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Michio Kaku explica el bosón de Higgs y la teoría de cuerdas


Componente de celdas solares a partir de madera

Actualidad Informática. Componente de celdas solares a partir de madera. Rafael Barzanallana

Un nuevo tipo de papel que está hecho de fibras de madera y es 96% transparente podría ser un material revolucionario para las células solares de nueva generación. Viniendo de plantas, el papel es barato y más respetuoso con el medio ambiente que los sustratos de plástico a menudo utilizados en las células solares. Sin embargo, su ventaja más importante es que se supera el compromiso entre la transparencia óptica y la turbidez óptica que presentan la mayoría de los materiales.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Maryland, la South China University of Technology y la Universidad de Nebraska-Lincoln, han publicado un artículo sobre el nuevo material en una edición reciente de la revista Nano Letters.

Como explican los investigadores, los beneficios de rendimiento de células solares son mayores cuando los materiales poseen tanto una alta transparencia óptica (para permitir una buena transmisión de la luz) y alta turbidez óptica (para aumentar la dispersión y por lo tanto la absorción de la luz transmitida dentro del material). Pero hasta ahora, los materiales con altos valores de transparencia (de aproximadamente el 90%) tienen valores de turbidez ópticas muy bajas (de menos de 20%).

El nuevo papel a base de madera tiene una transparencia ultra alta de 96% y turbidez óptica ultra alta del 60%, que es el valor de turbidez óptica más alto reportado entre sustratos transparentes.

La principal razón de este buen desempeño en ambas áreas es que el papel tiene una estructura nanoporosa en lugar de microporosa. El papel habitual está hecho de fibras de madera y tiene una baja transparencia óptica debido a las microcavidades que existen dentro de la estructura porosa que causan dispersión de la luz. En el nuevo papel, estos microporos son eliminados con el fin de mejorar la transparencia óptica. Para ello, los investigadores utilizaron un tratamiento llamado TEMPO para debilitar los enlaces de hidrógeno entre las microfibras que forman las fibras de la madera, lo que provoca que las fibras de la madera se hinchen y colapsen en una densa estructura, que contiene nanoporos apretados en lugar de microporos.

“Los papeles están hechos de materiales en forma de cinta que se pueden apilar bien sin cavidades microscópicas para alta transmitancia, pero con nanoporos para alta turbidez óptica”, según el coautor Liangbing Hu, profesor asistente en el Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería de la Universidad de Maryland.

Para probar el papel para aplicaciones de células solares, los investigadores recubrieron el papel de fibra de madera sobre la superficie de una losa de silicio. Los experimentos demostraron que el dispositivo captador de luz puede captar la luz con un aumento del 10% en la eficiencia. Debido a la sencillez de este proceso de laminación, las células solares que ya han sido instaladas y en uso podrían beneficiarse de manera similar de la capa de papel adicional.

Aunque hay otros papeles hechos de nanofibras, este trabajo demuestra una transmitancia óptica mucho más alta, y el uso de mucho menos energía y tiempo para su procesamiento. Con estas ventajas, el, papel de alta turbide muy transparente podría ofrecer una forma económica de mejorar la eficiencia de los paneles solares, techos solares y ventanas solares.

Fuente: Zhiqiang Fang, et al. “Novel Nanostructured Paper with Ultrahigh Transparency and Ultrahigh Haze for Solar Cells.” Nano Letters. DOI: 10.1021/nl404101p

Experimento para verificar si el universo es un holograma

Actualidad Informática. Experimento para verificar si universo es un holograma. Rafael Barzanallana

La búsqueda de las unidades fundamentales del espacio y el tiempo ha comenzado oficialmente. Físicos del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi, cerca de Chicago, Illinois (EE.UU.), anunciaron esta semana que el Holómetro, un dispositivo diseñado para probar si vivimos en un holograma gigante, ha empezado a tomar datos.

El experimento está probando la idea de que el universo está en realidad formada por pequeños “bits“, de una manera similar a cómo una foto del periódico se compone realmente de puntos. Estas unidades fundamentales de espacio y tiempo serían increíblemente pequeñas: un centenar de billones de billones de veces más pequeñas que un protón. Y al igual que el comportamiento cuántico conocido de la materia y la energía, estos bits de espacio-tiempo se comportarían más como ondas que como partículas.

La teoría es que el espacio está hecho de ondas en lugar de puntos, todo está un poco desviado (jitter), y nunca se queda quieto,” afirma Craig Hogan de la Universidad de Chicago, quien ideó el experimento.

El Holómetro está diseñado para medir este jitter. El dispositivo sorprendentemente simple, es operado desde un cobertizo en un campo cerca de Chicago, y se compone de dos haces de láser de gran alcance que se dirigen a través de tubos de 40 metros de largo. Los láseres miden con precisión las posiciones de los espejos a lo largo de sus trayectorias en dos momentos.

Si el espacio-tiempo es suave y no muestra el comportamiento cuántico, los espejos deben permanecer completamente inmóviles. Pero si los dos rayos láser miden una pequeña diferencia idéntica, en la posición de los espejos en el tiempo, podría significar los espejos se se sacudían por las fluctuaciones en el tejido del espacio en sí.

Entonces, ¿qué de la idea de que el universo es un holograma? Esto se deriva de la idea de que la información no puede ser destruido, así que por ejemplo el horizonte de sucesos 2D de un agujero negro registros” todo lo que cae en él. Si este es el caso, entonces el límite del universo también podría formar una representación 2D de todo lo contenido dentro del universo, como un holograma almacenar una imagen en 3D en 2D.

Hogan advierte que la idea de que el universo es un holograma es algo engañoso, ya que sugiere que nuestra experiencia es una especie de ilusión, una proyección como una pantalla de televisión. Si el holómetro encuentra una unidad fundamental de espacio, no significa que no existe nuestro mundo 3D. Más bien que va a cambiar la forma de entender su composición básica. Y hasta ahora, la máquina parece estar funcionando.

En una presentación realizada en Chicago el lunes en la Conferencia Internacional sobre Física de Partículas y Cosmología, Hogan dijo que los resultados iniciales muestran que el  Holómetro es capaz de medir las fluctuaciones cuánticas en el espacio-tiempo, si existen.

Esta era una especie de momento increíble“, dice Hogan. “Es sólo ruido en este momento - que no sabemos si se trata de ruido de espacio-tiempo - pero la máquina está funcionando para esa especificación.

Hogan espera que con el Holómetro se reúnan datos suficientes para elaborar una respuesta a la pregunta cuántica dentro de un año. Si la fluctuación espacio-tiempo está ahí, Hogan dice que podría apoyar completamente nuevas explicaciones de por qué la expansión del universo se está acelerando, algo tradicionalmente atribuido al fenómeno poco entendido de la energía oscura.

Ann Nelson, físico de la Universidad de Washington en Seattle, dice que el Holómetro es un nuevo experimento para sondear el espacio en las escalas más pequeñas. Pero incluso si el experimento encuentra algo, las implicaciones más amplias para la física aún no se comprenden bien.

Dice, “significaría que todos nuestros supuestos estándar sobre el espacio-tiempo y las teorías locales eficaces están equivocados, al menos cuando la gravedad es importante”.

Fuente: NewScientist

La física cuántica permite un revolucionario método de imagen

Actualidad Informática. La física cuántica permite un revolucionario método de imagen. Rafael Barzanallana

Investigadores del Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI), Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ), y la Universidad de Viena han desarrollado una nueva técnica de imagen fundamentada en la física cuántica con características sorprendentemente no intuitivas. Por primera vez, una imagen se ha obtenido sin la detección de la luz que se utiliza para iluminar el objeto fotografiado, mientras que la luz que revela la imagen nunca toca el objeto fotografiado.

En general, para obtener una imagen de un objeto uno tiene que iluminarlo con un haz de luz y es necesario el uso de una cámara para detectar la luz que se dispersa o se transmita a través de dicho objeto. El tipo de luz que se utiliza para iluminar el objeto depende de las propiedades que se deseen para la imagen. Por desgracia, en muchas situaciones prácticas el tipo ideal de la luz para la iluminación del objeto es uno para el que no existen cámaras.

El experimento publicado en Nature esta semana, por primera vez rompe esta limitación aparentemente evidente. El objeto (por ejemplo, el contorno de un gato) se ilumina con luz que permanece sin ser detectada. Además, la luz que forma una imagen del gato en la cámara nunca interactúa con él. Para realizar su experimento, los científicos utilizan los llamados pares entrelazados” de fotones. Estos pares de fotones - que son como gemelos interrelacionados - se crean cuando un láser interactúa con un cristal no lineal. En el experimento, el láser ilumina dos cristales separados, creando un par de fotones individuales (que consisten en un fotón de infrarrojo y un fotón “hermano” rojo). El objeto se coloca entre los dos cristales. La disposición es tal que si se crea un par de fotones en el primer cristal, sólo el fotón infrarrojo pasa a través del objeto de la imagen. Su ruta pasa entonces por el segundo cristal donde se combina completamente con cualquier fotón infrarrojo que se crearía allí.

Con este paso crucial,  en principio, no hay posibilidad de averiguar qué cristal crea realmente el par de fotones. Además, ya no hay ninguna información en el fotón de infrarrojo sobre el objeto. Sin embargo, debido a las correlaciones cuánticas de los pares entrelazados la información sobre el objeto está ahora contenida en los fotones rojos - aunque nunca tocan el objeto. Reuniendo ambas trayectorias de los fotones rojos (del primero y segundo cristal) se crean patrones brillantes y oscuros, que forman la imagen exacta del objeto.

Sorprendentemente, todos los fotones infrarrojos (la única luz que ilumina el objeto) se descartan; la imagen se obtiene sólo por la detección de los fotones rojos que nunca interactuaron con el objeto. La cámara utilizada en el experimento es ciega a los fotones infrarrojos que han interactuado con el objeto. De hecho, cámaras infrarrojas de luz muy baja,  prácticamente no se encuentran en el mercado comercial. Los investigadores confían en que su nuevo concepto de imagen sea muy versátil y podría incluso permitir las imágenes en la importante región del infrarrojo medio. Se podría encontrar aplicaciones en las imágenes con poca luz, en campos tales como la proyección de imagen biológica o médica.

Fuente: Publication in Nature: Quantum imaging with undetected photons: Gabriela Barreto Lemos, Victoria Borish, Garrett D. Cole, Sven Ramelow, Radek Lapkiewicz, Anton Zeilinger. Nature, 2014. DOI: 10.1038/nature13586

Holograma de color utiliza nanopartículas plasmónicas para almacenar amplias cantidades de información

Actualidad Informática. Holograma color utiliza nanopartículas plasmónica para almacenar amplias cantidades de información. Rafael Barzanallana

En el siglo cuarto, los romanos construyeron un vaso de vidrio especial, la copa de Lycurgus, que cambia de color dependiendo de qué manera la luz brilla a través de él. El vidrio está hecho de plata finamente molida y polvo de oro que produce un efecto de  dicroismo, que cambia el color del oro. Aunque los creadores de la copa de Licurgo probablemente  no conocían el mecanismo responsable de que el  vidrio cambie de color, hoy en día los científicos reconocen el mecanismo de resonancia de plasmones de superficie, y es un fenómeno que continua manteniendo gran interés científico.

En un nuevo estudio publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, Yunuen Montelongo, y colaboradores., en la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, han usado  resonancia de plasmones de superficie como una nueva manera de construir hologramas. Al igual que en la copa de Lycurgus, los nuevos hologramas pueden cambiar de color debido a la dispersión de luz por nanopartículas de plata de tamaños y formas específicas. Debido a su capacidad de crear simultáneamente dos colores y almacenar cantidades de información, los nuevos hologramas podría tener aplicaciones en pantallas 3D y dispositivos de almacenamiento de información, entre otros.

“Este experimento se inspira en las propiedades ópticas únicas mostradas por la copa de Lycurgus,” “Esta excepciona pieza cambia de color de acuerdo a la posición de la fuente de luz. Iluminada de un lado se ve verde, si está iluminado del otro se ve roja.  Además, en contraste con los efectos dicroicos producidas por algunas cristales, como ópalos preciosos, los efectos coloridos de esta taza tienen poca dependencia de la posición del observador. De hecho, el dicroísmo encontrado en la copa tiene origen diferente de los cristales y el ‘efecto plasmónico’ no se ha observado en materiales que se encuentran de forma natural”.

Aunque hay varias maneras diferentes de construir hologramas, casi todos los hologramas tradicionales son de un solo color, y los hologramas multicolor hacen que existan limitaciones. Por ejemplo, no existe una metodología que pueda producir hologramas multicolor de una superficie.

Aquí, los investigadores demostraron que es factible construir hologramas multicolor de un solo plano. Los nuevos hologramas consisten en el diseño de precisión de nanopartículas de plata sobre un patrón de sustrato.

Una diferencia clave en los nuevos hologramas es el menor tamaño de las franjas de difracción,  que controlan la interferencia de la onda de luz. En hologramas tradicionales, estas franjas son más grandes que la mitad de la longitud de onda de la luz. En contraste, las franjas están aquí reemplazado con nanopartículas de menos de la mitad de la longitud de onda de la luz. Los investigadores mostraron que la difracción de banda estrecha,que crea los colores, es producida por la dispersión óptica plasmónica-mejorada de las nanoestructuras.

La sublongitud de onda ofrece algunas ventajas. Por ejemplo, dos tipos diferentes de nanopartículas plasmónicas se pueden multiplexar, o combinar pero no acoplar, a distancias de sublongitud de onda. Mediante el uso de nanopartículas de plata con diferentes formas y tamaños, los investigadores pudieron controlar los colores.

Además de proporcionar múltiples colores, la multiplexación de nanopartículas tiene la ventaja de aumentar los límites del ancho de banda de la información. Los investigadores demostraron que cada nanopartícula porta información independiente, de forma que la polarización y la longitud de onda, pueden ser controladas de forma simultánea. Con doble cantidad de nanopartículas, la cantidad total de la información binaria almacenada puede superar los límites tradicionales de la difracción.

“Se ha demostrado que nanopartículas con propiedades resonantes pueden ser desacopladas a  distancias de sublongitud de onda, de forma que los campos electromagnéticas tienen su interacción mínima”, dijo Montelongo. “El dispositivo presentado demuestra que estas nanopartículas pueden almacenar y transferir información independiente más allá de los límites de difracción, a diferencia de las estructuras no resonantes. Debido a este fenómeno natural, ha sido posible mostrar, por primera vez, un holograma con imágenes a color en 180 grados. Esta proyección es tan amplia que no es posible mostrarla en un plano, y se debe  usar una esfera de difusión “.

Estas características hacen que el nuevo holograma sea muy atractivo para aplicaciones futuras.

“Además de la aplicación obvia en la sustitución de los típicos hologramas de arco iris de tarjetas de crédito y los elementos de seguridad, este fenómeno puede ser usado para la proyección de imágenes en esferas, lo cual hasta ahora no se ha logrado con la óptica convencional”, dijo el coautor Calum Williams en la Universidad de Cambridge. “Por otra parte, este concepto se puede aplicar como base para producir pantallas dinámicas a color en tres dimensiones. En el área de la informática, estas configuraciones holográficas podrían  almacenar información en áreas de sublongitud de onda. Esto significa que  dispositivos de almacenamiento de datos ópticos como CD, DVD o Blu ray podrían expandir sus límites de almacenamiento “.

Fuente: http://phys.org/news/2014-08-hologram-plasmonic-nanoparticles-large-amounts.html#jCp

Yunuen Montelongo, et al. “Plasmonic nanoparticle scattering for color holograms.” PNAS Early Edition. DOI: 10.1073/pnas.1405262111

Sistema Métrico (SI) frente Sistema Anglosajón

Actualidad Informática. Sistema Métrico (SI) frente Sistema Anglosajón . Rafael Barzanallana

 

Es un fragmento de Wild Thing, de Josh Bazell.

En el Sistema Métrico, un mililitro de agua ocupa un centímetro cúbico, tiene una masa de un gramo y requiere una caloría para subir su temperatura un grado centígrado -que es el 1% de la diferencia entre sus puntos de fusión y ebullición-. La misma masa de hidrógeno es un mol de átomos.
En el Sistema Anglosajón, la respuesta a ‘¿Cuánta energía es necesaria para llevar a ebullición un galón de agua a temperatura ambiente*?’ es ‘Vete a la mierda’, porque no hay manera de relacionar ninguna de esas cantidades.

*Aproximadamente 25 C (N. del T.)

Fuente:  La ciencia es bella

Refuerzan cables submarinos frente ataques de tiburones

FASTER  es un proyecto de 300 millones de dólares en el que Google participa, su finalidad es unir mediante un cable submarino Estados Unidos con dos puntos de Japón para mejorar las conexiones a internet. Parece ser que quieren tomar todas las precauciones necesarias a la hora de llevar a cabo este proyecto, motivo por el cual comenzarán a proteger sus cables de los ataques de los tiburones.

La electrorrecepción es una habilidad biológica que permite detectar cualquier señal o impulso eléctrico por pequeño que sea. En su hábitat natural, los tiburones utilizan esta capacidad para ubicarse en el espacio y percibir los débiles campos eléctricos de otros peces para alimentarse. Los cables de fibra óptica submarinos deben transportar una gran cantidad de energía para alimentar los repetidores ubicados en el fondo del mar, por lo que estos campos eléctricos son los que atraen a los tiburones. Por este motivo, de ahora en adelante Google reforzará todos sus cables submarinos con algo similar al Kevlar, un material ultra resistente con el que los cables soportarían los ataques de los tiburones.

Fuente: wwwhat’s new

Licencia CC

Verificación de la pureza de grafeno mediante ondas a frecuencia de terahercios

Actualidad Informática. Verificación de la pureza de grafeno mediante ondas a frecuencia de terahercios. Rafael Barzanallana

El grafeno puede ser difícil de manejar. El entorno que rodea al material de espesor de un átomo de carbono puede influir en su rendimiento electrónico, según los investigadores de las universidades  de Rice y Osaka, que han logrado con una forma sencilla de detectar contaminantes.

Porque es muy fácil de introducir accidentalmente impurezas en el grafeno, los laboratorios liderados por los físicos Junichiro Kono de Rice (EE.UU.) y Masayoshi Tonouchi del Instituto de Ingeniería Láser de Osaka (Japón) descubrieron una forma de detectar e identificar moléculas contaminantes en su superficie, mediante espectroscopia a frecuencia de terahercios.

Esperan que el hallazgo sea importante para los fabricantes que consideren en el futuro el uso de grafeno en los dispositivos electrónicos.

La investigación fue publicada esta semana en línea en la revista Nature Scientific Reports. Esto fue posible por el programa NanoJapan basado en Rice, a través del cual los estudiantes universitarios estadounidenses realizan pasantías de investigación de verano en laboratorios japoneses.

Incluso una sola molécula de una sustancia extraña puede contaminar el grafeno lo suficiente para afectar a sus propiedades eléctricas y ópticas, dijo Kono. Por desgracia (y tal vez irónicamente), se incluyen los contactos eléctricos.

“Tradicionalmente, con el fin de medir la conductividad de un material, hay que adjuntar los contactos y luego hacer mediciones eléctricas”, dijo Kono, cuyo laboratorio se especializa en la investigación a frecuencias de  terahercios. “Sin embargo, nuestro método es sin contacto.”

Eso es posible porque el compuesto fosfuro de indio emite ondas de terahercios cuando se excita. Los investigadores lo utilizaron como sustrato para el grafeno. Lanzaron contra el material  pulsos de femtosegundos de un láser infrarrojo, lo que hizo que el fosfuro de indio emitiera señales de  terahercios de retorno a través del grafeno. Las imperfecciones tan pequeños como una molécula de oxígeno parásita en el grafeno fueron captadas por un espectrómetro.

“El cambio en la señal de terahercios debido a la adsorción de moléculas es notable”, dijo Kono. “No sólo la intensidad, sino también la forma de onda de la radiación de terahercios emitida totalmente y de forma dinámica cambia en respuesta a la adsorción y desorción molecular. El siguiente paso es explorar la sensibilidad última de esta técnica única para la detección de gas.”

La técnica puede medir tanto la ubicación de la contaminación de las moléculas y los cambios en el tiempo. “El láser elimina gradualmente las moléculas de oxígeno del grafeno, cambiando su densidad, y eso lo podemos ver”, afirmó Kono.

El experimento consistió en el crecimiento de grafeno prístino través de la deposición de vapor químico y su transferencia a un sustrato de fosfuro de indio. Los pulsos láser generan estallidos coherentes de radiación terahecios a través del campo eléctrico de la superficie del sustrato fosfuro de indio, que cambia debido a la transferencia de carga entre el grafeno y las moléculas contaminantes. La onda de terahercios, cuando se visualiza, refleja el cambio.

Los resultados experimentales son una advertencia para los fabricantes de productos electrónicos. “Para cualquier dispositivo futuro diseñado usando grafeno, tenemos que tener en cuenta la influencia de los alrededores”, dijo Kono. El grafeno en un vacío o intercalado entre capas no contaminantes probablemente sería estable, pero la exposición al aire lo contamina, afirmó.

Los laboratorios de Rice y Osaka continúan colaborando en un proyecto para medir la conductividad del grafeno a terahercios en varios sustratos.

Los autores del artículo incluyen a la alumna de Rice Mika Tabata, quien condujo la investigación como participante NanoJapan 2012 en el laboratorio Tonouchi, y el estudiante graduado Minjie Wang; los profesores asociados Iwao Kawayama y Hironaru Murakami y los estudiantes de posgrado Yuki Sano y Khandoker Abu Salek de Osaka; y Robert Vajtai, un compañero de profesores de alto nivel, y Pulickel Ajayan, el Benjamin M. y Mary Anderson Greenwood profesor en Ingeniería, profesor de ciencia de los materiales y la nanoingeniería y  química, y presidente del Departamento de Ciencia de los Materiales y NanoIngeniería, todos en Rice.

La National Science Foundation (NSF); la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia; el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón y la Fundación Murata Ciencia apoyaron la investigación. NanoJapan es financiado por las asociaciones de la NSF para la Investigación Internacional y el programa de Educación.

Fuente: Y. Sano, I. Kawayama, M. Tabata, K. A. Salek, H. Murakami, M. Wang, R. Vajtai, P. M. Ajayan, J. Kono, M. Tonouchi. Imaging molecular adsorption and desorption dynamics on graphene using terahertz emission spectroscopy. Scientific Reports, 2014; 4 DOI: 10.1038/srep06046

Nuevo procesador de IBM que simula una red de un millón de neuronas

Actualidad Informática. Nuevo procesador de IBM que simula una red de un millón de neuronas. Rafael Barzanallana

Tiene el tamaño de un sello de correos, pero en su interior contiene el equivalente a un millón de neuronas con 256 millones de conexiones sinápticas programables. El nuevo chip de IBM da un paso más hacia el objetivo de crear un procesador capaz de simular el funcionamiento del cerebro humano.

TrueNorth, que es como se llama este chip, es un salto cuantitativo impresionante respecto a la primera versión, que solo equivalía a 256 neuronas con 262144 sinapsis programables. De un único núcleo neurosináptico, este proyecto de IBM y el programa DARPA SyNAPSE ha pasado a 4096 núcleos.

Con todo, las cifras son irrisorias en comparación con las de un cerebro humano. Solo en la corteza cerebral tenemos entre 15000 y 33000 millones de neuronas. Cada milímetro cúbico de córtex cerebral contiene aproximadamente 1000 millones de sinapsis.

El reto de la computación cognitiva sigue estando lejos, pero eso no le quita mérito a TrueNorth y, de hecho, demuestra la potencia que tiene esta arquitectura de cara al futuro. Mientras llega el momento en el que tengamos que temer que una inteligencia artificial nos ponga en la lista de especies a extinguir, TrueNorth será especialmente útil para desarrollar dispositivos en los que es importante un funcionamiento similar al del cerebro humano.

Ampliar en: GIZMODO

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