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Los horizontes de eventos son fábricas sintonizables de entrelazamiento cuántico

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Los horizontes de eventos son fábricas sintonizables de entrelazamiento cuántico

Representación artística de sistemas ópticos que contienen el análogo de un agujero blanco-negro. Crédito: Anthony Brady, graduado de doctorado en 2021, investigador posdoctoral en la Universidad de Arizona

Los físicos de la Universidad Estatal de Luisiana han aprovechado las técnicas de la teoría de la información cuántica para revelar un mecanismo para amplificar o «impulsar» la producción de entrelazamiento en el efecto Hawking de forma controlada. Además, estos científicos proponen un protocolo para probar esta idea en el laboratorio utilizando horizontes de eventos producidos artificialmente. Estos resultados fueron publicados recientemente en Cartas de exploración física«Aspectos cuánticos de la radiación de Hawking estimulada en un par analógico de agujeros blancos y negros», donde Ivan Agullo, Anthony J. Brady y Dimitrios Kranas presentan estas ideas y las aplican a sistemas ópticos que contienen el análogo de un par de agujeros blancos y negros.


Los agujeros negros se encuentran entre los objetos más desconcertantes de nuestro universo, en gran parte porque su funcionamiento interno está oculto detrás de un velo completamente oscuro, el horizonte de eventos del agujero negro.

En 1974, Stephen Hawking agregó más mística al carácter de los agujeros negros al mostrar que una vez efectos cuánticos se consideran, un agujero negro no es realmente negro en absoluto sino que, en cambio, emite radiación, como si fuera un cuerpo caliente, perdiendo masa gradualmente en el llamado «proceso de ‘evaporación de Hawking'». Además, los cálculos de Hawking mostraron que la radiación emitida está entrelazada mecánicamente cuánticamente con las entrañas del propio agujero negro. Este entrelazamiento es la firma cuántica del efecto Hawking. Este sorprendente resultado es difícil, si no imposible, de probar en agujeros negros astrofísicos, porque la débil radiación de Hawking es eclipsada por otras fuentes de radiación en el cosmos.

En cambio, en la década de 1980, una artículo fundamental de William Unruh estableció que la producción espontánea de partículas de Hawking entrelazadas ocurre en cualquier sistema que pueda soportar un horizonte de eventos eficiente. Dichos sistemas generalmente caen dentro de los «sistemas de gravedad analógicos» y abrieron una ventana para probar las ideas de Hawking en el laboratorio.

Hace más de una década que se llevan a cabo investigaciones experimentales serias sobre sistemas de gravedad analógicos, compuestos por condensados ​​de Bose-Einstein, fibra óptica no lineal o incluso agua corriente. La radiación de Hawking estimulada y generada espontáneamente se ha observado recientemente en varias plataformas, pero la medición del enredo ha resultado difícil de alcanzar debido a su naturaleza débil y frágil.

«Demostramos que al iluminar el horizonte, u horizontes, con estados cuánticos elegidos apropiadamente, uno puede amplificar de manera sintonizable la producción de entrelazamiento en el proceso de Hawking», dijo el profesor asociado Ivan Agullo. «A modo de ejemplo, aplicamos estas ideas al caso concreto de un par de agujeros analógicos blancos y negros que comparten un interior y se producen en un material óptico no lineal».

«Muchas de las herramientas de información cuántica utilizadas en esta investigación provienen de mi investigación de posgrado con el profesor Jonathan P. Dowling», dijo Anthony Brady, ex alumno de doctorado de 2021, investigador posdoctoral en la Universidad de Arizona. «Jon era un personaje carismático y aportó su carisma y su falta de convencionalismo a su ciencia, así como sus consejos. Me animó a trabajar en ideas extravagantes, como agujeros negros analógicos, y ver si podía fusionar técnicas de varias áreas de la física, como la información cuántica y la gravedad analógica, para producir algo nuevo, o «bonito», como le gustaba decir».

«El proceso de Hawking es uno de los fenómenos físicos más ricos que conecta áreas aparentemente no relacionadas de la física, desde la teoría cuántica hasta la termodinámica y la relatividad», dijo el estudiante graduado de LSU, Dimitrios Kranas. «Los agujeros negros analógicos han agregado un sabor adicional al efecto, al mismo tiempo que nos brindan la emocionante oportunidad de probarlo en el laboratorio. Nuestro análisis numérico detallado nos permite probar nuevas características del proceso de Hawking, lo que nos ayuda a comprender mejor las similitudes. y diferencias entre astrofísica y analógica agujeros negros


Láseres de agujero negro de circuito cuántico para explorar la radiación de Hawking


Más información:
Ivan Agullo et al, Aspectos cuánticos de la radiación de Hawking estimulada en un par de agujeros blancos-negros analógicos ópticos, Cartas de exploración física (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.091301

Cita: Event Horizons are Tunable Factories of Quantum Entanglement (4 de marzo de 2022) Consultado el 6 de marzo de 2022 en https://phys.org/news/2022-03-event-horizons-tunable-factories-quantum.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Excepto para el uso justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente a título informativo.

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Un 'lienzo' de arte rupestre de 12.500 años de antigüedad en el Amazonas revela la conexión de los primeros estadounidenses con la vida silvestre

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Un 'lienzo' de arte rupestre de 12.500 años de antigüedad en el Amazonas revela la conexión de los primeros estadounidenses con la vida silvestre

Una galería de fotografías impactantes ocre Las pinturas dibujadas en enormes paredes rocosas ofrecen información sobre la estrecha relación entre los humanos y los animales que vivieron en el Amazonas hace miles de años.

La obra está ubicada sobre afloramientos rocosos del Cerro Azul, en la Serranía de la Lindosa, un acantilado en Colombia. Incluye 3.223 dibujos de humanos y animales, incluida una colección de peces, reptiles y mamíferos de distintos tamaños, según un nuevo estudio publicado en la edición de septiembre de la revista. Revista de Arqueología Antropológica.

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La NASA está cerca de tomar una decisión sobre el destino de la nave espacial Starliner de Boeing

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La NASA está cerca de tomar una decisión sobre el destino de la nave espacial Starliner de Boeing
Agrandar / En esta fotografía tomada el 3 de julio se ve la nave espacial Strainer de Boeing acoplada a la Estación Espacial Internacional.

Los astronautas que abordaron la nave espacial Starliner de Boeing hacia la Estación Espacial Internacional el mes pasado aún no saben cuándo regresarán a la Tierra.

Los astronautas Butch Wilmore y Suni Williams han estado en el espacio durante 51 días, seis semanas más de lo previsto inicialmente, mientras los ingenieros en tierra resuelven problemas con el sistema de propulsión de Starliner.

Los problemas son dobles. Los propulsores de la nave espacial se sobrecalentaron y algunos de ellos se apagaron cuando Starliner se acercó a la estación espacial el 6 de junio. Otro problema, aunque quizás relacionado, son las fugas de helio en el sistema de propulsión del barco.

El jueves, funcionarios de la NASA y Boeing dijeron que todavía planeaban traer a Wilmore y Williams de regreso a bordo de la nave espacial Starliner. Durante las últimas semanas, los equipos de tierra completaron las pruebas de un propulsor en un banco de pruebas en White Sands, Nuevo México. Este fin de semana, Boeing y la NASA planean poner en órbita los propulsores de la nave espacial para comprobar su rendimiento una vez acoplada a la estación espacial.

«Creo que estamos empezando a acercarnos a esas piezas finales de la lógica de vuelo para asegurarnos de que podamos regresar a casa de manera segura, y ese es nuestro enfoque principal en este momento», dijo Stich.

Estos problemas han llevado a especulaciones de que la NASA podría decidir devolver a Wilmore y Williams a la Tierra a bordo de una nave espacial SpaceX Crew Dragon. Actualmente hay un barco Crew Dragon atracado en la estación y se espera que se lance otro con una nueva tripulación el próximo mes. Steve Stich, jefe del programa de tripulación comercial de la NASA, dijo que la agencia ha estudiado planes de respaldo para llevar a la tripulación de Starliner a casa a bordo de una cápsula SpaceX, pero el objetivo principal sigue siendo llevar a los astronautas de regreso a bordo de Starliner.

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«Nuestra primera opción es completar la misión», dijo Stich. “Hay muchas buenas razones para completar esta misión y traer a Butch y Suni de regreso a bordo de Starliner. Starliner fue diseñada, como nave espacial, para tener a la tripulación en la cabina. »

El Starliner fue lanzado desde la Estación Espacial de Cabo Cañaveral en Florida el 5 de junio. Wilmore y Williams son los primeros astronautas en volar al espacio a bordo de la cápsula de tripulación comercial de Boeing, y este vuelo de prueba tiene como objetivo allanar el camino para futuros vuelos operativos para rotar tripulaciones de cuatro hacia y desde la Estación Espacial Internacional.

Una vez que la NASA certifique completamente a Starliner para misiones operativas, la agencia tendrá dos naves espaciales amigables para los humanos disponibles para vuelos a la estación. Crew Dragon de SpaceX transporta astronautas desde 2020.

Pruebas, pruebas y más pruebas.

La NASA extendió la duración del vuelo de prueba de Starliner para realizar pruebas y analizar datos en un esfuerzo por generar confianza en la capacidad de la nave espacial para llevar a su tripulación a casa de manera segura y comprender mejor las causas profundas del sobrecalentamiento de los propulsores y las fugas de helio. Estos problemas se encuentran dentro del módulo de servicio Starliner, que se desecha para quemarse en la atmósfera al reingresar, mientras que el módulo de tripulación reutilizable, con los astronautas dentro, se lanza en paracaídas para un aterrizaje amortiguado por una bolsa de aire.

La más importante de estas pruebas consistió en una serie de disparos de prueba de un propulsor Starliner en tierra. Este propulsor se tomó de un conjunto de hardware planeado para volar en una futura misión Starlink, y los ingenieros lo sometieron a una prueba de esfuerzo, tirando de él repetidamente para replicar la secuencia de pulsos que vería en vuelo. Las pruebas simularon dos secuencias de vuelo a la estación espacial y cinco secuencias que realizaría el propulsor durante el desacoplamiento y la salida de órbita para regresar a la Tierra.

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«Este propulsor ha sufrido una serie de pulsaciones, quizás incluso más de las que anticiparíamos en vuelo, y más agresivas en términos de dos ascensos y cinco descensos», dijo Stich. “Lo que observamos en el propulsor es el mismo tipo de degradación del empuje que observamos en órbita. En varios propulsores (en Starliner) vemos un empuje reducido, lo cual es importante. »

La computadora de vuelo de Starliner apagó cinco de los 28 propulsores del sistema de control de reacción de la nave espacial, producidos por Aerojet Rocketdyne, durante su encuentro con la estación espacial el mes pasado. Cuatro de los cinco propulsores se recuperaron después de sobrecalentarse y perder empuje, pero los funcionarios declararon que uno de los propulsores era inutilizable.

El propulsor probado en tierra mostró un comportamiento similar. Las inspecciones del propulsor en White Sands mostraron hinchazón en un sello de teflón de una válvula oxidante, lo que podría restringir el flujo del propulsor de tetróxido de nitrógeno. Los propulsores, cada uno de los cuales genera alrededor de 85 libras de empuje, consumen el oxidante de tetróxido de nitrógeno, o NTO, y lo mezclan con combustible de hidracina para la combustión.

Una válvula de mariposa, similar a la válvula de inflado de un neumático, está diseñada para abrirse y cerrarse para permitir que el tetróxido de nitrógeno fluya hacia el propulsor.

«Esta válvula tiene un sello de teflón en el extremo», explicó Nappi. “Bajo el efecto del calor y el vacío natural que se produce cuando se dispara el propulsor, esta junta se deformó e incluso se abombó ligeramente. »

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Stich dijo que los ingenieros están evaluando la integridad del sello de teflón para determinar si podría permanecer intacto durante el desacoplamiento y la salida de órbita de la nave espacial Starliner. No se necesitan propulsores mientras Starliner está conectado a la estación espacial.

“¿Podría esta foca en particular sobrevivir el resto del vuelo?” Esa es la parte importante”, dijo Stich.

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El descubrimiento de restos de un virus antiguo gigante ofrece nuevas pistas sobre los orígenes de la vida compleja

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El descubrimiento de restos de un virus antiguo gigante ofrece nuevas pistas sobre los orígenes de la vida compleja

Un nuevo estudio ha descubierto que el código genético del Amoebidium unicelular contiene restos de antiguos virus gigantes, lo que proporciona información sobre la evolución genética de la vida compleja. Este hallazgo revela que estos genes virales, aunque potencialmente dañinos, se mantienen inactivos mediante procesos químicos dentro del ADN de Amoebidium, lo que sugiere una relación más compleja entre los virus y sus huéspedes, lo que podría afectar nuestra comprensión de la evolución genética de otros organismos, incluidos los humanos.

Los microorganismos revelan cómo nuestros predecesores unicelulares incorporaron ADN viral en sus propios genomas.

Los investigadores han descubierto restos de antiguos virus gigantes en el genoma de Amoebidium, un organismo unicelular, lo que sugiere que dichas secuencias virales pueden haber desempeñado un papel en la evolución de formas de vida complejas. Este estudio destaca la relación dinámica entre los virus y sus huéspedes, que también refleja la genética humana.

Un nuevo estudio publicado en la revista científica ha descubierto un giro sorprendente en la historia evolutiva de la vida compleja. Avances científicosInvestigadores de la Universidad Queen Mary de Londres han descubierto que un organismo unicelular, estrechamente relacionado con los animales, contiene restos de antiguos virus gigantes en su código genético. Este descubrimiento proporciona una mejor comprensión de cómo los organismos complejos pudieron adquirir algunos de sus genes y destaca la interacción dinámica entre los virus y sus huéspedes.

El estudio se centró en un microbio llamado Amoebidium, un parásito unicelular que se encuentra en ambientes de agua dulce. Al analizar el genoma de Amoebidium, los investigadores dirigidos por el Dr. Alex de Mendoza Soler, profesor titular de la Escuela de Ciencias Biológicas y del Comportamiento de Queen Mary, descubrieron una sorprendente abundancia de material genético de virus gigantes, algunos de los virus más grandes conocidos por la ciencia. Estas secuencias virales estaban fuertemente metiladas, una etiqueta química que a menudo silencia los genes.

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«Es como encontrar caballos de Troya escondidos dentro del Amoebidium ADN«Estas inserciones virales son potencialmente peligrosas, pero Amoebidium parece controlarlas silenciándolas químicamente», explica el Dr. de Mendoza Soler.


El microbio Amoebidium appalachense vive su ciclo de desarrollo en el laboratorio. Los núcleos se dividen dentro de una célula hasta la madurez (~40 h en el video), cuando cada núcleo se convierte en una sola célula y la colonia se rompe dando lugar a la descendencia. Crédito: Álex de Mendoza

Investigación actual e implicaciones.

Luego, los investigadores estudiaron el alcance de este fenómeno. Compararon los genomas de varios aislados de Amoebidium y encontraron una variación significativa en el contenido viral. Esto sugiere que el proceso de integración y silenciamiento viral es continuo y dinámico.

«Estos resultados desafían nuestra comprensión de la relación entre los virus y sus huéspedes», afirma el Dr. de Mendoza Soler. “Tradicionalmente, los virus se consideran invasores, pero este estudio sugiere una historia más compleja. Las inserciones virales pueden haber desempeñado un papel en la evolución de organismos complejos al proporcionarles nuevos genes. Y esto es posible gracias a la domesticación química del ADN de estos intrusos. »

Células de Amoebidium apalachense

Células de Amoebidium appalachense teñidas para detectar ADN (en azul, que muestra el núcleo) y actina (en verde), resaltando las membranas celulares en la etapa de celularización de la colonia. Crédito: Álex de Mendoza

Además, los descubrimientos realizados sobre Amoebidium ofrecen paralelos intrigantes con la forma en que nuestros propios genomas interactúan con los virus. Al igual que Amoebidium, los humanos y otros mamíferos tienen restos de virus antiguos, llamados retrovirus endógenos, incrustados en su ADN. Si bien estos restos se consideraban anteriormente “ADN basura” inactivo, ahora algunos pueden ser beneficiosos. Sin embargo, a diferencia de los virus gigantes que se encuentran en Amoebidium, los retrovirus endógenos son mucho más pequeños y el genoma humano es significativamente más grande. Investigaciones futuras pueden explorar estas similitudes y diferencias para comprender la compleja interacción entre virus y formas de vida complejas.

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Referencia: “La metilación del ADN permite la endogenización recurrente de virus gigantes en un animal relacionado” por Luke A. Sarre, Iana V. Kim, Vladimir Ovchinnikov, Marine Olivetta, Hiroshi Suga, Omaya Dudin, Arnau Sebé-Pedrós y Alex de Mendoza, 12 de julio , 2024, Avances científicos.
DOI: 10.1126/sciadv.ado6406

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