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Los físicos explotan las simetrías espaciales y temporales para controlar los materiales cuánticos

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Transporte cuántico en una cadena de resonadores que obedecen a simetrías de reflexión espacial e inversión temporal. Crédito: Vasil Saroka

Los físicos de Exeter y Trondheim han desarrollado una teoría que describe cómo se pueden explotar la reflexión espacial y las simetrías de inversión del tiempo, lo que permite un mejor control del transporte y las correlaciones dentro de los materiales cuánticos.


Dos físicos teóricos, de la Universidad de Exeter (Reino Unido) y la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (en Trondheim, Noruega), han construido una teoría cuántica que describe una cadena de resonadores cuánticos que satisfacen las simetrías de la reflexión espacial y la inversión del tiempo. Mostraron cómo las diferentes fases cuánticas de tales cadenas están asociadas con fenómenos notables, que pueden ser útiles en el diseño de futuros dispositivos cuánticos basados ​​en fuertes correlaciones.

Una distinción común en física es entre sistemas abiertos y cerrados. Los sistemas cerrados están aislados de cualquier entorno externo, por lo que se conserva la energía porque no hay ningún lugar al que escapar. Los sistemas abiertos están conectados con el mundo exterior y, a través de intercambios con el medio ambiente, están sujetos a ganancias y pérdidas de energía. Hay un tercer caso importante. Cuando la energía que entra y sale del sistema está finamente equilibrada, se produce una situación intermedia entre la apertura y el cierre. Este equilibrio puede ocurrir cuando el sistema obedece a una simetría combinada de espacio y tiempo, es decir, cuando (1) cambiar de izquierda a derecha y (2) invertir la flecha del tiempo dejan el sistema esencialmente sin cambios.

En su última investigación, Downing y Saroka discuten las fases de una cadena cuántica de resonadores que satisfacen la reflexión espacial y las simetrías de inversión del tiempo. Hay principalmente dos fases de interés, una fase trivial (acompañada de física intuitiva) y una fase no trivial (marcada por una física sorprendente). La frontera entre estas dos fases está marcada por un punto excepcional. Los investigadores encontraron las ubicaciones de estos puntos excepcionales para una cadena con un número arbitrario de resonadores, proporcionando información sobre la escala de los sistemas cuánticos que obedecen a estas simetrías. Es importante destacar que la fase no trivial permite efectos de transporte no convencionales y fuertes correlaciones cuánticas, que se pueden utilizar para controlar el comportamiento y la propagación de la luz a escalas de longitud nanoscópicas.

Este estudio teórico puede ser útil para la generación, manipulación y control de la luz en materiales cuánticos de baja dimensión, con miras a construir dispositivos basados ​​en la luz que exploten fotones, partículas de luz, como caballos de batalla hasta tamaños de aproximadamente una milmillonésima parte de un metro. .

Charles Downing, de la Universidad de Exeter, comentó: «Nuestro trabajo sobre la simetría de paridad-tiempo en sistemas cuánticos abiertos subraya aún más cómo la simetría sustenta nuestra comprensión del mundo físico y cómo podemos beneficiarnos de ella».

Vasil Saroka, de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, agregó: «Esperamos que nuestro trabajo teórico sobre la simetría de paridad temporal pueda inspirar más investigaciones experimentales en esta apasionante área de la física».

«Puntos excepcionales en cadenas de oligómeros» se publica en Física de las comunicaciones.


Los físicos revelan un flujo no recíproco alrededor del mundo cuántico


Más información:
Charles Andrew Downing et al, Puntos excepcionales en cadenas de oligómeros, Física de las comunicaciones (2021). DOI: 10.1038 / s42005-021-00757-3

Proporcionado por la Universidad de Exeter

Cita: Physicists Exploit Space and Time Symmetry to Control Quantum Materials (2021, 3 de diciembre) recuperado el 3 de diciembre de 2021 de https://phys.org/news/2021-12-physicists-exploit-space-symmetries-quantum. Html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte del uso legítimo para fines de estudio o investigación privados, no se puede reproducir ninguna parte sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente a título informativo.

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Un astronauta toma una foto vergonzosa de los desechos espaciales a bordo de la ISS

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Un astronauta toma una foto vergonzosa de los desechos espaciales a bordo de la ISS

Los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) enfrentan muchos desafíos durante su estadía a bordo del laboratorio flotante, y uno de esos desafíos es garantizar que sus pertenencias no se pierdan en el vacío del espacio.

Desafortunadamente, eso es lo que experimentaron los astronautas Jasmin Moghbeli y Loral O'Hara el 2 de noviembre de 2023, cuando una bolsa de herramientas valorada en unos 100.000 dólares se les escapó de las garras durante una caminata espacial. La bolsa de herramientas ahora está siendo rastreada desde la superficie de la Tierra mientras orbita el planeta, como se puede ver en el siguiente video tomado en Añasco, Puerto Rico, el 11 de noviembre de 2023. En particular, la bolsa de herramientas parece cambiar de brillo, lo que sugiere que está dando vueltas mientras orbita el planeta.

Además, Crew-7 fue devuelto a la superficie de la Tierra por la cápsula Crew Dragon de SpaceX y recientemente se sentó para su primera conferencia de prensa posterior al vuelo en la que el astronauta de la Agencia Espacial Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA), Satoshi Furakawa, explicó que se sintió avergonzado cuando descubrió que capturó accidentalmente la bolsa de herramientas mientras intentaba tomar una foto del monte. Fuji.

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«Creo que estábamos en el nodo 1, almorzando o cenando, y Satoshi había salido a la cúpula para tomar fotografías.«, relató el comandante de la misión, el astronauta de la Agencia Espacial Europea Andreas Mogensen. «Él entra y dice: “Bueno, ya sabes, lo siento mucho, mucho, mucho. Pero ya sabes, tomé esta foto. Y todos pensábamos: “¿Qué está pasando?«

«Había logrado tomar una foto de la bolsa de herramientas mientras cruzaba el Monte Fuji.» Mogensen continuó. «Intentó tomar una foto del Monte Fuji y terminó con una foto de la bolsa de herramientas.«

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El derretimiento del hielo polar ralentiza la rotación de la Tierra y puede afectar el clima

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El derretimiento del hielo polar ralentiza la rotación de la Tierra y puede afectar el clima

El calentamiento global ha ralentizado ligeramente la rotación de la Tierra y eso podría afectar la forma en que medimos el tiempo.

Un estudio publicado el miércoles encontró que el derretimiento del hielo polar, una tendencia acelerada impulsada principalmente por el cambio climático causado por el hombre, ha provocado que la Tierra gire menos rápidamente de lo que lo haría de otra manera.

El autor del estudio, Duncan Agnew, geofísico del Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego, dijo que a medida que el hielo en los polos se derrite, cambia el lugar donde se concentra la masa de la Tierra. Este cambio a su vez afecta la velocidad angular del planeta.

Agnew comparó la dinámica con la de un patinador artístico dando vueltas sobre el hielo: “Si tienes una patinadora que comienza a girar, si baja los brazos o estira las piernas, disminuirá la velocidad”, dijo. Pero si los brazos de un patinador se tiran hacia adentro, el patinador girará más rápido.

Por lo tanto, menos hielo sólido en los polos significa más masa alrededor del ecuador, del tamaño de la Tierra.

«Lo que se hace con el hielo que se derrite es tomar agua que está congelada en lugares como la Antártida y Groenlandia, y esa agua congelada se derrite, y se mueven los fluidos a otros lugares del planeta», dijo Thomas Herring. un profesor de geofísica en el Instituto de Tecnología de Massachusetts que no participó en el nuevo estudio. «El agua fluye hacia el ecuador».

En otras palabras, el estudio sugiere que la influencia humana ha aumentado con una fuerza sobre la que académicos, astrónomos y científicos se han preguntado durante milenios, algo que durante mucho tiempo se ha considerado una constante más allá del control de la humanidad.

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«Es bastante impresionante, incluso para mí, que hayamos hecho algo que cambie de manera mensurable la velocidad de rotación de la Tierra», dijo Agnew. “Están sucediendo cosas sin precedentes. »

Su estudio, publicado en la revista Nature, sugiere que el cambio climático juega un papel suficientemente importante en la rotación de la Tierra como para contrarrestar una tendencia opuesta. Debido a una combinación de factores, la Tierra ha comenzado a girar más rápido en las últimas décadas, una tendencia temporal que ha llevado a los científicos, por primera vez, a considerar restar un solo «segundo intercalar negativo» de los relojes de todo el mundo ya en 2026. La presencia de hielo polar ha retrasado esta posibilidad unos tres años, según Agnew.

Si las organizaciones de cronometraje finalmente deciden agregar un segundo intercalar negativo, el ajuste podría interrumpir las redes informáticas.

Una vista de la Tierra capturada por el satélite Deep Space Climate Observatory.NASA

La razón por la que los ajustes del segundo intercalar han sido históricamente necesarios es que incluso sin cambio climático, la rotación diaria de la Tierra ha tendido a disminuir a lo largo de millones de años, aunque pueda parecer constante.

Hace unos 70 millones de años, los días eran más cortos y duraban unas 23,5 horas, según un estudio de 2007. La paleoceanografía y la paleoclimatología sugieren. Esto significa que los dinosaurios del Cretácico vivieron un planeta con 372 días al año.

Varios factores clave afectan la rotación del planeta, a veces trabajando en oposición.

La fricción de las mareas oceánicas, debida en parte a la atracción gravitacional de la Luna, ralentiza la rotación de la Tierra. Mientras tanto, desde la última edad de hielo, la corteza terrestre ha aumentado en algunas zonas en respuesta al peso de las capas de hielo que están desapareciendo. Este efecto cambia la distribución de masa y acelera la rotación del planeta. Ambos procesos son bastante constantes y tienen tasas predecibles.

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Otro factor más es el movimiento del fluido en el núcleo interno líquido de la Tierra, un comodín que puede acelerar o disminuir la velocidad de rotación de la Tierra, dijo Agnew. Las fluctuaciones en el núcleo de la Tierra son una de las principales razones por las que el planeta ha girado más rápido de lo esperado en las últimas décadas.

Esta rotación más rápida ha llevado a los cronometradores a preguntarse (por primera vez desde la adopción oficial del Tiempo Universal Coordinado en la década de 1960) si no sería prudente restar un segundo intercalar para mantener el Tiempo Universal sincronizado con la rotación de la Tierra.

Pero el derretimiento del hielo polar está contrarrestando esta tendencia y ha impedido cualquier decisión sobre si agregar o no un segundo intercalar negativo. Según las estimaciones de Agnew, esta posibilidad se pospondrá de 2026 a 2029, si se mantiene el actual ritmo de rotación de la Tierra.

A medida que el cambio climático se intensifica, los investigadores esperan que el derretimiento del hielo tenga un efecto aún más profundo en la rotación del planeta.

«Su contribución será mayor a medida que pase el tiempo y se acelere el derretimiento, como esperamos», dijo Herring. Añadió que el nuevo estudio fue un análisis profundo y sólido que combina investigaciones de varias disciplinas científicas.

La necesidad de que los cronometradores ajusten el tiempo universal para seguir el ritmo de la rotación de la Tierra no es un fenómeno nuevo. Pero históricamente, esto implicó agregar segundos intercalares al estándar común para los relojes cuando la desaceleración de la rotación de la Tierra hizo que el tiempo astronómico se retrasara respecto del tiempo atómico (que se mide por la vibración de los átomos en los relojes atómicos).

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Sumar o restar segundos intercalares es doloroso porque potencialmente puede alterar los sistemas de transmisión por satélite, financieros y energéticos que dependen de una sincronización extremadamente precisa. Por culpa de eso, Los cronometradores mundiales votaron en 2022 para eliminar el segundo intercalar sumas y restas para 2035 y permitir que el tiempo universal se aleje de la velocidad de rotación de la Tierra.

«Desde aproximadamente el año 2000, ha habido un esfuerzo por eliminar los segundos intercalares», dijo Agnew.

Independientemente de si los relojes cambian, la idea de que el derretimiento del hielo polar afecta la rotación de la Tierra muestra cuán importante se ha vuelto este problema. Las investigaciones ya han delineado el profundo impacto que tendrá la pérdida de hielo en las comunidades costeras.

Los científicos esperan que el aumento del nivel del mar se acelere a medida que el clima se calienta, un proceso que continuará durante cientos de años. El año pasado, destacados investigadores polares advirtieron en un informe que partes de las principales capas de hielo podrían colapsar y que las comunidades costeras deberían prepararse para un aumento del nivel del mar de varios metros. Si la humanidad permite que la temperatura global promedio aumente 2 grados Celsius, el planeta podría enfrentar un aumento del nivel del mar de más de 40 pies.

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Maker Hive deja espacio para la creatividad

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Maker Hive deja espacio para la creatividad

27 de marzo de 2024

Maker Hive, en Warburton Avenue, ofrece clases y talleres sobre una amplia gama de artes, manualidades y actividades STEM.

por Janine Annett –

Hastings-on-Hudson: al entrar a Maker Hive en 416 Warburton Avenue (justo frente a Antoinette's Patisseriel), tienes la sensación de que puedes crear casi cualquier cosa con la gran cantidad de materiales e información disponibles en este espacio brillante y acogedor.

Aarthi Muthukrishnan abrió Colmena creativa en Hastings en octubre de 2023. Su visión es un lugar que apoye la creatividad, el aprendizaje y la comunidad perfeccionando nuevas habilidades y conectándose con personas de ideas afines. Las próximas clases y talleres para niños y adultos incluyen bricolaje, tecnología creativa que utiliza dispositivos electrónicos con un cortador láser y una impresora 3D, pintura, dibujo, tejido, crochet, impresión con bloques, encuadernación, tinte de huevo y más.

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Maker Hive tiene una gran cantidad de materiales y herramientas para inspirar actividades creativas.

Aarthi, que tiene experiencia en tecnología e informática y también tiene un MBA, ha estado involucrado durante mucho tiempo en la tutoría de niñas en los campos STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas). «La tecnología es ahora parte de todas las industrias», dijo. Ha vivido en Hastings-on-Hudson con su familia durante ocho años. Antes de abrir Maker Hive, Aarthi dirigió un programa Girls Who Code y también dirigió un campamento de vacaciones de primavera en el Centro Comunitario de Hastings. Durante el campamento, los niños aprendieron a crear proyectos interactivos que cobran vida mediante el uso de microcontroladores. «En lugar de centrarme únicamente en aprender a codificar, lo cual era aburrido, me pregunté: '¿Cómo podemos hacerlo más creativo?' » Utilizamos computación física y computación creativa, que implica el uso de pequeños microcontroladores para crear proyectos interactivos. Me gusta llamarlo «un código que puedes guardar». Es muy visual y el impacto no está en una pantalla. A los padres les encantó y a los niños les encantó”, dijo Aarthi.

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Para conocer la historia completa, visite Rivertowns Current en: https://substack.com/home/post/p-142825279?source=queue

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Andrea Martone - Tarrytown, agente inmobiliario de Sleepy Hollow

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