De los materiales, el "más oscuro"

Fuente: BBC Mundo.

La sustancia "más oscura" conocida por la ciencia fue creada en un laboratorio de Estados Unidos.

El material fue fabricado a partir de nanotubos de carbono: láminas de carbono de apenas un átomo de espesor, enrolladas en forma de cilindros.

Los investigadores dicen que es lo más aproximado que existe a un material negro ideal que absorba la luz perfectamente, desde todos los ángulos y en todas las longitudes de onda.

Se espera que el invento tenga aplicaciones en los ámbitos de la electrónica y de la energía solar.

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"Absorbente perfecto"

Un objeto negro ideal absorbe todos los colores de la luz y no refleja ninguno.

En teoría, es posible fabricar algo parecido al "absorbente perfecto", pero ha resultado difícil crear un objeto que no refleje la luz.

Los investigadores, del Instituto Politécnico Rensselaer de Troy, Nueva York, recurrieron a nanotubos de carbono, estructuras microscópicas que tienen propiedades únicas.

La teoría indica que con los nanotubos se puede construir un objeto supernegro, algo que los especialistas están comenzando a poner a prueba.

Matriz de nanotubos

Un equipo dirigido por el Dr. Pulickel Ajayan -quien en la actualidad trabaja en la Universidad Rice de Houston, Texas- fabricó una matriz de nanotubos de carbono de baja densidad, dispuestos de forma vertical. Las propiedades ópticas fueron medidas por el Dr. Shawn Lin.

La aspereza de la superficie del material se puso de manera tal que minimizara su índice de reflexión óptica.

Los experimentos mostraron que este "bosque" de nanotubos de carbono era muy bueno a la hora de absorber la luz, pero muy malo para reflejarla.

En un artículo publicado en la revista especializada Nano Letters, Ajayan, Lin y sus colegas señalan que el índice de reflexión del material es tres veces menor de lo que se había logrado hasta ahora.

Como resultado, éste "es el material más oscuro creado por los seres humanos hasta la fecha".

Cultivo de luz

"Las estructuras periódicas de nanotubos constituyen un candidato ideal para la creación de materiales superoscuros, porque nos permiten regular el nivel de absorción de la luz, mediante el control de las dimensiones y periodicidades de los nanotubos en la estructura", dijo el Dr. Ajayan.

El físico teórico británico John Pendry, quien fue el primero en predecir que este tipo de descubrimiento era posible, le dijo a la BBC que los resultados son prometedores.

"Han fabricado el material más oscuro conocido por la ciencia. Se le podrá utilizar en células y paneles solares más eficientes, y en cualquier otro tipo de aplicación donde sea necesario cultivar luz", señaló.

Crean un nuevo material fino como el papel y duro como el diamante

Un nuevo material, tan fino como el papel y tan duro como el diamante, ha sido creado por ingenieros norteamericanos mediante la oxidación del grafeno. Han descubierto que grandes cantidades de grafeno oxidado pueden utilizarse para construir una especie de hoja de papel que es más rígida y sólida que cualquier otro material del mismo espesor. Puede convertirse en aislante o transmisor de electricidad y añadirse a polímeros, cerámicas o metales. Por Olga Castro-Perea.

Ingenieros de la Northwestern University han elaborado un nuevo material, el óxido de grafeno, que puede ser plegado, arrugado y estirado como si fuera un papel, pero que es más resistente que la mayoría de los materiales, incluido el diamante.

El grafeno es una molécula de carbono bidimensional, con el espesor de un átomo, con una alta conductividad y una mínima resistencia. En estos dos años, este material se ha convertido en uno de los temas fundamentales de los que se está encargando la física.

Aislado en 2005, el grafeno está constituido de una hoja de grafito con el espesor de un átomo que no sólo posee propiedades electrónicas únicas, sino que al mismo tiempo es muy sólido. Tal como informamos en un artículo anterior, ingenieros de la Universidad de Manchester han usado ya el grafeno para crear el transistor más pequeño del mundo.

Ahora ha sido un equipo de la Northwestern University el que ha descubierto que grandes cantidades de grafeno oxidado pueden utilizarse para construir una especie de hoja de papel que es más rígida y sólida que cualquier otro material del mismo espesor. Los resultados de su investigación han sido publicados en la revista Nature.

Dividir y unir

Tal como explica el director de esta investigación, Rodney Ruoff, en un comunicado de la mencionada universidad, su propósito era dividir el grafito en hojas individuales y luego unirlas de una forma original”.

Mediante la oxidación del grafeno, su equipo ha producido el óxido de grafito, constituido básicamente por la mitad de los átomos de carbono unidos a un átomo de oxígeno. Cuando el óxido de grafito se mezcla con agua, estos átomos de oxígeno rechazan las moléculas de agua, obligando así a las diferentes capas de óxido de grafeno a dispersarse.

La mezcla es filtrada a continuación por una membrana, que reúne las capas produciendo una especie de hoja de papel de óxido de grafeno. Las capas de papel de óxido de grafeno se entrelazan y se pliegan, permitiendo distribuir su carga a través de la estructura.

Más duro que el diamante

Esta característica la hace más sólidas que las hojas de grafito o que el buckypaper elaborado a partir de nanotubos de carbono, lo que convierte al nuevo material en el único de su grosor tan sólido como el diamante, según su estimación.

La estructura entrelazada del material permita al mismo tiempo a las diferentes capas del nuevo material resbalar unas sobre otras, de tal forma que colectivamente el conjunto de estas capas es flexible.

Además, otra novedad del material es que la composición química de una hoja de grafeno puede ser modificada ajustando la cantidad de oxígeno en las capas, lo que otorga a estas hojas una gran versatilidad potencial: una disminución de oxígeno en las capas, por ejemplo, convierte al material de aislante eléctrico a buen conductor.

Por último, las hojas de óxido de grafeno pueden distribuirse en los polímeros, cerámicas o metales, con la finalidad de generar materiales compuestos cuyas propiedades superarían a las que ofrecen estas hojas de papel metálico.

Fuente: Tendencias de la Ingenieria.

Proponen “material” no constituido por partículas elementales

Proponen la existencia de una clase de “material” que llenaría el Universo y que no estaría compuesto de partículas elementales. Además se podría corroborar experimental en caso de existir.

Howard Georgi de Harvard University denomina a esta materia unparticle.

Según esta nueva teoría el material propuesto raramente interaccionaría con la materia ordinaria y sería prácticamente invisible para nosotros y para nuestros instrumentos convencionales. Sin embargo, según Georgi, a las energías que va a alcanzar el colisionador LHC del CERN, que está a punto de entrar en funcionamiento, se podría revelar su presencia si es que finalmente existe.

Ya en tiempos de la Grecia clásica Demócrito propuso que la materia estaba constituida de átomos. En el pasado siglo los físicos nos mostraron todo un conjunto de partículas. Así por ejemplo, el modelo estándar propone a los quarks y leptones como constituyentes de la materia. Toda la materia que hasta ahora hemos sido capaces de imaginar está compuesta de partículas elementales.

El boson de Higgs dotaría de masa a todas estas partículas y para demostrar su existencia se ha construido precisamente el LHC.

Para poder ver las partículas más pesadas debemos de ir a energías más altas y por eso hay que construir cada vez aceleradores más poderosos. De hecho el modelo estándar no es invariante bajo escal. El propio Higgs, todavía por demostrar, tendría una masa muy grande y por eso el LHC es la máquina más grande y potente que se haya construido jamás, capaz de reproducir el estado del Universo una fracción de segundo después del Big Bang.

El “material aparticulado”, por el contrario, presentaría una invariancia de escala de tal modo que, independientemente de la energía a la que se explore, tendría las mismas propiedades (tómese un fractal como metáfora). Aunque su interacción con la materia ordinaria sería distinta dependiendo de la energía involucrada.

Georgi pone como ejemplo a los fotones de luz, que son invariantes de escala porque al carecer de masa pueden adoptar cualquier nivel de energía. Las partículas con masa no nula no pueden mostrar invarianza de escala, pero esta prohibición no se aplicaría a un “material” que no esté hecho de partículas.

La teoría matemática que describe este tipo de “material” se entiende desde hace bastante tiempo, pero es difícil describir el “material aparticulado” porque es muy diferente de a lo que estamos acostumbrados. Esta teoría de altas energías contiene tanto el modelo estándar como campos de Banks-Zaks y predice interacciones entre ellos si la energía es suficiente o las distancias muy pequeñas.

Sólo sería posible ver este material a través de su efecto sobre la materia ordinaria (de la que están hechos nuestros instrumentos y nosotros mismos) que presumiblemente sería muy débil porque si no fuese así ya nos habríamos dado cuenta de su existencia. Pero se acoplaría a la materia ordinaria de tal modo que este acoplo sería más y más fuerte conforme elevásemos el nivel de energía.

Según los cálculos de Georgi una de las formas en que las partículas ordinarias interaccionarían a altas energía con el “material aparticulado” sería como si estuvieran interaccionado con un número fraccionario de partículas sin masa. Esto es muy contraintuitivo, sería como si de algún modo viéramos en un experimento una interacción con cinco tercios de fotón, por ejemplo.
William Unruh de University of British Columbia (Canadá) se pregunta si la señal dejada por este tipo de material se podría distinguir de la dejada por una partícula normal, llegando a la conclusión de que en algunas situaciones no se podrían distinguir con claridad.

Por el contrario, según Georgi, lo que se vería en los detectores, aunque no se entendiera, no se correspondería con una trayectoria de una partícula. Ha propuesto que si la teoría fuese cierta se apreciarían peculiaridades en las distribuciones de energía y momento. Ha calculado por ejemplo que una distribución específica para el decaimiento del quark top revelaría la existencia de “material aparticulado”.

El LHC confirmará o refutará esta teoría. Si resultase ser cierta sería más impactante que las dimensiones extras o la supersimetría al ser un concepto totalmente distinto a lo habitual.
Parece que los físicos que trabajan en este tema se divierten con todas las propiedades extrañas de este “material”, pero claro, obviamente la Naturaleza no tiene por qué haber escogido la existencia del mismo. La ciencia, y la Física es su mejor paradigma, necesita de los experimentos para poder corroborar o refutar teorías. Sin éstos las fértiles mentes de los físicos teóricos son capaces de producir teorías en mayor número que setas producidas en el bosque después de la lluvia de un cálido otoño.

Fuente: NeoFronteras.