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Los científicos descubren un nuevo estado de la materia con propiedades quirales

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Los científicos descubren un nuevo estado de la materia con propiedades quirales

Los investigadores han identificado un nuevo estado cuántico de la materia con corrientes quirales que podría revolucionar la electrónica y las tecnologías cuánticas. Este avance, confirmado por observación directa con el sincrotrón italiano Elettra, tiene amplias aplicaciones en los campos de la sensorización, la biomedicina y las energías renovables. Crédito: SciTechDaily.com

Un grupo de investigación internacional ha identificado un nuevo estado de la materia, caracterizado por la presencia de un fenómeno cuántico llamado corriente quiral.

Estas corrientes se generan a escala atómica mediante el movimiento cooperativo de electrones, a diferencia de los materiales magnéticos convencionales cuyas propiedades provienen de la característica cuántica de un electrón llamada espín y su orden en el cristal.

La importancia de la quiralidad

La quiralidad es una propiedad de extrema importancia en la ciencia, por ejemplo, es fundamental comprender también ADN. En el fenómeno cuántico descubierto, la quiralidad de las corrientes se detectó estudiando la interacción entre la luz y la materia, en la que una corriente adecuadamente polarizada fotón Puede emitir un electrón desde la superficie del material con un estado de espín bien definido.

El descubrimiento, publicado en NaturalezaEnriquece considerablemente nuestro conocimiento de los materiales cuánticos, la búsqueda de fases cuánticas quirales y los fenómenos que ocurren en la superficie de los materiales.

Posibles aplicaciones e implicaciones.

“El descubrimiento de la existencia de estos estados cuánticos”, explica Federico Mazzola, investigador en física de la materia condensada de la Universidad Ca’ Foscari de Venecia y responsable de la investigación, “podría allanar el camino para el desarrollo de un nuevo tipo de electrónica utilizando corrientes quirales como portadores de información en lugar de la carga del electrón, fenómenos que además podrían tener una implicación importante para futuras aplicaciones basadas en nuevos dispositivos optoelectrónicos quirales, y un importante impacto en el campo de las tecnologías cuánticas para nuevos sensores, así como en los campos biomédico y de energías renovables.

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Descubrimiento y verificación

Nacido de una predicción teórica, este estudio comprobó directamente por primera vez la existencia de este estado cuántico, hasta ahora enigmático y esquivo, gracias al uso del sincrotrón italiano Elettra. Hasta ahora, el conocimiento de la existencia de este fenómeno se limitaba a predicciones teóricas para determinados materiales. Su observación en la superficie de los sólidos lo hace sumamente interesante para el desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos ultrafinos.

El grupo de investigación, que incluye socios nacionales e internacionales como la Universidad Ca’ Foscari de Venecia, el Spin Institute, el CNR Materials Officina Institute y la Universidad de Salerno, estudió el fenómeno de un material ya conocido por la comunidad científica por sus propiedades electrónicas. . y para aplicaciones de espintrónica superconductora, pero el nuevo descubrimiento tiene un alcance más amplio, siendo mucho más general y aplicable a una amplia gama de materiales cuánticos.

Estos materiales están revolucionando la física cuántica y el actual desarrollo de nuevas tecnologías, con propiedades que van mucho más allá de las descritas por la física clásica.

Referencia: “Firmas de un metal quiral espín-orbital de superficie” por Federico Mazzola, Wojciech Brzezicki, Maria Teresa Mercaldo, Anita Guarino, Chiara Bigi, Jill A. Miwa, Domenico De Fazio, Alberto Crepaldi, Jun Fujii, Giorgio Rossi, Pasquale Orgiani , Sandeep Kumar Chaluvadi, Shyni Punathum Chalil, Giancarlo Panaccione, Anupam Jana, Vincent Polewczyk, Ivana Vobornik, Changyoung Kim, Fabio Miletto-Granozio, Rosalba Fittipaldi, Carmine Ortix, Mario Cuoco y Antonio Vecchione, 7 de febrero de 2024. Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07033-8

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La NASA y SpaceX cancelan el lanzamiento del Crew-8 desde Cabo Cañaveral debido a las condiciones climáticas

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La NASA y SpaceX cancelan el lanzamiento del Crew-8 desde Cabo Cañaveral debido a las condiciones climáticas

El SpaceX Crew-8 de la NASA vuelve a retrasar su lanzamiento debido a las malas condiciones climáticas. El evento estaba programado para el sábado 2 de marzo, pero ahora se pospuso para el domingo 3 de marzo. El lanzamiento ya ha tenido que ser aplazado de su fecha inicialmente prevista, el viernes 1 de marzo, debido a las condiciones meteorológicas.

Inicialmente, la NASA y SpaceX tenían como objetivo las 11:16 p.m. EST del sábado para lanzar el cohete Falcon 9 destinado a transportar a los cuatro miembros de la Tripulación 8 a bordo de la cápsula Dragon Endeavour desde la Plataforma 39A en el Centro Espacial Kennedy. Ahora se traslada a Domingo a las 10:53 p.m. ET.

Antes de que la misión fuera cancelada oficialmente, el 45.º Escuadrón Meteorológico de la Fuerza Espacial ya había informado que las condiciones climáticas no eran favorables, fijando la probabilidad de que las condiciones del lanzamiento fueran del 40 por ciento, citando amenazas de precipitaciones, cúmulos y clima moderado a moderado. Alto riesgo de malas condiciones climáticas en el corredor de ascenso. Para el domingo se prevén mejores condiciones meteorológicas, lo que permite esperar que el lanzamiento pueda despegar mañana, salvo incidentes inesperados.

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Los científicos acaban de crear el campo magnético más poderoso del universo

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Los científicos acaban de crear el campo magnético más poderoso del universo

Quizás nunca hayas oído hablar de los magnetares, pero en pocas palabras son un tipo exótico de estrella de neutrones cuyo campo magnético es aproximadamente un billón de veces más fuerte que el de la Tierra.

Para ilustrar su fuerza, si te acercaras a menos de 1.000 kilómetros (600 millas) de un magnetar, tu cuerpo quedaría totalmente destruido.

Su campo increíblemente poderoso arrancaría electrones de tus átomos, convirtiéndote en una nube de iones monoatómicos (átomos simples sin electrones) como TierraCieloObservaciones.

Y, sin embargo, los científicos acaban de descubrir que podría haber áreas, justo aquí en nuestro querido planeta, donde estallan destellos de magnetismo con fuerzas que hacen que los magnetares parezcan positivamente débiles.

¿Cómo diablos es esto posible? Preguntas. Bueno, la respuesta no es sencilla.

Todo comienza en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). O, más precisamente, a su Colisionador relativista de iones pesados ​​(RHIC).

Los científicos pueden rastrear las trayectorias de las partículas que emergen de colisiones de iones pesados ​​en el RHIC(Roger Stoutenburgh y Jen Abramowitz/Laboratorio Nacional de Brookhaven)

Después de romper los núcleos de varios iones pesados ​​en este enorme acelerador de partículas, los físicos del Brookhaven Lab descubrieron evidencia de campos magnéticos sin precedentes.

Ahora, midiendo el movimiento de partículas aún más pequeñas –quarks (los componentes básicos de toda la materia visible en el universo) y gluones (el “pegamento” que une los quarks para formar protones y neutrones)– los científicos esperan adquirir nuevos conocimientos. un vistazo al profundo funcionamiento interno de los átomos.

Es importante señalar que junto a estas dos partículas elementales, existen los antiquarks.

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Para cada “sabor” de quark, hay un antiquark, que tiene la misma masa en reposo y energía que su quark correspondiente, pero la carga y el número cuántico opuestos.

La vida de los quarks y antiquarks dentro de las partículas nucleares es corta. Pero cuanto más comprendamos cómo se mueven e interactúan, mejor comprenderán los expertos cómo se construye la materia (y, por extensión, el universo entero).

Para mapear la actividad de estas partículas fundamentales, los físicos necesitan un campo magnético extremadamente poderoso.

Para crear esto, el equipo del laboratorio de Brookhaven utilizó RHIC para crear colisiones descentradas de núcleos atómicos pesados, en este caso, oro.

El potente campo magnético generado durante este proceso indujo una corriente eléctrica en los quarks y gluones que fueron «liberados» de los protones y neutrones separados durante las colisiones.

El resultado es que los expertos han creado una nueva forma de estudiar la conductividad eléctrica de este «plasma de quarks y gluones» (QGP), un estado en el que los quarks y gluones se liberan al colisionar protones y neutrones, lo que contribuirá a mejorar nuestra comprensión de estos fenómenos. elementos fundamentales de la vida.

Las colisiones de iones pesados ​​generan un campo electromagnético extremadamente potente(Tiffany Bowman y Jen Abramowitz/Laboratorio Nacional de Brookhaven)

«Esta es la primera medición de cómo interactúa el campo magnético con el plasma de quarks y gluones (QGP)», dijo Diyu Shen, físico de la Universidad Fudan de China y líder del nuevo análisis. una declaración.

Y, de hecho, medir el impacto de estas colisiones descentradas sobre las partículas que se escapan es la única manera de proporcionar pruebas directas de la existencia de estos poderosos campos magnéticos.

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Los expertos han creído durante mucho tiempo que impactos tan descentrados generarían potentes campos magnéticos, pero esto fue imposible de demostrar durante años.

Esto se debe a que las cosas suceden muy rápidamente en las colisiones de iones pesados, lo que significa que el campo no dura mucho.

Y por poco tiempo queremos decir que desaparece en diezmillonésimas de milmillonésima de milmillonésima de segundo, lo que inevitablemente hace que sea complicado de observar.

Sin embargo, por efímero que sea este campo, es innegablemente fuerte. Esto se debe a que algunos de los protones y neutrones neutros cargados positivamente que forman los núcleos se envían en espiral, lo que da como resultado un remolino de magnetismo tan poderoso que liberan más gauss (la unidad de inducción magnética) que un neutrón de estrella.

«Se espera que estas cargas positivas que se mueven rápidamente generen un campo magnético muy fuerte, estimado en 1018 gauss», explicó Gang Wang, físico de la Universidad de California.

A modo de comparación, observó que las estrellas de neutrones, los objetos más densos del universo, tienen campos que miden alrededor de 1.014 gauss, mientras que los imanes de refrigerador producen un campo de alrededor de 100 gauss y el campo magnético protector de la Tierra es de sólo 0,5 gauss.

Esto significa que el campo magnético creado por colisiones de iones pesados ​​descentrados es «probablemente el más fuerte de nuestro universo», dijo Wang.

El campo magnético generado era considerablemente mayor que el de una estrella de neutrones.(iStock)

Sin embargo, como se explicó anteriormente, los científicos no han podido medir directamente el campo. En cambio, observaron el movimiento colectivo de partículas cargadas.

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«Queríamos ver si las partículas cargadas generadas durante las colisiones de iones pesados ​​descentrados se desviaban de una manera que sólo podía explicarse por la existencia de un campo electromagnético en los pequeños puntos QGP creados durante estas colisiones», dijo Aihong Tang. Físico del laboratorio Brookhaven.

El equipo rastreó el movimiento colectivo de diferentes pares de partículas cargadas excluyendo la influencia de efectos no electromagnéticos en competencia.

«En última instancia, observamos un patrón de desviación dependiente de la carga que sólo puede ser desencadenado por un campo electromagnético en el QGP, una clara señal de inducción de Faraday (una ley que establece que un cambio en el flujo magnético induce un campo eléctrico)», dijo Tang. confirmado.

Ahora que los científicos tienen pruebas de que los campos magnéticos inducen un campo electromagnético en QGP, pueden estudiar la conductividad de QGP.

«Esta es una propiedad fundamental e importante», dijo Shen. “Podemos inferir el valor de la conductividad a partir de nuestra medición del movimiento colectivo.

«El grado de desviación de las partículas está directamente relacionado con la intensidad del campo electromagnético y la conductividad del QGP, y nadie ha medido antes la conductividad del QGP».

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Finalmente sabemos qué encendió las luces en los albores de los tiempos: ScienceAlert

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Finalmente sabemos qué encendió las luces en los albores de los tiempos: ScienceAlert

Finalmente sabemos qué trajo la luz al vacío oscuro y informe del Universo primitivo.

Según datos de los telescopios espaciales Hubbles y James Webb, los fotones que volaban libremente al inicio del amanecer cósmico se encontraban detrás de pequeñas galaxias enanas que cobraron vida, disipando la brumosa niebla de hidrógeno que llenaba el espacio intergaláctico.

«Este descubrimiento revela el papel crucial desempeñado por las galaxias ultra débiles en la evolución del Universo temprano». dice la astrofísica Iryna Chemerynska del Instituto de Astrofísica de París.

«Producen fotones ionizantes que transforman el hidrógeno neutro en plasma ionizado durante la reionización cósmica. Esto resalta la importancia de comprender las galaxias de baja masa para dar forma a la historia del Universo».

Al comienzo del Universo, unos minutos después del Big Bang, el espacio se llenó de una densa y caliente niebla de plasma ionizado. La poca luz que había no habría penetrado esta niebla; los fotones simplemente se habrían dispersado sobre los electrones que flotaban libremente, oscureciendo así el Universo.

A medida que el Universo se enfrió, después de unos 300.000 años, los protones y los electrones comenzaron a unirse para formar hidrógeno neutro (y algo de helio). La mayoría de las longitudes de onda de la luz podían atravesar este medio neutro, pero había muy pocas fuentes de luz para producirla. Pero de este hidrógeno y helio nacieron las primeras estrellas.

Estas primeras estrellas emitieron radiación lo suficientemente potente como para desprender electrones de su núcleo y reionizar el gas. Sin embargo, en ese momento el Universo se había expandido tanto que el gas era difuso y no podía bloquear el brillo de la luz. Aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, el final del período conocido como amanecer cósmico, el Universo quedó completamente reionizado. ¡Ta-da! Las luces estaban encendidas.

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Pero debido a que hay tanta oscuridad en el amanecer cósmico, y debido a que es tan oscuro y está tan lejos en el tiempo y el espacio, hemos tenido dificultades para ver lo que hay allí. Los científicos creían que las fuentes responsables de la mayor parte del brillo debían ser poderosas: enormes agujeros negros cuya acreción produce una luz deslumbrante, por ejemplo, y grandes galaxias en proceso de formación (las estrellas jóvenes producen mucha luz ultravioleta).

JWST fue diseñado, en parte, para observar el amanecer cósmico y tratar de ver qué hay allí. Es un gran éxito y revela todo tipo de sorpresas sobre este período crucial en la formación de nuestro Universo. Sorprendentemente, las observaciones del telescopio sugieren ahora que las galaxias enanas son el actor clave en la reionización.

Una imagen de campo profundo del JWST con algunas de las fuentes identificadas por los investigadores como impulsoras de la reionización. (Hakim Atek/Universidad de la Sorbona/JWST)

Un equipo internacional dirigido por el astrofísico Hakim Atek del Instituto de Astrofísica de París recurrió a los datos del JWST sobre un cúmulo de galaxias llamado Abell 2744, respaldados por datos del Hubble. Abell 2744 es tan denso que el espacio-tiempo se deforma a su alrededor, formando una lente cósmica; cualquier luz lejana que nos llegue a través de este espacio-tiempo se amplifica. Esto permitió a los investigadores ver pequeñas galaxias enanas cerca del amanecer cósmico.

A continuación, utilizaron JWST para obtener espectros detallados de estas pequeñas galaxias. Su análisis reveló que estas galaxias enanas no sólo son el tipo de galaxia más abundante en el Universo temprano, sino que son mucho más brillantes de lo esperado. De hecho, la investigación del equipo muestra que las galaxias enanas superan en número a las galaxias grandes en 100 veces, y su producción colectiva es cuatro veces la radiación ionizante que normalmente se supone para las galaxias grandes.

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«Estas potencias cósmicas emiten colectivamente energía más que suficiente para hacer su trabajo». Atek dice. «A pesar de su pequeño tamaño, estas galaxias de baja masa son prolíficas productoras de radiación energética, y su abundancia durante este período es tan grande que su influencia colectiva puede transformar todo el estado del Universo».

Esta es la mejor evidencia hasta el momento de la fuerza detrás de la reionización, pero aún queda trabajo por hacer. Los investigadores observaron una pequeña parte del cielo; necesitan asegurarse de que su muestra no sea sólo un cúmulo anómalo de galaxias enanas, sino que sea una muestra representativa de toda la población del amanecer cósmico.

Tienen la intención de estudiar más regiones del cielo cósmico para obtener una muestra más amplia de las primeras poblaciones galácticas. Pero sólo con esta muestra, los resultados son increíblemente interesantes. Los científicos han estado buscando respuestas sobre la reionización desde que la conocemos. Estamos a punto de despejar finalmente la niebla.

«Ahora hemos entrado en territorio inexplorado con el JWST», dice el astrofísico Themiya Nanayakkara de la Universidad Tecnológica de Swinburne en Australia.

«Este trabajo abre preguntas más interesantes que debemos responder en nuestros esfuerzos por rastrear la historia evolutiva de nuestros inicios».

La investigación fue publicada en Naturaleza.

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