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Nuevas fases de agua detectadas

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Nuevas fases de agua detectadas

Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público

Científicos de la Universidad de Cambridge han descubierto que el agua en una capa de una sola molécula no actúa como líquido ni como sólido y se vuelve altamente conductora a altas presiones.


Se sabe mucho sobre el comportamiento del «agua a granel»: se expande cuando se congela y tiene un alto punto de ebullición. Pero cuando el agua se comprime a nanoescala, sus propiedades cambian drásticamente.

Al desarrollar una nueva forma de predecir este comportamiento inusual con una precisión sin precedentes, los investigadores detectaron varias fases nuevas del agua a nivel molecular.

El agua atrapada entre membranas o en diminutas cavidades a nanoescala es común: se puede encontrar en todo, desde las membranas de nuestro cuerpo hasta formaciones geológicas. Pero esta agua nanoconfinada se comporta de manera muy diferente al agua que bebemos.

Hasta ahora, los desafíos de caracterizar experimentalmente las fases del agua a nanoescala han impedido una comprensión completa de su comportamiento. Pero en un artículo publicado en la revista La naturalezael equipo dirigido por Cambridge describe cómo han utilizado los avances en enfoques computacionales para predecir el diagrama de fase de una capa de agua del espesor de una molécula con una precisión sin precedentes.

Utilizaron una combinación de enfoques computacionales para permitir el estudio a nivel de primeros principios de una sola capa de agua.

Los investigadores encontraron que el agua que está confinada en una capa de un peso molecular pasa por varias fases, incluida una fase «hexática» y una fase «superiónica». En la fase hexática, el agua no actúa ni como sólido ni como líquido, sino como algo intermedio. En la fase superiónica, que ocurre a presiones más altas, el agua se vuelve altamente conductora, impulsando rápidamente protones a través del hielo de una manera similar al flujo de electrones en un conductor.

Simulación de los primeros principios de la fase hexática, correspondiente al punto de estado 1.00 GPa y 340 K, en presencia de átomos de carbono explícitos al nivel de la teoría revPBE0-D3. Crédito: La naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05036-x

Comprender el comportamiento del agua a nanoescala es esencial para muchas tecnologías nuevas. El éxito de los tratamientos médicos puede depender de la reacción del agua atrapada en las pequeñas cavidades de nuestro cuerpo. El desarrollo de electrolitos altamente conductores para baterías, desalinización de agua y transporte de fluidos sin fricción depende de la predicción del comportamiento del agua confinada.

Simulación de los primeros principios de la fase superiónica, correspondiente al punto de estado 4.00 GPa y 600 K, en presencia de átomos de carbono explícitos al nivel de la teoría revPBE0-D3. Mientras observamos la disociación en una escala de tiempo de 10 ps, ​​no vemos reactividad del protón con los átomos de carbono. Crédito: La naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05036-x

«Para todas estas áreas, comprender el comportamiento del agua es la cuestión fundamental», dijo el Dr. Venkat Kapil del Departamento de Química Yusuf Hamied en Cambridge, primer autor del artículo. «Nuestro enfoque permite el estudio de una sola capa de agua en un canal similar al grafeno con una precisión predictiva sin precedentes».

Los investigadores encontraron que la única molécula capa gruesa de agua en el nanocanal mostró un comportamiento de fase rico y diverso. Su enfoque predice varias fases que incluyen la fase hexática – un intermedio entre un sólido y un líquido – y también una fase superiónica, en la que el agua tiene una alta conductividad eléctrica.

«La fase hexática no es ni sólida ni líquida, sino intermedia, lo que está de acuerdo con teorías anteriores sobre materiales bidimensionales», dijo Kapil. “Nuestro enfoque también sugiere que esta fase se puede observar experimentalmente al confinar el agua en un canal de grafeno.

«La existencia de la fase superiónica en condiciones de fácil acceso es especial, porque esta fase generalmente se encuentra en condiciones extremas como el núcleo de Urano y Neptuno. Una forma de visualizar esta fase es que el átomos de oxígeno forman una red sólida, y los protones fluyen como un líquido a través de la red, como niños corriendo por un laberinto».

Los investigadores dicen que esta fase superiónica podría ser importante para futuros electrolitos y materiales de batería, ya que tiene una conductividad eléctrica de 100 a 1000 veces mayor que los materiales de batería actuales.

Los resultados no solo ayudarán a entender cómo el agua funciona a nanoescala, pero también sugiere que el «nanoconfinamiento» podría ser una nueva forma de encontrar el comportamiento superiónico de otros materiales.


Predicción de una nueva fase de hielo superiónico


Más información:
Angelos Michaelides, Diagrama de fase de los primeros principios del agua monocapa nanoconfinada, La naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05036-x. www.nature.com/articles/s41586-022-05036-x

Proporcionado por
Universidad de Cambridge

Cotizar: Nuevas fases de agua detectadas (14 de septiembre de 2022) Obtenido el 14 de septiembre de 2022 de https://phys.org/news/2022-09-phases.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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Vea cómo el 'cometa diablo' se acerca al Sol en una explosiva eyección de masa coronal (vídeo)

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Vea cómo el 'cometa diablo' se acerca al Sol en una explosiva eyección de masa coronal (vídeo)

El observatorio solar espacial STEREO-A de la NASA está monitoreando de cerca el «cometa del diablo» 12P/Pons-Brooks mientras se prepara para realizar su máxima aproximación al sol, conocida como perihelio, el 21 de abril.

En esta secuencia, el cometa pasa cerca de Júpiter desde la perspectiva del observatorio, justo cuando se lanza al espacio una eyección de masa coronal (CME), una gran expulsión de plasma y campo magnético del Sol.

Las CME se forman de la misma manera que las erupciones solares: son el resultado de la torsión y realineación del campo magnético del sol, conocido como reconexión magnética. Cuando estas líneas de campo magnético se “enredan”, producen fuertes campos magnéticos localizados que pueden atravesar la superficie del Sol y liberar CME.

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Una animación que muestra el cometa 12P/Pons-Brooks brillando intensamente cerca de Júpiter cuando una gran CME es liberada del Sol el 12 de abril de 2024. (Crédito de la imagen: NASA STEREO/Edición de Steve Spaleta)
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Hallazgos notables: una nueva investigación revela que la médula espinal puede aprender y recordar

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Hallazgos notables: una nueva investigación revela que la médula espinal puede aprender y recordar

Una nueva investigación demuestra que la médula espinal puede aprender y recordar movimientos de forma independiente, desafiando las opiniones tradicionales sobre su función y mejorando potencialmente las estrategias de rehabilitación para pacientes con lesiones de la médula espinal.

Una nueva investigación revela que las neuronas de la médula espinal poseen la capacidad de aprender y retener información independientemente del cerebro.

La médula espinal se describe a menudo como un canal simple para transmitir señales entre el cerebro y el cuerpo. Sin embargo, la médula espinal puede aprender y memorizar movimientos por sí sola.

Un equipo de investigadores de Neuro-Electronics Research Flanders (NERF), con sede en Lovaina, detalla cómo dos poblaciones neuronales diferentes permiten que la médula espinal se adapte y recuerde conductas aprendidas de una manera completamente independiente del cerebro. Estos notables descubrimientos, publicados en la revista Ciencia, arrojan nueva luz sobre cómo los circuitos espinales podrían contribuir al control y la automatización del movimiento. Este conocimiento podría resultar relevante para la rehabilitación de personas con lesiones de columna.

La asombrosa plasticidad de la médula espinal

La médula espinal modula y refina nuestras acciones y movimientos integrando diferentes fuentes de información sensorial, sin intervención del cerebro. Además, las células nerviosas de la médula espinal pueden aprender a ajustar diversas tareas de forma autónoma, con suficiente práctica repetitiva. Sin embargo, la forma en que la médula espinal logra esta notable plasticidad ha intrigado a los neurocientíficos durante décadas.

Uno de estos neurocientíficos es la profesora Aya Takeoka. Su equipo en Neuro-Electronics Research Flanders (NERF, un instituto de investigación apoyado por IMEC, KU Leuven y VIB) estudia cómo la médula espinal se recupera de las lesiones explorando cómo se conectan las conexiones nerviosas, cómo funcionan y cambian cuando aprendemos. nuevos movimientos.

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«Aunque tenemos evidencia de 'aprendizaje' dentro de la médula espinal a partir de experimentos que se remontan a principios del siglo XX, la pregunta de qué neuronas están involucradas y cómo codifican esta experiencia de aprendizaje sigue sin respuesta», explica el profesor Takeoka. .

Parte del problema es la dificultad de medir directamente la actividad de neuronas individuales en la médula espinal en animales que no están sedados pero que están despiertos y en movimiento. El equipo de Takeoka aprovechó un modelo en el que los animales entrenan movimientos específicos en cuestión de minutos. Al hacerlo, el equipo descubrió un mecanismo específico del tipo de célula para el aprendizaje de la médula espinal.

Dos tipos de células neuronales específicas

Para comprobar cómo aprende la médula espinal, el estudiante de doctorado Simon Lavaud y sus colegas del laboratorio Takeoka construyeron un dispositivo experimental para medir los cambios de movimiento en ratones, inspirado en métodos utilizados en estudios con insectos. «Evaluamos la contribución de seis poblaciones neuronales diferentes e identificamos dos grupos de neuronas, una dorsal y otra ventral, que median el aprendizaje motor».

«Estos dos conjuntos de neuronas se turnan», explica Lavaud. «Las neuronas dorsales ayudan a la médula espinal a aprender un nuevo movimiento, mientras que las neuronas ventrales la ayudan a recordar y realizar el movimiento más tarde».

“Podemos compararlo con una carrera de relevos dentro de la médula espinal. Las neuronas dorsales actúan como las primeras corredoras, transmitiendo información sensorial esencial para el aprendizaje. Luego, las células ventrales toman el control, asegurando que el movimiento aprendido se recuerde y se ejecute sin problemas.

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Aprendizaje y memoria fuera del cerebro

Los resultados detallados, publicados en Ciencia, ilustran que la actividad neuronal en la médula espinal se asemeja a varios tipos clásicos de aprendizaje y memoria. Será crucial comprender mejor estos mecanismos de aprendizaje, ya que probablemente contribuyan a diferentes formas de aprender y automatizar el movimiento, y también podrían ser relevantes en el contexto de la rehabilitación, explica la profesora Aya Takeoka: «Los circuitos que hemos descrito podrían proporcionar la significa que la médula espinal contribuya al aprendizaje del movimiento y a la memoria motora a largo plazo, los cuales nos ayudan a movernos, no solo con buena salud, sino especialmente durante la recuperación de una lesión en el cerebro o la médula espinal.

Referencia: “Dos clases neuronales inhibidoras gobiernan la adquisición y recuperación de la adaptación sensoriomotora espinal” por Simon Lavaud, Charlotte Bichara, Mattia D'Andola, Shu-Hao Yeh y Aya Takeoka, 11 de abril de 2024, Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.adf6801

La investigación (equipo) fue apoyada por la Fundación de Investigación de Flandes (FWO), Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA), una beca de doctorado Taiwan-KU Leuven (P1040) y la Fundación de Investigación de la Médula Espinal Wings for Life.

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En medio de la incertidumbre sobre el cronograma, Boeing despedirá personal en el programa de cohetes SLS

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En medio de la incertidumbre sobre el cronograma, Boeing despedirá personal en el programa de cohetes SLS
Agrandar / El cohete SLS se ve en su plataforma de lanzamiento en el Centro Espacial Kennedy en agosto de 2022.

Trevor Mahlmann

El jueves, altos funcionarios de Boeing que lideran el programa del Sistema de Lanzamiento Espacial, incluidos David Dutcher y Steve Snell, convocaron una reunión general para los más de 1.000 empleados que trabajan en el cohete.

Los funcionarios anunciaron que habría un número significativo de despidos y reasignaciones de personas que trabajan en el programa, según dos personas familiarizadas con la reunión. Ofrecieron varias razones para las reducciones, incluido el hecho de que los plazos para las misiones lunares Artemis de la NASA que utilizarán el cohete SLS se están desplazando hacia la derecha.

Más tarde el jueves, en un comunicado proporcionado a Ars, un portavoz de Boeing confirmó los recortes de Ars: «Debido a factores externos no relacionados con el desempeño de nuestro programa, Boeing está revisando y ajustando los niveles actuales de dotación del programa del Sistema de Lanzamiento Espacial».

¿Más vale tarde que nunca?

Durante casi una década y media, Boeing ha liderado el desarrollo de la etapa central del enorme cohete SLS que la NASA pretende utilizar para lanzar la nave espacial Orion para sus misiones tripuladas a la Luna.

El contrato ha sido lucrativo para Boeing y ha enfrentado críticas generalizadas a lo largo de los años por su generosidad, ya que la NASA gastó decenas de miles de millones de dólares en el desarrollo de un cohete que reutiliza los motores principales y otros componentes del transbordador espacial. Además, originalmente se suponía que el cohete debutaría a fines de 2016 o 2017, pero en realidad no voló por primera vez hasta noviembre de 2022. Y el inspector general de la NASA a veces ha calificado el manejo del programa por parte de Boeing como un cohete SLS “malo”. «.

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Sin embargo, cuando el cohete SLS debutó hace un año y medio, funcionó excepcionalmente bien al impulsar una nave espacial Orion sin tripulación a la Luna. Tras esta misión, la NASA declaró «operativo» el cohete y Boeing inició la producción del vehículo para futuras misiones que llevarán astronautas a la Luna.

Entonces, en cierto sentido, estas reducciones eran inevitables. Boeing necesitaba muchos recursos para diseñar, desarrollar, probar y escribir software para el cohete. Ahora que la fase de desarrollo ha terminado, es natural que la empresa reduzca sus actividades de desarrollo para la fase principal.

La declaración de Boeing no lo dice, pero las fuentes le dijeron a Ars que los recortes de empleo podrían eventualmente llegar a cientos de empleados. Se distribuirán principalmente en las instalaciones de cohetes de la compañía en Alabama, Luisiana y Florida. Las reducciones afectarán tanto al programa de la etapa central como al programa de exploración Upper Stage, una nueva etapa superior del cohete que también está comenzando a pasar del desarrollo a la producción.

Esperando otros artículos

Cuando Boeing cita «factores externos», se refiere a los diferentes cronogramas del programa Artemis de la NASA. En enero, funcionarios de la agencia espacial anunciaron retrasos de aproximadamente un año para la misión Artemis II, un sobrevuelo lunar tripulado, hasta septiembre de 2025; y Artemis III, un alunizaje, hasta septiembre de 2026. Ninguno de estos cronogramas tampoco está escrito en piedra. Es posible que se produzcan retrasos adicionales para Artemis II, y probablemente para Artemis III, si la NASA se apega a los planes de misión actuales.

Aunque el cohete SLS estará listo según el calendario actual, salvo que se produzca una catástrofe, otros elementos son inciertos. Para Artemis II, la NASA aún no ha resuelto un problema con el escudo térmico de la nave espacial Orion. Este problema debe resolverse antes de que la misión obtenga luz verde para continuar el próximo año.

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Los desafíos son aún mayores para Artemis III. Para esta misión, la NASA necesita un módulo de aterrizaje lunar, proporcionado por SpaceX con su vehículo Starship, además de trajes espaciales para la superficie lunar proporcionados por Axiom Space. Ambos permanecen firmemente en la fase de desarrollo.

Además, la NASA está luchando con desafíos presupuestarios. Por primera vez en más de una década, la agencia enfrenta recortes presupuestarios. Esta semana, el administrador de la agencia espacial, Bill Nelson, dijo al Congreso: «Con menos dinero, tenemos que tomar decisiones muy difíciles». Entre ellos, se podría intentar utilizar la financiación futura de SLS para consolidar otros elementos de Artemis.

Una de las personas cercanas a la reunión interna de Boeing del jueves dijo que la agencia espacial visitó a la compañía a principios de este año y dijo que, de hecho, Boeing recibiría menos financiación a medida que finalizara el desarrollo del SLS. A la empresa se le dio la opción de “ampliar” la financiación que recibiría o hacer una pausa de un año debido a retrasos en la misión Artemisa. Boeing optó por aumentar sus fondos, lo que fue la causa de las reducciones de esta semana.

Sería fácil, pero injusto, culpar a SpaceX y Axiom por los retrasos en futuras misiones Artemis. El Congreso creó el cohete SLS con un proyecto de ley de autorización en 2010, pero Boeing en realidad había recibido financiación para trabajos relacionados. que data de 2007. Por el contrario, la NASA no comenzó a financiar el trabajo en el módulo de aterrizaje lunar Starship hasta finales de 2021, y los trajes espaciales Axiom antes de 2022. En cierto sentido, estos desarrollos son tan exigentes técnicamente como el trabajo en el cohete SLS, si no, más.

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