Archive for the 'Física' Category

Un Laser es la esperanza para el futuro de la fusión

Laser para generar fusión nuclearEl láser Vulcan concentró la potencia equivalente a 100 veces la producción de energía del mundo en un punto de diámetro de apenas una millonésima de metro. Según informaron los científicos, las condiciones pueden ser creadas por fracciones de segundo. Estos experimentos muestran conceptos que pueden ser clave en la construcción de un reactor de fusión nuclear.

La fusión nuclear es vista como la panacea en un mundo que cada vez requiere de más energía. El combustible en este proceso es deuterio y tritio, dos formas más pesadas del hidrógeno. El deuterio es encontrado comúnmente en el agua de mar, mientras que el tritio puede ser hecho artificialmente. Cuando estos isótopos se combinan, una pequeña porción de masa es perdida y se libera una cantidad colosal de masa. Este proceso ocurre naturalmente en el interior del Sol, donde la presión extrema permite que suceda a 10 millones de grados Celsius. En la Tierra, la temperatura necesaria para producir el mismo efecto es de 100 millones de grados.

Si se demuestra como una tecnología viable, el uso de láseres será rival de la técnica favorita actualmente para iniciar la fusión que es usando imanes superconductores para contener y fusionar núcleos de hidrógeno. Esta técnica está siendo utilizada en el reactor Iter que está siendo construido en Cadarache, en el sur de Francia.

El Reino Unido propuso la creación de una instalación con un láser todavía más poderoso, llamado HIPER, que sería capaz de estudiar la factibilidad de usar la fusión gracias al láser para generar energía. “Hiper es una instalación de gran escala, por lo que debemos confirmar que nuestro entendimiento es correcto,” explicó el profesor Peter Norreys, del Laboratorio Rutherford Appleton, donde el experimento fue llevado a cabo.

Más Información | BBC News (inglés)

El lado oscuro de la luz

Lado Oscuro de la Luz

La luz es un objeto que interesó a los físicos durante milenios y lo continua haciendo. Recién a comienzos del siglo pasado se pudo establecer la dualidad onda-partícula; además se encontró que existe en el universo un límite a la velocidad que se puede alcanzar y es justamente la de propagación de la luz en el vacío, sin contar que es además la fuente de las auroras boreales, y básicamente de la vida en nuestro planeta. Recientemente investigadores de la Universidad de Glasgow y de Bristol, en el Reino Unido, encontraron lo que denominaron el “lado oscuro de la luz”, es decir que el campo electromagnético está atravesado por vórtices de oscuridad y además notaron que estas líneas tienen una estructura fractal.

Ya se había notado un fenómeno particular cuando el haz de un láser coherente y monocromático impacta sobre una superficie rugosa: se pueden observar pequeñas zonas de oscuridad y claridad que inclusive parecerían moverse a medida que el observador cambia de posición. Estos puntos oscuros se deben a la figura de interferencia que genera la luz difractada desde diferentes puntos de la superficie. En el artículo publicado por los investigadores británicos describen cómo modelaron la superposición de ondas que lleva a esa figura de interferencia, usando métodos numéricos y experimentales de lo más variados. Continue reading ‘El lado oscuro de la luz’

Construyen en Michigan el láser más potente del mundo

Laser HERCULESSi se colocara en el espacio una lente gigante, del tamaño de la tierra, y se enfocara toda la luz del sol en un grano de arena, esa sería más o menos la intensidad que se logra con el nuevo láser construido en la Universidad de Michigan, Estados Unidos. El pulso del láser dura unos 30 femtosegundos (un femtosegundo es la milmillonésima parte de un segundo.) Estas emisiones tan intensas podrían ayudar a los científicos a desarrollar mejores tratamientos contra el cáncer, por ejemplo.

El láser posee una intensidad de 20 mil millones de billones (20.1021) de Watts por centímetro cuadrado, conteniendo 300 Terawatts de potencia en total; eso es 300 veces más potencia que la de la entera red eléctrica de Estados Unidos. Toda la potencia del haz está concentrada en un diámetro de 1,3 micrones, aproximadamente cien veces más pequeño que un cabello humano. Según los investigadores este láser es 2 órdenes de magnitud más intenso que cualquier otro en el mundo. Continue reading ‘Construyen en Michigan el láser más potente del mundo’

Controlando pulsos de luz ultra-rápidos: Un gran paso hacia mejores sensores y comunicaciones

Pulsos ultra rápidos
Jason McKinney, trabaja con un equipo que produce pulsos láser en la Universidad de Purdue.

Ingenieros de la Universidad de Purdue mostraron como controlar con gran precisión las propiedades espectrales de pulsos de luz ultra-rápidos, un paso hacia la creación de sensores avanzados, tecnologías de comunicaciones más poderosas e instrumentos de laboratorio más precisos.

Los pulsos láser pueden ser vinculados con las luces estroboscópicas usadas en fotografía de alta velocidad para congelar objetos que se mueven a gran velocidad como balas o insectos volando. Estos pulsos de láser, sin embargo, son millones de veces más rápidos que esas luces, durando apenas una billonésima parte de un segundo (entre un picosegundo y un femtosegundo.)

Las propiedades de los pulsos, cuando son representados en un gráfico, toman formas específicas que caracterizan el cambio de la intensidad luminosa del comienzo al fin de cada pulso. Controlar esta intensidad con precisión, que se llama “modelado del pulso”, permitirá a los investigadores dar a los pulsos del láser aplicaciones específicas, dijo Andrew Weiner, profesor de Purdue.

Los investigadores en otras instituciones desarrollaron láseres ultra-rápidos produciendo trenes de pulsos que se dividen en cientos de miles de segmentos, con cada segmento representando una porción diferente del espectro formando un pulso. Los segmentos son llamados de “líneas de peine” porque se asemejan a los dientes de un peine cuando se los representa en un gráfico, y el pulso entero se llama “peine de frecuencia de femtosegundo.”

El premio Nobel en física de 2005 fue dado a investigadores que justamente controlaron las frecuencias de estas líneas y demostraron aplicaciones relacionadas con relojes ópticos sofisticados, que podrían mejorar las comunicaciones, los sistemas de navegación y permitir nuevos experimentos para probar teorías físicas, dentro de otros usos posibles.
En la nueva investigación, los ingenieros de Purdue “dieron forma” a 100 líneas de uno de dichos peines de frecuencia en un solo pulso.

“Todavía hay enormes desafíos tecnológicos por delante, pero realmente vemos 100 líneas como un hito, un gran paso,” dijo Weiner. La investigación se centra en el Laboratorio de Óptica Ultra-Rápida y Comunicaciones por Fibra Óptica de Purdue.

La técnica para dar forma al pulso, llamada generación de ondas ópticas arbitrarias no es nueva. Sin embargo el equipo de Purdue es el primero en lograr darle forma a pulsos de luz de un peine de frecuencia de femtosegundo y en demostrar la técnica en una escala tan pequeña controlando las propiedades de 100 peines espectrales dentro de cada pulso.

Al controlar con precisión esta “fina estructura en frecuencia” de los pulsos láser, los investigadores esperan crear sensores ópticos avanzados que detecten y midan materiales peligrosos o contaminantes, espectroscopia ultra-sensible para investigaciones de laboratorio, y sistemas de comunicaciones basadas en óptica que transmitan volúmenes mayores de información con mejor calidad, aumentando el ancho de banda. Sin embargo, realizar por completo estos objetivos necesitaría controlar entre 100.000 y 1 millón de líneas de peine en cada pulso, dijo Weiner.

El avance de los ingenieros de Purdue permite a los investigadores controlar la amplitud y la fase de líneas individuales, o los puntos altos y bajos de cada línea espectral, representando un paso hacia la aplicación de esta técnica para tecnologías avanzadas.

Fuente: Science Daily

Usando un imán para templar un imán

Dominios magnéticos
Patrón de las paredes de dominio de un material ferromagnético. El uso práctico de este imán está dado por la facilidad con las que las paredes pueden ser movidas. La distancia entre las paredes es de 100 nanometros (la 10 millonésima parte de un centímetro.)

Un equipo internacional de investigación, conducido por científicos del London Centre para Nanotecnología (LCN, por sus siglas en inglés), encontró una forma de cambiar las propiedades magnéticas de un material de “duro” a “blando” y viceversa –descubrimiento que podría llevar a nuevas maneras de controlar dispositivos electromagnéticos. La investigación apareció en la revista Nature del 2 de Agosto y muestra cómo un imán puede ser “templado” al ser sometido a otro campo magnético, perpendicular al original.

Los imanes pueden ser clasificados por sus propiedades magnéticas “duras” o “blandas”. Los imanes duros, algunas veces llamados también de “permanentes”, tienen paredes de dominios fijas lo que quiere decir que el material permanece magnetizado por un largo tiempo. Los imanes blandos tienen paredes de dominio movibles, que pueden ser fácilmente invertidas. Estos materiales muestran propiedades magnéticas no permanentes.

El profesor Gabriel Aeppli, director del LCN y miembro del equipo de investigación, explicó la importancia de este descubrimiento: “Que un imán sea duro o blando determina para qué se lo puede usar. Típicamente, se usaría un imán permanente para adherir una nota a la puerta del refrigerador porque se espera que permanezca allí por un largo tiempo. Por el otro lado, se puede usar un imán blando en un motor o transformador porque se adaptaría mejor a los cambios rápidos en la corriente alterna y disiparía mucha menos energía que un imán duro.

“Es raro poder templar continuamente las paredes de un imán, pero hemos ahora mostrado cómo puede ser hecho en un imán modelo a bajas temperaturas. En el proceso, demostramos un camino nuevo en aplicaciones de imanes a temperaturas más elevadas y mostramos cómo el desorden químico en el orden del nanómetro (la mil millonésima parte de un metro) pueden tener un efecto enorme en las propiedades macroscópicas (orden del centímetro) de un imán.

La mayor parte de los sistemas físicos y biológicos pueden ser pensados como desordenados. Los semiconductores se basan en impurezas situadas al azar para sus propiedades eléctricas y usos, mientras que las impurezas químicas y estructurales en los imanes determinan qué tan fijas se encuentran las paredes del dominio, es decir qué tan fácilmente puede ser cambiada la polaridad.

“Desde un punto teórico, fue realmente interesante para nosotros ver que las propiedades de un sistema grande, desordenado que era dominado en gran medida por una rara configuración de impurezas,” dijo el profesor Aeppli. “Al contrario de los sistemas biológicos, en la ciencia de materiales, estamos acostumbrados a ver comportamientos que son dominados por las características promedio del sistema. Aquí podemos observar la influencia masiva de un número minúsculo de defectos químicos y estructurales.”

Fuente: Science Daily