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Rompiendo la velocidad de la luz: el enigma del túnel cuántico

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Rompiendo la velocidad de la luz: el enigma del túnel cuántico

Los túneles cuánticos permiten que las partículas superen las barreras energéticas. Se ha propuesto un nuevo método para medir el tiempo que tardan las partículas en hacer túneles, lo que podría desafiar afirmaciones anteriores sobre las velocidades de túneles superluminales. Este método implica el uso de átomos como relojes para detectar diferencias horarias sutiles. Crédito: SciTechDaily.com

En un asombroso fenómeno de la física cuántica llamado túnel, las partículas parecen moverse más rápido que la velocidad de la luz. Sin embargo, los físicos de Darmstadt creen que hasta ahora no se ha medido correctamente el tiempo que tardan las partículas en entrar en un túnel. Proponen un nuevo método para detener la velocidad de las partículas cuánticas.

En la física clásica existen leyes estrictas que no se pueden eludir. Por ejemplo, si una bola que rueda carece de energía, no subirá una colina; en cambio, volverá a bajar antes de llegar a la cima. En física cuántica, este principio no es tan estricto. Aquí, una partícula puede cruzar una barrera, incluso si no tiene suficiente energía para cruzarla. Actúa como si se deslizara por un túnel, por lo que este fenómeno también se conoce como «túnel cuántico». Lejos de ser una simple magia teórica, este fenómeno tiene aplicaciones prácticas, como en el funcionamiento de las unidades de memoria flash.

Túneles cuánticos y relatividad

En el pasado, llamaron la atención los experimentos en los que las partículas penetraban más rápido que la luz. Después de todo, la teoría de la relatividad de Einstein prohíbe velocidades más rápidas que la luz. Por lo tanto, la pregunta es si en estos experimentos se “detuvo” correctamente el tiempo necesario para la construcción de túneles. Los físicos Patrik Schach y Enno Giese de la Universidad Técnica de Darmstadt están siguiendo un nuevo enfoque para definir el «tiempo» de una partícula en túnel. Ahora han propuesto un nuevo método para medir este tiempo. En su experimento, lo miden de una manera que creen que se adapta mejor a la naturaleza cuántica de los túneles. Publicaron el plan de su experimento en la famosa revista. Los científicos progresan.

Dualidad onda-partícula y túnel cuántico

Según la física cuántica, las partículas pequeñas como los átomos o las partículas ligeras tienen una naturaleza dual.

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Según los experimentos, se comportan como partículas o como ondas. Los túneles cuánticos resaltan la naturaleza ondulatoria de las partículas. Un “paquete de olas” rueda hacia la barrera, comparable a una ola de agua. La altura de la onda indica la probabilidad con la que la partícula se materializaría en ese lugar si se midiera su posición. Si el paquete de ondas choca contra una barrera energética, parte de él se refleja. Sin embargo, una pequeña porción atraviesa la barrera y existe una pequeña probabilidad de que la partícula aparezca al otro lado de la barrera.

Reevaluación de la velocidad del túnel

Experimentos anteriores observaron que una partícula ligera viajaba una distancia más larga después de hacer un túnel que una partícula con camino libre. Por tanto, habría viajado más rápido que la luz. Sin embargo, los investigadores tuvieron que definir la ubicación de la partícula después de su paso. Eligieron el punto más alto de su paquete de ondas.

“Pero la partícula no sigue una trayectoria en el sentido clásico de la palabra”, objeta Enno Giese. Es imposible decir exactamente dónde se encuentra la partícula en un momento dado. Por tanto, es difícil decir cuánto tiempo llevará llegar del punto A al punto B.

Un nuevo enfoque para medir el tiempo de construcción de túneles

Schach y Giese, por su parte, se inspiran en una cita de Albert Einstein: “El tiempo es lo que se lee en un reloj. » Sugieren utilizar la propia partícula del túnel como reloj. Una segunda partícula que no forma un túnel sirve como referencia. Al comparar estos dos relojes naturales, es posible determinar si el tiempo pasa más lento, más rápido o igual de rápido durante el túnel cuántico.

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La naturaleza ondulatoria de las partículas facilita este enfoque. La oscilación de las ondas es similar a la oscilación de un reloj. Más concretamente, Schach y Giese proponen utilizar átomos como relojes. Los niveles de energía de los átomos oscilan a determinadas frecuencias. Después de enviar un átomo Con un pulso láser, sus niveles inicialmente oscilan sincronizados: se pone en marcha el reloj atómico. Sin embargo, durante el túnel el ritmo cambia ligeramente. Un segundo pulso láser provoca que las dos ondas internas del átomo interfieran. La detección de interferencias mide la distancia entre las dos ondas de niveles de energía, que es una medida precisa del tiempo transcurrido.

Un segundo átomo, que no forma un túnel, sirve como referencia para medir la diferencia de tiempo entre la formación de túneles y la no formación de túneles. Los cálculos de los dos físicos sugieren que la partícula túnel mostrará un tiempo ligeramente retrasado. «El reloj del túnel es un poco más antiguo que el otro», explica Patrik Schach. Esto parece contradecir los experimentos que atribuían velocidad superluminal al túnel.

El desafío de implementar el experimento.

En principio, la prueba se puede realizar con la tecnología actual, explica Schach, pero para los experimentadores supone un gran desafío. De hecho, la diferencia horaria a medir es sólo de unos 10-26 segundos: un tiempo extremadamente corto. Es útil utilizar nubes de átomos como relojes en lugar de átomos individuales, explica el físico. También es posible amplificar el efecto, por ejemplo aumentando artificialmente las frecuencias de reloj.

«Actualmente estamos discutiendo esta idea con colegas experimentadores y estamos en contacto con nuestros socios del proyecto», añade Giese. Es muy posible que pronto un equipo decida llevar a cabo este apasionante experimento.

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Referencia: “Una teoría unificada de los tiempos de túneles promovida por los relojes de Ramsey” por Patrik Schach y Enno Giese, 19 de abril de 2024, Los científicos progresan.
DOI: 10.1126/sciadv.adl6078

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

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Scarlett Johansson y Channing Tatum protagonizarán la brillante comedia romántica espacial Fly Me To The Moon

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Scarlett Johansson y Channing Tatum protagonizarán la brillante comedia romántica espacial Fly Me To The Moon

Pero luego la cosa se complica. Luego se le pide a Kelly que organice un aterrizaje falso en la Luna. ¿Traicionará la confianza de Cole? Tienes que mirar para descubrirlo.

En una entrevista con GenteScarlett describió su personaje como una «mujer muy moderna que vive en una época en la que a menudo se subestimaba a las mujeres. Ella usa eso a su favor y siempre está unos pasos por delante».

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También habló sobre la singularidad de la película y cómo al público le encantará su naturaleza de “gran idea”.

“No se deriva de nada más, no sigue una fórmula”, afirma. «Creo que el público no ha tenido acceso a una gran película que sea divertida, conmovedora y original desde hace mucho tiempo, y está hambriento de ella. La película es totalmente entretenida y fresca. Estoy muy orgulloso de ella por su novedad y su alcance.

Llévame a la luna fundición

Junto a Channing y Scarlett, Woody Harrelson (que interpreta a un personaje bastante controvertido que mueve los hilos de la NASA), El naranja es el nuevo negro está protagonizada por Nick Dillenburg, Anna García, Ray Romano, Noah Robbins, Jim Rash, Colin Woodell, Christian Zuber y Donald Elise Watkins.

La imagen puede contener Channing Tatum Accesorios de aeropuerto Ropa formal Corbata Persona adulta Gafas Bolígrafo Adolescente y pulsera

Daniel McFadden

Llévame a la luna fecha de lanzamiento

Podrás verlo en los cines del Reino Unido a partir del 12 de julio. No hace mucho. Luego debería estar disponible en Apple TV+ poco después.

Llévame a la luna trailer

Mire a continuación para echar un vistazo al desvanecido encanto de la película:

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Los agujeros negros formaron quásares menos de mil millones de años después del Big Bang

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Los agujeros negros formaron quásares menos de mil millones de años después del Big Bang

Los agujeros negros supermasivos parecen estar presentes en el centro de cada galaxia y se remontan a algunas de las primeras galaxias del Universo. Y no tenemos idea de cómo llegaron allí. No debería serles posible pasar de restos de supernovas a tamaños supermasivos tan rápido como lo hacen. Y no conocemos ningún otro mecanismo que pueda formar algo lo suficientemente grande como para que un crecimiento extremo no sea necesario.

La aparente imposibilidad de que existieran agujeros negros supermasivos en el Universo temprano ya planteaba un problema; El telescopio espacial James Webb no ha hecho más que empeorar las cosas al descubrir ejemplos cada vez más antiguos de galaxias con agujeros negros supermasivos. En el último ejemplo, los investigadores utilizaron Webb para caracterizar un cuásar impulsado por un agujero negro supermasivo tal como existía unos 750 millones de años después del Big Bang. Y parece increíblemente normal.

retroceder en el tiempo

Los cuásares son los objetos más brillantes del Universo, impulsados ​​por agujeros negros supermasivos. La galaxia que los rodea les proporciona suficiente material para formar brillantes discos de acreción y potentes chorros, los cuales emiten grandes cantidades de radiación. A menudo están parcialmente envueltos en polvo, que brilla al absorber parte de la energía emitida por el agujero negro. Estos quásares emiten tanta radiación que acaban expulsando por completo parte de la materia cercana a la galaxia.

Así, la presencia de estas características en el Universo temprano nos diría que los agujeros negros supermasivos no sólo estaban presentes en el Universo temprano, sino que también estaban incrustados dentro de galaxias como lo están en tiempos más recientes. Pero fue muy difícil estudiarlos. Para empezar, no hemos identificado muchos; Sólo quedan nueve quásares anteriores a eso, cuando el Universo tenía 800 millones de años. Debido a esta distancia, las características son difíciles de resolver y el corrimiento al rojo causado por la expansión del Universo captura la intensa radiación ultravioleta de muchos elementos y la extiende profundamente hacia el infrarrojo.

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Sin embargo, el telescopio Webb fue diseñado específicamente para detectar objetos en el Universo temprano al ser sensible a las longitudes de onda infrarrojas donde aparece esta radiación. Así, la nueva investigación se basa en señalar al Webb el primero de los primeros nueve cuásares descubiertos, J1120+0641.

Y parece… notablemente normal. O al menos, un poco como los quásares de periodos más recientes de la historia del Universo.

Generalmente normal

Los investigadores analizan la continuidad de la radiación producida por el cuásar y encuentran indicios claros de que está incrustado en una rosquilla de material caliente y polvoriento, como se vio en los cuásares posteriores. Este polvo es ligeramente más caliente que en algunos quásares más recientes, pero esto parece ser una característica común de estos objetos en las primeras etapas de la historia del Universo. La radiación de un disco de acreción también es evidente en el espectro de emisión.

Varias formas de estimar los valores producidos en masa del agujero negro en el área 109 veces la masa del Sol, colocándolo claramente en territorio de agujero negro supermasivo. También hay evidencia, a partir de un ligero desplazamiento hacia el azul de parte de la radiación, de que el cuásar está arrojando material a unos 350 kilómetros por segundo.

Hay algunas rarezas. La primera es que el material también parece caer hacia el interior a una velocidad de unos 300 kilómetros por segundo. Esto podría deberse a la rotación de la materia en el disco de acreción. Pero si ese es el caso, debería corresponder a material que gira hacia nosotros desde el lado opuesto del disco. Esto se ha observado repetidamente en los primeros quásares, pero los investigadores admiten que «el origen físico de este efecto es desconocido».

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Una opción que sugieren como explicación es que todo el cuásar está en movimiento, desplazado de su posición en el centro de la galaxia por una fusión anterior con otro agujero negro supermasivo.

La otra rareza es que también hay una salida muy rápida de carbono altamente ionizado, moviéndose aproximadamente dos veces más rápido que en los quásares posteriores. Esto ya se ha visto antes, pero tampoco hay explicación.

¿Cómo ha ocurrido?

A pesar de sus rarezas, este objeto se parece mucho a los quásares de tiempos más recientes: «Nuestras observaciones demuestran que las complejas estructuras del toro de polvo y del [accretion disk] puede establecerse alrededor de un [supermassive black hole] Menos de 760 millones de años después del Big Bang. »

Y nuevamente, esto plantea un pequeño problema ya que indica la presencia de un agujero negro supermasivo incrustado en su galaxia anfitriona muy temprano en la historia del Universo. Para alcanzar los tamaños aquí observados, los agujeros negros chocan con el llamado límite de Eddington, es decir, la cantidad de materia que pueden absorber antes de que la radiación así producida expulse la materia vecina, cortando así el suministro de alimento del agujero negro.

Esto sugiere dos opciones. La primera es que estos objetos han estado ingiriendo material mucho más allá del límite de Eddington durante la mayor parte de su historia, algo que no hemos observado y que no es en absoluto cierto para este quásar. La otra opción es que empezaran masivamente (alrededor de 104 veces la masa del Sol) y continuó alimentándose a un ritmo más razonable. Pero no sabemos realmente cómo se pudo formar algo tan grande.

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Así pues, el Universo primitivo sigue siendo un lugar bastante confuso.

Astronomía Natural, 2024. DOI: 10.1038/s41550-024-02273-0 (Acerca de los DOI).

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El orbitador lunar de la NASA detecta un módulo de aterrizaje chino en la cara oculta de la Luna (foto)

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El orbitador lunar de la NASA detecta un módulo de aterrizaje chino en la cara oculta de la Luna (foto)

El Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA ha echado su primer vistazo a la nave espacial china Chang'e 6 en la cara oculta de la Luna.

EL Chang'e 6 El módulo de aterrizaje está flanqueado por dos cráteres de tamaño similar y se asienta en el borde de un cráter mucho más sutil de unos 50 metros (165 pies) de ancho, informa Mark Robinson, el investigador principal del sistema de cámaras a bordo del LRO.

LRO detectó Chang'e 6 en la cuenca Apollo, al otro lado de La luna el 7 de junio de 2024. El módulo de aterrizaje se ve como un pequeño grupo de píxeles brillantes en el centro de la imagen.

Animación de antes/después que muestra la aparición del módulo de aterrizaje chino Chang'e 6 en la cara oculta de la Luna. El mayor brillo del terreno que rodea el módulo de aterrizaje se debe a las perturbaciones del motor del módulo de aterrizaje y es similar a la zona de explosión que se observa alrededor de otros módulos de aterrizaje lunares. La imagen del antes es del 3 de marzo de 2022 y la imagen del después es del 7 de junio de 2024. (Crédito de la imagen: NASA/GSFC/Universidad Estatal de Arizona)

Tiro de aro

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