Ciencia
Física cuántica: qué es la dualidad partícula-onda de la luz
El físico obtuvo el galardón por un descubrimiento que hizo cuando tenía tan solo 26 años


Publicado
hace 10 mesesel
Por
Rodrigo Desmedt

Albert Einstein puede ser famoso por su teoría de la relatividad general, pero no fue esta la que le dio el único Premio Nobel de su carrera. Crédito: BBCNews
El físico obtuvo el galardón por un descubrimiento que hizo cuando tenía tan solo 26 años. Se trata de la ley del efecto fotoeléctrico que publicó en 1905 y que planteaba que la luz tenía una propiedad tan contraintuitiva que llevaría a cuestionar la propia noción de la realidad.
No en vano terminó dando origen a la física o mecánica cuántica, una rama que estudia la naturaleza a escala atómica y subatómica, o sea, el mundo de lo ultrapequeño y sus leyes, que son muy distintas a aquellas que gobiernan al mundo que podemos ver.


También la energía interna de los átomos está cuantizada. Para una determinada clase de átomo individual, la energía no puede tener un valor cualquiera; sólo son posibles valores discretos, llamados niveles de energía.
Las ideas básicas de fotones y de niveles de energía nos ahorran un buen camino hacia la comprensión de una gran variedad de observaciones que de otra forma serían enigmáticas.
Entre ellas están los conjuntos únicos de longitudes de onda que emiten y absorben los elementos en estado gaseoso, la emisión de electrones desde una superficie iluminada, el funcionamiento de los láseres y la producción y dispersión de los rayos x.
Nuestros estudios de fotones y de niveles de energía nos llevarán al umbral de la mecánica cuántica, que implica tener algunos cambios radicales en nuestras ideas sobre la naturaleza de la radiación electromagnética y de la materia misma.
“La mecánica cuántica marcó una ruptura entre la física clásica y la moderna”, explicó a BBC Mundo la física colombiana Nelly Yolanda Céspedes Guevara. “Fue toda una revolución”, agregó la también doctora en educación y docente de la Fundación Universitaria del Área Andina, de Colombia.
Para Einstein fue un placer romper con ideas preestablecidas: “No podemos solucionar nuestros problemas con las mismas líneas de pensamiento que usamos cuando los creamos”, dijo el físico alguna vez.
¿Partícula u onda?
En la física, las ondas y las partículas son tan distintas que cada una obedece a sus propias reglas matemáticas. “La partícula es todo aquello que tú puedes cuantificar y que en teoría puedes agarrar o tocar”, dice Céspedes.
Según la ley del efecto fotoeléctrico de Einstein, la luz podría generar electricidad solo si, bajo determinadas circunstancias, se comportaba como una suerte de partícula. En otras palabras, planteó que “la luz no podía ser solo una onda“, explica Céspedes.
Para llegar a esa conclusión, agrega, Einstein se basó en ideas previas de físicos como el alemán Max Planck.
El “revolucionario renuente”
En el año 1900, Planck ya había descubierto que había un problema con la luz como onda. Lejos de ser un flujo constante, afirmó, la luz viajaba en “paquetes” de una gran “cuantía” de energía, concepto de donde luego derivaría el nombre de física cuántica.


“El concepto de Planck de cuantos energéticos”, explica la Enciclopedia Británica, “entraba en conflicto con toda la esencia de la física teórica pasada”.
Y si bien sus investigaciones no le dejaban otra opción más que derribar el conocimiento previo establecido y hasta ganó un Nobel por “descubrir la energía cuanta”, Planck fue un “revolucionario renuente”, afirma la enciclopedia. Tal es así que distintos historiadores de la ciencia como el famoso Thomas Kuhn se han negado a darle el título de padre de la física cuántica.
Según argumentan, a partir de sus trabajos, Planck podría haber inferido que la luz se comportaba como una partícula, sin embargo, no lo vio o no se atrevió a afirmarlo y provocar un cambio de paradigma. Para eso tendría que llegar Einstein.
Ni una cosa ni la otra
En 1905, Einstein había argumentado que, a veces, la luz parecía consistir en “cuantos” (lo que hoy son los fotones) y, cuatro años más tarde, introdujo la dualidad onda-partícula en la física.
Es decir que la luz no era una onda o una partícula: era ambas cosas. Einstein estaba pensando lo impensable. “La hipótesis de Einstein de los cuantos de luz no fue tomada en serio por los físicos adeptos a las matemáticas durante poco más de 15 años”, escribió el historiador de la ciencia Bruce R. Wheaton.
“Incluso (el físico estadounidense) R. A. Millikan, quien en 1914-16 proporcionó la primera evidencia inequívoca de la sorprendente ley de emisión fotoeléctrica de Einstein, siguió también inequívocamente desdeñando la hipótesis de la partícula de luz de la cual se había derivado esa ley”, agregó.
Es más: Millikan, quien fue discípulo de Planck, terminaría ganando un Nobel “por su trabajo en la carga elemental de la electricidad y en el efecto fotoeléctrico”. Para desdén de muchos de estos físicos, la dualidad onda-partícula no se quedó en la luz, sino que se amplió a la materia a escala atómica.
Hoy comprendemos que todos esos fenómenos se deben a la naturaleza cuántica de la radiación. La radiación electromagnética, junto con su naturaleza ondulatoria, tiene propiedades que se asemejan a las de las partículas. En especial, la energía de una onda electromagnética siempre
se emite y se absorbe en forma de paquetes llamados fotones o cuantos, cuya energía es proporcional a la frecuencia de la radiación.
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Ciencia
La sonda estadounidense ‘Perseverance’ ya está en Marte
Se trata de la mayor misión al Planeta Rojo. Además en una entrevista a CNN, Diana Trujillo cuenta su historia
Publicado
hace 2 mesesel
febrero 19, 2021

El explorador Perseverance de la NASA ha comenzado ya a enviar señales a la Tierra y a calibrar sus instrumentos tras un exitoso amartizaje que desató el júbilo en muchos lugares del mundo y que ha avivado la esperanza de enviar naves tripuladas al planeta rojo en un futuro cada vez menos lejano; cada vez más parecido a la ficción.
La NASA confirmó este jueves, que su vehículo Perseverance se posó en la superficie de Marte tras superar la peligrosa fase de descenso sobre el planeta rojo conocida como “los siete minutos del terror”.
“Hola, mundo. Mi primer vistazo a mi hogar para siempre”: con ese mensaje la NASA publicó en sus redes sociales la primera imagen del robot rover #Perseverance, apenas unos minutos después de su exitoso aterrizaje en Marte https://t.co/kOqaKq2Hz7 pic.twitter.com/13Yg90qVAq
— Infobae América (@infobaeamerica) February 18, 2021
“Se confirma que tocó tierra”, dijo el jefe de misión Swati Mohan tras lo cual el cuartel de operaciones del Laboratorio de Naves a Propulsión estalló en aplausos. El proceso en sí se había completado más de 11 minutos antes, el tiempo que toma la señal para volver a la Tierra.


El “rover” tocó suelo marciano sobre las 15.56 horas del este de Estados Unidos, según la agencia espacial estadounidense, y se convierte en el quinto de estos vehículos que explora el planeta vecino, en este caso con la meta de descubrir signos de vida en el pasado. Ya ha enviado su primera imagen de la superficie marciana.
Perseverance, de 6 ruedas, cerca 3 metros de largo y de 1.025 kilogramos, buscará en Marte señales de vida microbiana pasada y recolectará muestras selectas de rocas y sedimentos para su envío futuro a la Tierra.
Llegó de Colombia sin saber inglés y hoy llevó el Perseverance de la NASA hasta Marte: la historia de Diana Trujillo
Ciencia
Hoy hace 548 años nacía Nicolás Copérnico
En 1543 Copérnico publicó, en su lecho de muerte, “De Revolutionibus Orbium Coelestium o “Sobre el movimiento de las esferas celestiales”, un texto muy técnico en el que se proponía que era la Tierra la que se movía alrededor del Sol (en realidad alrededor de un punto muy cercano a éste).
Publicado
hace 2 mesesel
febrero 19, 2021

El 19 de febrero de 1473, hace hoy 548 años, nacía en Polonia Nicolás Copérnico, monje y astrónomo que formuló la teoría heliocéntrica del Sistema Solar. Su libro De revolutionibus orbium coelestium, escrito durante 25 años, se considera el punto inicial de la astronomía moderna.
Nace en la ciudad de Thorn (Polonia) el astrónomo prusiano Nicolás Copérnico, autor de la teoría heliocéntrica del sistema solar, concebida en primera instancia por Aristarco de Samos. El modelo heliocéntrico, en el que Copérnico trabajó durante 25 años, es considerado una de las teorías más importantes en la historia de la ciencia.
Como toda teoría que modifica el curso del pensamiento, la misma fue una de las tres teorías que escandalizaron la ciencia y la primera fue la teoría heliocéntrica de la gravitación sideral – debida al astrónomo polaco Nicolás Copérnico y al científico italiano Galileo Galilei a fines del siglo XVI – que contradijo la concepción geocéntrica del sabio egipcio Tolomeo, según la cual la Tierra era el eje en torno del cual giraban el Sol y los demás cuerpos celestes.
El 24 de febrero de 1616 la Inquisición Romana aprobó dos proposiciones que censuraban la teoría heliocéntrica desarrollada por Nicolás Copérnico a mediados del siglo XVI. Negaban la centralidad del Sol (implícitamente que la Tierra orbitaba alrededor de aquél) y calificaban esta creencia como herética y absurda desde el punto de vista filosófico. Al día siguiente amonestaron a Galileo Galilei, uno de los científicos más reputados del continente, y le conminaron a abandonar el sistema copernicano.
En 1543 Copérnico publicó, en su lecho de muerte, “De Revolutionibus Orbium Coelestium o “Sobre el movimiento de las esferas celestiales”, un texto muy técnico en el que se proponía que era la Tierra la que se movía alrededor del Sol (en realidad alrededor de un punto muy cercano a éste). Ello implicaba que las estrellas se encontraban increíblemente distantes y modificaba el sistema cosmológico geocentrista que había imperado desde hacía más de dos mil años, basado en las teorías de Aristóteles.


Curiosamente, parte de la jerarquía católica recibió la obra de manera positiva, quizás porque el nuevo sistema facilitaba el cálculo de las posiciones del Sol, la Luna y los planetas, y representaba una ventaja a la hora de determinar el momento de la Pascua, que ocurre después de la primera Luna llena tras el paso del Sol por el equinoccio de primavera (el inicio de la estación).
Sin embargo, inicialmente figuras prominentes del movimiento reformista mostraron un rechazo frontal a la rompedora visión del cosmos. En cualquier caso, la teoría heliocéntrica quedó restringida a los círculos académicos y su efecto fue bastante reducido.
Ciencia
Logran discriminar el terroir de vinos malbec mediante análisis químicos
En un estudio sin precedentes, investigadores analizaron el perfil fenólico del varietal y pudieron identificar diferentes terruños y parcelas con alta precisión. Prensa: Conicet
Publicado
hace 2 mesesel
febrero 19, 2021

Un estudio, del que participaron investigadores del CONICET y publicado en Scientific Reports, demostró científicamente la capacidad de la variedad malbec de transmitir el terroir a lo largo los años de cosecha y explicar el efecto del origen de las uvas desde el punto de vista de la composición química, incluyendo desde pequeñas parcelas hasta grandes regiones de la provincia de Mendoza. Publicado por Leonardo Fernandez
Es la primera vez que se realiza un trabajo de este tipo para la variedad malbec, y es el más grande hasta el momento, inclusive si se lo compara con reportes previos en otras variedades a nivel mundial.
El grupo comparó cuatro niveles diferentes de terroir, veintitrés parcelas distribuidas a lo largo de doce indicaciones geográficas de seis departamentos: Luján de Cuyo, Maipú, Rivadavia, San Carlos, Tunuyán y Tupungato, en tres añadas, o años de cosecha, diferentes (2016, 2017, 2018), elaborando más de doscientos vinos en condiciones estandarizadas con el objetivo de generar una cantidad de datos suficiente que permitieran validar los resultados.


“Los resultados obtenidos en esta investigación exponen un modelo que permite identificar y diferenciar diferentes terroir/parcelas individuales de la variedad malbec con alta precisión mediante el análisis de los compuestos fenólicos presentes en los vinos. A través de una serie de análisis y modelos estadísticos, algunos de estos compuestos fueron asociados directamente a vinos provenientes de sitios específicos y logramos demostrar que este varietal difiere marcadamente de un lugar a otro y entre parcelas cercanas“.
Agregó el Investigador: “Específicamente, once de veintitrés parcelas pueden ser identificadas correctamente por el análisis quimiométrico. Adicionalmente, nuestro estudio muestra que esas parcelas específicas mantienen la diferenciación durante diferentes años. En este sentido, se puede probar científicamente la singularidad de un vino particular de acuerdo con su lugar de origen, independientemente del año en que este fue elaborado. El estudio también presenta resultados que evidencian una clara relación entre la composición fenólica y las condiciones climáticas de los sitios de donde provienen las uvas, resaltando la elevada concentración de algunos compuestos fenólicos en parcelas localizadas en indicaciones geográficas con elevada altitud y bajas temperaturas”, señala Roy Urvieta, ex becario del CONICET en el grupo de Bioquímica Vegetal del Instituto de Biología Agrícola de Mendoza (IBAM, CONICET-UNCUYO) y líder del trabajo.


El perfil fenólico es el análisis de la composición individual de compuestos fenólicos presentes en los vinos. Dicha información permite diferenciar las muestras, utilizando los modelos que se presentan en el estudio. Así, un compuesto puede estar presente en un vino y no en otro, y a la vez puede encontrarse en mayor o menor cantidad.
Esto puede estar también relacionado con el origen de ese vino, es decir, la parcela de donde proviene, la cual además está expuesta a diferentes condiciones de geografía, de suelo y clima, diferencias que finalmente se expresan en la composición química de cada uno de esos vinos. Los investigadores obtuvieron el perfil fenólico mediante cromatografía líquida con un detector de arreglo de diodos (HPLC-DAD), utilizando una metodología de análisis previamente validada y publicada por el grupo de Bioquímica Vegetal.
Ariel Fontana, investigador independiente del CONICET en el mismo grupo del IBAM y autor responsable del trabajo: “Para obtener el perfil fenólico, analizamos diferentes familias de compuestos incluyendo antocianos, ácidos fenólicos, flavanoles, flavonoles y estilbenos (como el trans-resveratrol). Estos compuestos normalmente se asocian con la sensación en boca y el color del vino, y además sus concentraciones dependen de la procedencia”.
Además agregó: “Determinamos un total de veintisiete compuestos, cuyas cantidades fueron utilizadas para alimentar el modelo de análisis estadístico propuesto, logrando asociar de forma consistente la variación de la concentración de cada compuesto con ciertas parcelas”, detalla .
El estudio prueba que a través del análisis químico de vinos malbec de diferentes orígenes se puede demostrar el “terroir” de un viñedo durante diferentes añadas. A diferencia de lo que ocurre en otros países como Francia, donde las diferencias de terruños están basadas en la experiencia y en años de prueba y error, los investigadores recurrieron a la ciencia para reducir este tiempo.
“Con este trabajo de múltiples añadas logramos encontrar parcelas o terruños que no dependen de la añada, sino que ostentan características únicas, y que siempre se podrían repetir con independencia del clima del año. Esto hace distintivo y único a cada uno de esos lugares”.
“Además, nuestro trabajo introduce por primera vez en la literatura científica la denominación “vino de parcela”, una clasificación que actualmente se utiliza en nuestro país para reconocer vinos hechos con uvas provenientes de pequeñas parcelas muy bien caracterizadas en términos de suelo y clima. Así, presentamos un enfoque novedoso para entender la individualización de parcelas con características únicas, un concepto muy relacionado con las características del terroir de los vinos”, agrega el investigador.
Este trabajo surge de la interacción público privada entre el IBAM y el Catena Institute of Wine (CIW) de la Bodega Catena Zapata y es parte de la tesis doctoral de Urvieta, que entre 2016 y 2020 obtuvo una beca co-financiada CONICET-Empresa.
“Lo que más valoramos de los resultados publicados radica en que se trata de una fuerte interacción entre el sector público y el privado, formamos un grupo de trabajo multidisciplinario, en colaboración directa con una bodega complementando las capacidades de cada uno en pos de potenciar esta industria. Y lo más relevante del estudio es que demuestra que el malbec, al igual que los vinos más exclusivos y caros del mundo, como los de la Borgoña francesa, presenta características únicas que pueden diferir marcadamente de un lugar a otro y también entre parcelas cercanas.
“Presentamos evidencia de que el terroir para el malbec puede identificarse con alta precisión mediante el análisis químico de los vinos. Así, se puede probar científicamente la singularidad de un vino de acuerdo con su lugar de origen, independientemente del año en que fue elaborado. Adicionalmente, la posibilidad de identificar parcelas asociadas con vinos de alta calidad, y que evidencian cierta consistencia en sus perfiles fenólicos a lo largo de diferentes cosechas es de interés para la industria vitivinícola de Argentina“.
“Esto contribuirá a una mejor comunicación de las características de los terroir de diferentes regiones y ayudará en la toma de decisiones técnicas durante la elaboración del vino. Finalmente, la propagación de estos resultados ayudará a aumentar el prestigio del malbec argentino en el mundo y continuar mejorando el posicionamiento de los vinos argentinos”, concluye Fontana.


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