jueves, 5 de marzo de 2015

PRIMERA FOTO OBTENIDA DE LA LUZ COMO PARTÍCULA Y ONDA

Primera foto de la luz como partícula y onda

La luz es una forma de energía que ilumina las cosas cuando es reflejada y las hace visibles; se propaga mediante partículas llamadas fotones.
Los fotones  (o luz)  se comportan tanto como partícula u onda. Es una partícula indivisible que se mueve, siempre, a una velocidad constante, individualizada como “c”, que se ha llamado”velocidad  luz”, la cual en el vacío es de 299.792,458 kilómetros por segundo (se ha generalizado en redondearla en 300.000 Km/s). Es la máxima velocidad de propagación posible en el Universo.

Tiene propiedades corpusculares como ondulatorias (dualidad onda-corpúsculo). Se comporta como una onda en fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente, o en la cancelación por interferencia destructiva de ondas reflejadas; sin embargo, se comporta como una partícula cuando interactúa con la materia para transferir una cantidad fija de energía.
Los científicos han tratado de  de observar directamente los dos aspectos de la luz al mismo tiempo, lo cual fue logrado los investigadores de EPFL (École Polytechnique Fedérale de Lausanne, Suiza / Escuela Politécnica Federal de Lausanne, en español), que consiguieron captar la primera fotografía instantánea del comportamiento dual de los fotones.

De acuerdo al comunicado de EPFL:
Cuando la luz UV golpea una superficie de metal, que causa una emisión de electrones. Albert Einstein explicó este efecto "fotoeléctrico", proponiendo que – según él pensaba la luz sería sólo una onda - es también una corriente de partículas. A pesar de que una gran variedad de experimentos la han observado con éxito como Partículas y también su comportamiento como Onda de luz, nunca habían podido observar las dos cosas al mismo tiempo.

Un equipo de investigación dirigido por Fabrizio Carbone en la EPFL han llevado a cabo un experimento con un giro inteligente: el uso de electrones a la luz de la imagen. Los investigadores lograron capturar por primera vez en la historia, una sola instantánea de la luz comportándose simultáneamente como onda y una corriente de partículas.

El experimento se configuró así: Un pulso de luz láser es disparado a un pequeña nanocable metálico. El láser añade energía a las partículas cargadas en el nanocable, haciendo que vibren. La luz viaja a lo largo de este pequeño alambre en dos direcciones posibles. Cuando las ondas que viajan en direcciones opuestas se reúnen entre sí forman una nueva ola que parece que está de pie en su lugar.

En esta forma la onda estacionaria se convierte en la fuente de luz para el experimento, irradiando alrededor del nanocable. Aquí es donde esta el truco del experimento: Los científicos dispararon una corriente de electrones cerca de los nanocables, usándolos para la imagen de la onda estacionaria de la luz. 
Como los electrones interactúan con la luz confinada en los nanocables, o bien aceleran o retrasan. Utilizando el microscopio ultrarrápido lograron capturar en la imagen de la posición en la que se produjo este cambio en la velocidad, el equipo de Carbone ahora podía visualizar la onda estacionaria, que actúa como una huella dactilar de la naturaleza ondulatoria de la luz.

Si bien este fenómeno muestra la naturaleza de onda de la luz, demostró también simultáneamente su aspecto de partícula. Como los electrones pasan cerca de la onda estacionaria de la luz, "golpean" las partículas de la luz, los fotones. 
Como se mencionó anteriormente, esto afecta a su velocidad, por lo que se mueven más rápido o más lento. Este cambio en la velocidad aparece como un intercambio de energía "paquetes" (quanto) entre electrones y fotones. La ocurrencia de estos paquetes de energía muestra que la luz en el nanocable se comporta como una partícula.

Por supuesto, no todos los científicos están de acuerdo con la declaración de los científicos de la EPFL, que han observado la luz como una partícula y una onda al mismo tiempo. Lea la opinión de Brian Koberlein de este tema.

La línea amarilla muestra el tiempo que tarda la luz en recorrer el espacio entre la Tierra y la Luna, alrededor de 1,26 segundos para una distancia aprox. de 384.401 kilómetros (0,00256 UA).

En pocas palabras: Los científicos modernos aceptan plenamente la dualidad onda-partícula de la luz. Pero, ¿Quién pensó que jamás veríamos una foto de la luz como una partícula y una onda? 
El trabajo del equipo de científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) creador de esta imagen, aparece en la Revista Nature Communications que la publicó el 2 de marzo de 2015.

Fuente: EarthSky / R&D / EPFL / Wikipedia et al.

MARTE, EL PLANETA QUE PERDIÓ VASTOS OCÉANOS DE AGUA.

Ilustración artística de Marte hace 4.000 millones de años. crédito:ESO

De acuerdo con nuevos resultados publicados hoy, Marte albergó un primitivo océano que contenía más agua que el océano Ártico de la Tierra y que habría cubierto una parte de su superficie mayor que la que ocupa el océano Atlántico en nuestro planeta. Un equipo internacional de científicos ha utilizado el VLT (Very Large Telescope) de ESO, junto con los instrumentos del Observatorio W. M. Keck y el Telescopio Infrarrojo de la NASA, para monitorizar, durante un periodo de seis años, la atmósfera del planeta y trazar las propiedades del agua. Estos nuevos mapas son los primeros de su clase. Los resultados aparecen hoy en línea en la revista Science.
Hace unos cuatro mil millones de años, el joven planeta habría tenido suficiente agua como para cubrir toda su superficie con una capa líquida de 140 metros de profundidad, pero es más probable que el líquido se acabase acumulando, formando un océano que habría ocupado casi la mitad del Hemisferio Norte de Marte, alcanzando, en algunas regiones, profundidades superiores a 1,6 kilómetros.

"Nuestro estudio proporciona una estimación sólida de cuánta agua pudo tener Marte, determinando cuánta agua se perdió en el espacio", afirma Gerónimo Villanueva, investigador del Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA en Greenbelt (Maryland, EE.UU.) y autor principal del nuevo artículo, "Con este trabajo, podemos comprender mejor la historia del agua en Marte".

Esta nueva estimación se basa en observaciones detalladas de dos formas ligeramente diferentes de agua en la atmósfera de Marte. Una es la forma más conocida del agua, compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno oxígeno, el H2O. La otra es el HDO, o agua semipesada, una variación natural en la que un átomo de hidrógeno es reemplazado por una forma más pesada, llamada deuterio.

Como la forma deuterada del agua es más pesada que el agua normal, no resulta tan fácil que se pierda en el espacio a través de la evaporación. Así, cuanto mayor sea la pérdida de agua del planeta, mayor proporción de HDO a H2O habrá en el agua restante
En los océanos de la Tierra hay unas 3.200 moléculas de H2O por cada molécula de HDO.

Los investigadores han diferenciado las firmas  químicas de los dos tipos de agua utilizando el VLT (Very Large Telescope) de ESO, en Chile, junto con los instrumentos del Observatorio W. M. Keck y el  Telescopio Infrarrojo de la NASA, en Hawai. Aunque tanto las sondas sobre la superficie marciana y como las que orbitan el planeta pueden proporcionar medidas in situ mucho más detalladas, no son adecuadas para el seguimiento de las propiedades de toda la atmósfera marciana. Este es el mejor seguimiento llevado a cabo hasta ahora utilizando espectrógrafos infrarrojos instalados en grandes telescopios basados en tierra.

Al comparar la proporción de HDO a H2O, los científicos han podido medir cuánto ha aumentado la proporción de HDO, determinando así cuánta agua ha escapado al espacio. Esto permite, a su vez, estimar la cantidad de agua que pudo haber en Marte en épocas anteriores.
Durante casi seis años terrestres  el equivalente a cerca de tres años marcianos - el equipo mapeó repetidamente la distribución de H2O y HDO, generando instantáneas globales de cada uno, así como de su proporción. Aunque el Marte actual es prácticamente un desierto, los mapas han revelado cambios estacionales y microclimas.

El equipo estaba especialmente interesado en regiones cercanas a los polos norte y sur, ya que los casquetes polares son el reservorio de agua conocido más grande del planeta. Se cree que el agua almacenada allí podría documentar la evolución del agua de Marte desde el húmedo período Noeico, que terminó hace unos 3.700 millones de años, hasta el presente.
Los nuevos resultados muestran que el agua atmosférica de la región cercana a los polos fue enriquecida en un factor siete en relación con el agua de los océanos de la Tierra, lo que implica que el agua de los casquetes de hielo permanentes de Marte está enriquecida ocho veces más. Para proporcionar un nivel tan alto de enriquecimiento, Marte debe haber perdido un volumen de agua 6,5 veces mayor que el de los casquetes polares actuales. El volumen del océano temprano de Marte debe haber sido, por lo menos, de 20 millones de kilómetros cúbicos.

Basándonos en la superficie de Marte hoy en día, una probable localización de esta agua sería las llanuras del norte, que durante mucho tiempo se han considerado un buen candidato debido al bajo nivel de la superficie. Un antiguo océano habría cubierto el 19% de la superficie del planeta — en comparación, el océano Atlántico ocupa el 17% de la superficie terrestre.

Para Michael Mumma, científico senior en Goddard y segundo autor del artículo, "Con Marte perdiendo tanta agua, es muy probable que el planeta fuese húmedo durante mucho más tiempo de lo que se pensaba anteriormente, sugiriendo que el planeta podría haber sido habitable a lo largo de un periodo mayor”.
Es posible que en algún momento Marte tuviera incluso más agua, parte de la cual podría haber quedado almacenada bajo la superficie. Y es que los nuevos mapas revelan microclimas y cambios en el contenido de agua atmosférica a lo largo del tiempo, lo cual también podría ser útil en la continua búsqueda de agua subterránea.

 

Este trabajo se ha presentado en el artículo científico titulado “Strong water isotopic anomalies in the Martian atmosphere: probing current and ancient reservoirs”, por G. Villanueva et al., que aparece en línea en la Revista Science del 5 de marzo de 2015.

El equipo está formado por G.L. Villanueva (Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt; Universidad Católica de América, Washington D.C., EE.UU.); M.J. Mumma (Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA); R.E. Novak (Iona College, Nueva York, EE.UU.); H.U. Käufl (ESO, Garching, Alemania); P. Hartogh (Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar, Göttingen, Alemania), T. Encrenaz (Observatorio de París-Meudon, París, Francia); A. Tokunaga (Universidad de Hawái-Manoa, Hawái, EE.UU.); A. Khayat (Universidad de Hawái-Manoa) y M. D. Smith (Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA).

Fuente: ESO