hasta pistas sobre el comportamiento y más comparaciones con los animales modernos, para hacer estimaciones más precisas sobre las inteligencias prehistóricas.

«Se necesita una comprensión significativamente mejorada de la relación entre el número de neuronas y otras variables biológicas, particularmente el rendimiento cognitivo, en los animales existentes» antes de que puedan ocurrir predicciones más precisas, dijo el equipo. argumenta en su artículo.

Árbol de relaciones entre reptiles, dinosaurios y aves así como su complejidad cerebral
Las relaciones entre grupos de reptiles, así como una representación de su complejidad cerebral, muestran que los cerebros de los tiranosaurios no son tan diferentes de los de los crocodilomorfos. (Caspar et al., El archivo anatómico2024).

Entonces, ¿dónde deja eso a la Tirano saurio Rex?

La evidencia conductual reciente sugiere que los famosos reptiles prehistóricos pueden haber sido sorprendentemente sociales, cazar en manadaspero esto no es suficiente para sugerir inteligencia a nivel de primates.

«Se parecían más a cocodrilos gigantes e inteligentes, y eso es igualmente fascinante». concluye Naish.

Esta investigación fue publicada en El archivo anatómico.

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El brillo de un exoplaneta podría provenir de la luz de las estrellas que se refleja en el hierro líquido

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El brillo de un exoplaneta podría provenir de la luz de las estrellas que se refleja en el hierro líquido
Agrandar / Impresión artística de una gloria en el exoplaneta WASP-76b.

¿Existen arcoíris en mundos distantes? Muchos fenómenos que ocurren en la Tierra, como la lluvia, los huracanes y la aurora boreal, también ocurren en otros planetas de nuestro sistema solar si las condiciones son adecuadas. Ahora tenemos evidencia desde fuera de nuestro sistema solar de que un exoplaneta particularmente extraño podría incluso mostrar algo parecido a un arco iris.

Un fenómeno llamado «gloria», que aparece en el cielo como un halo de colores, se produce cuando la luz incide en nubes formadas por una sustancia homogénea en forma de gotas esféricas. Esta podría ser la explicación de un misterio relacionado con las observaciones del exoplaneta WASP-76B. También se observó que este planeta, un gigante gaseoso en llamas que experimenta lluvias de hierro fundido, tiene más luz en su terminador oriental (una línea utilizada para separar el lado diurno del lado nocturno) que en su terminador occidental. ¿Por qué había más luz en un lado del planeta?

Después de observarla con el telescopio espacial CHEOPS y luego combinarla con observaciones anteriores del Hubble, Spitzer y TESS, un equipo de investigadores de la ESA y la Universidad de Berna en Suiza cree ahora que la razón más probable de esta luz adicional es una gloria. .

Mira la luz

Durante tres años, CHEOPS llevó a cabo 23 observaciones de WASP-76B en luz visible e infrarroja. Estos incluyen curvas de fasetránsitos y eclipses secundarios. Las curvas de fase son observaciones continuas que siguen la revolución completa de un planeta y muestran cambios en su fase o en la parte de su lado iluminado que mira al telescopio. El telescopio puede ver este lado más o menos a medida que el planeta orbita su estrella. Las curvas de fase pueden determinar el cambio en el brillo total del planeta y la estrella a medida que el planeta gira.

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Los eclipses secundarios ocurren cuando un planeta pasa detrás de su estrella anfitriona y es eclipsado por ella. La luz vista durante un eclipse de este tipo se puede comparar con la luz total antes y después de la ocultación para darnos una idea de la luz reflejada por el planeta. Los Júpiter calientes como WASP-76B se observan comúnmente durante los eclipses secundarios.

Las observaciones de las curvas de fase pueden continuar a medida que el planeta eclipsa a su estrella. Mientras observaba la curva de fase de WASP-76B, CHEOPS vio un exceso de luz previa al eclipse en su lado nocturno. Esto también se había observado en la curva de fase TESS y en las observaciones del eclipse secundario realizadas anteriormente.

¿El fin del arcoíris?

Una ventaja de WASP-76b es que es un Júpiter ultracaliente, por lo que al menos su lado diurno no presenta las nubes y nieblas que a menudo oscurecen las atmósferas de los Júpiter calientes y fríos. Esto hace que las emisiones al aire sean mucho más fáciles de detectar. Que ya habíamos observado una asimetría en el contenido de hierro entre los terminadores del lado diurno y del lado nocturno, descubierta en un estudio previo, hizo que el planeta fuera particularmente intrigante. No había mucho gas de hierro en la atmósfera superior de la rama diurna en comparación con la de la rama nocturna. Probablemente esto se deba a que llueve hierro en el lado diurno de WASP-76b, que luego se condensa en nubes de hierro en el lado nocturno.

Las observaciones de Hubble sugieren que la inversión térmica (cuando el aire cerca de la superficie de un planeta comienza a enfriarse) estaba ocurriendo en el lado nocturno. El enfriamiento en ese lado causaría la condensación del hierro que previamente se había condensado en nubes, llovió en el lado del día y luego se evaporó por el intenso calor. Entonces, las gotas de hierro líquido pueden formar nubes.

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Estas nubes son fundamentales ya que la luz de la estrella anfitriona, reflejada por estas gotas en estas nubes, puede crear un efecto de gloria.

«Para explicar la observación con el efecto Gloria se necesitarían gotas esféricas de aerosoles y nubes altamente reflectantes y de forma esférica sobre el hemisferio oriental del planeta», dijeron los investigadores en un artículo publicado recientemente en Astronomy & Astrophysics.

Glorias ya se han visto fuera de la Tierra. También se sabe que se forman en nubes de Venus. Al igual que WASP-76b, en Venus se observó más luz previa al eclipse. Entonces, aunque la gloria es casi definitiva para el exoplaneta, futuras observaciones con un telescopio más potente podrían ayudar a determinar qué tan similar es el fenómeno de WASP-76 al de WASP-76b. Venus. Si coinciden, será la primera gloria jamás observada en un exoplaneta.

Si futuras investigaciones encuentran una manera precisa de determinar si realmente es una gloria, estos fenómenos podrían decirnos más sobre la composición atmosférica de los exoplanetas, en función de los tipos de elementos o moléculas sobre los que se refleja la luz. Incluso podrían delatar la presencia de agua, lo que podría significar habitabilidad. Aunque la supuesta gloria de WASP-76b no se ha demostrado definitivamente, es todo menos un arco iris en la oscuridad.

Astronomía y astrofísica, 2024. DOI: 10.1051/0004-6361/202348270

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