Primera colisión del LHC

Pues hoy lunes 23 de noviembre del 2009 el LHC ya tuvó su primera colisión, estaba en la fería de la astronomía cuando la encargada de la sala le llego un mensaje, fue muy gracioso por que se puso toda feliz y sonriente (Después de todo es una Doctora en astronomía pero con alma de física nuclear).

Esta es la imagen de la primera colisión, aunque solo fue con una energía de 900 GeV, aún no rebasa la energía del Tevatron, el cual aún tiene el record con su poder de 1.96 TeV, el CERN espera rebasar esta meta antes de que acabe el año, asi que más vale que estemos al pendiente, estos son días interesantes para ser un estudiante de física.

The big picture también publicó una seria de fotografías del LHC para conmemorar el evento, no tiene pierde.

¿Se puede ser más veloz que la luz?

Saliendo de ver la película de Star Trek hace un par de semanas, mi amiga que me acompaño y yo discutiamos sobre los aspectos científicos de ella, a lo que ella comentó:

-"Es imposible para cualquier cosa ir más rápido que la luz"

A lo que yo le respondí:

-"De hecho, no lo es"

No, no me he vuelto loco, igual que como muchas personas piensan que los neutrones y los protones son partículas elementales, tambien mucha gente piensa que no es posible viajar más rápido que la luz, pero admito que mi respuesta tiene truco...

Pero primero la versión geek de la respuesta.

Si alguien sabe la velocidad de la luz, sabrá que para burdos cálculos nos basta decir que es de 300, 000 km/s ¿Se puede romper esta barrera? Tal vez, no lo sé, a la mejor Alcubierre* tiene la respuesta, este señor dice que es posible llegar a un lugar en menor tiempo de lo que le tomaria a la luz llegar a tal lugar.

Sabemos que la materia afecta la forma del espacio-tiempo, así que se podría manipular de alguna manera para que el espacio-tiempo detrás del vehículo espacial se expandiese para empujar una zona conocida como "burbuja de curvatura"** y la región enfrente de la burbuja se contrajera para reducir la distancia hasta el destino final.

Sin embargo hay una manera real en que una partícula puede rebasar a la luz, se le llama Radiación Cherenkov, para lograr eso se necesita un medio, generalmente agua, en el que la luz solo viaja cerca de un 75% de su velocidad en el vacío.

En un medio como el agua, partículas con carga electromagnetica pueden ir más veloz que la luz y forman un "cono" debido a que las "ondas" de luz no pueden rebasar dicha partícula. Este fenómeno genera un resplandor azulado, esto se debe a que la intensidad de esta radiación es proporcional a la velocidad de dicha partícula, como solo las partículas con gran energía pueden ocasionar esto, la radiación resultante se emite en las frecuencias más cortas y nuestros ojos siendo más sensibles al azul que al violeta vemos ese resplandor que nos recuerda al dr. manhattan.

Así que resumiendo, en un vacío no se puede rebasar a la luz, pero en un medio con un índice de refracción lo suficientemente alto es posible para una partícula ir más veloz que la luz =]

La tristeza de un electrón

Menuda canción.

Física para futuros presidentes.

Interesante clase introductoria en Berkeley sobre física, en inglés y con una duración de un poco más de una hora, pero vale la pena verla completa.

Un átomo en la esquina de latinoamérica.

Siguiendo la línea iniciada por Eugenio (se deriva del griego antiguo eu que significa bien o bueno y el sufijo -genes que significa nacimiento) en Ciencia en el XXI y por Héctor en Libre Pensar, traigo la edición tijuanera (¡Ajua!) de un átomo en tu ciudad, al final pongo los links a las entradas correspondientes de ambos sitios.

Normalmente el tamaño de los átomos varía de acuerdo al número de electrones y protones que tiene, si es un ión positivo o negativo (los iones negativos son más grandes) o si esta formando un enlace. Para este ejemplo usaremos un átomo de hidrógeno (que forma el 75% de la materia conocida) y otro de cesio (que es cerca de 10 veces algo más grande que el átomo de hidrógeno), en realidad el concepto de diámetro atómico es algo ambiguo debido a la caprichosidad (¿Existe esa palabra?) de la mecánica que rige esas escalas y la naturaleza de las partículas, pero originalmente este es un ejercicio para la escuela, así que no profundizare demasiado.

Asumiendo que el diámetro del núcleo es 10,000 veces más chico que el diámetro atómico, podremos imaginar que un objeto como una pelota de tenis, con unos diez centímetros de diámetro (1x10^-1 m) es 10,000 veces más pequeña que el diámetro que tendría el átomo en esa escala, que seria (1x10^-1m*1x10⁴=1x10³m) lo que nos daría un nuevo diámetro atómico aproximado de 1 kilometro y un radio de unos 500 metros, entonces, el primer electrón no estaria a un kilometro, sino a 500 metros de la pelota de tenis, las o menos la distancia que hay del arco de la avenida revolución al Hotel Cesar (donde nació la ensalada cesar, exacto, no es italiana, sino tijuanense).

Para los despistados que nunca hayan checado donde queda el hotel, también hay un Carls'jr. en la misma esquina.

Sin embargo este primer ejemplo fue el de un átomo de hidrógeno, ¿Que pasaria si usaramos de ejemplo un átomo de cesio? el cesio tiene un radio aproximado de 260 pm mientras que el hidrógeno es de cerca de 25 pm, eso quiere decir que redondeando obtenemos un diámetro cerca de 10 veces mayor, para este ejemplo ya no podemos usar la misma pelota de tennis, ahora el núcleo seria del tamaño de una pelota de futbol (son más protones y neutrones) y la última capa (asumiendo que sea algo parecido a una esfera, que no lo es) estaria rondando los 5 kilometros, por ejemplo es la distancia aproximada entre la cafeteria de la UABC a los cines en plaza río:

Comparación entre la distancia del el electrón de un átomo de hidrógeno y los últimos electrones de un átomo de cesio.

Link de la entrada original de ciencia en el XXI

Link a la entrada en Libre Pensar

Asi mismo los invito a que realizen este ejercicio en su ciudad =]

*update 08/03/09 @ 11:39 pst, No me cuadran las medidas para ser sincero, investigaré un poco más al respecto.

La radiación.

No pude dormir bien hoy, no sé si es por el hambre que tengo ahorita, por aquella razón o simplemente por transtornos nocturnos, pero decidi escribir sobre algo más que sencillo pero que seguramente mucha gente no tiene idea de lo que es, ¿Qué es la radiación?.

Imaginate un núcleo inestable como una persona con demasiada energía, para calmar a esta persona [y el núcleo se estabilize] ocupamos que esta persona ande de arriba para abajo y haga cosas; cuando un núcleo no es estable, buscara la forma de despedir ya sea energía y partículas para conseguir una configuración más estable.

Hay dos tipos de radiación, la no ionizante (Como los rayos UV de las cámaras de bronceado, la luz visible, las ondas de radio, etcétera; y la radiación ionizante (Radiación solar, rayos X). Hay 3 tipos principales de radiación:

La radiacion α: Son partículas positivas que tienen una masa atomica de 4 y una carga de +2, si eres un friki, te habras dado cuenta de que eso es practicamente un núcleo de Helio, se componen de 2 protones y 2 neutrones.

La radiacion β: En este caso, las partículas que salen expulsadas son electrones que les llaman (¡sorpresa!) partículas beta, aunque también podrían ser positrones si se tratará de antimateria. Cuando una partícula beta es expulsada un neutrón del núcleo se transforma en protón por lo que la masa atómica no cambia, pero el número atómico si, para los que no recuerden que es lo último, es el número que indica la carga del núcleo y los electrones que contiene en su órbita, cabe aclarar que realmente no es un electrón el que se expulsa, ni un neutrón que se transforma en protón, sino mas bien un neutrón se transforma en un electrón, un protón y un neutrino.

La radiación γ: o radiación gamma, basicamente es luz en una frecuencia realmente corta que se encuentra asociada a una partícula que se llama "fotón" generalmente se crea en ambientes donde hay MUCHA energía y por mucha me refiero a montones, por ejemplo el disco de acreción de un agujero negro o cuando una partícula de antimateria encuentra una de materia normal y se eliminan.

En realidad cada uno de estos tipos de radiación son aqui descritos con mucha crudeza, debido principalmente a dos cosas: son terriblemente complejos (los bosones también participan en estos sucesos) y la segunda razón es que solo soy un aficionado.

Radiación de fondo cósmica.

Es poco probable, pero posible que alguna vez hayan escuchado ese término sobre todo en documentales referentes al big bang ¿Que es esa dichosa radiación? antes que nada es radiación electromagnética, eso significa que es basicamente luz, quiero que recuerden que uso el término luz no para referirme al tipo de luz que emiten los focos eléctricos en tu casa, sino también a todos los colores que nuestros ojos no pueden captar tales como las ondas de radio, celular y televisión, junto con los rayos X.

Un poco sobre la teoría del big bang primero. Resulta que hace un buen número de años, un señor llamado Hubble (¿Que pensaban que el satélite más famoso solo se llamaba así por que si?) descubrió y demostró que practicamente, las galaxias se estaban alejando unas de otras y seguirian haciendolo indefinidamente, esto suscitó cierta polémica, pues si las galaxias conforme pasa el tiempo se alejan, significa que si podemos retroceder el tiempo, se irían acercando más y más hasta un punto en el que toda la materia y espacio estaria presente en una porción increiblemente pequeña, usando una fórmula [ley de hubble, de la que no sé mucho y por eso no escribo*] sacaron unos valores aproximados para la edad del universo, que resulto algo cercano a dos mil millones de años (2,000,000,000) lo cual era una tontería, ¡por que en ese entonces ya se sabía que la tierra tendría alderedor de 4500~5000 millones de años! por que decidieron volver a checar y obtuvieron un valor entre 12,000 y 20,000 millones de años, que aunque era excesivo ese período, ya parecía un poco más lógico, actualmente las mediciones lo situan alderedor de 14,000 millones de años.

De vuelta a la radiación de fondo cósmica y algo de historia (a veces insertan de microondas en alguna sección del nombre) resulta que los científicos basicamente dijeron "oigan, si el universo antes era pequeño y toda su energía y masa se concentraban en un pequeño espacio, a la mejor es posible medir los restos de esa energía" por lo que pusieron manos a la obra y asi hubo un intervalo de tiempo en el que todos felices y contentos estuvieron buscando y haciendo analisis y calculos sobre dichos restos del pasado del universo, calcularon que los restos de esa radiación deberian estar en lo menos a 5K [grados Kelvin, no cinco mil] mientras un equipo de la universidad de Princenton intentaba construir un radar para localizar esa energía dispersa, un físico y un astrónomo que trabajaban para la Bell company habian hecho una antena para medir nosequé, sin embargo tenían que eliminar toda interferencia, despues de varias artimañas (incluyendo un suceso relacionado con un nido de pajaros) e intentos, persistia una cierta cantidad de sonido que provenia de todas partes, en todo momento y no tenían idea de lo que era, sin embargo un colega le mostró a uno de ellos un trabajo sobre la predicción de esa radiación de fondo cósmico y el par de astrónomos, después de ponerse en contacto con el equipo de princenton, supieron la importancia de lo que habian descubierto (En aquel entonces la teoría del big bang aún no tenía suficiente soporte).

La antena que captó la radiación de fondo cósmica

Bueno, resulta que si apuntasemos un radiotelescopio al cielo (o en cualquier caso inclusive tu televisión, que capta una pequeñar parte de esa radiación, entre el canal 2 y 3 en serio), en lugares donde no hay aparentemente otra fuente de radiación (estrellas o galaxias) obtendríamos una lectura débil, o un resplandor muy difuso con una tempratura de unos 3K de temperatura, con sus ondas ocupando parte del espectro de microondas. Esta radiación es explicada en forma de que cuando el universo aún era más pequeño y mucho más caliente, la energía no dejaba que los electrones se establecieran alderedor de un núcleo para formar un atómo, por lo que se la pasaban emitiendo fotones, después de un tiempo en el que el universo es expandió un poco más y se enfrío, dejo que se empezaran a formar los primeros atómos y los fotones empezaron a expanderse y viajar por el universo en aumento, desde ese entonces esos fotones han estado perdiendo energía hasta llegar a la temperatura promedio de ~2.75K, aunque esta radiación no es completamente uniforme (aunque sea en el orden de las cienmilésimas de grado) la desviación de la media es tan pequeña que puede atribuirsele al factor del azar, digo, no puedes esperar tener una masa de gas que aumentada al tamaño del universo sea perfectamente isotropica.

En esta imagen, se presenta la radiación de fondo cósmica con sus respectivas diferencias (anisotropia) del orden de una cienmilésima de grado (0.00001), siendo el rojo donde es más caliente y azul donde es más frío.

*Si, sacó todo esto de lo que he aprendido de distintos libros, documentales y páginas de internet y solo explico usando lo que pude memorizar, pocas veces consulto alguna fuente cuando escribo, casi siempre para revisar nombres y números.

Fisión nuclear y la Masa crítica de una reacción.

¿Qué es la fisión nuclear?
Cuando un neutrón se estrella contra un núcleo, se divide en otras porciones más pequeñas que son más o menos la mitad de la masa original y aparte se emiten 2 o 3 neutrones más, la suma total de estas masas es un poco menor a la original ¿Que le sucedió al resto de la masa? se convierte en energía =]

¿Puede llegar a hacer una reacción en cadena?
Por supuesto, si uno de los neutrones resultantes choca con algún otro núcleo, el proceso puede repetirse indefinidamente en potencias del número dos o tres y partiendo del núcleo original, sin embargo hay una pequeña variable a tomar en cuenta, la masa crítica.

¿Qué es la masa crítica?
No, no es la mayor cantidad de masa que puedes digerir, sucede que en la fisión nuclear no todos los neutrones emitidos pueden provocar otra reacción, a la cantidad de masa necesaria para que la fisión pueda mantenerse por si misma se le llama Masa Crítica, esta cantidad varía de acuerdo a factores como la forma que tenga la materia, el grado de pureza, la densidad entre otras tantas cosas, se puede crear una especie de muro reflector de neutrones para aprovecharlos mejor y disminuir la masa crítica.

¿Para que nos sirve esto?
Pues las centrales de energía nuclear dependen de esto por el momento (hasta que logremos controlar la fusión nuclear al menos) dentro de sus reactores se producen fisiones controladas en las que solo uno de dos neutrones producidos se le permite chocar con el núcleo de un átomo de Uranio, para lograrlo usan materiales que disminuyen la velocidad y absorven neutrones, pues en un dado caso de que las reacciones se salieran de control, todos sabemos que podría suceder, solo recuerden a chernobyl.

El núcleo del demonio.

Como hoy tengo flojera de escribir algo, solo traduciré un pequeño texto sobre los verdaderos Dr. Manhattan:

El 21 de agosto de 1945, el físico Harry Daghlian accidentalmente tiro un trozo de carburo de tungsteno en el núcleo de la bomba de plutonio en el laboratorio Nacional de los Alamos [Los Alamos National Laboratory], la masa alcanzó su estado crítico y Daghlian murió por envenenamiento radiactivo.

9 meses después, el físico Louis Slotin estaba haciendo un experimento en la misma masa de plutonio cuando su destornillador se resbaló cayendo también y provocando que la masa alcanzara su punto de masa crítica, tambié murió de envenenamiento radiactivo, desde entonces se le conoció como el núcleo del diablo [Demon Core].

¡Rayos X para todos!

Desde el trabajador de nueva york llega una noticia íncreible:

La cinta adhesiva "scotch tape" emite rayos X.

El doctor Seth J. Putterman, quien es profesor de física en la UCLA [La Universidad de los Angeles, California] o simplemente la iu-si-élei comenta en un ensayo suyo en el journal de la naturaleza que él y sus colegas descubrieron que la famosa cinta adhesiva cuando se despega del rollo principal crea torrentes de electrones y estós a su vez crean chorros de rayos X, los cuales duran 1x10^-10 de segundo, los científicos demostraron [según] que incluso se puede tomar la radiografía de un dedo con la radiación emitida, pero el curioso fenómeno solo es reproducible en el vacío, más en el enlace [¡aqui!].

¿Por que no pueden existir seres gigantes?

Ciencia ficción, aunque ya no es muy común ver películas con monstruos gigantes en ellas, vi el trailer de una nueva película de dreamworks en la que sale una especie de pulga gigante y también una mujer de unos 30 metros de alto (lamentablemente ya lo quitaron de youtube) que se llamará monsters versus aliens, esto me recordó a la ley cuadrado-cúbica, basicamente dice que el crecimiento de la superficie y el volumen de una forma dada crecen a distintas proporciones (precisamente al cuadrado y al cubo, lol) imaginemos que tenemos un cubo de una unidad de lado como un centimetro, (Sea 1cm x 1cm x 1cm) tendrá una superficie de 6 unidades, esto es 1cm x 1cm= 1cm² de área para cada cara, por las 6 que son, nos daría 6 cm² y un volumen total de 1cm x 1cm x 1cm= 1cm³, aqui una tabla que hize en openoffice:

Aqui la otra tabla señalando la presión que siente la base del cubo respecto a sus dimensiones:

Esta ley es igual para cualquier cuerpo que mantenga sus proporciones, por lo que puede ser aplicada al cuerpo humano jojojo.

¿Como afectaría esto a una mujer gigante de 50 pies, como ginormica, la mujer gigante de monsters versus aliens?

ok, volvamos a hacer la tabla usando los valores promedio para peso y estatura de una mujer y después los de su versión gigantesca.

La relación no es más que la que hay entre sus dimensiones normales y la version gigantesca, podemos ver que creció un total de 9.3 veces respecto a su versión normal, pero ahora empezará lo díficil:

Su peso (lo saqué multiplicando su peso normal por el cubo de 9.3) aumentó un total de 801 veces y sus pies tienen que soportar casi cerca de 83 veces lo que soportaban (dimensiones de sus suelas normales por 9.3²)

¿Creen que una mujer de tales caracteristicas podria sobrevivir?

Piensen en todas las funciones fisiologicas que se verían afectadas por tal incremento:

• desde la cantidad de luz que entraria en nuestros ojos, tendriamos más conos por lo que nos hariamos más sensibles a la luz.
• la frecuencia del sonido al hablar (la tipa tendría una voz super grave, debido al gran tamaño de sus cuerdas vocales, como sucede con los instrumentos de percusión gigantes).
• la capacidad de los riñones y de los pulmones para filtrar sangre e intercambiar los gases en ella respectivamente dependen de la superficie de los tubulos y alveolos respectivamente también cuyas superficies aumentaron al cuadrado, pero la cantidad de sangre habrá aumentado al cubo, por lo que tendría un colapso renal y asfixia (no podría alcanzar a metabolizar todo el oxígeno para las células, que también su numero seria aumentado).
• Los músculos ocuparían quemar más calorías para accionarse y nuestros metabolismos no serian tan rápidos por que estan adaptados para nuestras dimensiones normales.
• Si las células hubieran aumentado sus dimensiones en ves de su número morirían por rupturas en su membrana, pues absorverian mayor cantidad de H₂O para mantener su forma con el plasma y podrían llegar a estallar por lo delgada que se volveria y por la cantidad extra que ocuparian para llenarse.

Asi que ahora ven, que la pobre ginormica no podría llegar a ser =[ lástima, sería masivamente sexy, pero bueno, mejor me espero al próximo año cuando salga la película, que aunque probablemente no tenga nada que se acerca a la realidad, estoy seguro que será divertida.

Explicación de fénomenos

El estado gaseoso.

Imaginemos que tenemos algunas moléculas de algún desconocido gas flotando por aqui y por alla en una cámara de forma cilindrica en la cual también hay un piston haciendola de techo de está. Estas moléculas no estarán estáticas, van a estar yendo de un lado a otro, chocando a veces entre si y otras veces entre las paredes y el pistón, al chocar con la pared de la cámara (o el pistón), estarán empujando o transmitiendo parte de su energía a está, la fuerza con la que necesitaremos para mantaner el pistón en su sitio sin que las colisiones de las moléculas con él lo empujen para arriba es la presión, que es la fuerza aplicada a una cierta área.



Ahora, si aumentaramos la temperatura, sin cambiar el número de moléculas ¿Que crees que pasará? las moléculas al tener más energía se moveran más rápido, por lo que se estrellaran más rápido y con mayor frecuencia, por lo tanto, aumenta la presión.

¿Y si movieramos el pistón un poco más hacia abajo? eso provocaría que las moléculas al chocar con él, agarren más velocidad (se suma la del pistón) por lo tanto tendría el mismo efecto que comente arriba, macroscopicamente esto hará que la temperatura del gas contenido aumente, mientras que una expansión del pistón haría que disminuyerá la temperatura del gas.

El viento.

Increíble demostración de la fuerza del viento, así que ya saben para la próxima que esten en medio de una tormenta tropical...

fénomenos, primera parte.

Me gusta el agua, es un compuesto muy interesante, solo de él o ella (junto con algo sobre la estructura del átomo) se pueden deducir varios procesos, aparte tiene alguna que otra caracteristica muy especial, o sea, teniendo una idea clara sobre lo que es, se pueden más o menos intuir algunos fenómenos (los frikis no).

Bueno, imaginemos que tenemos agua en un recipiente, digamos por ejemplo, agua en un vaso, si tuvieramos un microscopio que pudiera magnificar 1x10¹⁰ (o una decena de millar de millón de veces o diez mil millones) el átomo tendria más o menos el tamaño de una pelota de futbol, unos 30 centimetros, a estas dimensiones, podriamos observar que el agua contenida en el vaso no esta realmente fija, sino que estas moleculas están vibrando por aqui y por alla, en un movimiento perpetuo, en la imagen podemos ver como se veria el agua en estado líquido, nomás imaginense que todas estas moleculas estan chocando unas con otras y moviendose, su formula es H₂O, en la imagen significa que las esferas grandes son átomos de oxígeno y las chicas son de Hidrogeno, no es una imagen exacta, pero recuerden que estudio odontologia y la física es mi pasatiempo, asi que no se quejen.

Para una versión un poco más realista, click AQUI

Dibujo a las moleculas como unas estructuras concretas pero eso es solo para facilitar la gráfica, en realidad los electrones giran tan rápido que dan la ilusión de un cuerpo.
A estas moleculas les gusta atraerse unas a otras hasta cierto punto, despues de cierta distancia empiezan a rechazarse, es esa atracción llamada fuerza de cohesión que mantiene al agua en estado líquido semiunida, es producida por los llamados puentes de hidrógeno los cuales son enlaces muy fuertes, pero son fácilmente destruidos cuando se les aplica calor, que es el movimiento o las vibraciones que tienen las moleculas del cual hablabamos; vayamos a la superficie del agua en el vaso, donde podremos imaginarnos más fácil los efectos del calor o la temperatura en el agua.

Aqui tenemos algunas moleculas de agua, otras de O₂ y tambien de N₂, que son las de color rojo, en una ciudad sucia como Tijuana, probablemente también haya CO².

Bueno, como dijimos, las moleculas de la superficie siempre andan moviendose, asi que de vez en cuando, alguna de las moleculas recibe un empujoncito de más y termina librandose de la cohesión de las demás y se va al aire, si el aire que esta sobre la superficie no fluye, por ejemplo, digamos en un vaso que este tapado, el mismo número de moleculas que escapan y el de moleculas que vuelven es más o menos el mismo, por lo que no hay una diferencia perceptible a nuestros sentidos, si el envase estuviera destapado, seria distinto el caso, si desplazamos la masa de aire que se encuentre sobre la superficie del agua, desplazamos también a las moleculas que estaban contenidas en ese volumen, por lo tanto no regresara el mismo número, pero si seguiran escapando el mismo número, por lo que saldran más de las que llegan, y cada vez que una molecula se va, disminuye la cantidad de movimiento en el agua, por lo que se empieza a "enfriar", esta es la forma en la que funciona la sopa o el chocolate caliente cuando les soplamos para enfriarlos.
Bueno, creo que eso será todo por hoy, después hablare del agua en estado gaseoso y al último dejare el estado solido, por que ese si es interesante, recuerden que esto fue escrito por alguien quien no tiene experiencia en docencia ni física ni química, asi que no me regañen si me equivoque en algo xD ¡pero se aceptan criticas constructivas!