Bitácora de Física y Química

El esquema actualmente aceptado por la mayoría de los físicos (Modelo Estandar) sostiene que la materia está formada por doce partículas elementales (además de sus correspondientes antipartículas) las cuales podríamos decir que son los verdaderos átomos, y que pueden ser agrupadas según el esquema que puede verse más arriba.

Los protones y neutrones son, según este modelo, partículas formadas por la combinación de tres quarks. Un protón está formado por quarks (uud) y un neutrón por la combinación (udd):

Las diferencias entre los quarks explican muchas propiedades de las partículas. El quark d tiene carga +2/3 (lo que quiere decir que su carga es positiva e igual a 2/3 de la carga del electrón), mientras que el quark d tiene carga - 1/3. De ahí que la carga eléctrica del protón sea: 2/3+2/3 - 1/3 = +1, mientras que la del neutrón: 2/3-1/3-1/3 = 0. Además el quark u es el más lígero de todos los quarks, y el quark d es un poco más pesado. Esto puede explicar la estabilidad del protón frente a la del neutrón. En este último caso, existe la posibilidad de que un quark d se convierta en un quark u (más ligero), mientras que la transformación inversa está prohibida por el principio de conservación de la energía.

Además de los quarks existen sus correspondientes antipartículas con la carga invertida (antiquarks). Las partículas formadas por la combinación de un quark  y un antiquark  reciben el nombre de mesones.

Tenemos, por tanto, dos clases de partículas formadas por quarks: aquellas que como el protón o el neutrón están formadas por la combinación de tres quarks, y a las que se les denomina de manera genérica bariones, y las formadas por la combinación quark-antiquark que reciben el nombre de mesones. Todas ellas tienen la característica común de que no son simples y se les da el nombre general de hadrones, para distinguirlas de aquellas otras que sí lo son (como el electrón) y que se agrupan bajo el nombre genérico de leptones.

 Coincidiendo con el inicio de curso, de repente, los periódicos, radios y televisiones se liaron a hablar de física de altas energías, de hadrones que chocan violentamente, de reproducción a pequeña escala de las condiciones existentes una billonésima de segundo después del Big Bang, de potenciales agujeros negros que se terminarían tragando la Tierra… Y es que en Ginebra echaba a  andar una gigantesca máquina, el LHC (Large Hadron Collider o Gran Colisionador de Hadrones), capaz de realizar experimentos imposibles hasta la fecha. Con todo esto, y con menor o peor fortuna, todo el mundo tiene una idea aproximada de lo que es el LHC, pero… ¿cómo es realmente?, ¿qué es un hadrón?, ¿qué es un “bunch” de protones?, ¿cuántas colisiones se producen por segundo?… A todas estas preguntas (y a muchas más) se puede encontrar respuesta en la excelente web diseñada y mantenida por Ramón Cid Manzano, profesor de Física y Química del IES de Sar, A Coruña (Primer Premio de Materiales Interactivos de la 9º Edición de Ciencia en Acción). Además, Ramón logra explicar todo esto recurriendo únicamente a la física que se estudia en el Bachillerato.

Imprescindible si de verdad quieres acercarte a las tripas del LHC.

Dirección web: http//www.lhc-closer.es

El personal (radio, periódicos, TV, compañeros, amigos), no habla de otra cosa: el bosón de Higgs, hadrones, aceleradores de partículas, teraelectrón voltios, Big Bang , colisiones de alta energía… La Física (la Física de alcurnia, diría yo) ha salido a la calle. Hace unos pocos meses sólo un puñado de físicos e investigadores tenían estas preocupaciones, hoy están en boca de todos. Todo el mundo trata de explicar o de entender lo que hay detrás de todo esto. Si quieres lograrlo, o al menos tener una idea aproximada,  y con un profesor excepcional, hazte con (y lee) el libro que se muestra en la imagen de este post: La Partícula Divina de León Lederman.

Fue una de mis lecturas de verano. Una agradable e interesante lectura de verano. Y es que Leon Lederman no es un mero divulgador. Fue director del Fermilab, uno de los aceleradores más potentes (y más productivos) hace unos años. Además, un Premio Nobel lo avala. Se lo concedieron en 1968 (junto con Schwartz y Steinberger) por sus experimentos con los fantasmagóricos neutrinos. Uno de ellos, el neutrino asociado al muón, fue descubierto por Lederman.

Fantástica la revisión histórica de cómo se llegó a conocer la constitución de la materia (de Demócrito hasta los quarks), clara la explicación de qué es un acelerador, como funciona, para qué sirve y cuál fue su evolución. Densa y un pelín más complicada la narración del descubrimiento o confirmación de las partículas predichas en el Modelo Estandar (subraya, relee) y ¡por fín!… ¡la partícula divina!

Depende de tus ganas, de lo que pretendas y (tal vez) de tus conocimientos previos, pero cuando termines el libro sabrás bastante más de lo que sabías cuando empezaste, y, en el peor de los casos, seguro que habrás pasado un buen rato con la buena prosa de Lederman.

Información sobre el libro (FisQuiWeb)

Se acabó el verano, pero este no fue un verano cualquiera, fue un verano olímpico, y en el Cubo de Agua pudimos ver que la mayoría de los nadadores/as vestían el nuevo, y revolucionario, bañador de Speedo.

El LZR Racer (que así se llama el invento) es un producto de altísima tecnología capaz de proporcionar aumentos del rendimiento de aproximadamente un 2 % (eso es mucho) y ha sido desarrollado en Aqualab, el centro de investigación y desarrollo de Speedo.

En su diseño se usaron los túneles de viento de la NASA con el fin de estudiar la fricción, se llevaron a cabo estudios biomecánicos y de hidrodinámica en la Universidad de Otago (Nueva Zelanda), se realizaron escáneres en 3 D del cuerpo de  casi 400 nadadores, se hicieron multitud de test (salidas, virajes, velocidad, resistencia pasiva, espirometrías…) en el Australian Institute of Sports o se recurrió a la dinámica computacional de fluídos (una corriente virtual de fluído recorre el cuerpo trazando un mapa completo de la resistencia que éste opone al deslizamiento). El resultado ha sido el ya famoso traje sin costuras (las tres piezas de que consta han sido soldadas con ultrasonidos) que comprime las partes más “blandas” del cuerpo, tales como pectorales, glúteos o muslos, disminuyendo de esta manera la resistencia a la vez que mejora el aporte de oxígeno a los músculos (hasta un 5%), estabiliza el cuerpo del nadador y le aporta flotabilidad.

Como todos sospechábamos, detrás de Michael Phelps hay un montón ingente de trabajo y entrenamiento, pero también el aporte (imprescindible) de un equipo de ingenieros, informáticos, químicos, físicos o biomecánicos que exprimen la dinámica de fluídos y las propiedades de los nuevos materiales para arañar décimas imposibles.

El Consenso de Copenhague es un proyecto patrocinado por el Ministerio de Asuntos Exteriores de Dinamarca que trata de establecer un orden de prioridades en el gasto en beneficio de la comunidad internacional.

Ocho de los mejores economistas del mundo (cinco de ellos premios Nobel) determinaron el orden de prioridad para gastar (en teoría) 75.000 millones de dolares en cuatro años.

El resultado es sorprendente. El objetivo situado en primer lugar (sólo costaba 60 millones de dolares al año) era proporcionar vitamina A y zinc a 112 millones de niños que padecen desnutrición.

¿Por qué el zinc?

El cuerpo de un adulto humano sano contiene de 2 a 3 g de zinc que se encuentra repartido por todo el cuerpo: 60% en el músculo, 30% en los huesos y alrededor del 5% en la piel. En la próstata y en el semen se encuentran cantidades especialmente elevadas.

La denominada Ingesta nutricional de referencia (RNI), o cantidad de nutriente que es recomendable para un 97% de la población, es de 9,5 mg para hombres adultos y 7,0 mg para las mujeres y se encuentra, sobre todo, en las carnes y también (aunque en menor proporción) en los productos lácteos, legumbres, levadura, frutos secos y cereales integrales.

El zinc juega un papel fundamental en el crecimiento y la división de células y participa en la formación del ADN, ARN, proteínas, carbohidratos y lípidos.

La carencia de zinc, produce:  crecimiento lento, aumento de infecciones, disfunciones en el sentido del gusto y del olfato, lesiones en la piel o mala cicatrización de las heridas, entre otros problemas.

La mayor parte de las veces el tamaño (cantidad en este caso) no importa. Con 3 escasos gramos el zinc es capaz de mantenernos sanos y en forma. 

La semana pasada se falló el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2008. La candidatura ganadora (propuesta por Amador Menéndez Velázquez a quien tan bien conocemos en el Suanzes) es un magnífico puzzle de ingenieros y químicos unidos por sus descubrimientos en el campo de la Nanotecnología.

Los cinco galardonados son:  (fotografía que encabeza el post, fila superior y de izquierda a derecha) Robert Langer ,Sumio Iijima,Tobin Marks, , (fila inferior de izquierda a derecha) George Whitesides y Shuji Nakamura.

La mejor manera de acercarse a la personalidad y a la obra de todos ellos es leerse el artículo que Amador publicó el jueves en La Nueva España. Y es que Amador, una vez más, es capaz de transmitir lo más complicado de una manera clara, amena y no exenta de poesía:

Amador Menéndez.

Un nido más ecológico (LNE). 

Un nido más ecologico. pdf

 Langer ha conseguido medicamentos más eficaces contra el cáncer y materiales usados en la fabricación de tejidos y órganos para trasplantes.

Iijima abre, con sus nanotubos de carbono, un mundo de posibilidades ilimitadas en la síntesis de nuevos materiales ultraligeros y ultrarresistentes, capaces de almacenar hidrógeno, el combustible del futuro.

Marks se toma muy en serio el respeto por el medio ambiente, ya que los materiales por él sintetizados son reciclables e inocuos y la nueva generación de células solares (basadas en materiales orgánicos) son mucho más eficientes y de bajo coste que las actuales de silicio.

Nakamura es el padre de los diodos LED, “bombillas” ecológicas de bajo consumo, destinadas a sustituir a las actuales lámparas de incandescencia (el propio Amador regaló una linterna equipada con diodos LED a Victor Arniella, la última vez que estuvo en el instituto).

Whitesides es un auténtico “manipulador de átomos”, mediante la técnica denominada autoemsamblado molecular, lo que permite obtener materiales prácticamente a la carta.

No debemos olvidar que si el futuro llega a ser algo amable, Marks, Nakamura, Iijima, Langer y Whitesides habrán tenido mucho que ver.

¡Junio! Recta final del curso. Te “duele” todo, vamos al límite, pero hay que apretar los dientes y seguir. ¡Son sólo 100 m!, un par de semanas. Más que aprender, parece que “desaprendemos”.  Sin embargo de la capacidad de “cambiar” (aumentar el ritmo de carrera) en la última recta depende, muchas veces, el resultado final.

¡Ánimo! (también para los que manejáis el boli rojo)

 Están a vuestra disposición los Warm up correspondiente a átomo, sistema periódico, enlaces y formulación  para 4º de ESO y el correspondiente a cálculos estequiométricos para 1º de Bachillerato. Para acceder a ellos , hacer clic sobre Warm up 4 o Warm up 1 (barra situada en la parte superior del blog)

 Seguramente será el coche más pequeño del mundo, mide unos tres nanómetros (1 nm = 10^-9 m. Esto es, una milmillonésima de metro o una millonésima de milímetro) y lo han construído científicos de la universidad de Rice (Tejas, EE.UU). El “chasis” está formado por nanotubos de carbono y las “ruedas” por fullerenos. Lo sorprendente es que las ruedas pueden girar, lo que permite que el “coche” se desplace.

En la foto el nanocoche se desplaza sobre una superficie de oro calentada a 200 ⁰C. El calentamiento impide que las interacciones eléctricas entre los átomos de oro de la superficie y los del nanocoche dificulten el desplazamiento.

El mismo equipo está considerando la posibilidad de incorporar un “motor” a la estructura.  Los fotones de un rayo laser incidirán sobre una minúscula “rueda de paletas” haciendo que el conjunto se mueva.

Más información

1808 nos suena a fusilamientos, Goya, levantamientos populares, Móstoles, inicio de la Guerra de la Independencia, lucha contra los “gabachos”… (más aún si cuando te levantas el calendario marca la fecha mítica del 2 de mayo).

No obstante, 1808 también quedó como una fecha fundamental en la historia de la Química,  ya que ese año John Dalton publicó A New System of Chemical Philosophy. En esta obra Dalton  afirmaba que “… todos los cuerpos de una magnitud sensible, sean líquidos o sólidos, están constituidos por un vasto número de partículas sumamente pequeñas, o átomos de materia, a los que mantiene unidos una fuerza de atracción, que es más o menos poderosa según las circunstancias…” . Así se recuperaba la teoría atómica de la materia que un auténtico visionario, Demócrito (460 adJC-370 adJC), había enunciado 2.200 años antes: “Aparte de átomos y espacio vacío, nada existe, el resto es ilusión”.

Los átomos de Dalton sufrieron un periodo de auténtica cuarentena durante todo el s. XIX, época en la que se vivió una encarnizada lucha entre equivalentistas (que explicaban las reacciones químicas basándose en los los pesos equivalentes) y los atomistas: “Los átomos son aún más increíbles que el flogisto […] La teoría atómica no tiene ninguna base experimental.” (Mills, 1871)

Otro inglés, J. J. Thomson, logró en 1897 “romper” lo irrompible cuando identificó los electrones como las partículas que formaban los rayos catódicos. Los electrones formaban parte de los átomos. Los “atomos” tenían partes y el camino estaba señalado. Desde Thompson hasta el comienzo de la Física Cuántica, median menos de treinta años.

Dalton escribía en 1794: “La parte de la imagen que otros llaman rojo aparece ante mi poco más o menos como una sombra o deficiencia luminosa” y naranja, amarillo y verde le parecian “diferentes tonalidades de amarillo”. Fue el primero que describió por escrito (e investigó las causas) de la discromatopsia o imposibilidad de distinguir los colores, enfermedad más conocida como daltonismo en honor del químico inglés.