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Una nueva fase de la materia

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Una nueva fase de la materia

Los físicos han descubierto una nueva fase de la materia, el «estado líquido de bose quiral». Este estado, descubierto a través de la exploración de la frustración cinética en los sistemas cuánticos, exhibe propiedades sólidas como el espín de electrones inmutable y el entrelazamiento de largo alcance. El descubrimiento, que requiere altos campos magnéticos para la observación, amplía nuestra comprensión del mundo físico y podría tener aplicaciones en la codificación de datos digitales tolerantes a fallas.

Para los físicos experimentales, la frustración cuántica lleva a un descubrimiento fundamental

«El estado líquido de bose quiral» es una nueva fase de la materia, según el profesor Amherst de la UMass.

Un equipo de físicos, incluido el profesor asistente de la Universidad de Massachusetts, Tigran Sedrakyan, anunció recientemente en la revista Naturaleza que han descubierto una nueva fase de la materia. Llamado «el estado quiral de líquido bose», este descubrimiento abre una nueva vía en el esfuerzo de siglos para comprender la naturaleza del mundo físico.

En condiciones cotidianas, la materia puede ser un sólido, un líquido o un gas. Pero una vez que te aventuras más allá de lo cotidiano, a temperaturas que se aproximan[{» attribute=»»>absolute zero, things smaller than a fraction of an atom or which have extremely low states of energy—the world looks very different. “You find quantum states of matter way out on these fringes,” says Sedrakyan, “and they are much wilder than the three classical states we encounter in our everyday lives.”

Sedrakyan has spent years exploring these wild quantum states, and he is particularly interested in the possibility of what physicists call “band degeneracy,” “moat bands” or “kinetic frustration” in strongly interacting quantum matter.

Moat Band Rendering

Rendering of the moat band, which frustrates particles and leads to the chiral bose-liquid state. Credit: Tigran Sedrakyan

Typically, particles in any system bump into each other, and in so doing they cause predictable effects, like billiard balls knocking into each other and then reacting in a predictable pattern. In other words, the effects and the particles are correlated. But in a frustrated quantum system, there are infinite possibilities that stem from the interaction of particles—perhaps the billiard ball levitates or zooms off at an impossible angle—and some of these infinite possibilities can lead to novel quantum states.

What Sedrakyan and his colleagues have done is to engineer a frustration machine: a bilayer semiconducting device. The top layer is electron-rich, and these electrons can move freely. The bottom layer is filled with “holes,” or places that a roving electron can occupy. Then the two layers are brought extremely close together—interatomic close.

If the number of electrons in the top layer and holes in the bottom layer were equal, then you would expect to see the particles acting in a correlated manner, but Sedrakyan and his colleagues designed the bottom layer so that there is a local imbalance between the number of electrons and holes in the bottom layer. “It’s like a game of musical chairs,” Sedrakyan says, “designed to frustrate the electrons. Instead of each electron having one chair to go to, they must now scramble and have many possibilities in where they ‘sit’”.

This frustration kicks off the novel chiral edge state, which has a number of surprising characteristics. For instance, if you cool quantum matter in a chiral state down to absolute zero, the electrons freeze into a predictable pattern, and the emergent charge-neutral particles in this state will all either spin clockwise or counterclockwise. Even if you smash another particle into one of these electrons, or you introduce a magnetic field, you can’t alter its spin—it’s surprisingly robust and can even be used to encode digital data in a fault-tolerant way.

Even more surprising is what happens when an outside particle does smash into one of the particles in the chiral edge state. To return to the billiard-ball metaphor, you would expect to send the eight-ball flying when the cue ball smacks into it. But if the pool balls were in a chiral bose-liquid state, all 15 of them would react in exactly the same way when the eight-ball was struck. This effect is due to the long-range entanglement present in this quantum system.

It is difficult to observe the chiral bose-liquid state, which is why it has remained hidden for so long. To do so, the team of scientists, including theoretical physicists Rui Wang and Baigeng Wang (both of Nanjing University) as well as experimental physicists Lingjie Du (Nanjing University) and Rui-Rui Du (Peking University) designed a theory and an experiment that used an extremely strong magnetic field that is capable of measuring the movements of the electrons as they race for chairs.

“On the edge of the semiconductor bilayer, electrons and holes move with the same velocities,” says Lingjie Du. “This leads to helical-like transport, which can be further modulated by external magnetic fields as the electron and hole channels are gradually separated under higher fields.” The magneto-transport experiments therefore successfully reveal the first piece of evidence of the chiral bose-liquid, which the authors also call the “excitonic topological order” in the published paper.

Reference: “Excitonic topological order in imbalanced electron–hole bilayers” by Rui Wang, Tigran A. Sedrakyan, Baigeng Wang, Lingjie Du and Rui-Rui Du, 14 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06065-w

This work was supported by the National Key R&D Program of China, the National Natural Science Foundation of China, the Program for Innovative Talents and Entrepreneurs in Jiangsu, the Xiaomi Foundation, the Chinese Academy of Sciences, and the National Science Foundation.

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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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Estas imágenes en primer plano del Sol son tan locas que no creerás lo que ven tus ojos.

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Estas imágenes en primer plano del Sol son tan locas que no creerás lo que ven tus ojos.

Algunos astrofotógrafos saben cuándo han logrado una fotografía increíble, y Mark Johnston, que también es embajador del Sistema Solar de la NASA, logró capturar una fotografía del Sol desde su patio trasero en Arizona. Johnston compartió la imagen con El mundo de las cámaras digitales.y son tan detallados que casi parecen generados por computadora.

Debes saber que tomar imágenes del Sol puede resultar complicado. De hecho, incluso mirar la estrella de nuestro sistema solar a través de la lente de una cámara puede resultar extremadamente peligroso. Por lo tanto, tomar fotografías detalladas como las que aparecen en el portafolio de Johnston requiere tener el equipo adecuado y buen ojo para los detalles.

Actualmente nos encontramos en medio de lo que los científicos llaman máximo solar, que es cuando el Sol está más activo. Esto significa muchas manchas solares y eventos solares como eyecciones de masa coronal y erupciones solares. Esto también significa muchas oportunidades para tomar excelentes fotografías del Sol.

Una fotografía extremadamente detallada del Sol tomada por una sonda espacial. Fuente de la imagen: NSO/AURA/NSF

Las imágenes que Johnston capturó esta vez son nada menos que excepcionales, y el paisaje de Arizona proporciona una vista clara de la estrella que orbita nuestro planeta. Y, debido a que su ubicación particular es en las montañas de Arizona, es capaz de mirar la atmósfera sin tener que hacer tanto esfuerzo.

Esto genera algunas tomas increíbles, y es realmente difícil mirar estas fotografías del Sol sin sentir que estás mirando material promocional generado por computadora. La cantidad de detalles aquí es notable y ciertamente se necesitó un telescopio particularmente poderoso para lograrlo.

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Hemos visto imágenes del Sol igualmente detalladas de otros astrofotógrafos, y Johnston se une a las filas de aquellos que han logrado capturar la estrella central de nuestro sistema solar con una luz que de otro modo no podríamos percibir. Los físicos antiguos sólo podían haber soñado con ver el Sol con tanto detalle.

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Una serpiente de 34 millones de años descubierta en Wyoming revoluciona nuestra comprensión de la evolución

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Una serpiente de 34 millones de años descubierta en Wyoming revoluciona nuestra comprensión de la evolución

Esqueleto fosilizado de una especie de serpiente recién descubierta Hibernophis breithauptique vivió hace 38 millones de años en lo que hoy es el oeste de Wyoming, revela información sobre la evolución y el comportamiento social de sus descendientes modernos. Crédito: Jazmín Croghan

Se han descubierto serpientes antiguas que arrojan luz sobre el tortuoso pasado del continente.

Una serpiente fósil recién descubierta especies en Wyoming está transformando nuestra comprensión de la evolución de las serpientes. Descubierta en una madriguera donde se encontraron entrelazados cuatro ejemplares bien conservados, esta especie, denominada Hibernophis breithauptiVivió en América del Norte hace 34 millones de años. Este descubrimiento proporciona información valiosa sobre los orígenes y la diversificación de boas y pitones.

Hibernophis breithaupti La boa tiene características anatómicas únicas, en parte porque los especímenes están articulados, lo que significa que fueron encontrados en una sola pieza con los huesos todavía dispuestos en el orden correcto, lo cual es inusual en las serpientes fósiles. Los investigadores creen que podría ser un miembro primitivo de Booidea, un grupo que incluye boas y pitones modernas. Las boas modernas están muy extendidas en América, pero su evolución temprana no se comprende bien. Estos fósiles nuevos y muy completos proporcionan nueva información importante, particularmente sobre la evolución de las pequeñas boas excavadoras conocidas como boas de caucho.

Conocimiento conductual y significado histórico

Tradicionalmente ha habido mucho debate sobre la evolución de las pequeñas boas excavadoras. Hibernophis breithaupti Los resultados de este estudio muestran que las regiones norte y central de América del Norte pueden haber jugado un papel clave en su desarrollo. El descubrimiento de estas serpientes acurrucadas también apunta a la evidencia potencial más antigua de un comportamiento que conocemos hoy: la hibernación grupal.

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«Se sabe que las culebras modernas se congregan por miles para hibernar juntas en guaridas y madrigueras», dice Michael Caldwell, paleontólogo de la Universidad de Alberta que codirigió la investigación con su ex estudiante de posgrado Jasmine Croghan y colaboradores de Australia. y Brasil. “Esto lo hacen para conservar el calor gracias al efecto que crea la bola de animales en hibernación. Es fascinante ver posibles pruebas de tal comportamiento social o hibernación que se remontan a 34 millones de años. »

Referencia: “Morfología y sistemática de una nueva serpiente fósil de la formación White River del Rupelio temprano (Oligoceno), Wyoming” por Jasmine A Croghan, Alessandro Palci, Silvio Onary, Michael SY Lee y Michael W Caldwell, 19 de junio de 2024, Revista zoológica de la sociedad Linnaean.
DOI: 10.1093/zoolinnean/zlae073

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