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Gotas de mecánica cuántica

03.01.2018

Un equipo de físicos del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), Barcelona, España, ha creado gotas de líquido que son 100 millones de veces más pequeñas que las gotas de agua ordinarias y que obedecen las leyes de la extraña mecánica cuántica. Las gotas se crearon en los nodos de una trampa de red óptica de rayos láser, e incluso a una escala tan microscópica, mostraron todas las propiedades básicas de las gotas líquidas, conservando su forma y volumen independientemente de la temperatura. Sin embargo, las gotas de este líquido cuántico eran mucho más densas que cualquier otra gota de líquido que exista en condiciones normales.

Para crear gotas de líquido cuántico, científicos españoles enfriaron un gas compuesto por átomos de potasio a una temperatura de -273,15 grados centígrados. A esta temperatura, los átomos formaron un condensado de Bose-Einstein, un estado de la materia en el que todos sus átomos están sincronizados entre sí a nivel cuántico, por lo que todo el condensado se comporta como un gran átomo, sujeto únicamente a las leyes de la física cuántica.

Cuando los investigadores combinaron dos condensados independientes, formaron gotas de un líquido cuántico. Los científicos lograron hacer algo similar antes, la sustancia de estas gotas estaba conectada por las fuerzas de las interacciones electromagnéticas entre las moléculas. En cambio, las gotitas obtenidas por los científicos españoles mantuvieron su forma debido al fenómeno de las "fluctuaciones cuánticas".

Las fluctuaciones cuánticas son consecuencia del principio de incertidumbre de Heisenberg, según el cual las partículas cuánticas no tienen parámetros estrictamente definidos. Sus parámetros, como el nivel de energía, la posición y la orientación en el espacio, solo pueden describirse en términos de probabilidad. Y si tomamos estas probabilidades de la posición actual de las partículas cuánticas, las velocidades y las direcciones de su movimiento, podemos calcular la magnitud de sus interacciones, que se manifiesta en forma de presión. Pero lo más interesante es que si sumamos la fuerza y el vector de presión de todas las partículas cuánticas, entonces se revelará un hecho inusual, las partículas se atraen entre sí en mayor medida de lo que se repelen entre sí. Y es precisamente por esta atracción que se unen en gotitas de un líquido cuántico que puede conservar su forma.

Las mediciones realizadas por los científicos han demostrado que las gotas de un líquido cuántico de átomos de potasio son líquidos en mayor medida que las gotas de un líquido superfluido ordinario, el helio líquido, por ejemplo. En términos de índice de flujo y otros parámetros básicos inherentes a los líquidos, un líquido cuántico supera a cualquier líquido superfluido en dos a ocho órdenes de magnitud, lo que abre amplias oportunidades para que los físicos realicen experimentos con un líquido cuántico.

Sin embargo, las gotas de líquido cuántico tienen algunos límites que limitan sus aplicaciones. Por ejemplo, si el número de átomos en una gota supera cierto valor, entonces la gota colapsa y el líquido cuántico se convierte en gas, que tiende a llenar todo el espacio disponible, como cualquier otra sustancia gaseosa.

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Controlar objetos mediante corrientes de aire. 04.05.2024

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Los perros de pura raza no se enferman con más frecuencia que los perros de pura raza 03.05.2024

Cuidar la salud de nuestras mascotas es un aspecto importante en la vida de todo dueño de un perro. Sin embargo, existe la suposición común de que los perros de raza pura son más susceptibles a las enfermedades en comparación con los perros mestizos. Una nueva investigación dirigida por investigadores de la Facultad de Medicina Veterinaria y Ciencias Biomédicas de Texas aporta una nueva perspectiva a esta cuestión. Un estudio realizado por el Dog Aging Project (DAP) con más de 27 perros de compañía encontró que los perros de raza pura y mestizos tenían generalmente la misma probabilidad de experimentar diversas enfermedades. Aunque algunas razas pueden ser más susceptibles a determinadas enfermedades, la tasa de diagnóstico general es prácticamente la misma entre ambos grupos. El veterinario jefe del Dog Aging Project, el Dr. Keith Creevy, señala que existen varias enfermedades bien conocidas que son más comunes en ciertas razas de perros, lo que respalda la idea de que los perros de raza pura son más susceptibles a las enfermedades. ... >>

Placas de circuito impreso reciclables 03.05.2024

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Máquina para aclarar flores en jardines. 02.05.2024

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Las neuronas evalúan el beneficio de un hábito 03.09.2015

Un hábito es una forma de comportamiento profundamente arraigada que funciona independientemente de nuestra conciencia: sin dudarlo, encontramos el camino a la cocina por la mañana y automáticamente entramos en el transporte o nos subimos al automóvil. Se cree que las acciones habituales ayudan a descargar el cerebro de la rutina, lo que le permite hacer algo más importante, más precisamente, no todo el cerebro, sino la corteza prefrontal, nuestro principal centro analítico responsable de las funciones cognitivas superiores. El hábito en sí entra en estructuras subcorticales llamadas ganglios basales. (Tenga en cuenta que ahora estamos hablando de rituales de comportamiento inofensivos y no de adicciones al alcohol, la nicotina, etc.)

El grupo de Ann Graybiel en el Instituto Tecnológico de Massachusetts ha estado investigando los mecanismos neuronales del hábito durante años. Hace algún tiempo pudieron demostrar que el esquema de acciones rutinarias se almacena no solo en las regiones subcorticales, sino también en la corteza prefrontal, y es precisamente gracias a la corteza que se pueden restaurar los rituales de comportamiento, incluso cuando parece que ya han sido completamente olvidados. En cuanto a su apariencia, aquí se pudo constatar que los automatismos en la conducta nacen en el llamado estriado, o striatum, que pertenece precisamente a los ganglios basales subcorticales. Además, esto va acompañado de cambios en los ritmos eléctricos: las ondas gamma que se producen durante el desarrollo de nueva información son sustituidas por ondas beta cuando el material se consolida.

Los experimentos con monos han demostrado que unas 1 neuronas estriatales participan activamente en la formación de hábitos. Los animales veían un patrón de puntos en la pantalla, y si había un punto especial resaltado, recibían una porción de delicioso jugo. Cuando el ojo se topó con el mismo punto (que fue programado por casualidad), su color cambió, lo que significaba que la golosina pronto aparecería. Con el tiempo, los ojos de los animales comenzaron a repetir la ruta habitual: los monos, por costumbre, realizaron la acción aprendida con la esperanza de que apareciera nuevamente una señal de golosina.

Al observar simultáneamente la actividad de las células nerviosas, los investigadores encontraron que la formación del comportamiento de rutina se acompaña de señales neuronales características, como si indicaran el comienzo y el final del programa grabado. Estaban especialmente interesados en la segunda y última señal. Al principio, aparecía en diferentes períodos de tiempo, pero luego se concentraba en el intervalo de 400 milisegundos que separaba la mirada en el punto de "recompensa" de la recompensa en sí. Con la consolidación gradual del hábito, es decir, con cada acción repetida, la actividad de las células nerviosas en la ventana de tiempo se hizo más y más fuerte.

Tal correlación sugería que la actividad neuronal final sirve para reforzar la acción repetitiva, que aquí tiene lugar el análisis final de si vale la pena asimilar o no un nuevo ritual conductual. De hecho, resultó que el diseño de la señal final dependía de condiciones tales como el tiempo dedicado a los puntos de observación y la calidad de la recompensa. Por ejemplo, cuanto menos tiempo se tardó en escanear la pantalla con el patrón con los ojos, más clara se formó la señal final y más fuerte fue. Además, algunas neuronas respondieron solo al tiempo dedicado a buscar el punto deseado, otras solo a la recompensa y otras tuvieron en cuenta ambos parámetros.

En otras palabras, todo hábito tiene un precio, y existe un sistema especial en el cerebro que compara los beneficios de reforzar un determinado patrón de comportamiento y los costos que requiere un nuevo ritual. Y el hábito se formará en el caso de que los beneficios del mismo cubran con creces el gasto de tiempo y esfuerzo. Por supuesto, la comparación no siempre es adecuada y, obviamente, muchos trastornos neuropsiquiátricos, que se caracterizan por un comportamiento obsesivo, se asocian precisamente con una evaluación incorrecta de los pros y los contras de algún tipo de acciones automáticas.

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