Tendencias21
Una app transforma los espines de los átomos en 'gotas' para verlos mejor

Una app transforma los espines de los átomos en 'gotas' para verlos mejor

Científicos de la Universidad Técnica de Múnich han diseñado una ‘app’ que representa gráficamente los espines nucleares de átomos de un sistema complejo, en forma de objetos parecidos a las gotas. En ellos se puede observar a simple vista las interacciones y entrelazamientos que se producen entre ellos. Por Carlos Gómez Abajo.

Una app transforma los espines de los átomos en 'gotas' para verlos mejor Las imágenes por tomografía de resonancia magnética (MRT) son una importante herramienta de diagnóstico. El contraste alcanzable depende de lo bien que puedan controlarse los espines nucleares que forman la base de las señales de imagen.

Matemáticamente, las propiedades de los espines nucleares se describen mediante matrices especiales. Ahora, un equipo dirigido por el profesor Steffen Glaser, de la Technische Universität München (TUM), ha desarrollado una representación gráfica intuitiva de la información contenida en estas matrices de espines acoplados en estados cuánticos arbitrarios.

Para ilustrar la creación, la deformación y la rotación de las correlaciones spin-spin bajo la influencia de campos magnéticos controlables en tiempo real, Steffen Glaser, junto con su hijo, ha desarrollado además una aplicación para teléfonos inteligentes y tabletas.

«Este programa proporciona acceso intuitivo y comprensible para al fascinante mundo de la teoría de control cuántico», señala. La app SpinDrops está disponible en la App Store.

El espín

Los átomos y sus componentes básicos se adhieren a las leyes de la física cuántica, que con frecuencia resultan incomprensibles. En nuestro mundo cotidiano, una pelota de tenis puede girar sobre su propio eje a cualquier velocidad arbitraria. Los espines nucleares, por el contrario, pueden girar solamente a una única velocidad fija, o bien a izquierdas o bien a derechas: su rotación está cuantizada.

Un grupo de trabajo dirigido por Glaser, del departamento de Química, está desarrollando procedimientos matemáticos para controlar el comportamiento de los espines nucleares de manera específica con la máxima eficiencia. Con el método desarrollado el grupo ya ha tenido éxito en la determinación del contraste óptimo para las imágenes MRT. Utilizando sus averiguaciones, el desarrollo de procesos de formación de imágenes puede llevarse más allá.

La resonancia magnética

Para futuras tecnologías de computación cuántica o tecnologías como la espectroscopia de resonancia magnética nuclear -una de las herramientas analíticas más importantes de la química moderna-, una mejor comprensión del control óptimo de los espines acoplados es esencial. Los espines acoplados pueden influirse entre sí, dando lugar a efectos aún más complejos.

Por ejemplo, existe un fenómeno conocido como superposición en el mundo cuántico. Transferido a nuestro mundo cotidiano, esto significaría que los espines nucleares pueden girar tanto a la derecha como a la izquierda al mismo tiempo. El entrelazamiento de estados cuánticos es un ejemplo más. Einstein se refirió a este efecto como «acción fantasmal a distancia». Sin embargo, esta «spookiness» tiene un gran potencial técnico, que va desde las mediciones de precisión hasta la transmisión de datos segura. Una imagen, mil palabras

Las propiedades cuánticas de los espines nucleares acoplados se describen matemáticamente utilizando las llamadas matrices de densidad. «Son las columnas de números abstractos que requieren mucha experiencia para entenderlos», dice Glaser, en la nota de prensa de la universidad. Ahora Glaser ha creado una herramienta de visualización que transforma estas matrices en imágenes descriptivas.

El denominado proceso DROPS (Representación Discreta de los Operadores para los Sistemas de Espín) asigna la matriz de densidad a objetos de tres dimensionales parecidos a las gotas, que reflejan todas las interacciones de la mecánica cuántica y los entrelazamientos entre los espines en un momento dado.

Intrínseco

El espín (del inglés spin, giro, girar) o momento angular intrínseco se refiere a una propiedad física de las partículas subatómicas, por la cual toda partícula elemental tiene un momento angular intrínseco de valor fijo. Se trata de una propiedad intrínseca de la partícula como lo es la masa o la carga eléctrica. El espín fue introducido en 1925.

Dos físicos, por separado, descubrieron que, si bien, la teoría cuántica de la época no podía explicar algunas propiedades de los espectros atómicos, añadiendo un número cuántico adicional, el «número cuántico de espín», se lograba dar una explicación más completa de los espectros atómicos. Pronto, el concepto de espín se amplió a todas las partículas subatómicas, incluidos los protones, los neutrones y las antipartículas. Referencia bibliográfica:

M. Lapert, Y. Zhang, M. A. Janich, S. J. Glaser, D. Sugny: Exploring the Physical Limits of Saturation Contrast in Magnetic Resonance Imaging. Scientific Reports (2012). DOI: 10.1038/srep00589.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • La IA revela los misterios ocultos de los virus en los océanos y en los intestinos humanos 17 mayo, 2024
    Los virus son una fuerza misteriosa y poco comprendida: se sabe que pueden infectar, matar y manipular células humanas y bacterianas en casi todos los entornos, desde los océanos hasta nuestros intestinos. Sin embargo, aún no se tiene una idea completa de cómo los virus afectan el entorno que los rodea, en gran parte debido […]
    Pablo Javier Piacente
  • El Sol lanza su llamarada más poderosa en 7 años 17 mayo, 2024
    Una erupción solar medida en X8.7, la categoría más extrema para este tipo de fenómenos, acaba de surgir desde la misma región de manchas solares responsable de las llamaradas del fin de semana pasado, que provocaron impresionantes auroras y otras consecuencias en todo el planeta. Se trata de la llamarada solar más poderosa desde 2017, […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un videojuego arroja luz sobre cómo vuelan los insectos 17 mayo, 2024
    Moscas de la fruta genéticamente modificadas han permitido a los científicos desentrañar la misteriosa mecánica de vuelo de los insectos. Gracias a la IA, cartografiaron cómo los músculos de la mosca Drosophila melanogaster manipulan la bisagra del ala para realizar maniobras de vuelo ágiles y aerodinámicas.
    Redacción T21
  • Descubren un exoplaneta similar a la Tierra orbitando una estrella que sobrevivirá al Sol 16 mayo, 2024
    Un planeta extrasolar rocoso del tamaño de la Tierra orbita de cerca a una estrella enana roja ultrafría, que se supone brillará durante 100.000 millones de años, mucho más tiempo que nuestro Sol, que se extinguirá en alrededor de 5.000 millones de años. A pesar de estas características y de su cercanía con la Tierra, […]
    Pablo Javier Piacente
  • El dióxido de carbono atmosférico crece a un ritmo sin precedentes en los últimos 50.000 años 16 mayo, 2024
    Un análisis químico detallado del hielo antártico antiguo permitió a los científicos comprobar que la tasa de incremento actual del dióxido de carbono (CO2) atmosférico es la mayor en los últimos 50.000 años: según los investigadores, este aumento y su comparación con ciclos anteriores indica claramente la intensidad del cambio climático que está comenzando a […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un Parlamento Ciudadano Climático se abre paso en España 16 mayo, 2024
    Después de las Asambleas Ciudadanas celebradas en España entre 2022 y 2024, la Asamblea Cívica por el Clima y el Observatorio de Sostenibilidad han propuesto la creación de un Parlamento Ciudadano Climático, formado mediante sorteo representativo por expertos y actores sociales, para alcanzar un consenso social mayoritario sobre la emergencia climática que esté basado en […]
    Alejandro Sacristán
  • Los virus humanos más antiguos estarían ocultos en los huesos de los neandertales 15 mayo, 2024
    El análisis genético de esqueletos de neandertales de 50.000 años de antigüedad ha revelado restos de tres virus relacionados con patógenos humanos modernos: los investigadores creen que podrían recrearse.
    Pablo Javier Piacente
  • Ondas gigantes de materia oscura podrían estar alterando las órbitas de las estrellas 15 mayo, 2024
    Los científicos creen que las perturbaciones en los sistemas estelares binarios podrían ser la clave para detectar la sustancia más confusa del espacio: la materia oscura. Ondas de esta materia invisible serían capaces de modificar las órbitas de las estrellas, de acuerdo a un nuevo estudio.
    Pablo Javier Piacente
  • El envejecimiento también es cosa del azar 15 mayo, 2024
    ¿Cómo funciona el envejecimiento? Los científicos del Grupo de Excelencia para la Investigación del Envejecimiento CECAD han descubierto que el azar es más importante en el proceso de envejecimiento de lo que se pensaba anteriormente.
    Redacción T21
  • Revelan el misterio de las "manchas gigantes" en el Océano Pacífico 14 mayo, 2024
    Un grupo de manchas de agua extremadamente cálidas en el Océano Pacífico han tenido un efecto desastroso en los ecosistemas marinos desde 2010. Ahora, una nueva investigación sugiere que, paradójicamente, una de las causas de su formación habría sido la reducción en las emisiones de aerosoles en China, junto al calentamiento global.
    Pablo Javier Piacente