lunes, 28 de marzo de 2011

Observando partículas del Big Bang en el LHC

Evento de colisión detectadompor LHCb. Créditos CERN.
Poco después de iniciar los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el laboratorio del CERN cerca de Ginebra, Suiza, se comenzaron a obtener datos científicos el otoño pasado. Un grupo de científicos encabezado por un físico de la Universidad de Siracusa se ​​convirtió en el primero en observar el decaimiento de una partícula rara que supuso estuvo presente después del Big Bang. Mediante el estudio de esta partícula, los científicos esperan resolver el misterio de porqué el universo evolucionó  con más materia que antimateria.

Dirigido por Sheldon Stone, físico en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Syracuse (SU), los científicos observaron la desintegración de un tipo especial de mesones B, que se crean cuando los protones viajan casi a la velocidad de la luz e impactan uno contra otro. El trabajo es parte de dos estudios publicados en la edición reciente de Physics Letters B. Stone encabeza el grupo de Su en física de alta energía, que forma parte del grupo más grande de científicos (en la colaboración de LHCb) que realizan un experimento en el CERN. La National Science Foundation (NSF) patrocina la investigación de Stone.

"Es impresionante ver resultados en física tan vanguardistas producidos poco después de que se comenzó a recolectar de datos en el LHC", expresa Moishe Pripstein, director del programa de Física de Partículas Elementales en la NSF. "Estos resultados son un tributo tanto al ingenio como a la colaboración internacional de científicos y el potencial de descubrimiento del LHC."

Los científicos están ansiosos por estudiar estos mesones B especiales debido a su potencial para la obtención de información sobre la relación entre materia y antimateria momentos después del Big Bang, así como descubrir las fuerzas aún no descritas que resultaron en el aumento de la materia sobre la antimateria .

"Sabemos que cuando se formó el Universo después del Big Bang, había tanta materia como antimateria", añade Stone. "Pero vivimos en un mundo predominantemente de materia, por lo tanto, tiene que haber diferencias en la descomposición de la materia y la antimateria con el fin de terminar con un excedente de materia".

Toda la materia está compuesta de átomos, que están compuestos por protones (carga positiva), electrones (carga negativa) y neutrones (carga neutra). Los protones y los neutrones están compuestos, a su vez, de partículas aún más pequeñas, llamadas quarks. La antimateria está compuesta de antiprotones, positrones (lo contrario de electrones), antineutrones y por lo tanto anti-quarks. Aunque la antimateria en general se refiere a las partículas sub-atómicas, también puede incluir elementos más grandes, como el hidrógeno o el helio. En general se cree que las mismas reglas de la física se aplica tanto a la materia y la antimateria además de que que ambas deben producirse en cantidades iguales en el Universo. Que no jueguen con las mismas reglas o no se produzcan en cantidades iguales se encuentran entre los más grandes problemas sin resolver en la física de hoy.

Mesones B son un subgrupo raro y especial de mesones compuesto por un quark y un antiquark. Mientras que los mesones B eran comunes después del Big Bang, se considera que no existen en la naturaleza actualmente y sólo puede ser creados y observados en condiciones experimentales en el LHC o colisionadores de alta energía. Debido a que estas partículas no juegan con las mismas reglas de la física como la mayoría de la materia, los científicos creen que los mesones B pueden haber jugado un papel importante en el aumento de la materia sobre la antimateria. Las partículas también pueden proporcionar pistas sobre la naturaleza de las fuerzas que llevaron a esta falta de simetría en el universo.

"Queremos averiguar la naturaleza de las fuerzas que influyen en el deterioro de estas partículas [mesón B]," dice Stone. "Estas fuerzas existen, pero no sabemos lo que son. Podría ayudar a explicar por qué la antimateria se desintegra diferente a la materia".

En 2009, el grupo experimental de física de alta energía del grupo de física de la Universidad de Syracuse recibió más de $ 3.5 millones de la NSF a través de la Ley de Recuperación y Reinversión Americana (ARRA) para su investigación en el marco de la colaboración LHCb del CERN. El LHCb, uno de los cuatro grandes detectores de partículas localizado en el anillo del LHC, se dedica a la búsqueda de nuevos tipos de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.

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viernes, 25 de marzo de 2011

La física de la floración en las flores

Créditos: Brett Nelson

No contentos con el simple hecho de observar la danza de las flores con la brisa, físicos de Harvard han descrito por primera vez cómo las flores generan las fuerzas necesarias para abrir sus pétalos en primavera. En el lirio asiático (Lilium casablanca), este florecimiento poético es impulsado por el crecimiento desigual en los bordes de los pétalos, informan en Proceedings of the National Academy of Sciences.

Durante cuatro días y medio, los brotes jóvenes del lirio asiático lentamente aspiran agua, cada vez una cantidad mayor hasta que esta listo para explotar. Los pétalos y sépalos - la parte exterior, más verde de una flor - poco a poco se invierten, a continuación, sea abren como si fuera la cascara de un plátano y se forma la flor.

Cuando se trata de la planta en movimiento, la lenta aparición de la flor del lirio está muy lejos del cierre rápido de la Venus atrapamoscas, añade Jan Skotheim, biólogo de la Universidad de Stanford. "En el lirio la flor, no tiene tal explosividad", considera. Skotheim y L. Mahadevan, físico de Harvard y coautor del nuevo estudio sobre los lirios, quienes descubrieron el mecanismo subyacente de la trampa de la atrapamoscas en 2005.

Sin embargo, la floración se produce por la acumulación de "inestabilidad", añade Skotheim. Inestabilidades que en las raíces, tallos y flores de lirio a menudo se forman debido a algunas células alargadas más que otras. La proliferación de demasiadas causa de tensión, dobla los finos tejidos de la flor como un pez tirando de una caña de pescar.

En los estudios del lirio, comprender lo que las células las tiraba no estaba claro. La primera pista del equipo de Harvard con el mecanismo era que los márgenes exteriores de los pétalos y los sépalos son volantes durante la floración, mientras que las superficies interiores se mantienen sin problemas. Los patrones ondulados insinuaban que las células podrían estar creciendo más rápido en los bordes, similar a una cuerda floja. El crecimiento excesivo podría, potencialmente, ser similar a un cable coaxial haciendo que el pétalo se curvara. "Debido a que sólo crece en el borde y no en medio", Skotheim agrega, "se consigue un desajuste de la tensión".

El equipo de Harvard realizó una extirpación quirúrgica de los bordes de los pétalos de lirio y sépalos, encontrando que el resto de partes de la flor no se rizaba con su elegancia habitual. Los investigadores también desarrollaron un modelo matemático para demostrar cómo la tensión extra en el borde podía deformar materiales delgados como pétalos de flores. Esta cepa no sólo abre los pétalos hasta rizos, sino también sus bordes para arriba como una sonrisa. Este mecanismo podrá ser titular de otros lirios, sugiere el coautor del estudio Haiyi Liang. "Pero más allá de lirios, por ejemplo rosas, no estamos seguros", considera Liang, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei.

Los modelos matemáticos han sido una bendición para los investigadores que estudian el funcionamiento interno de las plantas, agrega Wendy Silk, fisióloga de plantas en la Universidad de California en Davis. Modelos similares a las empleadas en este estudio han demostrado que las hojas del césped giran para protegerse del sol y cómo desarrollan hojas de bordes rizados las algas, también. Para explorar los procesos que desencadenan la floración o como se desplaza la hierba, los científicos primero tienen que afrontar las normas arquitectónicas básicas, considera ella.

Trabajos como éste puede tener aplicaciones en el futuro, Skotheim opina. Pero él piensa que es interesante sólo para aprender algo nuevo y de base tan familiar. "Usted puede entender por qué las flores surgen".

En otras palabras, "La comprensión de la belleza mediante la ciencia sólo mejora nuestro aprecio de ella", agrega Mahadevan. "Esto es lo que tratamos de hacer como científicos".


FLOWERS ABLOOM from Science News on Vimeo.

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lunes, 21 de marzo de 2011

Nuevos análisis de residuos del experimento de Miller de 1958 provee pistas sobre el origen de la vida. Créditos: Roger Ressmeyer/Corbis
Un experimento clásico olvidado de más de medio siglo ofrece nuevas pistas sobre cómo la vida pudo haber surgido en la Tierra, de acuerdo a un equipo de científicos que ha vuelto a analizar los datos con técnicas modernas.

En 1952, Stanley Miller de la Universidad de Chicago en Illinois y sus colegas llevaron a cabo uno de los experimentos más famosos de toda la ciencia. Una y otra vez chispas eléctricas eran enviadas a través de frascos llenos de los gases que se considero semejaban la atmósfera primitiva de la Tierra, incluyendo vapor de agua, hidrógeno, metano y amoniaco. Después de una semana en tales condiciones, los relámpagos simulados se habían convertido una parte importante de los gases en compuestos orgánicos, incluyendo varios de los aminoácidos necesarios para producir proteínas, lo que indicaba que habían simulado un escenario sobre como surgió la vida en nuestro planeta.

En los próximos años, Miller y sus colegas repitieron el experimento con equipo de laboratorio y procedimientos idénticos pero con diferentes conjuntos de gases. Por alguna razón, los resultados de los experimentos fueron dejados de lado, pero no se analizan, pero han vuelto a surgir sólo después de que Miller murió y sus colegas comenzaron a estudiar minuciosamente sus archivos. En 2008, los investigadores publicaron los resultados de uno de esos experimentos, en los que los residuos de medio siglo de antigüedad habían originado 22 aminoácidos, de los cuales 10 no habían sido detectados en el experimento original de 1952.

Ahora, los investigadores han analizado los resultados de otro de los estudios de Miller, realizado en 1958. En esa investigación, el equipo envió chispas a través de una mezcla de metano, amoníaco, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Estos mezcla de gases puede haber sido similar a la mezcla nociva de las erupciones tempranas y por lo tanto es más representativo del medio ambiente dentro y alrededor de penachos volcánicos que lo gases utilizados en el experimento de 1952. El lodo resultante seco se ha almacenado en viales de vidrio dentro de  cajas de cartón y se han mantenido a temperatura ambiente por más de 50 años.

El químico orgánico Henderson "Jim" Cleaves de la Institución Carnegie para la Ciencia en Washington, DC, y sus colegas han analizado los lodos utilizando técnicas modernas e instrumentos que son más de mil millones de veces más sensibles que los métodos utilizados por Miller en la década de 1950.

Sus resultados, publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences, sugiere que el experimento de 1958 produjo 23 aminoácidos, entre ellos seis que contienen azufre. Las muestras de residuos incluía casi a partes iguales dextrógiras y levógiras de varios aminoácidos, una señal de que los productos químicos orgánicos se habían generado durante el experimento y no por los microorganismos que pudieron haber contaminado los frascos de vidrio sellado. Las células vivas utilizan y producen sólo versiones de levógiras de los aminoácidos, añade Cleaves.

No sólo los resultados recientes arrojaron un mayor número de aminoácidos que el realizado en 1952, dos de los aminoácidos con azufre producidos en 1958 en el experimento de Miller -cisteína y la metionina, que no se encontraron en los resultados del experimento de 1952-, juegan un papel particularmente importante en los procesos biológicos, opina Nicholas Hud, un bioquímico en el Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta, que no estaba relacionado con el equipo. Por otra parte, señala, "es difícil creer que la vida como la conocemos, no se baso en la incorporación de compuestos que contienen azufre desde el principio".

Además de los aminoácidos que contienen azufre, entre los residuos de 53 años de edad figura treonina, leucina y isoleucina, aminoácidos importantes para algunos procesos biológicos que no se detectaron en ninguno de otros experimentos que Miller llevó a cabo.

La presencia de sulfuro de hidrógeno en el experimento de 1958 parece haber desempeñado un papel clave en la producción de diversos productos químicos prebióticos que  Cleaves encontró, considera Hud. Y aunque los investigadores aún discuten sobre la composición exacta de la atmósfera primitiva de la Tierra, la mayoría coinciden en que las erupciones volcánicas contribuyeron con sulfuro de hidrógeno, añade.

El origen de la vida es un tema muy debatido y el origen de los productos químicos prebióticos en la llamada sopa primordial de la Tierra es uno de los misterios perdurables. Algunos investigadores han argumentado que la vida pudo haber comenzado alrededor de fumarolas hidrotermales del mar profundo, que arroja un caldo caliente, activo químicamente y rico en minerales del suelo marino. Pero los nuevos análisis, al igual que muchos de los previamente reportados de Miller en los resultados insinúan que muchas de estas sustancias podrían haberse formado en las enigmáticas columnas de de vapor de los volcanes.

Sin embargo, nuevos análisis sugieren que los productos químicos podría haber caído a la Tierra en meteoritos, Cleaves, considera, que las cantidades relativas de los aminoácidos producidos por el experimento de Miller en 958 y las que se encuentran en ciertos meteoritos ricos en carbono son curiosamente similares.

Referencia:

viernes, 18 de marzo de 2011

El LCH publica los primeros datos sobre el bosón de Higgs

Una colisión dentro del detector CMS. Créditos: CERN.

La colaboración de CMS en el CERN ha publicado los primeros resultados sobre la búsqueda del bosón de Higgs. El documento concluye que CMS no encontró ninguna evidencia del Higgs en el conjunto de datos recabados a partir de 2010. El último resultado explora una versión del Higgs en ​​un mundo que tiene una generación adicional de las partículas fundamentales.

Los físicos de partículas consideran que el bosón de Higgs puede explicar por qué las partículas tienen masa. Los aceleradores de partículas como el Tevatron en el Fermilab han estado en la búsqueda de la esquiva partícula desde hace décadas. Los experimentos CDF y DZero en Fermilab están acercándose rápidamente en una versión del bosón de Higgs que estaría en el marco del Modelo Estándar.

El Modelo Estándar contiene tres familias o generaciones de partículas conocidas . Los físicos predicen que una cuarta familia puede existir, abriendo la puerta a nuevas oportunidades para buscar el bosón de Higgs. El resultado de la CMS permite a los físicos excluir el rango de masa del Higgs de 144 a 207 GeV/c2 para los modelos de la física, que incluyen la familia de la cuarta propuesta de partículas.

"Después de muchos años de construcción, nuestro detector está listo y el LHC está listo. Ahora por fin hemos comenzado nuestro largo viaje en la búsqueda del Higgs", dice el Presidente del Panel de Colaboración de CMS de Estados Unidos Nick Hadley, físico de la Universidad de Maryland.

El 19 de febrero, el LHC comenzó a circular haces de nuevo y los experimentos que reanudan colisiones en el 2011 llegaran este mes. El CERN tiene previsto ejecutar el LHC hasta el final de 2012, cuando la máquina tendrá una parada técnica anual. La colaboración CMS considera que si existe el bosón de Higgs, la carrera 2011-12 física debe proporcionar datos suficientes para hacer un descubrimiento.

Referencia:
Elizabeth Clements, "LHC publishes first Higgs measurements", Symmetry Magazine.

lunes, 14 de marzo de 2011

Como entender la crisis nuclear de Japón

Créditos: Ars Technica,


Después de los acontecimientos en los reactores nucleares de Fukushima Daiichi, Japón se ha enfrentado a un desafío. En el mejor de los casos, incluso los que están presentes en el sitio tienen una visión limitada de lo que está pasando en el interior de los reactores y la situación ha cambiado rápidamente en los últimos días. Mientras tanto la terminología en cuestión es un tanto confusa, algunas barras de combustible se han derretido casi con toda seguridad, pero no hemos visto una crisis; material radiactivo ha sido liberado de los reactores, pero el combustible radiactivo que figura permanece actualmente .

Con el tiempo, la situación se ha vuelto un poco menos confusa, ya que se ha explicado el funcionamiento del reactor y los acontecimientos que han ocurrido dentro. Lo que vamos a tratar de hacer es agregar la información más fiable que podemos encontrar, con material proporcionado por múltiples fuentes dignas de crédito. Se ha tratado de confirmar alguna de esta información con grupos como la Comisión Reguladora Nuclear y el Departamento de Energía, pero hasta ahora, en estas organizaciones no hay personal disponible para hablar con la prensa.

Dentro de un reactor nuclear

Los reactores nucleares son alimentados por la fisión de un elemento radiactivo, por lo general uranio. Hay una serie de productos de esta reacción, pero la que produce energía es el calor, que el proceso de fisión emite en abundancia. Hay diferentes maneras de extraer electricidad a partir del calor, pero la forma más común de hacerlo comparte algunas características con las primeras máquinas de vapor: se hierve el agua y el uso de la presión resultante impulsa un generador.

La radiactividad hace las cosas más simples y complejas. En el lado más simple, la fisión ocurre fácilmente bajo el agua, así es más fácil de transferir el calor al agua simplemente mojando el combustible nuclear.

En el diseño del reactor utilizado en Japón, el combustible se sumerge en agua, que hierve para generar energía, se enfría, y después vuelve al reactor. El recipiente a presión y la contención primaria mantener la radiactividad en el interior

Por desgracia, la radiactividad complica las cosas. A pesar de que el combustible está sellado en barras, es inevitable que esta agua recoja algunos isótopos radiactivos. Como resultado, el agua no puede emplearse de manera habitual ya que ha sido expuesto a las barras de combustible. En cambio, las barras y el agua permanecen sellados en un contenedor de alta presión y el agua caliente o vapor es distribuidos mediante tuberías vinculadas que son manejadas por maquinaria, luego se vuelve a inyectar de nuevo el agua en el centro después de que se haya enfriado, manteniendo un ciclo cerrado.

Con la recirculación del agua no sólo vamos a conseguir estar fuera del reactor, esencial para mantener la frescura del núcleo del reactor. A menos que el calor de decaimiento se realice fuera de la base, donde la temperatura se elevará rápidamente, y el combustible junto a su soporte estructural se derretirá.

La reacción de fisión


Por su parte, el isótopo de uranio utilizado en los reactores nucleares se degrada lentamente, liberando una cantidad mínima de calor. Sin embargo, uno de los productos de desintegración es un neutrón, que puede chocar con otro átomo e inducir a la división; otros neutrones se producirían como productos de la descomposición. En altas densidades, esta reacción en cadena de los neutrones de fisión inducida puede producir una explosión nuclear. En un reactor nuclear, la densidad del combustible es lo suficientemente bajo para no ser tal amenaza y la tasa de la fisión se puede controlar mediante la inserción o la eliminación de las barras de un material que absorbe los neutrones, por lo general boro.

Insertando completamente barras de control para limitar la fisión del uranio no se afecta a lo que ha pasado en los productos de reacciones anteriores. Muchos de los elementos que se producen después de dividir los mismos son uranio radiactivo, sin necesidad de estímulo de un neutrón. Algunos de los neutrones del reactor también son absorbidos por los átomos en el agua o equipos de refrigeración, para conversión de isótopos radiactivos. La mayoría de este material adicional radiactivo se desintegra en el lapso de unos días. Para asegurarse que incluso después de que un reactor es cerrado por las barras de control, no hay suficiente descomposición radiactiva en torno manteniendo las cosas calientes por un tiempo.

Todo lo anterior hace que la operación continua del sistema de enfriamiento de la planta sea esencial. Por desgracia, las fallas del sistema de refrigeración han afectado a varios de los reactores de Fukushima Daiichi.

Sobrevivir el terremoto, pero no al tsunami


El enfriamiento es tan esencial para el funcionamiento de una planta, que hay unas varias opciones de seguridad para mantener las bombas funcionando. Para empezar, aunque los reactores estén fuera de línea, las bombas de refrigerante pueden recibir energía de fuera del sitio, esta opción fue eliminada por el propio terremoto, que al parecer cortó la fuente de alimentación externa a Fukushima. El terremoto también provocó el cierre de los reactores, la eliminación de la fuente local de poder obvia a las bombas. En este punto, el sistema de copia de seguridad falló: un conjunto de generadores en las instalaciones que queman combustibles fósiles para mantener el equipo funcionando.

Los generadores duraron sólo un rato antes de que el tsunami llegara e inundara el sistema eléctrico de la planta en el proceso. Las baterías que estaban en su lugar para permitir una copia de seguridad a corto plazo para estos generadores simplemente fueron drenadas o hubo una falla del sistema electrico. En cualquier caso, los generadores adicionales tardaron en actuar debido a la destrucción generalizada y no se pudo conseguir que las bombas entraran de nuevo en funcionamiento.

Como resultado, las plantas han estado operando sin un sistema de enfriamiento desde poco después del terremoto. A pesar de que la reacción primaria de uranio fue cerrada inmediatamente, los núcleos del reactor han seguido a calentándose debido a los productos de la descomposición secundaria.

Feas posibilidades

Sin refrigeración, hay una serie de posibilidades claramente feas. Como el agua sigue siendo calentada, más vapor se genera dentro de la vasija del reactor, aumentando la presión de allí, posiblemente hasta el punto en que sea un fracaso. Si la vasija del reactor iba a estallar en un recipiente de contención primaria, limitaría la difusión inmediata de materiales radiactivos. Sin embargo, la ruptura de la vasija del reactor por completo elimina cualquier posibilidad de restaurar el sistema de enfriamiento y en última instancia, podría dejar el núcleo del reactor expuesto al aire.

Y eso sería un problema, ya que el aire no lleva el calor tan eficientemente como el agua, por lo que es más probable que las temperaturas aumentarían lo suficiente como para comenzar a derretir las barras de combustible. El otro problema resulta de la exposición de las barras de combustible con el aire puesto que la cubierta principal de las barras es circonio, que puede reaccionar con vapor de agua, reduciendo la integridad de las barras y la generación de hidrógeno.

Para responder a esta amenaza, los operadores de la planta tuvieron dos acciones, realizadas en diferentes días con los diferentes reactores. Para empezar, se trató de usar bomba de agua fría de mar directamente en los reactores para reemplazar el agua de refrigeración. Esto no fue una decisión tomada a la ligera, el agua de mar es corrosiva y sin duda, dañará las partes metálicas del reactor y su compleja mezcla de contenido también complicará la limpieza. Esta acción comprometida de los operadores hará que nunca vuelva a funcionar el reactor sin un reemplazo completo de su hardware. Como precaución adicional, el agua de mar se enriquece con un compuesto de boro para el aumento de la absorción de neutrones en el reactor.

La segunda acción implicó liberar un poco de presión de la vasija del reactor con el fin de disminuir el riesgo de una falla catastrófica. Esta fue también una opción poco atractiva, dado que el vapor de agua necesariamente contenía radiactividad. Sin embargo, se consideró una opción mejor que permitir que el contenedor estuviera a punto de explotar.

Esta decisión de descargar la presión en última instancia condujo a los primeros indicios de radiactividad que se escapó del núcleo del reactor y su estructura de contención. Por desgracia, también voló el techo del edificio del reactor.

Opciones duras a malos resultados

Como se observa en algunas secuencias de vídeo, más bien dramáticas, poco después de liberarse la presión, los edificios que albergaban los reactores empezaron a explotar. El culpable: el hidrógeno, creado por la reacción del combustible de la cubierta con vapor de agua. Las explosiones iniciales se produjeron sin dañar la vasija de contención del reactor, lo que significo que los materiales radiactivos de manera más significativa, como el combustible, se mantuvieran en su lugar. Si bien hubo un aumento mayor en la radiactividad, que siguió luego de una de las explosiones, indica un posible daño a la vasija de contención, aunque los niveles desde entonces han fluctuado.

Sin embargo, la mera presencia de hidrógeno, indica un problema potencialmente grave: sólo se forma si las barras de combustible han estado expuesto al aire, lo que indica que los niveles de refrigerante dentro del reactor se han reducido significativamente. Esto también significa no solo que la integridad estructural de las barras de combustible es cuestionable, sino que probablemente se haya derretido parcialmente.

Parte de la confusión en la cobertura de estos eventos ha sido generada por el uso del término "crisis." En el peor de los casos, la varilla del combustible se derrite, lo que permite recogerla en la planta del reactor. Si la  temperatura se eleva, elevando la posibilidad de que el material llegará a ser tan caliente que se derritiera a través del piso del reactor o llegará a una fuente de agua y produjera una liberación explosiva de vapor de agua mezclada con combustible radioactivo. No hay indicación de que nada de esto está sucediendo en Japón por el momento.

Sin embargo, la fusión parcial de un poco de combustible incrementa la probabilidad de que un poco de material altamente radiactivo se expuesto. Estamos muy lejos de la peor de los casos, pero no estámos en ninguna parte buena, tampoco.

Una amenaza adicional recientemente se ha puesto de manifiesto, uno de los reactores inactivos en el lugar sufrió una explosión y un incendio en la zona donde está el combustible almacenado. Casi no hay información disponible acerca de cuáles serían las consecuencias del combustible almacenado. El hidrógeno es nuevo y se sospecha que fue la fuente de la explosión, que a su vez sugiere que algunas de las barras de combustible ha estado expuesto al aire y puede haber una fusión. Es posible que los problemas con el combustible almacenado contribuya a las emisiones de radiación reciente.

Una vez más, se han hecho planes para agregar agua de mar para la zona de almacenamiento, tanto en helicóptero y a través de instalaciones contra incendios estándar.

Nuestro punto de vista

Hasta ahora, la mayoría de los materiales radiactivos de larga vida en el lugar parece que se mantienen contenidos dentro de los edificios de los reactores. Radioisótopos siguen sin estar en contención, pero no hay indicación hasta ahora de que se trata de algo más allá de los productos de descomposición secundaria con una vida media corta.

Aunque la radiación por encima de los niveles de fondo se ha detectado lejos del emplazamiento del reactor, la mayor parte de esto ha sido de bajo nivel y producida por los isótopos de corta vida. Los vientos también han enviado una gran cantidad de el material radioactivo al Pacífico. Como resultado, la mayoría de los problemas con la exposición radiactiva han sido en las inmediaciones de los reactores de Fukushima Daiichi, donde la radiación a veces ha llegado a los niveles de amenaza, logrando exponer los límites anuales de exposición segura en cuestión de horas en ocasiones. Las áreas alrededor de los reactores han sido evacuadas o sometidas a restricciones, pero no está claro hasta qué punto las áreas de exposición importante se amplíen o cambien rápidamente.

Todo esto complica seriamente los esfuerzos para obtener la temperatura bajo control. El personal simplemente no puede pasar mucho tiempo en el sitio del reactor sin ser expuestos a niveles peligrosos de radiactividad. Como resultado, todos los esfuerzos para obtener refrigerante fresco en su lugar han sido limitadas y sujetas a la interrupción de radiación cuando los niveles descienden. Los técnicos que siguen trabajando en el sitio están poniendo su salud en riesgo.

Hay algunas buenas noticias, ya que cada día sin un fallo crítico permite que los materiales radiactivos reduzcan el riesgo general de un evento catastrófico. En el interior, sin embargo, no hay mucho que podemos hacer para influir en la probabilidad de un gran lanzamiento de material radiactivo. La obtención de agua de mar en los reactores ha demostrado ser un un acierto y no se sabe aún de la integridad estructural de muchos de los edificios de contención en este momento, lo que está sucediendo en las áreas de almacenamiento de combustible es aún más incierto . En resumen, nuestra única opción real es tratar de obtener más agua y esperar lo mejor.

Futuro de la Energía Nuclear

La energía nuclear desempeña un papel importante en la mayoría de los planes para limitar el uso de combustibles fósiles. Los acontecimientos sucedidos en Japón, sin duda, desempeñarán un papel prominente en el debate público, de hecho, es posible que por sí solo enciendan el debate sobre un tema que el público en gran medida ha hecho caso omiso. El mensaje para llevar a casa, sin embargo, es un poco difícil de discernir en este momento.

De alguna manera, las plantas japonesas, a pesar de que poseen un diseño antiguo, fue realizado admirablemente. Soportaron el quinto mayor terremoto registrado y los sistemas de seguridad, incluyendo el cierre automático y fuentes de alimentación secundarios, entraron en acción sin ningún problema. Los sistemas de contención han sobrevivido en gran medida varias explosiones de hidrógeno y hasta ahora, los únicos materiales radiactivos que se han publicado son isótopos de corta vida que se concentran en los alrededores de la planta. Si las cosas terminan donde están ahora, las mismas plantas se han hecho muy bien dadas las circunstancias.

Pero, como se mencionó anteriormente, poniendo fin a donde estamos ahora esta totalmente fuera de nuestro control y pone de relieve algunas de las razones por qué esto no puede ser considerado un triunfo. Algunos de los temas están en el diseño. Aunque la planta estaba lista para un evento extremo, está claro que no fue diseñada para soportar un tsunami simplemente porque es imposible hacer planes para cualquier eventualidad. Sin embargo, esto parece ser una omisión importante dada la ubicación de la planta. También parece que las zonas de almacenamiento de combustible no eran de un diseño tan robusto como los reactores.

Una vez que comenzó la crisis de enfriamiento, un conjunto de cuestiones predecibles ha surgido. Nunca podremos enviar seres humanos dentro de muchas de las áreas del reactor, depende de equipo de monitoreo que pueden no estar trabajando o no ser fiable durante una crisis. Y, una vez que la radiación comienza a gotear, no podemos enviar gente a muchas áreas que antes eran seguras, lo que significa que tenemos menos de una idea de lo que está pasando en el interior, y menos puntos a intervenir. El hardware que no fue diseñado para algunos propósitos, como el bombeo de agua de mar en la vasija del reactor y no ha funcionado especialmente bien para las medidas de emergencia.

A fin de cuentas, los sistemas de seguridad de este reactor se realizaron razonablemente bien, pero fueron empujadas contra una mezcla de acontecimientos no previstos y a los límites de diseño. Y, una vez que algo empieza a ir mal con un reactor nuclear, pone toda la infraestructura bajo estrés, y la intervención se convierte en un muy, algo muy difícil de hacer.

Este último conjunto de problemas quiere decir que la mejor manera de construir una planta nuclear segura es asegurarse de que nada va mal en el primer lugar. Hay maneras de reducir el riesgo mediante la adición de más características de seguridad y vigilancia, mientras que adaptar el diseño a algunos de los eventos locales más extremos. Pero estos se suman al costo de una central nuclear y no serán nunca capaz de asegurarse de que nada va a ir mal. Así, el poder de decidir sobre si y cómo seguir ampliado una central nuclear requiere un cuidadoso análisis de riesgo.


Referencia:
John Timmer, "Understanding Japan’s Nuclear Crisis", Ars Technica

viernes, 11 de marzo de 2011

Créditos: Yomiuri Shimbun/AFP/Getty Images/Big Pictures.
Para Japón, ubicado en el llamado "Cinturón de Fuego" del Pacífico, un terremoto de gran magnitud no es  extraño. Los códigos de país y la construcción de sistemas de alerta de terremotos se encuentran entre los más sofisticados del mundo y sin duda salvaron miles de vidas. Ahora, los científicos en el noroeste del Pacífico, cuya falla Cascadia tiene similitudes misteriosas a la que provocó el terremoto de hoy en Japón, dicen que el desastre puede obligarlos a reexaminar su propia preparación para terremotos.

"Este terremoto va a ser la referencia para el noroeste del Pacífico, cuando se rompa la falla Cascadia", opina John Vidale sismólogo de la Universidad de Washington, Seattle. "Sabemos que puede haber un sismo de esta magnitud. Es una cuestión de tiempo".

El Noroeste, como Japón, se encuentra en una zona de subducción en la que una placa tectónica se hunde bajo otra - a diferencia de una zona de cizalla como la de California, donde las placas se frotan una sobre otra en sentido horizontal. Ambos tipos de terremotos pueden ser devastadores, pero los temblores sólo en las zonas de subducción causan tsunamis. El impacto del terremoto de magnitud 8.9 que sacudió Japón el día 11 ha sido intensidad pura: varios expertos han planteado la hipótesis de que el último de esta magnitud sacudió Japón en el año 869.

El sismo muestra la importancia y los límites de la planificación, considera el sismólogo Robert Woodward de las Instituciones de Investigación de Sismología Incorporada en Washington, DC El estudio de los terremotos tienen unos pocos siglos siendo "trabajo de forense" basado sobre todo en el análisis de la sedimentación causada por los tsunamis , dice Woodward. Como resultado, los códigos de construcción se basan sobre todo en terremotos más recientes y sobre el control de geofísica.

Sin embargo, tales predicciones de riesgo puede ir solamente en un rumbo. Se puede advertir con qué frecuencia e intensidad la Tierra se sacude, pero no se puede predecir la magnitud de cualquier evento.

Hasta el momento, dice Vidale, las predicciones de riesgo de Japón parecen haber sido mucho más precisas de lo que fuero las realizadas en la tragedia en Christchurch, Nueva Zelanda. "No sabemos todavía, pero no se ha visto evidencia de la caída de edificios," un factor que se ha sumado a la cifra de muertos en Nueva Zelanda

Japón no está fuera de peligro, añade Woodward: edificios y estructuras debilitadas por el primer sismo, no pueden soportar las réplicas. Pero Vidale considera que el peligro real que enfrenta Japón ahora no son réplicas de este terremoto, sino un segundo terremoto en una falla que corre cerca de Tokio, que ahora tiene más presión. "Con toda probabilidad no será en décadas", dice, "pero la oportunidad es mucho más que ayer".

Científicamente, Woodward espera que el terremoto sea una mina de oro de información para los investigadores en el futuro. Vidale considera que los científicos examinarán los datos sismológicos de Japón en los días previos al terremoto en búsqueda de patrones o temblores que podrían predecir terremotos futuros.

Vidale considera que una prioridad para los investigadores de terremotos será descubrir si el sistema de alerta sofisticada de Japón ayudó a mitigar los daños. Sismógrafos recogieron los primeros temblores y enviaron una alerta automática a las estaciones de televisión y otros medios 1 minuto antes del sismo. El impacto real de la advertencia queda todavía por estudiar, pero Vidale opina que planificadores en el noroeste del Pacífico deben tener en cuenta.

"Este es un terremoto bien instrumentado, en un entorno similar [al de Noroeste del Pacífico] y creo que vamos a aprender mucho", agrega Vidale. Él estima que la instalación de este sistema de respuesta en la región de Cascadia costaría unos $ 50 millones, además de por lo menos $ 1 millón por año en gastos de mantenimiento por monitor.

En comparación con el máximo de $ 100 millones de dólares en daños económicos que, al momento de escribirlo, considera United States Geological Survey es la predicción de la catástrofe en Japón debido al terremoto (sin incluir los daños del tsunami), parece ser una buena inversión.

Referencia:

lunes, 7 de marzo de 2011

Evidencias de una anterior migración humana de África

Herramientas de piedra descubiertos cerca del Golfo Pérsico, como esta hacha de mano, proponer a sus descubridores que los humanos modernos salieron de África e iniciaron una migración a través de Arabia hace 125.000 años, posiblemente la de las primera migraciones de Asia. Créditos: Science/AAAS.


Durante la Edad de Piedra, aparentemente hubo movimientos aparentemente rápidos fuera de África a través de una ruta inesperada: Arabia Saudita. Los seres humanos modernos alcanzado la frontera de Arabia, cerca de las costas del suroeste de Asia, hace 125.000 años, de acuerdo a un informe que se publicó en Science. Son 65.000 años antes de la fecha generalmente aceptada para la primera migración humana fuera de África sustancial.

Herramientas de piedra descubiertas en un refugio de roca llamado Jebel Faya en la Península Arábiga se asemejan a puntas afiladas y herramientas de corte, encontradas en sitios de África Oriental de la misma edad, según un equipo científico dirigido por el geógrafo físico Simon Armitage de la Universidad de Londres y el arqueólogo Hans-Peter Uerpmann de la Universidad de Tübingen en Alemania. Jebel Faya se encuentra en lo que ahora conocemos como Emiratos Árabes Unidos.

"Las nuevas fechas en Jebel Faya revelan que los humanos modernos emigraron de África mucho antes de lo que se pensaba, ayudado por las fluctuaciones globales del nivel del mar y el cambio climático en la Península Arábiga", considera Armitage.

Los seres humanos modernos se originaron en el este de África hace 200.000 años aproximadamente, de acuerdo con la evidencia fósil y genética (SN: 2/26/05, p. 141).

Los análisis de ADN de personas que viven en diferentes regiones del mundo sugieren que los humanos modernos emigraron de África rápidamente a Asia hace unos 60.000 años. La mayoría de los investigadores sospechan que los antiguos viajeros se movieron a través del Medio Oriente o por la costa sur de Arabia para llegar a Asia.

Muchos defensores de esta salida de África sospechan que una masiva erupción del Monte Toba de Indonesia hace unos 74,000 años creó  un "invierno volcánico" a nivel mundial que diezmó las poblaciones humanas modernas en África y el subcontinente Indio dejándolo inhabitable durante miles de años.

Los descubrimientos en Jebel Faya colocan tal escenario en tela de juicio, añade Armitage. Hace aproximadamente 130,000 años, la disminución de los niveles del mar redujo el estrecho Bab al-Mandeb que separa África Oriental desde el suroeste de Arabia a unos 4 kilómetros, lo que permitió el paso seguro, investigadores estiman. Los viajeros podrían haber luego trasladarse a través de una red de lagos y ríos árabe creados por las condiciones cálidas y húmedas en ese momento.

Jebel Faya se encuentra justo al otro lado del Golfo Pérsico de Irán,otra estrecho paso de agua donde los niveles bajos de mar de nuevo habrían facilitado el paso, dice Armitage.

Las excavaciones comenzaron en Jebel Faya en 2003. Los asentamientos iniciales, datan de entre 3,000 y 10,000 años. Herramientas de piedra proceden de hace aproximadamente 38,000 años. En marzo de 2006, investigadores empezaron a descubrir las herramientas en el refugio, que fue ocupado entre 100,000 y 125,000 años.

Las edades estimadas se basan en un método ampliamente reconocido que mide la acumulación de radiación natural en los granos de arena para determinar la cantidad de tiempo transcurrido desde que los granos fueron expuestos a la luz solar.

Otro alijo de herramientas de piedra encerrada en los sedimentos encima del refugio de piedra no ha sido fechado.

Los descubrimientos de Jebel Faya consisten en puntas de piedra, utensilios de corte en forma de lágrima conocidos como hachas de mano y una variedad de otras rocas afiladas. Estas herramientas, en particular, las puntas y las hachas de mano, se parecen a artefactos encontrados en África provenientes de la Edad de Piedra, afirman los científicos.

Hasta ahora, el sitio no ha arrojado fósiles de humanos modernos.

Sin embargo, los arqueólogos familiarizados con el nuevo informe dice que Jebel Faya proporciona una visión importante del empuje inicial de los humanos modernos a Arabia. Ahí es donde termina el acuerdo.

Ravi Korisettar Karnatak de la Universidad de Dharwad, India, está de acuerdo con el equipo de Armitage considerando que Arabia Saudita posiblemente sirvió como nexo entre África y Asia durante las primeras migraciones humanas modernas. Desde 2003, Korisettar ha codirigido las excavaciones de yacimientos de la Edad de Piedra en el sur de Jwalapuram Valley de la India. Herramientas de humanos modernos elaboradas con piedra se encuentran allí provienen de los sedimentos por debajo y por encima de una capa de ceniza depositada por la erupción del Toba, lo que sugiere que personas llegaron antes de la explosión y sufrieron la devastación, agrega.

Las herramientas de Jebel Faya y Jwalapuram muestran similitudes, pero los hallazgos más antiguos de la India se encuentran poco antes de la detonación de Toba hace 74.000 años y se parecen más a utensilios usados en África en ese momento, sostieneKorisettar.

Los seres humanos podían haber avanzado hacia Asia hace al menos 100,000 años y soportado el evento de Toba, coincide John Shea, de la Universidad Stony Brook en Nueva York. Sin embargo, puntas de piedra de Jebel Faya son más cortas, más gruesas y menos puntiagudas que las que se elaboraron en toda África hace 100,000 años, afirma.

Similitudes entre las puntas de Jebel Faya y las descubiertas en la India sugieren que el sitio árabe podría fácilmente reflejar un antiguo movimiento hacia el oeste de los asiáticos, posiblemente, el Homo sapiens de la región del Golfo Pérsico a Arabia, propone Shea. Así que los seres humanos podrían haber emigrado desde Asia, no hacia ella como se argumenta en el nuevo informe. Es más probable que las condiciones cálidas y húmedas de hace 100,000 años propiciaran migraciones de los humanos modernos a Arabia y el Medio Oriente, afirma Stanley Ambrose, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Fósiles anteriores desenterrados de varias cuevas israelíes indican que los humanos modernos se trasladaron desde África hasta Oriente Medio hace unos 100,000 años, pero -ya sea porque murieron o devueltos a África- dieron paso a neandertales hace 70,000 años.

Pruebas de polen indican que la explosión de Toba desencadeno 10,000 años de frío y devastación ambiental extrema que casi acabó con el Homo sapiens africano, afirma Ambrosio. Sobrevivientes humanos modernos después de la explosión, entonces colonizaron Asia, opina.

Paul Mellars, de la Universidad de Cambridge está de acuerdo con ese escenario.Pero al igual que Shea, ve crítico el tamaño y las diferencias de forma entre Jebel Faya y herramientas de piedra de África, poniendo en duda los orígenes africanos de las herramientas de Arabia. "Estos hallazgos árabes son demasiado ambiguas para decir lo que sucedía con los movimientos humanos fuera de África", comenta Mellars.

Si los descubrimientos de Arabia indican una señal de la migración humana temprana a Asia, aen consecuencia, las excavaciones de yacimientos de la Edad de Piedra en Irán debe producir herramientas similares,  predice Shea. Sin embargo el actual clima político de Irán, hace que el trabajo tan difícil, concluye.


Referencia:

viernes, 4 de marzo de 2011

Zonas del cerebro pueden cambiar sus funciones

En estos escaneos fMRI del cerebro, las regiones que están activas durante las tareas de procesamiento del lenguaje aparecen como rojo o azul (para dos tipos diferentes de tareas.) partes de la corteza visual izquierda son activas en participantes en el ciego, pero no en participantes videntes. Créditos: Laboratorio de Rebecca Saxe



En las personas ciegas de nacimiento, en las regiones del cerebro que por lo general interpretan el proceso de la visión pueden abordar el lenguaje.

Cuando el cerebro se encuentra con estímulos sensoriales, tales como el aroma de su café de la mañana o el sonido de un coche tocando la bocina, entrada se transportan a la región del cerebro adecuado para el análisis. El aroma del café va a la corteza olfativa, mientras que los sonidos se procesan en la corteza auditiva.

Esa división del trabajo sugiere que la estructura del cerebro sigue un predeterminado mapa genético. Sin embargo, hay evidencia de que las regiones del cerebro puede asumir funciones de las cuales no estaban destinadas genéticamente para llevar a cabo. En un estudio de 1996 sobre personas ciegas a temprana edad, los neurocientíficos mostraron que la corteza visual puede participar en una función no visual -lectura en Braille-.

Ahora, un estudio de neurocientíficos del MIT demuestra que en los individuos ciegos de nacimiento, las partes de la corteza visual son reclutadas para el procesamiento del lenguaje. El hallazgo sugiere que la corteza visual puede cambiar dramáticamente su función -de procesamiento visual del lenguaje- y también parece revertir la idea de que el procesamiento del lenguaje sólo puede ocurrir en regiones cerebrales altamente especializadas que están genéticamente programadas para tareas de lenguaje.

"El cerebro no es una especie de cosa preenvasada. No se desarrolla a lo largo de una trayectoria fija, más bien, es un conjunto de herramientas de auto-construcción. El proceso de construcción está profundamente influenciado por las experiencias que tiene durante su desarrollo ", dice Marina Bedny, un asociado postdoctoral en el MIT del Departamento de Cerebro y Ciencias Cognitivas y autor principal del estudio, que aparece en Proceedings of the National Academy of Sciences.

Conexiones flexibles

Desde hace más de un siglo, los neurocientíficos han sabido que dos regiones del cerebro especializadas -llamada Área de Broca y el Área de Wernicke- son necesarias para producir y comprender el lenguaje, respectivamente. Estas zonas se cree que tienen propiedades intrínsecas, como la disposición interna específica de células y la conectividad con otras regiones del cerebro, que las hacen especialmente adecuada para procesar el lenguaje.

Otras funciones -incluyendo la visión y el oído- también tienen distintos centros de procesamiento en la corteza sensorial. Sin embargo, parece haber cierta flexibilidad en la asignación de funciones cerebrales. Estudios anteriores en animales (en el laboratorio de Mriganka Sur, el profesor del MIT de cerebro y ciencias cognitivas) han demostrado que las regiones sensoriales del cerebro pueden procesar la información de un sentido diferente si la entrada es reconectada en una temprana cirugía en la vida. Por ejemplo, la conexión de los ojos a la corteza auditiva puede provocar que una región del cerebro procese imágenes en lugar de sonidos.

Hasta ahora, ninguna evidencia demostraba tal flexibilidad en el procesamiento del lenguaje. Los estudios previos ciegos congénitamente habían mostrado cierta actividad en la corteza visual izquierda de sujetos ciegos en algunas de las tareas verbales, tales como la lectura en Braille, pero nadie había demostrado que esto podría indicar el procesamiento del lenguaje en toda regla.

Bedny y sus colegas, entre ellos el autor principal, Rebecca Saxe, profesor asistente de ciencias del cerebro y cognitivas, y Álvaro Pascual-Leone, profesor de neurología en la Escuela Médica de Harvard, se propuso investigar si las regiones visuales del cerebro en las personas ciegas podrían estar implicadas en más tareas complejas de lenguaje, tales como el procesamiento de estructura de la oración y el análisis de significados de las palabras.

Para ello, los investigadores escanearon el cerebro de sujetos ciegos (utilizando imágenes de resonancia magnética funcional), ya que realizaban una tarea de comprensión de frases. Los investigadores supusieron que si la corteza visual estaba involucrada en el procesamiento del lenguaje, las áreas visuales del cerebro debían mostrar la misma sensibilidad a la información lingüística de las áreas del lenguaje clásico, tales como las áreas de Broca y de Wernicke.

Encontraron que era de hecho el caso - las regiones visuales del cerebro son sensibles a la estructura de la oración y el significado de las palabras de la misma manera como las regiones de lenguaje clásicas, Bedny añade: "La idea de que estas regiones del cerebro podrían ir desde la visión al lenguaje es una locura", "Esto sugiere que la función limitada e intrínseca de un área del cerebro es vaga y que la experiencia puede tener realmente un gran impacto en la función de un pedazo de tejido cerebral".

Amir Amedi, un neurofisiólogo de la Universidad Hebrea de Jerusalén, dice que el documento demuestra convincentemente que la corteza occipital izquierda es el procesamiento del lenguaje. "Sugiere que, en principio y si los cambios se ven obligados en el desarrollo temprano y temprano en la vida, cualquier área del cerebro puede cambiar y hacer cualquier tarea o función", añade "Esto es muy dramático".

Bedny señala que la investigación no refuta la idea de que en el cerebro humano las áreas de Broca y de Wernicke son para el lenguaje. "No hemos demostrado que cada parte de la lengua puede ser apoyada por esta parte del cerebro [la corteza visual]. Simplemente sugiere que una parte del cerebro pueden participar en el procesamiento del lenguaje sin tener una evolución que le indique que hacer", considera.

La redistribución


Una pregunta sin respuesta es por qué la corteza visual es reclutada para el procesamiento del lenguaje, cuando las áreas de procesamiento del lenguaje de las personas ciegas ya funcionan con normalidad. Según Bedny, puede ser el resultado de una redistribución de tareas naturales durante el desarrollo cerebral.

"A medida que estas funciones del cerebro están parceladas, la corteza visual no está recibiendo su función típica, que es hacer de la visión. Por lo que entra en este juego de la competencia de quién va a hacer qué. La dinámica del desarrollo conjunto ha cambiado ", considera ella.

Este estudio, junto con otros estudios de las personas ciegas, sugieren que las diferentes partes de la corteza visual se reparten para diferentes funciones durante el desarrollo. Un subconjunto de  las áreas visuales (cerebro izquierdo) parece estar involucrada en el lenguaje, incluyendo la izquierda corteza visual primaria.

Es posible que esta redistribución en las personas ciegas proporcione una ventaja en el procesamiento del lenguaje. Los investigadores están planeando la labor de seguimiento en la que se estudiará si las personas ciegas poseen un mejor desempeño que las personas videntes en las tareas de un lenguaje complejas como el análisis de frases complejas o la realización de pruebas de idiomas.

Los investigadores también están trabajando para determinar con mayor precisión el papel de la corteza visual en el procesamiento del lenguaje y están estudiando niños ciegos para averiguar si durante el desarrollo de la corteza visual se inicia el procesamiento del lenguaje.

Referencia:

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