La Singularidad Desnuda

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Virus en superposicion cuántica

Posted by Carlos en septiembre 9, 2009

Ya hemos hablado en más de una ocasión del conspicuo experimento mental del gato de Schrödinger, ejemplo paradigmático de los quebraderos de cabeza que conlleva tener objetos macroscópicos en estados de superposición cuántica, tanto más si estos objetos son seres vivos. Aunque este experimento da mucho juego, el análisis del mismo ha sido básicamente un ejercicio conceptual. Al menos hasta el momento, ya que en los últimos tiempos se están poniendo las bases para llegar a analizar de manera práctica las implicaciones de este tipo de experimentos. La clave de esto está en el área de la denominada optomecánica cuántica de cavidades.

NCCR Quantum Photonics

NCCR Quantum Photonics

Imaginemos una microcavidad de apenas unas pocas micras de espesor y cuyas paredes internas son reflectantes. Si un haz de luz coherente empieza a rebotar en el interior de dicha cavidad se empezarán a producir interferencias, y determinadas longitudes de onda se verán reforzadas dependiendo de la frecuencia de resonancia de la cavidad. La presión de radiación resultante puede ejercer un impulso mecánico sobre un dispositivo apropiado. Si el dispositivo se diseña de manera adecuada, el objeto mecánico puede a su vez modificar la frecuencia de resonancia y por consiguiente la presión de radiación, eventualmente dando lugar a un acoplamiento optomecánico. Los esfuerzos de los investigadores se centran en alcanzar el estado estacionario del movimiento mecánico.

quantum optomechanics

Oriol Romero-Isart et al. - arXiv:0909.1469

Lo relevante de lo anterior es que es posible diseñar un experimento en el que el dispositivo mecánico es un objeto dieléctrico levitando dentro de la cavidad. Al no tener unión a otros objetos mecánicos, se supone que debería ser más fácil llegar al estado estacionario, y luego hacer que el movimiento del centro de masas del objeto esté en estado de superposición cuántica. El toque final lo proponen investigadores españoles y alemanes en un trabajo que acaba de aparecer en arxiv. El título del mismo es

y en el sugieren el uso de virus en un experimento como el descrito. El virus de la gripe común -por ejemplo- tiene un tamaño de unos 100 nm, comparable a las longitudes de onda de los láseres considerados en los experimentos. Más aún, los virus tienen una gran resistencia a las condiciones de vacío necesarias para el experimento, tienen propiedades dieléctricas, y ofrecen una ventana de transparencia a los haces de luz que evita el calentamiento del sistema.

quantum virus

Oriol Romero-Isart et al. - arXiv:0909.1469

Yendo un paso más allá, el experimento podría llegar a realizarse en el futuro con tardígrados, los famosos osos de agua que ocuparon un lugar destacado en los medios debido a su resistencia a las condiciones de vacío. Según los autores del trabajo este tipo de experimentos constituirán un primer paso para la compresión de cuestiones fundamentales tales como el rol de la consciencia en la mecánica cuántica.

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Los “osos de agua” sobreviven a la exposición al ambiente espacial

Posted by Carlos en septiembre 9, 2008

La posibilidad de que haya formas de vida (o proto-vida) capaz de sobrevivir a un viaje espacial es un tema al que se le viene dando vueltas desde hace siglos. La hipótesis de la panspermia se basa precisamente en la idea de que la vida sobre la Tierra surgió a partir de la llegada de esporas o microorganismos de algún tipo en cometas o meteoritos. Para que un viaje de estas características fuera posible es preciso que se den tres circunstancias: (1) que los organismos en cuestión sobrevivan al lanzamiento al espacio, (2) que sobrevivan al viaje, y (3) que sobrevivan a la reentrada en el planeta destino. Los puntos (1) y (3) son bastante dependientes de las condiciones particulares en las que se produce el lanzamiento/llegada, y no es descabellado suponer que existe la posibilidad de que bien sea a través de impactos meteoríticos, o simplemente a través de un programa espacial (la contaminación de las sondas es algo que se toma muy en serio por las agencias aerospaciales; considérese por ejemplo el caso de la sonda Galileo, que fue lanzada contra Júpiter para evitar la contaminación accidental de Europa), se pueda producir la transferencia de formas de vida. Por supuesto, siempre y cuando se salve el punto (2), la supervivencia en el espacio exterior durante el viaje.

La supervivencia en el vacío espacial es extremadamente difícil para las formas de vida terrestre, como es fácil imaginar. Los organismos que se vieran expuestos a este ambiente tendrían que hacer frente a la microgravedad, temperaturas extremas (de apenas unos 4ºK en el espacio profundo, mayor -e incluso potencialmente letal- si hay exposición directa a la luz solar), presiones ínfimas (del orden de 10-14 Pa, aproximadamente 10-19 atmósferas), y altas dosis de radiación ionizante (al menos tres órdenes de magnitud superior a la que se recibe en la superficie terrestre). Existen diversos extremófilos que pueden soportar algunas de estas condiciones, pero sobrevivir a la combinación de todas ellas durante un periodo potencialmente muy largo de tiempo es indudablemente un desafío biológico. Este desafío es incluso superior si en lugar de microorganismos unicelulares simples consideramos organismos pluricelulares. Pues bien, sorprendentemente parece haber organismos capaces de sobrevivir en estas hostiles circunstancias, tal como K. Ingemar Jönsson y 4 colaboradores, de las Universidades de Kristianstad, Sttutgart y Estocolmo, acaban de mostrar en un artículo titulado

recién aparecido en Current Biology. El estudio de Jönsson et al. se centra en los tardígrados, popularmente conocidos como “osos de agua” (hay un par de páginas muy buenas con fotografías y películas sobre tardígrados aquí y aquí). Se trata de unos pequeños invertebrados de hasta 1.2 mm de tamaño que constituyen un filo propio, y que tienen la curiosa propiedad de ser eutélicos, i.e., todos los individuos adultos de una cierta especie tienen el mismo número de células (hasta 40,000 en algunas especies). Son ovíparos, tienen reproducción sexual, y una resistencia extrema: pueden soportar (al menos temporalmente) temperaturas de +151ºC a -271ºC, altísimas dosis de radiación, presiones de hasta 6000 atmósferas, y pueden permanecer en estado criptobiótico durante años.

Tardigrado (Hypsibius dujardini). Micrografia por Bob Goldstein

Tardígrado (Hypsibius dujardini)

El estudio de Jönsson et al. se ha realizado en el contexto de la misión Foton-M3 de la ESA, y tiene el sugerente acrónimo geek de TARDIS (Tardigrades in Space). Hay un blog en el que los investigadores dan cuenta de las novedades del proyecto. Durante 10 días dos especies de tardígrados –Richtersius coronifer y Milnesium tardigradum– han estado expuestos al vacío en una órbita terrestre baja, y a dos espectros diferentes de radiación ultravioleta (280-400nm y 116.5-400nm). Mientras que la exposición al vacío no ha parecido tener efectos en la supervivencia de los tardígrados, la exposición a la radiación UV -especialmente en el espectro más amplio- produjo una considerable mortandad en los animales. No obstante, algunos especímenes de M. tardigradum fueron capaces de sobrevivir en estas condiciones, soportando (en estado desecado) una dosis de radiación de 7000 kJ/m2.

El mecanismo por el que estos organismos son capaces de soportar estas condiciones de desecación y radiación no está claro, y se presume la existencia de algún sistema de reparación del ADN dañado. En cualquier caso, dado que estas condiciones no se presentan en la Tierra, debe concluirse que son un efecto secundario de su adaptación criptobiótica. Realmente apasionante.

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