En la web de Science Daily se ha publicado una noticia sobre nuevas investigaciones que podrian revolucionar la fabricación de cerámicas.

La noticia está en inglés por lo que la traduciré a continuación, si desean leer el artículo original pueden verlo en la web de Science Daily.

**********
Science Daily (Abril, 7 del 2010) : Investigadores de la North Carolina State University han desarrollado una nueva forma de moldear cerámicas usando un campo eléctrico modesto, haciendo el proceso mucho más eficiente en energía. El proceso debe resultar en significativos ahorros de costo para la fabricación de cerámicas frente a los métodos de fabricación tradicionales.

Las cerámicas constituyen componentes importantes de una gran variedad de productos, incluidos los aisladores, bujías, pilas de combustible, chalecos antibalas, turbinas de gas, varillas nucleares, materiales estructurales de alta temperatura y protectores de calor.

El problema son los defectos cristalinos encontrados en los materiales cristalinos, como las cerámicas. "Uno de estos defectos se llama límite de grano, que es donde los cristales con átomos alineados en direcciones diferentes se encuentran en el material," dice el Dr. Hans Conrad, profesor emérito de ciencia de materiales e ingeniería en el Estado de Carolina del Norte y co-autor del estudio . Estos límites tienen cargas eléctricas.

"Encontramos que si aplicamos un campo eléctrico a un material, interactúa con las cargas en los límites de grano y hace más fácil que los cristales se deslizen entre sí a lo largo de estos límites. Esto hace que sea mucho más fácil deformar el material." En otras palabras, el material se convierte en superplástico - por lo que una cerámica puede ser moldeada en una forma conveniente usando una pequeña cantidad de fuerza.

"Hemos encontrado que se puede reducir el nivel de fuerza necesaria para deformar el material cerámico hasta prácticamente cero, si un modesto campo es aplicado", dice Conrad. "Estamos hablando de entre 25 y 200 voltios por centímetro, por lo que la electricidad de una toma de corriente convencional sería suficiente para algunas aplicaciones."

Estos resultados significan que los fabricantes que hacen cualquier cosa usando cerámica podrán hacerlo utilizando menos energía. "Va a hacer los procesos de fabricación más rentables y reducirá la contaminación derivada", dice Conrad. "Y estos resultados también son prometedores para su uso en el desarrollo de nuevos chalecos antibalas de cerámica". Conrad tiene previsto hacer un trabajo adicional que utiliza este enfoque para la fabricación de chalecos antibalas de cerámica con mejores propiedades a un menor costo.

La investigación, "Influencia de un campo eléctrico DC aplicado en la cinética de la deformación plástica de óxidos cerámicos", se ha publicado en la revista Philosophical Magazine y fue financiado por la U.S. Army Research Office. El estudio fue co-escrito por el Dr. Conrad y el Dr. Di Yang, un antiguo investigador asociado al North Carolina State.

El Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería forma parte del NC State’s College of Engineering.

**********

Los interesados en esta investigación pueden leer su abstract aquí.

Hace cinco días, una noticia sobre un hombre que afirmaba ser del futuro y había tratado de sabotear el LHC me causó gracia y lo publiqué a través del facebook, sin embargo en un párrafo del texto hacían referencia al bosón de Higgs, también conocido coloquialmente como la partícula de Dios. Desde entonces varios amigos y conocidos me han preguntado que es dicha partícula y cual es su importancia.

Tratar de explicar el fundamento teórico detrás del bosón de Higgs sería muy largo y complicado para algunas personas, por lo que utilizaré una analogía y simplificaré algunos términos. Amigos, compañeros de la UNI, especialmente los físicos teóricos, no me crucifiquen después de leer las simplificaciones que haré.

Allá por los años 70, se creó el Modelo Estándar de Física, que era un modelo cuántico de campos, que combinaba la Teoría Cuántica y la Teoría Especial de la Relatividad.

Este modelo confirmaba y predecía la existencia de diversas partículas subatómicas (electrón, protón, fotón, gluón, etc) y como interaccionaban entre sí. Debido a las propiedades de dichas partículas y a sus interacciones se predecía la existencia y propiedades de las interacciones fundamentales como : la electromagnética, la nuclear débil y la nuclear fuerte. Hay que aclarar que el modelo no incluia la fuerza gravitatoria.

Pero había un pequeño problema, la forma mas sencilla del modelo decía que todas las partículas debían moverse a la velocidad de la luz y tener masa nula. Como podrán darse cuenta eso no sucede, muchas partículas tienen masa y no se mueven a la velocidad de la luz.

Haciendo una analogía "asumamos" que el espacio es como una gran campo de vallas, donde dichas vallas representan el campo de Higgs. La mecánica cuántica nos dice que toda partícula tiene una onda asociada a esta, entonces si una partícula tiene una onda asociada que oscila en el mismo sentido que las vallas (como un corredor que salta por encima de las vallas) entonces pasará sin siquiera tocarlas por lo que no disminuirá su velocidad e irá a la velocidad de la luz, como el caso de los fotones. En otras palabras "no interaccionan con el campo de Higgs".

En cambio si un partícula tiene una onda asociada que oscila "casi" en el mismo sentido de la valla chocará con ellas moviendolas un poco y por lo tanto reducirá apenas su velocidad. Es decir, les costará "un poco" moverse a través del campo de vallas. Estas partículas se considera que tienen "poca masa". De lo explicado, se puede ver que la masa surge como la "interacción de la partícula con el campo de Higgs".

Por lo tanto una partícula con una onda asociada que oscila "casi perpendicularmente" a las vallas (como un corredor que no salta sobre las vallas) chocará con estas derribandolas, disminuyendo su velocidad dramáticamente. Estas partículas tendrán "bastante masa".

Por lo tanto la "masa" estaría definida como la resistencia que opone una partícula a viajar a la velocidad de la luz debido a su interacción con el campo de Higgs.

Bien ahora no hay forma de probar que este campo exista, considerando solo el campo como tal, sin embargo la mecánica cuántica nos dice que así como una partícula tiene una onda asociada, también una onda tiene una partícula asociada (como en el caso de la luz), así que para el campo de Higgs debe existir una partícula de Higgs.

De acuerdo a las ecuaciones de Higgs, la partícula debe tener spin nulo (boson) por lo que se le conoce como el boson de Higgs, tener masa, carga y ser su propia anti partícula.

Ahora he aquí algo curioso, si tiene masa entonces el boson de Higgs se está dando masa a si mismo. Es decir su onda asociada no oscila en el mismo sentido que las "vallas", extraño ¿o no?.

Ojala hayan logrado entender esta explicación, y esperen los resultados del LHC en su búsqueda de esta elusiva partícula. Hasta la próxima.

La resolución del microscopio es suficiente para detectar distorsiones de apenas 0,01 nanómetros (una millonésima parte de un metro) debidas precisamente a la presencia de átomos impuros

Los microscopios de electrones, inventados hace 80 años, permiten alcanzar aumentos muy superiores a los de los microscopios ópticos gracias al uso de electrones en lugar de fotones, lo que ha posibilitado el estudio de la estructura y composición atómicas de un amplio número de materiales.

Sin embargo, ese tipo de microscopios tenían hasta ahora dos graves inconvenientes: las aberraciones que se producen en las lentes que dirigen los electrones en la muestra, lo cual limita su resolución, y los daños que la radiación del haz de electrones causa en el material que se observa.

PERMITE DETECTAR DISTORSIONES DE APENAS 0,01 NANÓMETROS

Un equipo dirigido por Ondrej Krivanek, de la compañía estadounidense Nion (Kirkland, estado de Washington), ha instalado lentes en las que se ha corregido oportunamente la aberración en un nuevo microscópico especialmente preparado para trabajar con un haz de electrones de baja energía.

Basándose en la técnica del “campo oscuro anular”, que es sensible al número atómico de los átomos en observación, este nuevo microscopio ha permitido diferenciar los átomos de boro de los de nitrógeno en una muestra de nitruro de boro en la que incluso se han podido identificar impurezas de carbono y oxígeno presentes en ella.

La resolución del microscopio es suficiente para detectar distorsiones de apenas 0,01 nanómetros (una millonésima parte de un metro) debidas precisamente a la presencia de átomos impuros.

De esta forma se da un paso más hacia la consecución del objetivo que describió en 1959 el físico Richard Feynman, quien predijo que algún día se podría “simplemente mirar una muestra y ver los átomos”, lo que convertiría al microscopio de electrones en una herramienta de análisis universal. Leer artículo original.

.
Experimento de medición del campo magnético.

.