CARNAVAL DE LA FÍSICA II

PORTALES DIMENSIONALES
EN EL CINE

Esta entrada participa en la Edición LXVIII del Carnaval de la Física
         cuyo blog anfitrión es El mundo de las Ideas



El tema de los portales dimensionales en el cine de ciencia ficción es un tema estrella y muy actual, agujeros de gusano que conectan puntos del espacio interestelar muy distantes entre ellos, incluso en otras galaxias, como en la película y las tres series de Stargate, que son Stargate SG1, Stargate Atlantis y Stargate Universe, aquí la estructura de la "puerta estelar" es acuosa, que desde el punto de la termodinámica es plausible, ya que el agua es dubtil y se puede presentar en tres de los estados de la materia, quizás no sea agua pero se comporta como un fluido.

Aqui tenemos algunos ejemplos visuales.

Stargate



Primeval. Nuevo Mundo

Otro modelo de singularidad es la puerta dimensional, en la serie Primeval. Nuevo Mundo es una puerta temporal que conecta inclusive la prehistoria e incluso en futuro con nuestro tiempo. La textura es cristalina, como si fuese una dimensión espejo, quizás se basa en la triangulación del plano, en los poliedros, es decir, en conceptos de la geometría.


Doctor Strange


El modelo más razonable es una puerta dimensional de plasma, pero el plasma solo lo conocemos incandescente, en el sol, debería ser de algún elemento químico no conocido o no existente en nuetro planeta.






Marvel's Agents of S.H.I.E.L.D

Y el último modelo combina la geometría, el concepto de triangulación relativo al teorema de radó de los poliedros y el plasma. Es posible que este sea el mejor modelo teórico en lo que se refiere a la ciencia ficción sobre puertas dimensionales.



A pesar que las puertas dimensionales no se contemplan en la física clásica, la teoría de cuerdas le da a la ciencia ficción una nueva esperanza de descubrir un nuevo mundo más allá de la tercera dimensión, quizás en una dimensión fractal como en la película Doctor Strange, o complicándo la dimensión fractal con el concepto del caleidociclo, para acceder a este nuevo mundo simplemente sería posible con encontrar un agujero de gusano que sea estable, pero se llama ficción, porque todavía no es real, en nuestro presente no es posible, quizás en un futuro próximo; puede que sea una de las imposibilidades de las que ha escrito Michio Kaku en la Física de lo imposible.

Referencias


¿QUÉ ES UN GÉISER?

Esta entrada participa en la Edición LXV del Carnaval de la Física
         cuyo blog anfitrión es el High Ability Dimension



Si pensamos en un géiser nos vendrá a la memoria el parque de Yellowstone, pero deberíamos pensar en un volcán, porque ese parque tiene un volcán oculto, una gran caldera que mide aproximadamente 55 x 72 km, su última erupción fue hace 640.000 años. Este fenómeno físico tiene el nombre de origen islandés, giósa, que viene del verbo geysa, que significa emanar.

Es un fenómeno muy raro en la naturaleza terrestre, ya que se necesitan muchas condiciones, que muchas variables converjan en este fenómeno. Se necesita una caldera con magma (un volcán), una serie de tuberías excavadas en la roca de la corteza terrestre por la erosión del agua, acuíferos subterráneos, y una chimenea por donde evacuar en forma de erupción el agua y vapor caliente, agua que emerge por la presión al romperse la tensión superficial del agua del estanque. 

Tenemos dos tipos de géiseres, el llamado "cono" y el conocido como "fuente". Del primer tipo tenemos el Riverside en Yellowstone, que tiene erupciones cada 20 minutos, y llega a 23 metros. 

Fig.1. Géiser "cono"


Fig.2. Esquema de un géiser "cono"



Del segundo tipo, el de fuente, en el mismo parque tenemos la Gran Fuente en la cuenca baja, este tipo de géiser emana en varias direcciones, tiene una gran abertura en la superficie que por lo general se llena de agua antes o durante una erupción. Este tipo de géiseres son el tipo más común  y pueden variar en tamaño desde muy pequeños hasta muy grandes.


Fig.3. Géiser Font


¿Y cómo es su estructura interna?.

Fig.4. Esquema de la estructura interna de un géiser en relación con la caldera


Los géiseres pueden estar agrupados en grandes zonas, como en el Parque de Yellowstone o ser individuales, pero estos últimos son más raros. Otra sorpresa que nos enseña este fenómeno geotérmico es que puede llegar a contener vida, se trata de bacterias extremófilas, en concreto se llaman hipertermófilas y crecen en altas temperaturas entre los 80 y los 110 grados Celsius. 


También se conocen la existencia de géiseres extraterrestres, en concretos nos llaman la atención el que hay en la luna de Neptuno, en Tritón, pero este eyecta nitrógeno líquido en lugar de agua. Los que si emanan agua son los llamados criovolcanes, como el de la luna Encéfalo de Saturno. Pero esto es otra historia a contar.

Referencias





LA GRAVEDAD EN LA LLUVIA

Esta entrada participa en la Edición LXIII del Carnaval de la Física
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Fig.1. Nubes vistas desde el avión de camino a Cerdeña (foto propia)


Parece increible pero las nubes pesan mucho, así que siempre se está cayendo por efecto de la gravedad, pero ese gran peso se mantiene en el cielo porque las gotas de agua que hay en su interior son pequeñas y ligeras, 1 gota de agua de una nube son aproximadamente 5 micrones comparada con una gota de lluvia (que mide un par de milímetros), la gota de agua en la nube seria el equivalente de un terrón de azúcar comparada con una carabana que representaría a la gota de agua de lluvia. 

Así que las nubes caen hacía la tierra pero la mayor parte del agua se evapora antes de llegar, la vida media de una nube pequeña es de unos 10 minutos aproximadamente.


Fig.2. Gota de lluvia cayendo en el agua


Cuando una gota de lluvia cae en el agua se hunde y vuelve a emerger de manera casi esférica, rebota y empieza de nuevo el proceso, cada vez que rebota su tamaño se reduce a la mitad, pero en la nube ocurre lo contrario, por el fenómeno de la coalescencia cada vez que rebota la gota en la nube adquiere más masa, hasta que es demasiada pesada y cae en forma de lluvia.

Fig.3. Coalescencia del agua


Os dejo para acabar una fotografía aérea de la lluvia, que muestra como parece que cae la nube en forma de agua.

Fig.4. Lluvia vista desde un avión



Referencias

National Geographic Society TV. Agua. Temporada 1. Ep.2. 2015

http://www.blogdelfotografo.com/reto-semanal-12-gotas/

http://www.separadordehidrocarburos.com/separador-de-hidrocarburos-coalescente/



DONUTS EN LA NATURALEZA

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¡Nooo Homer!, los donuts en la Naturaleza no se comen, son de nieve, de aire o de humo. 

DONUTS DE NIEVE


Los donuts de nieve son un fenómeno meteorológico que se da principalmente en América del Norte, Canadá y EE.UU, pero también es Estonia. Miden entre 30 y 40 cm de diámetro e incluso mayores, puede llegar a alcanzar los 70 cm. Es una formación inusual en la Naturaleza, para que se formen se necesitan unas condiciones meteorológicas determinadas, como un terreno de hielo en pendiente , viento y una fina capa de nieve. El viento empuja un trozo de nieve sobre una superfície inclinada o pendiente abajo, y aquí interviene la gravedad, a esta nieve se va adhiriendo más nieve, el agujero en el centro es porque las capas interiores son más finas y se acaban rompiendo, dejando el agujero en el centro característico de los donuts.






DONUTS DE HUMO



Los volcanes a veces expulsan anillos de humo desde sus cráteres, la explicación de este fenómeno no es consensuada, una de las explicaciones dada `es que el cráter del volcán tiene una forma de cuello de botella y por ello el humo sale de rápidamente y en movimiento, lo que se crea es un vórtice de humo. Estos donuts de humo pueden llegar a tener un diámetro de 200 metros y llegar a una altura de 1000 metros, pero ascienden muy lentamente. suponemos que porque pesan mucho y son densos, así que pueden tardar 10 minutos en alcanzar su altura máxima. Y este humo probablemente es una combinación de gas y de vapor de agua, es decir, que es un fluido. Este fenómeno es tan extraño que sólo se han podido observar 3 anillos, del volcán Etna en dos de sus erupciones, en 1970 y en el 2000; y en el 2010 fue la última, esta vez del volcán Eyjafjallajokull, en Islandia.




DONUTS DE AIRE


 Los delfines, las ballenas jorobadas y las ballenas beluga juegan creando aros de aire en el mar, que luego mueven con su hocico.



 Estos vórices en forma de toros se forman en general cuando una región del fluido, aire o agua rota, esto se estudia en dinñamica de fluidos. Como los griegos, todas las ciencias, sobretodo la física y las matemáticas se basaban en la observación de la Naturaleza, y es por ella por la que aprendemos las leyes de la Naturaleza.



Referencias










ARCOS CIRCUMHORIZONTALES
Y CIRCUMZENITHALES

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         cuyo blog anfitrión es :: ZTFNews


 El arco circumhorizontal llamado el arco iris del fuego es un fenómeno atmosférico que se presenta bajo unas condiciones determinadas. Los parámetros son: el Sol situado a unos 58 º y  unas nubes cirriformes formadas por cristales de hielo, que se encuentran entre una altura de 6.000 y 10.000 metros de altitud, justo en el límite de la troposfera. Los cristales de hielo que se hay en las nubes cirriformes son hexagonales planos y estos se alinean y refractan la luz del Sol.


                     




Aquí vemos una imagen de un cristal hexagonal plano por microscopia electrónica.


Y aquí recordamos el experimento de Newton de la descomposición de la luz blanca pero en una gota de agua, que funciona igual que en un cristal de hielo.



Son difíciles de ver, y popularmente se le conoce como el arco iris del fuego, este fenómeno es una línia recta horizontal mientras que el arco iris es curvado, y otra de las diferencias es que no tenemos que esperar a que llueva y deje de hacerlo para per este fenómeno.


Aquí hay unas fotos para que posais apreciar también la belleza del fenómeno atmosférico.










Los arcos circumzenithales o arco iris invertidos se forman de manera similar a los arcos circumhorizontales pero lo que cambia es el ángulo del Sol, que debe estar a menos de 32, 2º, es decir, en el zenit. Es como un arco iris pero con la curva inversa. 



Aquí vemos un diagrama donde según el ángulo del Sol, si el fenómeno atmosférico se aproxima o no al zénit este "arco iris" se curva inversamente a la curvatura usual del arco iris o sigue una línea recta.


Os animo a participar enviando vuestras fotos de diferentes tipos de arcos iris a este blog. Pues es un fenómeno curioso a la vez que bello. Es la física de la atmósfera.


Referencias













LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA

Esta entrada participa en la Edición XLVII del Carnaval de la Física
         cuyo blog anfitrión es Pero esa es otra historia y debe ser contada en otra ocasión



El principio cero de la Termodinámica dice, que si hay un sistema donde hay tres recintos y una temperatura en cada uno de ellos, si A está separada de B por una pared adiabática, y A y C, B y C comparten una pared diatermica (que deja pasar el calor), al cabo de un tiempo el sistema A-B-C tendrán la misma temperatura, porque todo tiende a un equilibrio.


Fig.1: Principio cero.


Primer principio, es el principio de conservación de la energía, es la mítica frase la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Si se realiza trabajo sobre un sistema o intercambia calor, la energía interna del sistema cambiará.

Fig.2: Primer principio.



Segundo principio, es la entropía, que pone límites al decirnos que no se puede construir la máquina perfecta, no se puede construir una máquina térmica cíclica que transforme calor en trabajo y que no cambie la energía del ambiente.  

 
Fig.3: Entropía.



Tercer principio, si un sistema se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante. 

Fig.4: Tercer principio.


Cuarto principio, el economista  Nicholas Georgescu-Roegen, que afirma que la materia disponible se degrada de forma continua e irreversiblemente en materia no disponible de forma práctica. Es una modificación del segundo principio de la termodinámica pero aplicándolo a la materia.


Os dejo este vídeo que es más ameno y explica brevemente los principios de la Termodinámica. 












MI DESCUBRIMIENTO PREFERIDO:
EL QUARK TOP

Esta entrada participa en la edición XLV del Carnaval de la Física
         cuyo blog anfitrión es Cuantos y cuerdas


Fig.1: Dibujo esquemático del descubrimiento top-antitop.

Mi experimento preferido fué el que descubrió el quark top, ¿y por qué?, porque para mi es una partícula elemental enigmática, ya que es el único quark que no es capaz de hadronizarse (formar hadrones, crear otras partículas más grandes), quizás por su pequeño tiempo de vida, o por lo pesado que es. Vamos a ver en éste post que podemos averiguar de él.

El experimento fué registrado en el detector D0 de Fermilab, la creación de un quark –antiquark top fué dada por la colisión protón antiprotón. Serie 92704 suceso 14022. Y succedió en1995.










Fig.2. Creación del par de quarks top-antitop. Diagrama de Feynman. Fermilab, 1995.

Fig.3: Cuando el par Protón antiprotón colisionan.























Cuando el par protón-antiprotón colisionan, primero se desintegran dejando ver sus componentes fundamentales, un quark down y dos quarks up, en el caso del protón, y en el caso del antiprotón estaría formados por sus homólogos en la antimateria, es decir, por dos antiquarks up y un quark down.




Para la creación del Top hay dos tipos de colisiones:


   PP-------->tb
                                                                      e±P-------->e±

Fig.3: del quark top al quark bottom y al bosón W+
Fig.4: del quark top al quark bottom y al bosón W-
 
   

Fig.5: del quark top al quark bottom y al bosón Z




Es decir, Protón - antiprotón crea un quark top y un quark bottom, mientras que el electrón o el positrón colisionando con un Protón crean un electrón o positrón y un quark top. Pero una vez creado el quark top decae (se desintegra) en un bosón W qué es una partícula cargada de fuerza y un quark bottom en el primer caso, o decae en un bosón Z y un quark bottom, como vemos en el esquema de abajo donde se muestra entre paréntesis su masa en Giga-Electronvoltios con su error, es un doble error porqué hay una cierta asimetría.



DECAIMIENTO:
 Top (173,7±0,52±0,72)--->W± (80,385±0,038 GeV/c^2) + b (4,18±0,03 GeV/c^2)=
                                                                                                                         = 84,565±0,068 GeV/c^2

Top (173,7±0,52±0,72)--------->Z0 (98,19±0,0021 GeV/c^2)+b (4,18±0,03 GeV/c^2)=
                                                                                                         =102,37±0,0321GeV/c^2
¡Pues vaya sorpresa, más sorpresiva!, porqué nos faltan 89,135 GeV/c^2 y 71,33 GeV/c^2 qué es la diferencia que hay entre la masa del quark top y el resustado de su decaimiento en un bosón W o Z y un quark top, ¿y ésto a qué se debe?, porque aquí tendríamos un problema ya que por el principio de la conservación de la masa-energía, la materia ni nace si muere sino que se transforma y por lo tanto se conserva:
 
   E=mc2  
                                                                                           (1)
Entonces, ¿qué pasó?. Si vemos las dos imagenes iniciales, la figura 1 y 2 aparece un fenómeno llamado Jet. ¿y qué es un Jet?, pues un conjunto de gluones básicamente, digamos que energía residual.



Para el Jet 1 y el 4 tenemos como resultado (suponiendo c=1, como la velocidad de la luz):

(3)

 Así calcularíamos todos los Jets de la colisión. Hay que tener en cuenta que siempre habrá algo que no podamos medir con los detectores y una disipación de la energía convertida en calor.

Otra  característica del quark top es su tiempo de vida escaso, 3,78 x10-27 segundos.
   














 ¿Y cómo lo sabemos?, porque es la constante h barra dividida por la masa del quark top, aunque las mediciones ahora están automatizadas porque son los detectores de partículas quienes la captan. Dejo el cálculo en unidades de tiempo, son segundos:

Δt = ħ/mt = 
                                                                                       =6,58 x10-25 /173,7=3,78814047 x10-27  
                                                                                                                                   

En la actualidad sabemos gracias al descubrimiento del bosón de Higgs que cuando éste decae también crea un quark top, como podemos ver en estos diagramas de Feynman.

Fig.6: Producción del Higgs.

Fig.7: Desintegración del Higgs.


Aquí tenemos en la figura 6 la producción de un bosón de Higgs y la creación de un par de quarks top-antitop, que se les llama suceso ruido, y en el segundo caso, figura 7, en la desintegración del bosón de Higgs también aparece ese par top-antitop, pero eso, el bosón de Higgs es otro tema a tratar a parte, ya que es el más reciente de los descubrimientos del modelo estandar, fué en julio del 2012.



Referencias:

Barrow, J.; Webb, J. Variación de las constantes. Investigación y Ciencia. Agosto, 2005.

CERN. Particle Physics Booklet. July 2004. Berkeley, USA.

Collins, Graham P. Collins. Creación de antimateria fría. Investigación y Ciencia. Agosto, 2005.

Einstein, Albert; Grünbaum, Adolf; Eddingtong, A.S; y otros. La teoría de la relatividad. Alianza Universidad, 1995. Títol original: “Relativity Theory: Its Origins and Impact on Modern Thought”. New York, 1968.

Einstein, Albert. Cien años de relatividad. Los artículos clave de 1905 y 1906. Traducción, introducción y notas de Antonio Ruiz de Elvira. Epistéme/3. Madrid, 2004.

French, A.P. Relatividad especial. MIT Physics Course. Ed. Reverté, Barcelona 1996. Títol original: “Special Relativity”.

Ferrer, Antonio. From the Tevatron to the LHC. Physics at Large Accelerators. Proceedings of the XXIVInternational Meeting on Fundamental Physics. World Scientific. 1996.


Lach M. Theodore. Checker Board Model. - Poster Session IV. Session NP01. Tuesday evening, March 23 .Exhibit Hall, GWCC








LA PARADOJA DEL 
GATO DE SCHRÖDINGER 
DESDE EL SENTIDO DEL HUMOR FÍSICO



Esta entrada participa en la edición XLIV del Carnaval de la Física
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Para entender la paradoja cuántica del gato de Schrödinger, tenemos que definir que es una paradoja, y qué es la teoría cuántica. Una paradoja es una proposición que suponemos verdadera que nos lleva a una contradicción lógica, la mecánica cuántica ya son palabras mayores y es muy dificil de explicar. La unión da la paradoja de Schrödinger.




 Schrödinger realizó un experimento teórico. Encerrando a un gato en una caja de acero, que evidentemente es opaca, en la caja hay una vasija cerrada con cianuro de hidrógeno, y un martillo acoplado a un contador Geiger, más una fuente de átomos radiactivos, de manera que si se produce la desintegración radiactiva de algún átomo, el contador Geiger disparará el martillo, que romperá la vasija y, por consiguiente, el gato morirá. Así que hay dos posibilidades, que se desintegre algún átomo y por consiguiente se active el contador Geiger y el martillo rompa la vasija con veneno y mate el gato, o que no ocurra, así que el gato en realidad está vivo y muerto en dos estados cuánticos, es decir, a un 50% cada estado. Hasta que no se abra la caja, no sabremos en qué estado se encontrará en gato.

Pero es más divertido explicar la paradoja con el sentido del humor físico, vean unas imágenes secuencializadas qué explican la verdadera historia del gato de Schrödinger.











Mientras fuera del laboratorio la comunidad gatuna se manifiesta:


Los estudiantes de Física de la Universitat de València llevan a cabo un secuestro.


Pero los biólogos que están en la facultad de enfrente lo liberan, así que la policía científica cuántica se ve obligada a buscar al gato de Schrödinger.

Se crea una alarma social por las diversas plataformas que organizan los biólogos, en concreto los zoólogos.

La comunidad gatuna también está gravemente afectada.


Por el miedo a las represalias Schrödinger huye de la ciudad.


 Nadie sabe dónde esta su gato. Pero la teoría de la conspiración dice que la NASA que todo lo sabe lo ha encontrado por accidente, aún dentro de la caja.

Aunque hay quien dice que ésta es una falsa notícia y que en realidad está en el área 51. Y los psicólogos conductivistas se han sumado al experimento.


Pero, ¿sabemos si sobrevivió el gato?.



¿No ha quedado claro?. 
Pueden ver éste vídeo que explica la paradoja cuántica del gato de Schrödinger.


Referencias

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1ntica

http://es.wikipedia.org/wiki/Gato_de_Schr%C3%B6dinger

http://www.fisicafundamental.net/misterios/gato.html




MI PARTÍCULA PREFERIDA:
EL MUÓN

Esta entrada participa en la edición XLIII del Carnaval de la Física
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The particlezoo

El muón ) es una partícula relativista, un leptón pesado, una partícula elemental que tiene una masa 200 veces mayor que la masa del electrón, y vive de media 2,19703 × 10−6 s  ,pero es capaz de atravesar  toda nuestra atmósfera e incluso a nosotros, cuando por su tamaño tardaría horas, ¿y cómo lo hace?. Aquí tenemos la solución:




 Esto quiere decir que la vida media de la partícula se alarga  en un factor de 70, ya que por la teoría de la relatividad especial de Einstein, cuando una partícula se acerca a la velocidad de la luz (c), siendo c=1, y 0,9999c la velocidad del muón, entonces el tiempo se dilata y el espacio se contrae, es por ello que el muón que vive 2 nanosegundos sobrevive horas y por ello atraviesa la atmósfera, y a nosotros, y tiene un espín de \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} \hbar\;. Y su origen es la radiación cósmica.





¿Y como decae (se desintegra) un muón?, pues en otras partículas elementales como veremos ahora por diagrama de Feynman.




Así vemos que el muón decae en un electrón un antineutrino electrónico y un neutrino muónico.
Mientras que el antimuón decae en un positrón, un neutrino electrónico y un antineutrino muónico. Con los dos pares de partícula-antipartícula podemos ver la simetría que guardan al decaer las partículas en otras fundamentales.

La antipartícula, como hemos visto antes, es el antimuón, es decir, un muón pero con carga positiva. ¿Y que pasa si colisionan un muón contra un antimuón?. Lo veremos con un diagrama de Feynman.


Colisión muón-antimuón

El diagrama nos muestra que después de la colisión muón-antimuón se aniquilan para dar paso a un fotón y un Bosón Z, por el fotón sabemos que se crea luz, como la que se crearía por un electrón.

Otra característica del antimuón, (de la antipartícula del muón), es que puede sustituir al electrón en el átomo, esto da paso a los átomos de muonioμ+e-; estos átomos exóticos están formados por un antimuón y un electrón, se parece al hidrógeno, es posible que sea un isótopo, y mientras vive el antimuón, 2 μs, forma dos compuestos, el cloruro de muonio (MuCl) y el muoniuro sódico (NaMu).

Por todo ello el par de partículas muón-antimuón lo considero mis partículas preferidas, y aún creo que podemos aprender mucho más de ellas, o del neutrino muónico, pero eso es otra historia.



Notas:

\hbar = \frac{h}{2 \pi}.=6.58211899(16) ×10 -16 eVs

Hay una aplicación para el sistema Android para teléfonos móbiles que se llama The Standard Model


Referencias











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