27 junio 2014

Describen cómo teletransportar energía

Credito: MIT Technology review

Lo malo de la palabra “teletransporte” es que fue usada por primera vez en la ciencia ficción (principalmente popularizada por Star Trek) y su uso reciente en la Física trae a la mente del lector no iniciado unas propiedades casi mágicas.

Hasta ahora lo que se ha conseguido teletransportar es el estado cuántico de una partícula a otra situada a una cierta distancia.

Primero teletransportaron fotones, luego átomos e iones. Ahora un físico ha descubierto cómo hacerlo con la energía, una técnica que tiene profundas implicaciones para el futuro de la física.
En 1993, Charlie Bennett junto con sus compañeros del Centro de Investigación Watson del IBM en Nueva York mostraron cómo transmitir información cuántica de un punto del espacio a otro sin atravesar el espacio intermedio. Desde entonces se han conseguido batir distintas marcas de distancias. El récord está ahora en unos 100 km. Hay que recalcar que la partícula no desaparece de un sitio para aparecer en otro, sino que lo que se teletransporta es el estado de la partícula, digamos que “se copia” el estado de una partícula y se le “pega” a otra partícula localizada en otro sitio.

Esta técnica se basa en el extraño fenómeno cuántico conocido como entrelazamiento, en el que dos partículas comparten la misma existencia. Esta profunda conexión implica que una medición llevada a cabo en una partícula, influye inmediatamente sobre la otra, aunque estén separadas por años luz de distancia. Bennett y sus compañeros elaboraron una forma de explotar esto para enviar información. La influencia entre las dos partículas puede ser inmediata, y aunque no lo parezca, el proceso no viola la relatividad de Einstein. Llamaron a esta técnica teletransportación.

Dado que las partículas cuánticas son indistinguibles entre ellas, excepto por la información cuántica que llevan, no es necesario transmitir las partículas en sí mismas. Una idea más simple es enviar la información que la partícula contiene y asegurarse de que en el otro extremo hay al menos una partícula para asumir esa identidad. Desde entonces, los físicos han usado estas ideas para teletransportar fotones, átomos e iones. Y no es demasiado difícil imaginar que en un futuro no muy lejano las moléculas y tal vez incluso los microorganismos puedan ser teletransportados.

Masahiro Hotta, de la Universidad de Tohoku en Japón, ha llegado con una idea mucho más exótica. ¿Por qué no utilizar los mismos principios cuánticos para teletransportar energía?

Hasta ahora se pensaba que este tipo de teletransporte sería muy sensible a la distancia y que sólo se podría realizar cuando la distancia fuese muy corta, pero una nueva propuesta sostiene que se podría teletransportar energía a distancias muy grandes, al menos en la teoría.

A partir de una serie de artículos publicados en los últimos años, Hotta describe su idea y sus implicaciones. El proceso de teletransportación implica hacer una medición de cada una de las partículas entrelazadas. Señala que la medición de la primera partícula inyecta energía cuántica en el sistema. A continuación, muestra que eligiendo cuidadosamente la medición a hacer en la segunda partícula, es posible extraer la energía original.

Todo esto es posible porque siempre hay fluctuaciones cuánticas en la energía de cualquier partícula. El proceso de teletransportación te permite inyectar energía en una parte del universo y extraerla en otra parte utilizando las fluctuaciones cuánticas de la energía. Por supuesto, la energía total del sistema en su conjunto no cambia.

Credito: DemonDeLuxe

Él da el ejemplo de una cadena de iones entrelazados que oscilan atrás y adelante en un campo eléctrico, un poco como las bolas de Newton. El hecho de medir el estado del primer ión le inyecta energía al sistema en la forma de un fonón, una oscilación cuántica. Según Hotta, si se realiza la medida adecuada en el último ión, se puede extraer esa energía. Como en principio esto se puede hacer a la velocidad de la luz, el fonón no viaja a través de los iones intermedios. La energía se ha transmitido sin viajar a través del espacio intermedio. Eso es la teletransportación.

Aún no está del todo claro cómo se podría aprovechar esta capacidad de teletransportar energía. Si se os ocurre alguna idea, la podéis dejar en los comentarios.

Pero lo realmente interesante es las implicaciones que esto tiene para los cimientos de la física. El enfoque de Hotta da a los físicos una formar de explorar la relación entre la información cuántica y la energía cuántica por primera vez.

Hay una sensación creciente de que las propiedades del Universo se describen mejor no por las leyes que describen la materia sino por las leyes que rigen la información. Esto parece ser cierto para el mundo cuántico y para la relatividad, aunque actualmente se está estudiando para el caso de la relatividad general.

Una cosa interesante de notar es que con este tipo de pensamientos uno no sabe hasta donde seríamos capaces de llegar.

Traducción y adaptación: Sara Muñoz. Grado en física y divulgadora científica.

19 junio 2014

"K2" El regreso del cazador de planetas

El Telescopio Espacial Kepler de la NASA vuelve a buscar exoplanetas.

Ilustración artística de los nuevos campos de observación del Kepler.
Crédito: NASA.

Recientemente la NASA aprobó la nueva misión de Kepler, apodada “K2”. Esta nueva misión permite a la nave espacial seguir buscando planetas en otros sistemas estelares, pero de una manera diferente de como lo hacía antes del fallo de dos de sus cuatro ruedas de reacción*, que le permitían mantenerse apuntando hacia una estrella particular con alta precisión.

La misión inicial de cuatro años del telescopio tenía como objetivo ayudar a descubrir cuán comunes son los planetas como la Tierra en la Vía Láctea observando solo una región determinada del cielo. Kepler encuentra planetas detectando diminutas disminuciones en la luz de la estrella cuando un planeta pasa por delante de la estrella desde el punto de vista del telescopio, lo que se conoce como tránsito. Hasta ahora la nave ha catalogado más de 3.800 exoplanetas potenciales y los trabajos de seguimiento han confirmado alrededor de 960 de ellos como planetas reales.

Las campañas de observación de K2 durarán alrededor de 80 días, por lo que algunos científicos quieren buscar planetas que orbiten estrellas enanas M, que son más pequeñas y menos luminosas que el Sol, de manera que sea más fácil detectar exoplanetas en un menor periodo. Además, un porcentaje importante de las estrellas más o menos cercanas al Sol son enanas M.

Ahora, Kepler observa más de un campo de estrellas a lo largo del plano de la eclíptica; la trayectoria orbital de los planetas del Sistema Solar también conocido como el zodiaco. La nave no fue hecha para mantenerse en su nueva órbita, así que los ingenieros han diseñado una forma de mantenerla en su posición utilizando la presión de los fotones de la luz solar.

Estas nuevas observaciones también representan nuevos desafíos para el equipo de Kepler. Los astrónomos que usarán los datos de K2 deberán tener cuidado con los objetos del Sistema Solar como asteroides y cometas que puedan pasar frente al telescopio.

K2 pasó exitosamente una prueba de ingeniería demostrando que en su nueva posición aún puede seguir recolectando datos científicos.

Kepler comenzó la campaña de observación de su Campo 1 el 30 de mayo, campaña que terminará el 21 de agosto de 2014 para dar paso a la observación del Campo 2.

El balanceo del Kepler

Los fotones de la luz solar ejercen presión sobre la nave. En la posición correcta, Kepler puede ser balanceada contra la presión de la misma forma en que tu eres capaz de mecer un lápiz sobre tu dedo. Así Kepler mantendrá su telescopio lo bastante estable como para poder seguir monitoreando estrellas lejanas en busca de planetas en tránsito.

De esta forma es posible estudiar una porción específica del cielo durante unos 83 días, momento en que será necesario rotar a Kepler para prevenir que la luz solar entre en el telescopio y lo dañe.

Esta vez, y a diferencia de su misión anterior, observará más de un campo de estrellas a lo largo del plano de la eclíptica –la trayectoria orbital de los planetas del Sistema Solar también conocido como el zodiaco- en campañas de alrededor de 80 días de duración. 

Además de buscar planetas, Kepler también observará cúmulos estelares, estrellas viejas y jóvenes, galaxias activas y supernovas.

Recreación artística del cazador de planetas Kepler
Crédito: ?

*Las ruedas de reacción [originariamente Kepler disponía de 4] le permiten a los satélites realizar cambios en su dirección de enfoque sin consumir combustible, lo que en el caso de Kepler es fundamental para mantenerse apuntando hacia una estrella particular y, por tanto, son cruciales para la búsqueda de exoplanetas por el método de tránsito.

Fuentes: