martes, 5 de abril de 2011
lunes, 4 de abril de 2011
Anomalía de las Pioneer resuelta mediante una técnica de gráficos por ordenador de los 70
Fuente: Ciencia Kanija
El problema es éste. Las naves Pioneer 10 y 11 se lanzaron hacia Júpiter y Saturno a principios de la década de 1970. Tras sus respectivos sobrevuelos, continuaron en trayectorias de escape del Sistema Solar, ambas decelerando bajo la fuerza gravitatoria del Sol. Pero unas cuidadosas medidas demuestran que la nave está frenando más rápido de lo que debería, como si estuviese siendo arrastrada hacia el Sol por una fuerza extra invisible.
Fecha Original: 31 de marzo de 2011
Enlace Original
Artículo original publicado el 31 de marzo de 2011 en The Physics ArXiv Blog.
Un nuevo modelo por ordenador de la forma en que se emite el calor desde distintas partes de la nave Pioneer, y es reflejado desde otras, resuelve finalmente uno de los mayores misterios de la astrofísica.
Durante la última década aproximadamente, la Anomalía de las Pioneer se ha convertido en una de los grandes misterios sin resolver de la astrofísica.
El problema es éste. Las naves Pioneer 10 y 11 se lanzaron hacia Júpiter y Saturno a principios de la década de 1970. Tras sus respectivos sobrevuelos, continuaron en trayectorias de escape del Sistema Solar, ambas decelerando bajo la fuerza gravitatoria del Sol. Pero unas cuidadosas medidas demuestran que la nave está frenando más rápido de lo que debería, como si estuviese siendo arrastrada hacia el Sol por una fuerza extra invisible.
Esta deceleración es minúscula: Apenas (8,74±1,33)×10−10 ms−2. La gran pregunta es de dónde procede.
Los ingenieros de la nave pensaron al principio que el calor emitido por la nave era algo que podría provocar exactamente este tipo de frenado. Pero cuando examinaron la forma en que se producía el calor en la nave, por medio del plutonio a bordo, y cómo debe emitirse el mismo, fueron incapaces de cuadrar los números. Como mucho, los efectos térmicos podrían tener en cuenta sólo el 67 por ciento de la deceleración, comentaban.
Esto llevó a una gran cantidad de ideas, algunas de las cuales hemos cubierto en este blog. Por ejemplo, el año pasado revisamos un trabajo que descartaba la posibilidad de que la gravedad pudiese ser más fuerte a esas distancias, dado que deberíamos ver un efecto similar en la órbita de objetos igualmente lejanos como Plutón.
Ahora, Frederico Francisco del Instituto de Plasmas y Fusión Nuclear el Lisboa, Portugal, y algunos colegas, dicen que han calculado dónde se equivocaron en los cálculos térmicos.
Estos chicos han rehecho los cálculos usando un modelo por ordenador no sólo de cómo se emite el calor, sino también de cómo es reflejado en varias partes de la nave. El reflejo resultó ser clave.
Los cálculos previos sólo han estimado el efecto del reflejo. Por lo que Francisco y compañía usaron una técnica de modelado por ordenador llamada sombreado de Phong (Phong shading) para calcular exactamente cómo se refleja el calor emitido y en qué dirección termina viajando.
El sombreado de Phong fue ideado en la década de 1970 y actualmente se usa en muchos paquetes de renderización para modelar reflejos en tres dimensiones. Originalmente se desarrolló para manejar los reflejos de la luz visible desde objetos en 3D, pero funciona igual de bien para la luz infrarroja, dicen Francisco y compañía.
En particular, el sombreado de Phong ha permitido al equipo portugués incluir por primera vez el efecto del calor emitido desde una parte de la nave llamada compartimento principal del equipo. Resulta que el calor de la pared trasera de este compartimento se refleja desde la parte trasera de la antena de la nave (ver diagrama superior).
Dado que la antena apunta en dirección al Sol, hacia la Tierra, el reflejo desde la parte trasera tendería a frenar la nave. “La radiación de esta pared se reflejará, en una primera iteración, en la antena y suma una contribución a la fuerza en la dirección del Sol”, dicen Francisco y compañía.
He aquí, este componente extra de fuerza es el que crea toda la diferencia. Como lo dicen Francisco y compañía: “Con los resultados presentados aquí, se hace más aparente que, a menos que surjan nuevos datos, el misterio de la aceleración anómala de las sondas Pioneer puede finalmente dejarse descansar”. En otra palabra, la anomalía desaparece.
Por supuesto, otros grupos querrán confirmar estos resultados y un equipo del Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, el cual ha recopilado los datos de las sondas, está actualmente estudiando su propio modelo por ordenador del gasto térmico.
Será interesante ver si concuerdan. Si lo hacen; problema resuelto. ¡Probablemente!
Fecha Original: 31 de marzo de 2011
Enlace Original
Superconductividad de ninguna parte
Fuente: Ciencia Kanija
Artículo original publicado por Jon Cartwright el 29 de marzo de 2011 en physicsworld.com
En los superconductores normales, la carga fluye sin resistencia debido a que todos los portadores de carga – es decir, los electrones – se “condensan” en el mismo estado. Los físicos explican este comportamiento con la conocida como Teoría BCS, la cual describe cómo se mueven los electrones a través de la red cristalina del superconductor. Cuando un electrón se mueve, distorsiona la red, atrayendo cargas positivas. El siguiente electrón es atraído entonces a esta carga positiva, y queda emparejado con el primer electrón.
Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 29 de marzo de 2011
Enlace original
Artículo original publicado por Jon Cartwright el 29 de marzo de 2011 en physicsworld.com
En apenas una semana, los científicos celebrarán el centenario de la superconductividad: El descubrimiento, en 1911, de que algunos materiales enfriados casi al cero absoluto permiten que la carga eléctrica fluya sin resistencia. Pero ahora un físico cree que la superconductividad puede aparecer cuando no hay ni siquiera un material.
De acuerdo con Maxim Chernodub de la Universidad François-Rabelais de Tours en Francia, la superconductividad puede aparecer – siempre que haya un potente campo magnético – en el vacío del espacio. Si Chernodub está en lo cierto, el fenómeno podría explicar el origen del extenso patrón de campos magnéticos que vemos en el cosmos. “Esta superconductividad del vació sugerida es muy inusual”, comenta. “Tiene algunas locas propiedades que no existen en los superconductores ‘normales’”.
En los superconductores normales, la carga fluye sin resistencia debido a que todos los portadores de carga – es decir, los electrones – se “condensan” en el mismo estado. Los físicos explican este comportamiento con la conocida como Teoría BCS, la cual describe cómo se mueven los electrones a través de la red cristalina del superconductor. Cuando un electrón se mueve, distorsiona la red, atrayendo cargas positivas. El siguiente electrón es atraído entonces a esta carga positiva, y queda emparejado con el primer electrón.
Juntos, los electrones emparejados, forman un condensado que se mueve como una única entidad.
Los científicos han realizado un buen trabajo explicando la física de los superconductores normales, como el plomo, el cual debe enfriarse casi al cero absoluto en campos magnéticos bajos. Pero hay también superconductores que existen a temperaturas relativamente altas de 30 K o más, y para estos los físicos aún están trabajando en una explicación adecuada.
¿La más extraña por el momento?
En un artículo que aparecerá próximamente en Physical Review Letters, sin embargo, Chernodub contempla un tipo de superconductividad que podría ser la más extraña por el momento. Al contrario que la superconductividad anteriormente conocida, se mantendría a temperaturas muy altas, tal vez miles de millones de grados. También existiría junto a potentes campos magnéticos y, tal vez lo más extraño de todo, no necesitaría un material para existir – simplemente un vacío.
¿Cómo puede la superconductividad surgir a partir de nada, cuando aparentemente no hay siquiera portadores de carga? De hecho, incluso el vacío más puro contiene portadores de carga. De acuerdo con la mecánica cuántica, el vacío es una sopa de partículas “virtuales” que momentáneamente saltan a la existencia, tales como quarks y antiquarks. Un quark up y un antiquark down pueden unirse para formar un mesón rho positivamente cargado, pero el mesón normalmente es tan inestable que decae.
Chernodub cree que en un campo magnético potente los quarks se verían forzados a moverse sólo a lo largo de las líneas de campo – y esto haría que los mesones rho fuesen mucho más estables. Además, el propio espín de los mesones rho interactuaría con el campo magnético externo, disminuyendo la masa efectiva de la partícula a cero, por lo que podría moverse libremente, como en un superconductor. Los cálculos de Chernodub, que se basan en un modelo bien conocido de la cromodinámica cuántica (QCD), sugieren que el campo magnético externo requerido para esta superconductividad debe ser de al menos 1016 T.
Un campo muy potente
Esto es un campo muy potente. Lo mejores imanes de la Tierra – que, tal vez irónicamente, usan espiras superconductoras – pueden lograr campos que se aproximan sólo a 30 T, mientras que los objetos más magnetizados del espacio, que son un tupo de estrellas de neutrones conocidas como magnetar, probablemente alcanzan simplemente los 1010 T.
Aunque Chernodub cree que podría encontrarse una demostración de su predicción cerca de casa, en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) con sede en Ginebra, o en el Colisionador de Iones Relativistas Pesados (RHIC) en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Nueva York. El pasado noviembre colisionaron los primeros iones de plomo en el LHC. Debido a que tales iones se mueven, crean campos magnéticos, y Chernodub cree que un “casi fallo” entre dos de ellos podría – tal vez durante apenas un yoctosegundo (10–24 s) – generar un campo casi como el requerido de 1016 T. Si surge superconductividad en el vacío en el LHC o el RHIC, espera que deje una traza de mesones rho cargados.
“Cómo de realista es esto, no puedo decirlo en verdaderamente por el momento”, dice Igor Shovkovy, experto en QCD en la Universidad Estatal de Arizona en los Estados Unidos. “Una de las complicaciones de las colisiones de alta energía es la corta duración de los campos magnéticos generados por los iones o protones que pasan. La otra es la dificultad de extraer señales inequívocas de que sería éste y no otro fenómeno el causante”.
‘Idea interesante’
Volodya Miransky, física de partículas en la Universidad de Western Ontario en Canadá, dice que la predicción de Chernodub es una “idea interesante” pero añade que “la cuestión sobre si se puede observar este efecto sigue abierta, creo y esta posibilidad merece estudiarse”.
La superconductividad en el vacío no siempre tendría que necesitar aceleradores de partículas, no obstante. Chernodub cree que el inicio del universo podría haber tenido capos magnéticos lo bastante fuertes, y que las súper-corrientes posteriores podrían haber servido de semilla a los misteriosos campos magnéticos a gran escala que vemos hoy en el universo. “Suena a locura, pero ¿qué pasa si es cierto?”, comenta.
Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 29 de marzo de 2011
Enlace original
domingo, 3 de abril de 2011
viernes, 1 de abril de 2011
La energía líquida
FUENTE:
La demanda y suministro de energía es un asunto muy complicado, ya que no sólo hay que generar la cantidad correcta, sino que hay que suministrarla en el momento adecuado. En las energías renovables, como la solar o la eólica, no tenemos un control total sobre cuánta energía vamos a producir (en cualquier momento puede pasar una nube o disminuir la corriente de aire), por lo que es necesario algún método para almacenar esta energía.
¿Cómo es posible almacenar esta energía durante un largo período de tiempo?, un grupo de investigadores pertenecientes al Britain’s Highview Power Storage, han diseñado un nuevo método: convertir esta energía en aire líquido.
Esta tecnología, bautizada como Sistema CryoEnergy, actúa como una unidad enorme de enfriamiento, descenciendo la temperatura del aire hasta los -196 ºC, lo que ocasiona que el aire se licue. Este aire líquido, conocido como criógeno, se puede almacenar en un tanque aislado con una presión atmosférica de un 1 bar.
El aire licuado posee un alto ratio de expansión entre su estado líquido (-196 ºC) y su estado gaseoso; aproximadamente una expansión de 700% cuando se regasifica. Al igual que una máquina de vapor, un sistema criogénico se basa en el cambio de fase (de líquido a gas) y la expansión dentro de un espacio confinado.
Cuando la energía es necesitada, podemos liberar el aire en un espacio cerrado. Al llegar el líquido a la temperatura de embullición ebullición, el líquido se expande más de un 700% y alimenta a una turbina. Según sus autores, la eficiencia del sistema es de un 50%.
Vía | HighView Power Storage
Suscribirse a:
Entradas (Atom)