2011/01/14

el panteón de los científicos

Les presento la lista más reciente de los científicos de mayor impacto en nuestra época. Se ordenan los miembros del panteón según han ido apareciendo en libros, lo cual permite comparar científicos de diferentes campos de investigación como las matemáticas, la física, y las ciéncias sociales. Los dos creadores de lista son Adrian Veres y John Bohannon. Son dos pioneros en un campo de investigación nuevo llamado culturomics (culturómica), que es la exploración cuantitativa de registros de datos digitalizados. El método que se usa en este campo es el análisis de millones de libros y la búsqueda de palabras o frases en estos libros. Obviamente nadie tiene tiempo para leer tanto, así que se aprovechan de una tecnología bastante reciente: Google, en concreto Google Books. Este servicio cuenta ya con 15 millones de libros, de los cuales un 4% se utilizaron para el estudio. En estos libros digitalizados es fácil buscar palabras y nombres.
Lo primero que hicieron Veres y Bohannon fue compilar una lista general de científicos. Wikipedia sirvió como base de datos de donde sacaron, usando un algoritmo especial, dichos nombres. Luego contaron el número de veces que aparece cada uno de los nombres de científicos en los libros de Google Books. Un mayor número de citas de un nombre por año significa una plaza más alta en la lista.
Aquí está:

nombre nacimiento fallecimiento miliDarwin
Bertrand Russell 1872 1970 1500
Charles Darwin 1809 1882 1000
Albert Einstein 1879 1955 878
Lewis Carroll 1832 1898 479
Claude Bernard 1813 1878 429
Oliver Lodge 1851 1940 394
Julian Huxley 1887 1975 350
Karl Pearson 1857 1936 346
Niels Bohr 1885 1962 289
Alexander Graham Bell 1847 1922 274
Max Planck 1858 1947 256
Francis Galton 1822 1911 255
Robert Oppenheimer 1904 1967 252
Louis Pasteur 1822 1895 237
Chaim Weizmann 1874 1952 236
Alfred North Whitehead 1861 1947 229
Marie Curie 1867 1934 189
Robert Koch 1843 1910 185
Isaac Asimov 1920 1992 183
James Jeans 1877 1946 182
Ray Lankester 1847 1929 175
Stephen Jay Gould 1941 2002 169
Norbert Wiener 1894 1964 163
Rachel Carson 1907 1964 152
Carl Sagan 1934 1996 152

¿Por qué Charles Darwin tiene exactamente 1000 miliDarwin (mD), o sea 1 Darwin, y qué es esta unidad? Darwin es uno de los científicos más famosos, cuya obra ha tenido un impacto tremendo en nuestro concepto del mundo. Para honrar esto, Veres y Bohannon bautizaron la unidad de una medida con su nombre. Esta medida se define como el promedio de la frequencia anual que aparece el nombre "Charles Darwin" en libros escritos en inglés desde el año 1839, el año que Darwin cumplió 30 años.
De echo todos podemos usar Google Books para la investigación usando un servicio llamado Ngram. Se puede ver el uso de palabras en el tiempo o comparar varios términos. Por ejemplo, Batman vs. Superman:

Ngram Chart Superman vs. Batman Español

Parece que Superman tiene más fans que Batman...

Más información se enceuntra, como siempre en inglés, aqui: http://fame.gonzolabs.org/
La lista completa esta aquí junto con más información publicada en la revista Science.

2010/10/19

2. grafeno

Como escribí aquí, el Premio Nobel de física de este año se otorgó a Geim y Novoselov por el descubrimiento del grafeno. ¿Qué es lo que hace al grafeno tán especial que se merece esta distinción?

El grafeno es una forma cristalina del carbono y uno de los pocos materiales que es bidimensional. Eso quiere decir que es muy fino y que está formado por sólamente un plano de átomos. Parecido a una hoja de papel, se extiende más en el espacio en dos dimensiones que en la tercera dimensión. La existencia de un material bidimensional por si sólo ya fue una noticia recibida con asombro en el mundo científico cuando se creó el grafeno por primera vez en 2004. Esto se debe al hecho de que se había demostrado teoricamente que no debía existir un material bidimensional. Debido a fluctuaciones en su estructura cristalina, resultando en la rúptura de la estructura 2D, cualquier material tan fino debería romperse. Pero para gran sorpresa de todos si resultó estable el grafeno cuando se logró su síntesis. Ya por eso es un material muy curioso, aunque en un principio el interés era más bien académico.

A pesar de su filigrana apariencia - el grafeno es tan fino que apenas absorbe luz y resulta casi transparente - es muy robusto. Es muy dificil romperlo y es 200 veces más fuerte que el acero.

Otra característica del grafeno es que es un buen conductor electrónico. Esto se debe a la organización de electrones en los enlaces químicos que forman los átomos de carbono en el plano. El carbono tiene cuatro electrones que pueden participar en la formación de estos enlaces, pero un átomo de carbono en el grafeno sólamente tiene tres vecinos. Los tres enlaces entre un átomo de carbono y sus vecinos se llaman enlaces σ (sigma) y son muy estables. Pero ya que sólo hay tres vecinos, sólo tres electrones de cada átomo estan fijados a un enlace σ. El cuarto electrón forma un enlace llamado π (pi), pero no sabe muy bien con cual de los tres vecinos. El electrón no se encuentra ni localizado ni fijado a ningún átomo. Son estos electrones en los enlaces π los responsable de la conductividad electrónica del grafeno. Igual que los electrones libres en un metal se mueven sin dificultad y representan los portadores de carga en la conducción electrónica, los electrones π en el grafeno se desplazan facilmente, contribuyendo así a la conducción. Por otra parte, este complejo comportamiento de los electrones en los enlaces σ y π son responsables de la naturaleza plana del grafeno y de su aspecto de panal de miel.

El grafeno cuenta además con una amplia variedad de características excepcionales como una alta conductividad térmica y una multitud de efectos cuánticos interesantes.

¿Tiene aplicaciones prácticas el grafeno? Tal vez en microelectrónica y en microprocesadores como transistores o circuitos integrados, aunque para que esto encuentre camino en la vida cotidiana aún tiene que pasar bastante tiempo. Otra posibilidad es mezclar polvo de grafeno con un plástico corriente. Con poca cantidad de grafeno el plástico aislante se puede transformar en conductor. Y gracias a su transparencia se puede usar como electrodo transparente. Probablemente veremos muchas aplicaciones del grafeno, y ya por eso se merece el Premio Nobel.

Para mi lo más curioso es cómo se logra fabricar el grafeno. No es un método químico muy elaborado, ni se necesitan instrumentos grandes y costosos. En el 2004, Geim y Novoselov usaron cinta adhesiva para pelar láminas de un cristal de grafito. Pegar estas láminas en una superficie de óxido de silicio resulta eventualmente en una lámina de grafeno encima de silicio. Fácil, ¿no?


Para los que buscan información más detallada sobre el grafeno, aquí hay dos textos de Andre Geim y Konstantin Novoselov (de acceso gratuito):
The Rise of Graphen: http://arxiv.org/abs/cond-mat/0702595
Graphene: Status and Prospects: http://arxiv.org/abs/0906.3799

2010/10/05

premio nobel de física para el grafeno

Hoy se ha anunciado que el Premio Nobel de Física 2010 se otorga a Andre Geim y Konstantin Novoselov de la Universidad de Manchester por la fabricación de grafeno. En los años 90 los dos consiguieron pelar grafito, el material que se usa como mina en los lápices, en láminas tan finas que al final se redujeron a una sola capa de átomos: el grafeno. Ambas cosas, grafito y grafeno, son formas puras del carbono y solamente este elemento es necesario para su síntesis. Es el material más fino que jamás se ha producido y tiene características físicas y químicas muy especiales. Por ejemplo, aunque no es un metal, es un buen conductor electrónico. También es transparente debido a su pequeño grosor. Realmente es un material excepcional que va a tener un impacto enorme en el desarrollo tecnológico.

modelo del grafeno: red hexagonal de carbono
Modelo de grafeno: cada bola gris representa un átomo de carbono. Cada átomo está conectado por un enlace químico con tres átomos vecinales, así van formando una red hexagonal.

Es el segundo Premio Nobel que se concede por resultados relacionados con el carbón puro. En el año 1996, el Premio Nobel de química se entregó a Robert Curl, Harold Kroto y Richard Smalley por el descubrimiento de la molécula C60. Se la conoce como el Buckminsterfulereno y consiste en una molécula en forma de balón de fútbol formada por 60 átomos de carbono.
Ya que actualmente hay tanto interés en la investigación de este tipo de materiales basados en carbono, voy a escribir aquí unos artículos sobre ello. En cuatro partes, trataré de explicar cada uno de los estados en que se puede encontrar el carbono:

0. Buckminsterfulereno
1. nanotubos de carbono
2. grafeno
3. grafito y diamante

Aún no estoy del todo seguro en que orden los voy a escribir pero igual empiezo por el número 2 ya que es el más actual. Así que si les interesa, les invito a que vuelvan periódicamente para leer los nuevos artículos.

imagen que representa la relación entre el grafeno y los buckminsterfulerenos, los nanotubos de carbono y el grafito
Aquí una imagen que representa la relación entre el grafeno y los buckminsterfulerenos, los nanotubos de carbono y el grafito. Trozos de grafeno se pueden curvar para amoldar fulerenos, enrrollar para crear nanotubos o apilar para formar grafito. La imagen se encuentra en la publicación The Rise of Graphene de Geim y Novoselov, a la que se puede acceder libremente aquí.

2010/10/01

se encuentra el primer planeta en zona de habitabilidad

ResearchBlogging.org
El agua líquida es una premisa fundamental para la vida tal como la conocemos. Casi cualquier tipo de vida se basa de alguna manera en la presencia de esa molécula que consiste en un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. El 50 % de la masa de nuestro cuerpo humano se debe al agua. Para que se mantenga líquida en un planeta, se requiere una presión atmosférica adecuada y una temperatura media adecuada. Circulando la estrella Gliese 581 se ha encontrado un planeta que puede tener justo los valores adecuados de presión y temperatura para albergar agua líquida, y así uno de los módulos necesarias para la vida. El exoplaneta con nombre planeta G se encuentra en la zona de habitabilidad, que significa, a una distancia de la estrella en que las temperaturas no son ni muy altas ni muy bajas. También tiene una masa parecida a la de la Tierra, posibilitando una atmósfera parecida a la nuestra. Estos dos factores en conjunto significan que puede existir agua liquida en su superficie.

Steven Vogt de la Universidad de California Santa Cruz y sus colaboradores describen aquí el nuevo análisis de sus datos. A lo largo de 11 años acumularon espectros de la estrella Gliese 581, y, comparando estos con los datos adquiridos por otras técnicas, llegan a la conclusión de que existen dos planetas adicionales a los cuatro ya conocidos. Lo interesante es que por primera vez se observa un planeta justo en medio de la zona de habitabilidad. Ya he escrito antes sobre la búsqueda de exoplanetas con el telescopio espacial Kepler: planetas que circulan a otras estrellas y no al Sol. Aunque el Kepler cada vez encuentra mas exoplanetas, estos nuevos resultados se adquirieron con telescopios estacionados en la Tierra, sobre todo con el observatorio W. M. Keck en Hawaii. Se mide con un espectrómetro la radiación emititda por la estrella. Pequeños cambios en la longitud de onda de dicha radiación indican la presencia de planetas. La magnitud del cambio de la longitud de onda depende de la masa del planeta y de su distancia a la estrella.


Imagen: Comparación de las órbitas de Mercurio, Venus y de la Tierra con las del sistema solar de Gliese 581. El sistema de Gliese 581 es mucho más pequeño que nuestro sistema solar. (imagen de Steven Vogt, http://www.ucolick.org/~vogt/)

El planeta G tiene por lo menos tres veces la masa de la Tierra. Es bastante para atrapar gas en su superficie y crear una atmósfera. La Luna, en comparación, no tiene atmósfera debido a su pequeña masa, un sexto la de la Tierra. Un año en el planeta G sólo tiene 37 días y la distancia a su sol es aproximadamente un sexto de la del Sol a la Tierra. En nuestro sistema solar esto significaría temperaturas muy altas en su superficie. Pero Gliese 581 es una enana roja, menos brillante y más fría que el Sol. Las temperaturas en planeta G pueden ser parecidas a las nuestras. También es curioso que no existan los días. Tal como siempre vemos la misma cara de la Luna desde la Tierra, el planeta G siempre muestra el mismo lado hacia Gliese 581. Así en un lado siempre es de día mientras en el otro gobierna una oscuridad perpetua.

Claro que los resultados no confirman la presencia de agua líquida en el planeta. Lo único que permiten decir es que hay cierta probabilidad de que exista en su superficie. Y con el agua, la vida extraterrestre se convierte en una posibilidad real.

Steven S. Vogt, R. Paul Butler, Eugenio J. Rivera, Nader Haghighipour, Gregory W. Henry, & Michael H. Williamson (2010). The Lick-Carnegie Exoplanet Survey: A 3.1 M_Earth Planet in the Habitable Zone of the Nearby M3V Star Gliese 581 arXiv arXiv: 1009.5733v1


2010/08/10

20 rotaciones para resolver el cubo de Rubik, y Google ayuda a demostrarlo

El cubo de Rubik vió la luz por primera vez en los años 70. Desde entonces una comunidad de científicos y aficionados busca el número mínimo de rotaciones que es necesario hacer para llegar desde cualquier posición inicial a la posición con todos los colores ordenados. Este número mínimo se llama el número de Dios. Y resulta que es 20. En ningún caso se necesitan más de 20 rotaciones.

La demostración de este resultado no es un montón de formulas matemáticas sino un programa de ordenador que ha solucionado todas las posibilidades iniciales del cubo. Como se afirma en la página web cube20.org, la página oficial del proyecto, un ordenador corriente tardaría unos 35 años en calcular todas las soluciones, mucho tiempo para estar esperando. Y aquí entra Google quien donó tiempo libre de sus ordenadores para el cálculo, reduciendo su tiempo a unas semanas.

En principio existen 43.252.003.274.489.856.000 posiciones diferentes del cubo. Pero algunas de estas son equivalentes en el sentido de que su solución es muy parecida. Por ejemplo, una posición inicial se transforma en otra girando el cubo por 90 grados, sin rotar ninguna de sus piezas. Aunque a primera vista parece otro problema, la solución es la misma. De esta manera y con otros trucos pudieron reducir el número de posiciones iniciales a 55.882.296, acortando el tiempo de computación tremendamente. La gran mayoría de las posiciones iniciales se pueden resolver en menos de 20 rotaciones, algunas en 20, pero no existe ninguna posición que requiera más de 20.

La búsqueda del número de Dios para el cubo de Rubik ha llegado a su fin. 30 años, mucho cavilar y una gran capacidad computacional fueron necesarias para encontrarlo.

2010/08/08

plegamiento de proteínas como juego online

ResearchBlogging.org
Algunos de nosotros pasamos bastante tiempo jugando con el ordenador. Esto unido a la capacidad humana de resolver rompecabezas se pude utilizar para ayudar a la ciencia: en la página web fold.it, el plegamiento de proteínas se ha convertido en un juego, en el cual la mayor puntuación corresponde al estado de menor energía de la proteína. El jugador que encuentra la estructura que se acerca más a su estructura óptima de la proteína se lleva la mayoría de los puntos y así gana. Ya hay muchos que están jugando, y todos ellos ahora son coautores de una publicación reciente en la revista Nature describiendo el juego científico online Foldit.

Las proteínas son biomoléculas vitales que sostienen el funcionamiento de todos los organismos. Enzimas y hormonas, por ejemplo, pertenecen al grupo de las proteínas. La hemoglobina, la parte de la sangre que transporta el oxígeno también lo es, tal como el colágeno. La función de una proteína en un organismo como nuestro cuerpo depende de su forma y su estructura. Esta estructura suele ser bastante complicada y difícil de predecir. Pero sin conocer la estructura, no se pude saber cómo funciona la biomolécula. De ahí el interés en resolver la estructura de una proteína. Saber cómo predecir una estructura, por ejemplo, puede ser útil en el desarrollo y síntesis de nuevos medicamentos.

En los últimos años, el uso de ordenadores se ha hecho muy popular para estudiar proteínas y su estructura. Se da a un programa como base una estructura de una proteína y este intenta, basándose en varias reglas químico-físicas, buscar otra estructura mejor. Es un proceso lento y no siempre da resultados satisfactorios. Como alternativa, un grupo de biólogos moleculares se aprovecha de nuestra afinidad hacia los juegos y nuestra capacidad de resolver puzles. En el juego Foldit, el jugador se ve confrontado con la estructura de una proteína y tiene que buscar otra estructura mejor. Doblando, plegando, rotando y por medio de otros movimientos de partes de la molécula se obtienen varias estructuras de la proteína de energías diferentes. La mayor puntuación corresponde a la mejor estructura, o sea a la de menor energía.

Resulta que en muchos casos los jugadores encontraron estructuras mejores que los programas del ordenador. A veces, para llegar a una nueva estructura de más baja energía, hay que pasar por unas estructuras de muy altas energías. Para un jugador humano esto no significa ningún problema si el cree que la estructura a donde quiere llegar va a tener una energía menor que la inicial. Estos tipos de software, por otro lado, no están programados para pasar por estructuras de altas energías. Esto les prohíbe hacer mayores cambios en la estructura y así encontrar la estructura óptima.

Foldit es un prototipo de cómo se puede utilizar la tremenda capacidad humana para la ciencia y el progreso. Aparte del científico experto que trabaja en universidades y otros instituciones de investigación, se forma una clase de científico ciudadano, el aficionado interesado que contribuye en lo que puede. Jugando, pero a la vez aprendiendo, apoya y aporta en el proceso de la investigación. Concluyen los autores: "Nuestros resultados indican que el progreso científico es posible si se puede canalizar, aunque sea una pequeña fracción de la energía que se gasta en jugar juegos de ordenador, para descubrimientos científicos."

Cooper S, Khatib F, Treuille A, Barbero J, Lee J, Beenen M, Leaver-Fay A, Baker D, Popović Z, & Players F (2010). Predicting protein structures with a multiplayer online game. Nature, 466 (7307), 756-60 PMID: 20686574

2010/07/13

la cara oculta de la luna

El Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) lleva un año orbitando la Luna. Es un satélite que saca imágenes de la superficie de la Luna y, entre otras cosas, mide su temperatura. Ya se pueden encontrar las primeras imágenes en la página web de la NASA:

Encontraron un sitio en el fondo del cráter Hermite donde sólo hace -248 °C, que parece ser la temperatura más baja jamás medida en nuestro sistema solar:


Credit: NASA/Goddard/University of California, Los Angeles

También sacaron imágenes del lado de la Luna que nunca se ve desde la Tierra. En esta imagen, el color indica la elevación/depresión de la superficie lunar. Rojo significa alto, azul bajo. El punto más alto se eleva más de 6.000 metros y el punto más bajo está 6.000 metros por debajo de la superficie. En comparación, y debido a sus diámetros diferentes, una montaña de 6.000 metros en la Luna equivaldría a una de 22.000 metros en la Tierra. El Monte Everest sólo mide cerca de 9.000 metros.


Credit: NASA/Goddard

Las montañas en la Luna no se formaron por movimiento tectónico como en la Tierra, un proceso que tarda millones de años. En la Luna, los impactos de asteroides mueven tal cantidad de tierra, en solamente unos segundos, como para formar picos y elevaciones que no tienen nada que envidiar a los montes en la Tierra.


Credit: NASA/Goddard/Arizona State University

Por otro lado, el LRO observó el lugar de aterrizaje del Apollo 11 donde los astronautas Neil Armstrong and Buzz Aldrin fueron los primeros humanos que pisaron suelo extraterrestre. Se ve el sitio del desembarco donde una parte del módulo de aterrizaje se quedó atrás. También se ven las pisadas de los astronautas y algunos restos de su equipo.


Credit: NASA/Goddard/Arizona State University