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Portada 40deg Aniversario de la llegada del hombre a la Luna Bicentenario del nacimiento de Charles Darwin

Edicioacuten Semestral Agosto 2009

Publicacioacuten gratuita de Agrupacioacuten Astronoacutemica Riacuteas Baixas

Sede Social d Rosalla de Castro 44 - 4deg C 36001 bull Pontevedra

cienciaastroriasbaixasorg

Director publicacioacuten Fernando W Mori Diacuteez

Editor adjunto Dr Ing Manuel A Castro Gil (UNED)

Jefe de Redaccioacuten Antoliacuten Franco Garciacutea antolinmundo-rcom

Consejo de Redaccioacuten Piacuteo Moa Banga Salvador Villagrasa Francisco Novoa Cid Joseacute Ma Cordobeacutes

Disentildeo y Maquetacioacuten Gonzalo De Torres bull K amp J 986 24 2619

Impresioacuten Graacuteficas Pomba

Depoacutesito legal VG 232-2007

o 6

Sumario Editoria l 4

40deg Aniversario de la llegada de los primeros seres humanos a la luna 5 Charles Darwin un cientiacutefico revolucionario 7

Larga vida al telescopio espacial Hubble 9 Medida de diferentes tipos de radiacioacuten con CCD 12

La un ificacioacuten de fuerzas 16 De aacutetomos y elementos 18

Fermi lab y Latinoameacuterica 20 11 La simetriacutea en fiacutesica 23

Mirando al cielo desde el ordenador 26 Declaracioacuten de Arecibo 31

Energiacutea nuclear en la propulsioacuten espacial 33 Actividades de la agrupacioacuten 36

Efemeacuterides ast ronoacutemicas junio-diciembre 2009 37 Fotografiacuteas Un problema a resolver 38

Nota de Redaccioacuten

Como vereacute is vue lve a salir un artiacuteculo del premio Nobel Dr Lederman (paacuteg

20) La UNED colabora con un artiacuteculo del Ingeniero Industrial Carlos Cagigal

Olay (paacuteg 12) Se hace hincapieacute en los dos aniversarios que en el presente antildeo

2009 tienen especial relevancia 200deg aniversario del nacimiento de Charles

Darwin (paacuteg 7) Yel 40deg aniversario de la llegada de seres humanos a un astro

lejos de nuestra Tierra la Luna (paacuteg 5)

Seguimos pues en el buen camino

middotAsocmiddotIate I Asoacuteciate y colaboracon nosotros en la difusioacuten bull de la CienCia en GallClaI

Nombre ____ _____ ___ Apellidos _________ ________ ________ _

DNI _______ ___ _____

Domicilio _______ ____ __ __ _____ ____ ____ ____ ________ ____ _

Poblacioacuten___ ____ ___ ___ _____ ____ Coacutedigo Postal __ ____ ___ __ _

E-mai l __ ____ ____ __ ____ _______ __ Telf __ ___ __ _____ _____ _

Ndeg Cuenta

__ ____ -1__ _____J _____ J ___ ________ _ Cuota anual 25 E

Agrupacioacuten Astronoacutemica Riacuteas Baixas de Vigo (AARB de Vigo) d Rosalla de Castro 44 - 4deg C bull 36001 Pontevedra pannovoacidyahooes

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Portada 40deg Aniversario de la llegada del hombre a la Luna Bicentenario del nacimiento de Charles Darwin

Edicioacuten Semestral Agosto 2009

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o 6

Sumario Editoria l 4

40deg Aniversario de la llegada de los primeros seres humanos a la luna 5 Charles Darwin un cientiacutefico revolucionario 7

Larga vida al telescopio espacial Hubble 9 Medida de diferentes tipos de radiacioacuten con CCD 12

La un ificacioacuten de fuerzas 16 De aacutetomos y elementos 18

Fermi lab y Latinoameacuterica 20 11 La simetriacutea en fiacutesica 23

Mirando al cielo desde el ordenador 26 Declaracioacuten de Arecibo 31

Energiacutea nuclear en la propulsioacuten espacial 33 Actividades de la agrupacioacuten 36

Efemeacuterides ast ronoacutemicas junio-diciembre 2009 37 Fotografiacuteas Un problema a resolver 38

Nota de Redaccioacuten

Como vereacute is vue lve a salir un artiacuteculo del premio Nobel Dr Lederman (paacuteg

20) La UNED colabora con un artiacuteculo del Ingeniero Industrial Carlos Cagigal

Olay (paacuteg 12) Se hace hincapieacute en los dos aniversarios que en el presente antildeo

2009 tienen especial relevancia 200deg aniversario del nacimiento de Charles

Darwin (paacuteg 7) Yel 40deg aniversario de la llegada de seres humanos a un astro

lejos de nuestra Tierra la Luna (paacuteg 5)

Seguimos pues en el buen camino

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Editorial laquo u z w u o el Z

~ a ~ o ~

u

Dinero en el espacio

Se escuchan en numerosas ocashysiones criacuteticas a las inversiones econoacutemicas que se dedican a la investigacioacuten espacial iquestPara queacute necesitamos sondas en Marte o para queacute en Venus iquestPara queacute los telescopios sateacutelites u observatoshyrios espaciales

Se da por sentado que la repercushysioacuten en beneficios sobre los ciu shydadanos en general es miacutenima y por tanto se trata de un dispendio que no debiera asumirse habienshydo muchas necesidades de buena parte de la poblacioacuten mundial sin cubrir

Desde luego que la lucha contra el hambre en el mundo contra las enfermedades y la falta de asistenshycia sanitaria o las carencias educashytivas de muchos paises deben ser prioridades en la atencioacuten de las organizaciones gubernamentales y en especia l de los gobiernos maacutes poderosos del planeta En numeroshysos casos quienes asumen al meshynos directamente este papel son las ONGs Y tambieacuten es cierto que los ciudadanos debemos implicarshynos en esa lucha en la medida de nuestras posibilidades no soacutelo los gobiernos

La cuestioacuten es iquestes cierto que el dishynero de la investigacioacuten incluida la espacial no repercute en la vida de los ciudadanos

iquestSaben la mayoriacutea de estos ciushydadanos que la tecnologiacutea que

se disentildea y utiliza en las sondas y otros ingenios espaciales seraacute lueshygo utilizada en nuestras industrias en nuestros electrodomeacutesticos en nuestras telecomunicaciones o en nuestros medios de transporte 7

iquestSon conscientes que la tecnologiacutea de los sateacutelites permite previsiones meteoroloacutegicas medir la salud de los bosques y selvas prevenir la llegada de las plagas que pueden asolar los campos de cultivo de los que depende la alimentacioacuten de millones de personas en especial en el tercer mundo hasta descushybrir agua en las zonas maacutes secas del planeta con la que sea posible la supervivencia de los pueblos de esas regiones

iquestSaben tambieacuten que la mayoriacutea de los experimentos en el espacio son bioloacutegicos y biomeacutedicos y por lo tanto repercuten tambieacuten en coshynocimientos sobre enfermedades infecciosas o geneacuteticas 7 iquesty que Veshynus o Marte son auteacutenticos laborashytorios de estudios medioambientashyles 7 iquestO por queacute es tan importante el seguimiento de la sonda SOHO de la actividad solar 7

Se puede antildeadir a la lista la preshyvencioacuten de riesgos de cataacutestrofes naturales medioambientales desshyde variaciones climaacuteticas de origen geoloacutegico hasta la menos frecuenshyte pero no nula posibilidad de imshypactos meteoriacuteticos catastroacuteficos Por no mencionar el intereacutes del coshynocimiento puramente cientiacutefico

Estaacute claro que tambieacuten hay fallos que a veces se pierde mucho dinero por culpa de errores que no siemshypre se destina de la mejor manera pero iquestEn queacute actividad humana no los hay iquestPodemos seguir pensando que el dinero que se inshyvierte en la investigacioacuten espacial es un simple despilfarro o una osshytentacioacuten

Francisco Novoa Presidente de la AARB

40deg ANIVERSARIO DE LA LLEGADA DE LOS PRIMEROS SERES HUMANOS A LA LUNA

middotAPOLO 11 FernandoW MoriLA ODISEA DEL middot Director de CIENCIA Riacuteas Baixas

El pasado mes de julio se cumshy

plieron cuarenta antildeos de una de las

proezas maacutes impactantes realizada

por el ser humano La noche del

20 al 21 de julio de 1969 (seguacuten

el horario europeo) la nave de los

EEUU Apolo 11 en nombre

de toda la Humanidad alunizaba

perfectamente en el Mare Tranquishy

litatis (mar de la Tranquilidad) de

nuestro sateacutelite lugar previsto

desde haciacutea ya tiempo

Desde la Tierra se oyoacute con

enorme felicidad y alegriacutea la

famosa frase Houston aquiacute base Tranquilidad El Aguila ha alunizado expresada por

el comandante de la expedicioacuten

Neil Armstrong y que dio la

vuelta al mundo en segundos y

fue escuchada por muchos mishy

llones de personas en los cinco

continentes Esta frase fue seguishy

da por otra cuatro horas maacutes tarde

que tambieacuten pasaraacute a la Historia y

en la voz del mismo Neil Armstrong

Ahora desciendo del moacutedulo lunar Es un pequentildeo paso para un hombre pero es un paso gishygantesco para la Humanidad y diciendo esto dejoacute caer su pie

izquierdo sobre la superficie polvoshy

rienta de nuestro sateacutelite dejando

impresa la huel1la de esta primera e

histoacuterica pisada cuya fotografiacutea ha

sido reproducida desde entonces

millones de veces

Era un tercer hito en la historia

de la exploracioacuten y conquista paciacuteshy

ficas del espacio exterior El primero

fue el lanzamiento y puesta en oacuterbishy

ta del Spoutnik 1 primer sateacutelite

artificial de la Tierra (0410 1957)

El segundo fue la puesta en oacuterbita

del primer cosmonauta humano

Yuri Gagarin (12041961) La gran

aventura del espacio continuaba

La ciencia-ficcioacuten se haciacutea realidad

~~-

Ya han pasado cuarenta antildeos

de esa extraordinaria y maravillosa

proeza iquestQueacute hemos avanzadol

iquestQueacute retos hemos 9anado y cuaacuteles

quedan por ganar

Como todos sabemos el proshy

yecto Apolo en la deacutecada de los

sesenta del pasado siglo fue la

respuesta de los Estados Unidos

para ganar la carrera espacial a la

ahora desaparecida Un ioacuten Sovieacutetishy

ca (URSS) lo que efectivamente

consiguioacute El coste econoacutemico fue

enorme y el impacto popular y la

expectacioacuten extraordinarios pero

al mi6mo tiacuteempo fugaces A la vista

de ello y conseguido el objetivo poshy

liacutetico la administracioacuten americana

redUJO draacutesticamente la dotacioacuten

econoacutemica para la NASA lo que

supuso que se tuviera que reducir

el nuacutemero de misiones lunares ya

programadas Asiacute se cancelaron

los vuelos del Apolo 18 Apolo

19 Y Apolo 20 Se redUJeron

praacutecticamente casi a la mitad los

puestos de trabajo (de maacutes de

400 000 a 220000) Y los

programas Post Apolo tambieacuten

se recortaron mantenieacutendose

apenas algunos de ellos

Ya habiacutea quedado demostrashy

do que la tecnologiacutea americana

en algunos aspectos era supeshy

rior a la sovieacutetica y por lo tanshy

to los poliacuteticos -salvo honrosas

excepciones- que solo miran los

beneficios inmediatos y su carreshy

ra personal decidieron cortar los

fondos destinados a la investigashy

cioacuten espacial

Tras estos cuarenta antildeos han

ocurrido muchas cosas la Unioacuten

Sovieacutetica -el otro gigante espacialshy

desaparece recogiendo su testigo

Rusia que en los primeros moshy

mentos tuvo enormes dificultades

econoacutemicas que a posteriori ha

ido resolviendo y en la actualidad

vuelve a ser la segunda gran potenshy

cia espacial y un verdadero motor

de la actividad en ese campo apashy

rece la ESA Europea como terceshy

ra gran potencia espacial Japoacuten

y ultimamente China ademaacutes de

Fernando W Mori es abogado especialista en Derecho espacial divulgador de temas astronauticos y Director de eacutesta revista

otros paiacuteses de menor entidad esshy

pacial como India Brasil Canadaacute y

algun otro

En estos antildeos la actividad esshy

pacial se ha desarrollado en tres campos fundamentales (1)- esshy

tudio preparacioacuten y construccioacuten

en oacuterbita terrestre de estaciones

espaciales (Salyut Skylab Mir 155) (2)- exploracioacuten de nuestros plashy

netas cercanos Mercurio Venus y

fundamentalmente Marte y (3)shy

construccioacuten y utilizacioacuten de nashy

ves espaciales reutili zables (space

shutle o transbordador espacial)

En todos ellos se han conseguido resultados muy notables pero

en nuestra opinioacuten el logro maacutes

importante conseguido en estos

uacuteltimos antildeos ha sido el desapareshy

cimiento de la mal llamada carreshy

ra espacial transformaacutendose en

Cooperacioacuten internacional

Como retos por ganar estaacuten

fundamentalmente el regreso a la

Luna y establecimiento de una base

i nternaciona I perma nente (progra shy

ma Constellation) y la expedicioacuten

humana a Marte

Obviamente hay otro reto que

viene desde casi el origen de la

Humanidad y es el de saber si hay

vida fuera de nuestras fronteras

terrestres Consideremos apenas

nuestra propia galaxia la via lacshy

tea En un conjunto de cien mil

millones de soles casi cualquier

posibilidad se convierte en una

certeza en alguacuten lugar y en alguacuten

tiempo Conocemos la radio hace

apenas un siglo y la televisioacuten hace

solamente cincuenta antildeos Todas nuestras teacutecllicas electroacuten icas de

comunicacioacuten son auacuten bastante

primitivas en comparacioacuten con las

que presumiblemente otras civilishy

zaciones mucho maacutes antiguas de la

galaxia puedan poseer

Sin embargo el hombre (es maacutes politicamente correcto decir el ser

humano ) estaacute avanzando a una

velocidad vertiginosa En un periacuteoshy

do de tiempo no superior apenas de unos doscientos antildeos (vistos con

perspectiva histoacuterica) el ser humashy

no ha conseguido logros que en

cientos o miles de antildeos pasados

eran practica mente impensables

se han explorado y conocido los

polos gran parte de Africa y Oceshy

ania que eran desconocidas y misshy

teriosas se han explorado ninguacuten

ser humano habia descendido maacutes

de 30 oacute 40 metros en el mar o se

habia elevado un kiloacutemetro o poco maacutes en el aire las comunicaciones

la medicina la biologia la ingenieshy

ria han dado pasos de gigante en

los uacuteltimos cincuenta antildeos hemos

salido ya al espacio Estamos conshy

memorando los 40 antildeos de nuestra

llegada a la Luna Desde hace una

deacutecada ingenios terrestres circulan

por la superficie de Marte Naves

espaciales terrestres (las Voyager) han rebasado ya los liacutemites del

sistema solar y caminan por el esshy

pacio interestelar Hemos ido tan

lejos en tan corto tiempo que ya

nada nos parece imposible Nos

podemos hacer la pregunta que el

gran escritor divulgador y cientiacutefishy

co Arthur C Clarke ya se hacia

hace cuarenta antildeos iquestHabraacute alguacuten

lugar que permaneceraacute siempre

inaccesible e inalcanzable para noshy

sotros cualesquiera que sean los

progresos cientiacuteficos que nos depashy

re el futuro Entiendo que en los

momentos y situacioacuten en que nos encontramos la respuesta queda

en el aire

Todo lo ocurrido en lo que se

refiere al espacio exterior durante

estos uacuteltimos cuarenta antildeos han

situado a la Humanidad en una deshy

terminada direccioacuten en un camino

marcado Esperemos que las geneshy

raciones ven ideras lo sepan seguir

CHARLES DARWIN J UN CIENTIFICO REVOLUCIONARIO

Este ano 2009 estamos a conmeshy

morar os aniversarios do nacemenshy

to de Charles Darvvin (1809) e da

publicacioacuten do seu singular libro

nA orixe das especies (1859) E

facemolo afirmando que o seu leshy

gado cientiacutefico manteacuten vixencia estaacute vivo

onaturalista Charles Robert Darwin

(Shrewsbury 1809 - Downe 1882)

eacute autor da teoriacutea da descendencia

modificada por medio da seleccioacuten

natural contildeecida con posteriorishy

dade e de xeito xeneacuterico como

teoriacutea da evolucioacuten bioloacutexica Filio

de Robert Waring Darwin un coshy

ntildeecido meacutedico e neto de Erasmus

Darwin no ano 1825 iniciou os

seus estudos de medicina en Edimshy

burgo Deixounos en 1827 ano en

que comezou a carreira de teoloxiacutea

en Cambridge onde contildeeceu ao

xeoacutelogo Adam Sedgwick e ao boshy

taacutenico John Henslow quen favoreshy

ceron o seu interese pola natureza

e asentaron a formacioacuten cientiacutefica

facendo fincapeacute na importancia

das observacioacutens detalladas e na

correlacioacuten dos feitos para estableshy

cer conclusiOacutens

En 1831 logo de acadar o tiacutetulo

de bachelor of Arts realizou unha

viaxe cientiacutefica por Gales en comshy

pantildeiacutea de Sedgwick A lectura da

Personal Narrative do cientiacutefico e

explorador Alexander von Humshy

boldt promoveu o seu interese

polas viaxes e xustamente gracias

aacute influencia de Henslow o 27 de

No transcurso desta viaxe explo- I enorme cantidade de datos cientiacuteshy

decembro de 1831 comezou unha

ao redor do mundo a bordo do

Beagle en calidade de naturalista

non oficial Unha experiencia que

foi sublintildeada poo propio Darwin

como decisiva na suacutea vida persoal

e cientiacutefica

rou diversos continentes observou

moitos fenoacutemenos e recolleitou

numerosos seres vivos o que Ile

levou a cuestionar o modelo cienshy

tiacutefico anterior favorable aacute fixeza

das especies e aacute existencia dunha

harmoniacutea natural O estudo dos foacuteshy

siles a observacioacuten da distribucioacuten

Xoseacute A Fraga Director dos Museos Cientiacuteficos Coruntildeeses

bioxeograacutefica a consideracioacuten de

formas vivas con diferencias grashy

duais contribuiron a que se posishy

cionara a prol dos cambios das esshy

pecies da evolucioacuten

Ao seu regreso a Londres o 2 de

outubro de 1836 dispuntildea dunha

ficos e coleccioacuten s de seres naturashy

les e iniciou unha etapa de estudio

e reflexioacuten Iso levouno a redactar

unha serie de cadernos de notas a

partir de 1837 iniciar un programa

de lecturas moi amplo e a publicar

as memoriacuteas da viaxe de Beagle e o

Journal of Researches que conteshy

ntildeen a maioriacutea das observacioacutens que

sustentaron a suacutea futura teoriacutea

A lectura do libro de Malthus sobre

a relacioacuten entre o crecemento da

poboacioacuten e dos alimentos e o esshy

tudo da seleccioacuten artificial levaron

a Darwin a concluir que a Seleccioacuten

Natural era a causa que determinashy

ba a evolucioacuten bioloacutexica En 1842

redacta un Sketch de 35 paacutexinas

no que recolle a suacutea teoriacutea e en

1844 un Essay sobre a ascendencia

comuacuten das especies e a suacutea formashy

cioacuten progresiva por modificacioacutens

seleccionadas que publicou postushy

mamente o seu filio Franshy

cis en 1909 co tiacutetulo The

Foundatiacuteons of the Oriacutegin of Species

Non deu aacute luz a suacutea reshy

volucionaria teoriacutea por

temor aacute reaccioacuten que poshy

deriacutea provocar na socieshy

dade e no seu contorno

proacuteximo e polo escaso

prestixio que tintildean as poshy

sicioacutens evolucionistas nashy

quel tempo Dedicouse a

realizar diversos estudos

entre eles os relativos aacute

distribucioacuten xeograacutefica

dos organismos En 1858

un feito veu conmover

a praacutecida existencia do

noso cientiacutefico Recibiu

un manuscrito de Alfred

Wallace para ser publishy

cado Con sorpresa e

certo abatimento puido

comprobar que Wallace

acadaba as suacuteas mes-

mas conclusioacutens evolucioshy

THE ORIGIN OF SPECIES seacuteculo XIX o darwinisshy

mo estaraacute presente en

todos os aacutembitos cultushy

BY UEANS OF NATURAL SELECTIOX rais e apareceraacute para a

mentalidade de amplas

OR TlIE capas da povoacioacuten

como a plasmacioacuten na

PRESETl~T()X OF FAVOURED RCES IN TITE STnUGGLE natureza da dominante FOH L11-1lt idea do progreso como

a expresioacuten ideoloacutexica e

filosoacutefica maacuteis caracteshy

Bl CHRLES DRWIN lLA FlloS ampc riacutestica da mentalldade

liberal Isto conleveu

un importante prestiacutexio

do bioloacutexico que afecshy~IXTJl FrJITION WITII ADDITlONS ANIJ conllECTIONS

taria aos diversos niacuteveis

(f1LlTETn rnOlsllJ) do pensamento A peshy

sar desa identidade co

credo liberal do XIX o

impacto do darwinismo

JO lIX

nistascoincidindo asemade no

mecanismo explicativo a seleccioacuten

natural Charles Lyell solucionou o

tema da prioridade cun arranxo

delicado publicando un relatorio

asinado conxuntamente por eles

dous (On the Tendency of Species

to form varieties and on the Pershy

petuation of Varieties by Natural

Means of Selection) na Linnean Soshy

cietyo primeiro de xullo de 1858

Aacute vista do acontecido Darwin

apurou na redaccioacuten dun libro que

presentara o conxunto das suacuteas

propostas Daiacute xurdiu On the Orishy

giacuten of Species by Means of Natushy

ral Selection or the Preservatiacuteon

of Favoured Races iacuten the Struggle

for Life que saiacuteu do prelo o 24 de

novembro de 1859 e esgotou a

e das dinaacutemicas que rexen o devir

do mundo vivo da transformacioacuten

dos seres vivos en base aacute seleccioacuten

natural Asemade o caraacutecter revoshy

lucionario da obra estaacute relacionado

con que a cuestioacuten da evolucioacuten e

sobre todo a relativa aacute Seleccioacuten

natural choca con mensaxes que

formaban parte substancial da culshy

tura

A teoriacutea presentada por Darwin

xerou un debate que ultrapasou

os liacutemites da ciencia e provocou

unha poleacutemica filosoacutefica poliacutetica

e teoloacutexica sen precedentes No

derradeiro tercio do

afectou ao conxunto

LONDON dos movementos poliacutetishy

1 U nRA Y A LEE ILTIL E S 1 RE EI cos ideoloacutexicos filosoacuteshy

1872

n~ riht f 1runlation i rtlCTwd

suacutea primeira edicioacuten (1250 exemshy

piares) o mesmo diacutea Esta obra

establece os fundamentos da bioshy

loxiacutea moderna ao formular unha

explicacioacuten natural dos equilibrios

ficos e sociais De xeito

global como aconteceu

con outros temas foi

utilizado por todas as

opcioacutens ideoloacutexicas xeralmente

de forma esquemaacutetica

LARGA VIDAA ESPACIAL HUBBLE

Denominado de esta forma en

honor del afamado astroacutenomo esshytadounidense Edwin Powel Hubshyble el HST fue concebido como un proyecto conjunto de la NASA y la

ESA para la construccioacuten de Granshy

des Observatorios Espaciales

Los encargados del proyecto pensaron que colocar un telescopio

en oacuterbita mas allaacute de los liacutemites de

la atmoacutesfera terrestre traeriacutea conshy

sigo una multitud de ventajas ya

que se eliminariacutean algunos de los

factores adversos que afectan a los observatorios terrestres por ejemshyplo se eliminaba por completo la negativa accioacuten que la turbulencia

atmosfeacuterica provoca sobre las imaacuteshy

genes ademaacutes permitiriacutea alcanzar

ciertas lon9itudes de onda del esshy

pectro electromagneacutetico que se ven absorbidas por la atmoacutesfera

de nuestro planeta

Y por queacute no decirlo el tener

Imagen del TelescopIo Espacial Hubble en oacuterbita

TELESCOPIO Pablo J M Alemparte

un observatorio astronoacutemico en

oacuterbita evitariacutea perder tiempo de

observacioacuten por causas de tipo

meteoroloacutegico o por culpa de la contaminacioacuten lumiacutenica tan exashy

gerada que sufre la investigacioacuten

astronoacutemica en nuestros diacuteas

Con esta idea echoacute a andar el

proyecto que culminoacute con la puesshy

ta en oacuterbita uel ingenio espacial el

diacutea 24 de abril de 1990 montado

a bordo del Transbordador Espacial

Discovery (STS-31) que desde el

Centro Espacial Kennedy en Florishy

da lo trasladoacute a una oacuterbita terresshy

tre baja de 593 Km con un periodo

orbital de entre 96 y 97 minutos

En un primer momento se pensoacute

que el telescopio volviese regularshy

mente a la Tierra para su mantenishy

miento pero los ingenieros pronto

tuvieron claro que habiacutea que dejar

abierta la posibilidad de que el HST

pudiese ser regularmente visitado

por lo que se dieron en llamar mishy

siones de servicio ya fuesen estas

para repararlo o para actualizar su

instrumental de observacioacuten

Cuando todo estaba preparado y la comunidad cientiacutefica mundial

se mordiacutea las untildeas ante la inminenshy

te llegada de la primera luz del HST

Imagen desenfocada antes de la reparacioacuten

saltoacute la desagradable sorpresa Las

imaacutegenes que llegaban desde esa

joya de 2000 millones de doacutelares

se veiacutean desenfocadas por un fallo

de apenas 2 micras en el pulido de

su espejo primario que habiacutea sido

fabricado por Perkin Elmer Esta

importante negligencia supuso un duro mazazo para el proyecto

pero pronto se tomaron medidas

para solucionar este problema de

aberracioacuten esfeacuterica Habiacutea que

ponerle gafas al Hubble

La 1a Misioacuten de Servicio le coshy

rrespondioacute al Transbordador Enshy

deavour que en 1993 instaloacute en el

telescopio entre otros instrumenshy

tos el COSTAR (Oacuteptica Correctora como Reemplazo Axial del Teleshy

scopio Espacial) en lo que supuso

la reparacioacuten maacutes ambiciosa de la

historia de la aeronauacutetica seguacuten

la revista New Scientist

Tras la reparacioacuten el telescopio

comenzoacute a operar de manera coshy

rrecta y normal lo cual a lo largo

de estos antildeos ha llevado a que la

Imagen tras la reparacioacuten

ciencia astronoacutemica avance con

pasos de gigante llegaacutendonos inshycluso a replantear cuestiones como la edad del Universo

El HST pronto comenzoacute a descushy

brirnos posibles candidatos a agu-

HDF Cada punto luminoso es una galaxia

jero negro nos mostroacute con todo lujo de detalle como et Cometa Shoemaker-Levy 9 se fragmentaba e impactaba violentamente contra ese gigante de nuestro Sistema Soshylar que es Juacutepiter nos ha ensentildeado

galaxias en colisioacuten nebulosas en expansioacuten estrellas en formacioacuten

y tormentas magneacuteticas en los gishygantes gaseosos de nuestro vecinshydario planetario

Una de sus grandes observacioshynes tuvo lugar entre los diacuteas 18 y 28 de diciembre de 1995 cuando

captoacute la que puede ser su imagen mas espectacular Bautizada como Campo Profundo del Hubble (Hubshyble Deep Field) nos muestra una

regioacuten de 144 segundos de arco en la constelacioacuten de la Osa Mayor (tamantildeo este equivalente al diaacuteshymetro de una pelota de tenis obshyservada al 00 metros de distancia) donde se pueden observar un total de hasta 3000 galaxias Tres antildeos

despueacutes el Hubble tomoacute una ima-

El aacuterea fotografiada en el HDF

gen similar pero esta vez en una regioacuten de cielo del hemisferio Sur (Campo Profundo Sur del Hubble) las similitudes entre ambas imaacutegeshynes llevaron a los cosmoacutelogos a la conclusioacuten de que el Universo es uniforme si se estudia a gran escashyla y que la Tierra ocupa una regioacuten

Los pilares de la creacioacuten en la Nebulosa del Aacuteguila (M 7 6)

Recreacioacuten del HST acoplado al Transbordador para reparacioacuten Maniobras de reparacioacuten del HST por astronautas

tiacutepica en el mismo (Principio Cosshy

moloacutegico)

Tras todos estos antildeos de trashy

bajo y cuatro Misiones de Servicio en cada una de las cuales el HST

ha sido reparado modernizado

y puesto en la oacuterbita correcta ya

que se ve atraiacutedo hacia la Tierra por influencia del rozamiento y de la accioacuten gravitatoria de nuestro

planeta En mayo de 2009 se ha

enfrentado a la que seguramente

sea la quinta y uacuteltima misioacuten de

servicio que corrioacute a cargo de la

tripulacioacuten del Atlantis (STS-125)

Estos profesionales apoyados por los equipos de Tierra han dejado al

HST en forma se espera que hasshyta el 2015

Han sido y son muchos antildeos

de observacioacuten miles de postales que han acercado el Universo a la sociedad y sobre todo una multishy

tud de estudios e investigaciones cientiacuteficas que han tenido por base

las imaacutegenes ofrecidas por este coshy

loso de 11 toneladas 13 metros

de longitud y 4 de diaacutemetro que

orbita nuestro planeta a la velocishydad de 28000 Kmh en esa oacuterbita

situada 593 km sobre el nivel del

mar Sirva este artiacuteculo como moshy

desto homenaje de una comunishy

dad de aficionados que se siguen

maravillando ante las joyas que el

Telescopio Espacial Hubble nos ha

venido ofreciendo durante todos

estos antildeos en la vanguardia de la

investigacioacuten astronoacutemica

Nebulosa NGC 604 una regioacuten de formacioacuten estelar

MEDIDA DE DIFERENTES TIPOS

DE RADIACION CON CCD Existen muchos articulos y trabashy

jos donde se describe el funcionashymiento baacutesico de los CCD y se explishyca desde la perspectiva del usuario de una caacutemara la mejor forma de optimizar su rendimiento por medio del procedimiento de toma de imaacuteshygenes y del pmceso posterior de las mismas con un software adecuado En este artiacuteculo se ofrece una persshypectiva distinta se exponen las difeshyrentes configura ciones que presenta este tipo de dispositivo para medir radiaciones con distintas energias o lo que es lo mismo diferentes lonshygitudes de onda

El CCD como detector luminoso

Aunque los telescopios actuales no sean mucho maacutes grandes que los construidos en las uacuteltimas deacutecadas los astroacutenomos pueden observar objetos cientos de veces maacutes deacutebiles que los observados a mediados del siglo XX Esto es debido a las mejoshyras en la sensibilidad de los disposishytivos de deteccioacuten desarrolladas en las uacuteltimas deacutecadas las cuales han supuesto una auteacutentica revolucioacuten en la investigacioacuten astronoacutemica

En la actualidad los mejores detectores luminosos son los CCD (Charge-Coupled Device o disposishytivo de carga acoplada) Estos disshypositivos perm iten la deteccioacuten de una gran proporcioacuten de los fotones incidentes (normalmente maacutes de un 50) en un rango amplio de longitudes de onda desde el infrashyrrojo hasta los rayos X Como comshyparacioacuten los dispositivos fotograacutefishycos solamente detectan entre un 2 y un 3 yen un rango menor de longitudes de onda mientras que el ojo humano tiene una eficiencia deun 1

El detector de imagen CCD fue desarrollado en 1970 por los invesshyt igadores norteamericanos Boyle y Smith de los Laboratorios Be Inishycia lmente fue creado como un disshypositivo de memoria basado en un substrato semiconductor de silicio Se descubrioacute entonces su aplicacioacuten como detector sensible a la luz y se empezoacute a desarroll ar su aplicacioacuten en la astronomiacutea consigu ieacutendose en 1975 la primera imagen astroshynoacutemica con una caacutemara CCD en la que se observaba a Urano en el infrarrojo cercano (figura 1)

Figura 7 Fotografiacutea de Urano en el infrarrojo cercano Se trata de la primera imagen astronoacutemica de un objeto celeste con una caacutemara CCO

En la actualidad los CCD se enshycuentran en todos los aparatos que utilizan imagen digital TV caacutemaras de video fotograacuteficas de moacutevil etc Tambieacuten estaacuten presentes en los telescopios modernos y en las misiones espaciales tanto como caacutema ra s de imagen directa como en espectroacutegrafos

Respuesta espectral del CCD

El acoplamiento de carga en el que se basa el CCD consiste en la

Carlos Cagigal Olay Ingeniero Industrial

transferencia colect iva de las carshygas eleacutectricas almacenadas en un elemento semiconductor a otro elemento adyacente mediante la ap licacioacuten de tensiones externas Estos dispositivos permiten el alshymacenamiento y tra nsferencia de informacioacuten analoacutegica muestreada en la forma de paquetes de carshyga

La estructura baacutesica de un CCD consiste en una red de electrodos espaciados miacutenimamente y deposhysitados en una capa dieleacutectrica de oacutexido de silicio Cada electrodo forma con el substrato un conden shysador MOS que bajo IJ influencia de una tensioacuten aplicada permite el almacenamiento de cargas eleacutectri shycas La aplicacioacuten de tensiones exshyternas con la secue ncia adecuada provoca la transferencia de las carshygas hasta la difusioacuten del colector donde la sentildeal es leiacuteda

Debido a las propiedades fotoshysensibles del si licio cuando eacuteste es irradiado por energiacutea corresponshydiente a luz visible o cercana al inshyfrarroJo (350 - 1100 nm) se crea n pares electroacuten - hueco debido a la incidencia de fotones Esta caracshyteriacutestica posibilita la utilizacioacuten del CCD como sensor luminoso en cuyo caso estaraacute formado por un conjunto de fotoelementos que recib iraacuten la radiacioacuten luminosa y generaraacuten una carga proporcioshynal a la misma Asociados a estos elementos existiraacuten una serie de registros de desplazamiento como los i3ntpriormentp descritos que alshymacenaraacuten estas cargas y las desshyplazaraacuten hacia la salida La canti shydad de cargas almacenada en cada pozo de potencial es proporcional a la iluminacioacuten del fotoelemento correspondiente lo que permite

10middot Longitud de lO ur onda (m)

ULlltA VIOLETA RA VOS X DUROS ONDAS DE RADIO Jbull bullbull1NFRRROJOS

MCROONDAS RAYOSXBlANDOS RAYOSGAlM-

Energi a de 1a diacioacuten(eV)

Figura 2 Espectro electromagneacutetico con indicacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten

al realizar una lectura en serie obshytener una sentildeal analoacutegica muesshytreada representativa de la imagen analizada Un paraacutemetro rnuy imshyportante del CCD como detector luminoso es la eficiencia cuaacutentica que se define como el nuacutemero de pares electroacuten-hueco leiacutedos por el dispositivo por cada fotoacuten incidenshyte Otro paraacutemetro influenciado por la energiacutea de la radiacioacuten es la funcioacuten de transferencia de modushylacioacuten que es la relacioacuten entre la diferencia entre los niveles blanco y negro de la salida y los niveles teoacuteshyriCos

En principio un sensor de imashygen de estado soacutelido presenta una sensibilidad aceptable entre 400 y 700 nm Para obtener una imagen en color se pueden utilizar dos teacutecshynicas Una de ellas es la de obteshyner tres imaacutegenes con tres f iltros uno para cada color para posteshyriormente procesarlas y obtener una imagen uacutenica y en color Otra opcioacuten es la de uti~izar un CCD en el que cada pixel tiene un filtro inshytegrado siguiendo un patroacuten que se asemeja a la respuesta del ojo humano Este uacuteltimo tipo de CCD imposibilita utilizarlo para otro tipo de medida monocromaacutetica o con otro coacutedigo de colores y la resoshylucioacuten del sensor disminuye Los colores maacutes utilizados son el rojo verde y azul

Fuera de la zona visible existen otro tipo de radiaciones con difeshyrentes energiacuteas y que forman el espectro electromagneacutetico Este se

divide en segmentos o bandas los cuales no tienen unos limites exacshytos y claramente definidos En la fishygura 2 se observa el espectro elecshytromagneacutetico con indicacioacuten de la longitud de onda y de la energiacutea correspondiente

El rango espectral en los senshysores de imagen de silicio estaacute lishymitado en las longitudes de onda largas alrededor de los 1100 nm donde la energiacutea de los fotones se hace maacutes pequentildea que el salto energeacutetico de banda (1 1 eV para el silicio) Para longitudes de onda menores que 400 nm (maacutes de 31 eV en silicio) se genera maacutes de un par electroacuten-hueco por fotoacuten IncIshydente

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten fuera del espectro visible se pueden consishyderar tres posibles situaciones en funcioacuten de la longitud de onda

bull Longitud de onda mayor de 1000 nm (espectro infrarrojo cershycano e infrarrojo) En estas longishytudes de onda el coeficiente de absorcioacuten del silicio es muy bajo y casi todos los fotones atraviesan la estructura sin ser absorbidos

bull Longitudes de onda entre 400 nm y 10 nm (radiacioacuten ultravioleta) En este caso ocurre lo contrario la absorcioacuten es tan alta que la mayor parte de los fotones son absorbishydos en las capas que se encuentran sobre el CCD

bull Longitud de onda menor de 10 nm (rayos X) El coeficiente de

absorcioacuten es comparable al exisshytente en la zona visible del especshytro pero la energiacutea de las partiacutecushylas es tan alta que puede dantildear el dispositivo

En la figura 3 se presenta la proshyfundidad de penetracioacuten de los foshytones en el silicio para los diferenshytes tipos de radiacioacuten y se pueden observar las tres zonas indicadas Para cada zona del espectro se han definido soluciones que mejoran la respuesta del CCD en el margen de longitudes de onda especiacutefico de cada aplicacioacuten

Medida de radiacioacuten infrarroja

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten en la zona del espectro infrarrojo se deben utilizar detectores de tipo barrera Schottky El principio de funcionashymiento de estos sensores aparece en la figura 4(a) Consiste en una capa de PtSi que se deposita sobre un substrato de silicio de tipo p Se ilumina el detector por su parte trashysera y se conecta a una salida del CCD de silicio La radiacioacuten IR se transmite a traveacutes del silicio y es abshysorbida en la capa de siliciuro Esta absorcioacuten genera una corriente los huecos se dirigen hacia el substrato y los electrones se desplazan hacia la salida del CCD Para asegurar la mejor respuesta posible este tipo de detectores utilizan una estructushyra denominada cavidad oacuteptica representada en la figura 4(b) Se

0-2

0-3

0-4

0-5

0-6

Rayos X uv

10-7

10-1 10deg 10 1 102 103

1

Longitud de onda (nm) Figura 3 Profundidad de penetracioacuten en el silicio de diferentes tipos de radiacioacuten en funcioacuten de su longitud de onda

antildeade una capa reflectora de alushyminio separada de la capa de PtSi por una capa dieleacutectrica con una anchura aproximadamente igual a un cuarto de la longitud de onda Esta construccioacuten maximiza la abshysorcioacuten oacuteptica en la capa de silishyciuro Se antildeade un recubrimiento antirreflectante en la parte trasera que puede llegar a mejorar la resshypuesta en un 30

Para la deteccioacuten de radiacioacuten infrarroja tambieacuten se han utilizado CCD basados en otros materiales diferentes al silicio como un CCD con InSb desarrollado en 1978 y que trabajaba entre 20 y 55 ~m

o un CCD de HgCdTe que permite ser ajustado para rangos de 1 a 25 ~m de 3 a 5 ~m y de 8 a 12 ~m

Medida de radiacioacuten ultravioleta

No solo el silicio sino que tamshybieacuten el oacutexido de silicio presentan un alto coeficiente de absorcioacuten para partiacuteculas con longitudes de onda en la zona ultravioleta del espectro Esta circunstancia provoshyca que sea complicado disentildear un detector de radiacioacuten UV ya que

cia en la zona verde del espectro con su maacuteximo alrededor de los 500 nm Asiacute se consigue extender la sensibilidad del CCD hasta 100 nm

bull Iluminacioacuten trasera En este caso la radiacioacuten incide directashymente sobre el si licio El problema que aparece es el transporte de las cargas generadas hacia la superfishycie delantera Para solucionarlo los CCD se estrechan de tal forma que la superficie trasera queda a una d istancia de 1 O ~m o menos de la superficie frontal El resultado es un dispositivo co n una mayor eficienshycia cuaacutentica (60 - 80) Este tipo de solucioacuten presenta inconvenienshytes respecto a la complicada tecnoshylogiacutea que requiere para conseguir una anchura tan pequentildea pasivarshylos y manejarlos lo cual conlleva un mayor coste

bull CCD de deplexioacuten profunda En este tipo de detectores se utilishyza un substrato poco dopado (alta resistividad) de tal forma que la zona de deplexioacuten se acerca a la zona trasera por donde se ilumina el CCD Esta estructura consigue no soacutelo evitar la absorcioacuten en las capas superiores sino que tambieacuten elimina el problema del estrechashymiento en los CCD con iluminacioacuten trasera y dopados convencionales Su mayor inconveniente es la coshyrriente de oscuridad que aumenta linealmente con el volumen de la zona de carga por lo que es con-

Aluminio

Dieleacutectrico Si0

PtSi

Substrato Si-p

Recub antireflectante

~ ~ Rooocoacute I

b

los fotones son absorbidos en las capas superiores del mismo Para evitar este problema existen varias soluciones

bull Deposicioacuten de un foacutesforo sensible a UV en la superficie del detector que convierta la seilal en una radiacioacuten con una longitud de onda adecuada a la respuesta esshypectral del CCD Uno de los foacutesfoshyros utilizados es el coronene que cuando es excitado con radiacioacuten con longitudes de onda menores de 400 nm produce fluorescenshy

a Figura 4 Seccioacuten de un detector IR de barrera Schottky (a) y variante del mismo con cavidad oacuteptica (b)

2

80

CCD

40 bull bull _

500 700 900 1100 I

veniente utilizar un dispositivo de refrigeracioacuten

En la f igura 5 se presenta la efishyciencia cuaacutentica de diferentes CCD con iluminacioacuten frontal iluminashycioacuten trasera y con recubrimiento UV

Longitud deonda (nm)

Figura 5 Eficiencia cuaacutentica de diferentes CCO para diferentes longitudes de onda

Medida de rayos X

Las aplicaciones de imagen de rayos X se pueden dividir en dos grandes grupos

bull Aplicaciones meacutedicas Se utilishyza radiacioacuten muy energeacutetica denoshyminada rayos X duros (gt 25 keV) y los paraacutemetros maacutes importantes son la resolucioacuten espacial y la inshytensidad

bull Espectroscopiacutea Se utilizan rashyyos X blandos de menor energiacutea laquo 1O keV) y ademaacutes de los dos paraacuteshymetros anteriores se considera la informacioacuten espectral

Los principales problemas que presentan ambos son una menor eficiencia cuaacutentica debido a la re-

combinacioacuten de portadores y a la radiacioacuten que atraviesa el detector sin ser absorbida y por otra parte una mala funcioacuten de transferencia de modulacioacuten debido a la difusioacuten de los portadores La solucioacuten a esshytos problemas es una iluminacioacuten trasera y substratos con alta resisshy

tividad Respecto a las aplicacioshy

nes espectroscoacutepicas se han disentildeado dispositivos CCD destinados a la medida de rashydiacioacuten de rayos X especialshymente entre 04 keV y 10 keV en campos como la cristaloshygrafiacutea investigacioacuten de plasshymas y astronomiacutea de rayos X las caracteriacutesticas principales de estos detectores son una buena resolucioacuten tanto espashycial como espectral ademaacutes de una alta eficiencia cuaacutentishy

ca Se pueden utilizar algunas de las teacutecnicas empleadas en los deshytectores de radiacioacuten UV para meshyjorar su rendimiento tales como la iluminacioacuten trasera o la deplexioacuten profunda Para proteger el detecshytor de otros tipos de radiacioacuten se apantalla con berilio o con alumishynio

Con este meacutetodo el fotoacuten se detecta cuando es absorbido en el silicio del CCD generando una cantidad de pares electroacuten-hueco Mientras en las regiones visible y ulshytravioleta se generaba un solo elecshytroacuten por cada fotoacuten en este caso se genera un nuacutemero de ellos que depende de la energiacutea del fotoacuten y que estaacute definido por la expresioacuten [Energiacutea del fotoacuten (eV)365]

En aplicaciones meacutedicas las alshytas energiacuteas pueden causar graves dantildeos en el dispositivo especialshy

mente en la interfaz Si-Si02 y en el oacutexido de silicio Los efectos sobre el CCD son un aumento de la coshyrriente de oscuridad y de su no-unishyformidad desplazamientos en las tensiones umbrales y un aumento de la ineficiencia de la transferenshycia de las cargas Por ello es imporshytante evitar la exposicioacuten directa del CCD a este tipo de partiacuteculas La solucioacuten consiste en utilizar un foacutesforo que convierta la radiacioacuten de rayos X en una sentildeal intermeshydia no peligrosa para el detector Es importante asegurar que no lieshyga ninguna partiacutecula de alta enershygiacutea al CCD Para ello se utiliza un tubo de imagen con una pantalla que estaraacute acoplada al CCD con un sistema de lentes o por medio de fibra oacuteptica

Como ejemplo de aplicacioacuten en el rango de los rayos X la mishysioacuten NeXT (New exploration X-ray Telescope) un sateacutelite japoneacutes de rayos X y gamma que estaacute previsshyto ser lanzado en 2013 lleva una caacutemara CCD para rayos X blandos que cubre un rango entre 05 y 20 keV Los rayos X blandos son abshysorbidos en el CCD mientras que los rayos X duros atraviesan el CCD y son absorbidos en una matriz de piacutexeles de CdTe

Los CCD siguen mostrando la capacidad de adaptarse a las nueshy

i

vas demandas en cuanto a rango espectral aumento de resolucioacuten y velocidad menores niveles de luz menores tamantildeos de piacutexeles etc y se mantienen como el principal tipo de detector en el campo de la astronomiacutea

Referencias 1 LJM Esser A Theuwissen Charge Coupled Devices Physics technology and Imaging Handbook on Semiconductors vol 4 Elsevier Science Publishers BV 1993 2 A Theuwissen Solid-State Imag ing with Charge-Coupled Devices Springer 1995 3 J T Bosiers_ l M Peters C Draijer A Theuwissen Technical challenges and recent progress in CCD imagers Nuclear Instruments and Methods in Physics Research seccioacuten A 565 pp 148-156 2006 4 T Takahashi K Makishima Y Fukazawa M Kokubun K Nakazawa M Nomachi H TaJima M Tashiro Y Terada Hard X-ray and Gamma-Ray Detectors for the NEXT mission New Astronomy Reviews vol 48 nO 1 pp 269-273 Elsevier 2004

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

40deg ANIVERSARIO DE LA LLEGADA DE LOS PRIMEROS SERES HUMANOS A LA LUNA

middotAPOLO 11 FernandoW MoriLA ODISEA DEL middot Director de CIENCIA Riacuteas Baixas

El pasado mes de julio se cumshy

plieron cuarenta antildeos de una de las

proezas maacutes impactantes realizada

por el ser humano La noche del

20 al 21 de julio de 1969 (seguacuten

el horario europeo) la nave de los

EEUU Apolo 11 en nombre

de toda la Humanidad alunizaba

perfectamente en el Mare Tranquishy

litatis (mar de la Tranquilidad) de

nuestro sateacutelite lugar previsto

desde haciacutea ya tiempo

Desde la Tierra se oyoacute con

enorme felicidad y alegriacutea la

famosa frase Houston aquiacute base Tranquilidad El Aguila ha alunizado expresada por

el comandante de la expedicioacuten

Neil Armstrong y que dio la

vuelta al mundo en segundos y

fue escuchada por muchos mishy

llones de personas en los cinco

continentes Esta frase fue seguishy

da por otra cuatro horas maacutes tarde

que tambieacuten pasaraacute a la Historia y

en la voz del mismo Neil Armstrong

Ahora desciendo del moacutedulo lunar Es un pequentildeo paso para un hombre pero es un paso gishygantesco para la Humanidad y diciendo esto dejoacute caer su pie

izquierdo sobre la superficie polvoshy

rienta de nuestro sateacutelite dejando

impresa la huel1la de esta primera e

histoacuterica pisada cuya fotografiacutea ha

sido reproducida desde entonces

millones de veces

Era un tercer hito en la historia

de la exploracioacuten y conquista paciacuteshy

ficas del espacio exterior El primero

fue el lanzamiento y puesta en oacuterbishy

ta del Spoutnik 1 primer sateacutelite

artificial de la Tierra (0410 1957)

El segundo fue la puesta en oacuterbita

del primer cosmonauta humano

Yuri Gagarin (12041961) La gran

aventura del espacio continuaba

La ciencia-ficcioacuten se haciacutea realidad

~~-

Ya han pasado cuarenta antildeos

de esa extraordinaria y maravillosa

proeza iquestQueacute hemos avanzadol

iquestQueacute retos hemos 9anado y cuaacuteles

quedan por ganar

Como todos sabemos el proshy

yecto Apolo en la deacutecada de los

sesenta del pasado siglo fue la

respuesta de los Estados Unidos

para ganar la carrera espacial a la

ahora desaparecida Un ioacuten Sovieacutetishy

ca (URSS) lo que efectivamente

consiguioacute El coste econoacutemico fue

enorme y el impacto popular y la

expectacioacuten extraordinarios pero

al mi6mo tiacuteempo fugaces A la vista

de ello y conseguido el objetivo poshy

liacutetico la administracioacuten americana

redUJO draacutesticamente la dotacioacuten

econoacutemica para la NASA lo que

supuso que se tuviera que reducir

el nuacutemero de misiones lunares ya

programadas Asiacute se cancelaron

los vuelos del Apolo 18 Apolo

19 Y Apolo 20 Se redUJeron

praacutecticamente casi a la mitad los

puestos de trabajo (de maacutes de

400 000 a 220000) Y los

programas Post Apolo tambieacuten

se recortaron mantenieacutendose

apenas algunos de ellos

Ya habiacutea quedado demostrashy

do que la tecnologiacutea americana

en algunos aspectos era supeshy

rior a la sovieacutetica y por lo tanshy

to los poliacuteticos -salvo honrosas

excepciones- que solo miran los

beneficios inmediatos y su carreshy

ra personal decidieron cortar los

fondos destinados a la investigashy

cioacuten espacial

Tras estos cuarenta antildeos han

ocurrido muchas cosas la Unioacuten

Sovieacutetica -el otro gigante espacialshy

desaparece recogiendo su testigo

Rusia que en los primeros moshy

mentos tuvo enormes dificultades

econoacutemicas que a posteriori ha

ido resolviendo y en la actualidad

vuelve a ser la segunda gran potenshy

cia espacial y un verdadero motor

de la actividad en ese campo apashy

rece la ESA Europea como terceshy

ra gran potencia espacial Japoacuten

y ultimamente China ademaacutes de

Fernando W Mori es abogado especialista en Derecho espacial divulgador de temas astronauticos y Director de eacutesta revista

otros paiacuteses de menor entidad esshy

pacial como India Brasil Canadaacute y

algun otro

En estos antildeos la actividad esshy

pacial se ha desarrollado en tres campos fundamentales (1)- esshy

tudio preparacioacuten y construccioacuten

en oacuterbita terrestre de estaciones

espaciales (Salyut Skylab Mir 155) (2)- exploracioacuten de nuestros plashy

netas cercanos Mercurio Venus y

fundamentalmente Marte y (3)shy

construccioacuten y utilizacioacuten de nashy

ves espaciales reutili zables (space

shutle o transbordador espacial)

En todos ellos se han conseguido resultados muy notables pero

en nuestra opinioacuten el logro maacutes

importante conseguido en estos

uacuteltimos antildeos ha sido el desapareshy

cimiento de la mal llamada carreshy

ra espacial transformaacutendose en

Cooperacioacuten internacional

Como retos por ganar estaacuten

fundamentalmente el regreso a la

Luna y establecimiento de una base

i nternaciona I perma nente (progra shy

ma Constellation) y la expedicioacuten

humana a Marte

Obviamente hay otro reto que

viene desde casi el origen de la

Humanidad y es el de saber si hay

vida fuera de nuestras fronteras

terrestres Consideremos apenas

nuestra propia galaxia la via lacshy

tea En un conjunto de cien mil

millones de soles casi cualquier

posibilidad se convierte en una

certeza en alguacuten lugar y en alguacuten

tiempo Conocemos la radio hace

apenas un siglo y la televisioacuten hace

solamente cincuenta antildeos Todas nuestras teacutecllicas electroacuten icas de

comunicacioacuten son auacuten bastante

primitivas en comparacioacuten con las

que presumiblemente otras civilishy

zaciones mucho maacutes antiguas de la

galaxia puedan poseer

Sin embargo el hombre (es maacutes politicamente correcto decir el ser

humano ) estaacute avanzando a una

velocidad vertiginosa En un periacuteoshy

do de tiempo no superior apenas de unos doscientos antildeos (vistos con

perspectiva histoacuterica) el ser humashy

no ha conseguido logros que en

cientos o miles de antildeos pasados

eran practica mente impensables

se han explorado y conocido los

polos gran parte de Africa y Oceshy

ania que eran desconocidas y misshy

teriosas se han explorado ninguacuten

ser humano habia descendido maacutes

de 30 oacute 40 metros en el mar o se

habia elevado un kiloacutemetro o poco maacutes en el aire las comunicaciones

la medicina la biologia la ingenieshy

ria han dado pasos de gigante en

los uacuteltimos cincuenta antildeos hemos

salido ya al espacio Estamos conshy

memorando los 40 antildeos de nuestra

llegada a la Luna Desde hace una

deacutecada ingenios terrestres circulan

por la superficie de Marte Naves

espaciales terrestres (las Voyager) han rebasado ya los liacutemites del

sistema solar y caminan por el esshy

pacio interestelar Hemos ido tan

lejos en tan corto tiempo que ya

nada nos parece imposible Nos

podemos hacer la pregunta que el

gran escritor divulgador y cientiacutefishy

co Arthur C Clarke ya se hacia

hace cuarenta antildeos iquestHabraacute alguacuten

lugar que permaneceraacute siempre

inaccesible e inalcanzable para noshy

sotros cualesquiera que sean los

progresos cientiacuteficos que nos depashy

re el futuro Entiendo que en los

momentos y situacioacuten en que nos encontramos la respuesta queda

en el aire

Todo lo ocurrido en lo que se

refiere al espacio exterior durante

estos uacuteltimos cuarenta antildeos han

situado a la Humanidad en una deshy

terminada direccioacuten en un camino

marcado Esperemos que las geneshy

raciones ven ideras lo sepan seguir

CHARLES DARWIN J UN CIENTIFICO REVOLUCIONARIO

Este ano 2009 estamos a conmeshy

morar os aniversarios do nacemenshy

to de Charles Darvvin (1809) e da

publicacioacuten do seu singular libro

nA orixe das especies (1859) E

facemolo afirmando que o seu leshy

gado cientiacutefico manteacuten vixencia estaacute vivo

onaturalista Charles Robert Darwin

(Shrewsbury 1809 - Downe 1882)

eacute autor da teoriacutea da descendencia

modificada por medio da seleccioacuten

natural contildeecida con posteriorishy

dade e de xeito xeneacuterico como

teoriacutea da evolucioacuten bioloacutexica Filio

de Robert Waring Darwin un coshy

ntildeecido meacutedico e neto de Erasmus

Darwin no ano 1825 iniciou os

seus estudos de medicina en Edimshy

burgo Deixounos en 1827 ano en

que comezou a carreira de teoloxiacutea

en Cambridge onde contildeeceu ao

xeoacutelogo Adam Sedgwick e ao boshy

taacutenico John Henslow quen favoreshy

ceron o seu interese pola natureza

e asentaron a formacioacuten cientiacutefica

facendo fincapeacute na importancia

das observacioacutens detalladas e na

correlacioacuten dos feitos para estableshy

cer conclusiOacutens

En 1831 logo de acadar o tiacutetulo

de bachelor of Arts realizou unha

viaxe cientiacutefica por Gales en comshy

pantildeiacutea de Sedgwick A lectura da

Personal Narrative do cientiacutefico e

explorador Alexander von Humshy

boldt promoveu o seu interese

polas viaxes e xustamente gracias

aacute influencia de Henslow o 27 de

No transcurso desta viaxe explo- I enorme cantidade de datos cientiacuteshy

decembro de 1831 comezou unha

ao redor do mundo a bordo do

Beagle en calidade de naturalista

non oficial Unha experiencia que

foi sublintildeada poo propio Darwin

como decisiva na suacutea vida persoal

e cientiacutefica

rou diversos continentes observou

moitos fenoacutemenos e recolleitou

numerosos seres vivos o que Ile

levou a cuestionar o modelo cienshy

tiacutefico anterior favorable aacute fixeza

das especies e aacute existencia dunha

harmoniacutea natural O estudo dos foacuteshy

siles a observacioacuten da distribucioacuten

Xoseacute A Fraga Director dos Museos Cientiacuteficos Coruntildeeses

bioxeograacutefica a consideracioacuten de

formas vivas con diferencias grashy

duais contribuiron a que se posishy

cionara a prol dos cambios das esshy

pecies da evolucioacuten

Ao seu regreso a Londres o 2 de

outubro de 1836 dispuntildea dunha

ficos e coleccioacuten s de seres naturashy

les e iniciou unha etapa de estudio

e reflexioacuten Iso levouno a redactar

unha serie de cadernos de notas a

partir de 1837 iniciar un programa

de lecturas moi amplo e a publicar

as memoriacuteas da viaxe de Beagle e o

Journal of Researches que conteshy

ntildeen a maioriacutea das observacioacutens que

sustentaron a suacutea futura teoriacutea

A lectura do libro de Malthus sobre

a relacioacuten entre o crecemento da

poboacioacuten e dos alimentos e o esshy

tudo da seleccioacuten artificial levaron

a Darwin a concluir que a Seleccioacuten

Natural era a causa que determinashy

ba a evolucioacuten bioloacutexica En 1842

redacta un Sketch de 35 paacutexinas

no que recolle a suacutea teoriacutea e en

1844 un Essay sobre a ascendencia

comuacuten das especies e a suacutea formashy

cioacuten progresiva por modificacioacutens

seleccionadas que publicou postushy

mamente o seu filio Franshy

cis en 1909 co tiacutetulo The

Foundatiacuteons of the Oriacutegin of Species

Non deu aacute luz a suacutea reshy

volucionaria teoriacutea por

temor aacute reaccioacuten que poshy

deriacutea provocar na socieshy

dade e no seu contorno

proacuteximo e polo escaso

prestixio que tintildean as poshy

sicioacutens evolucionistas nashy

quel tempo Dedicouse a

realizar diversos estudos

entre eles os relativos aacute

distribucioacuten xeograacutefica

dos organismos En 1858

un feito veu conmover

a praacutecida existencia do

noso cientiacutefico Recibiu

un manuscrito de Alfred

Wallace para ser publishy

cado Con sorpresa e

certo abatimento puido

comprobar que Wallace

acadaba as suacuteas mes-

mas conclusioacutens evolucioshy

THE ORIGIN OF SPECIES seacuteculo XIX o darwinisshy

mo estaraacute presente en

todos os aacutembitos cultushy

BY UEANS OF NATURAL SELECTIOX rais e apareceraacute para a

mentalidade de amplas

OR TlIE capas da povoacioacuten

como a plasmacioacuten na

PRESETl~T()X OF FAVOURED RCES IN TITE STnUGGLE natureza da dominante FOH L11-1lt idea do progreso como

a expresioacuten ideoloacutexica e

filosoacutefica maacuteis caracteshy

Bl CHRLES DRWIN lLA FlloS ampc riacutestica da mentalldade

liberal Isto conleveu

un importante prestiacutexio

do bioloacutexico que afecshy~IXTJl FrJITION WITII ADDITlONS ANIJ conllECTIONS

taria aos diversos niacuteveis

(f1LlTETn rnOlsllJ) do pensamento A peshy

sar desa identidade co

credo liberal do XIX o

impacto do darwinismo

JO lIX

nistascoincidindo asemade no

mecanismo explicativo a seleccioacuten

natural Charles Lyell solucionou o

tema da prioridade cun arranxo

delicado publicando un relatorio

asinado conxuntamente por eles

dous (On the Tendency of Species

to form varieties and on the Pershy

petuation of Varieties by Natural

Means of Selection) na Linnean Soshy

cietyo primeiro de xullo de 1858

Aacute vista do acontecido Darwin

apurou na redaccioacuten dun libro que

presentara o conxunto das suacuteas

propostas Daiacute xurdiu On the Orishy

giacuten of Species by Means of Natushy

ral Selection or the Preservatiacuteon

of Favoured Races iacuten the Struggle

for Life que saiacuteu do prelo o 24 de

novembro de 1859 e esgotou a

e das dinaacutemicas que rexen o devir

do mundo vivo da transformacioacuten

dos seres vivos en base aacute seleccioacuten

natural Asemade o caraacutecter revoshy

lucionario da obra estaacute relacionado

con que a cuestioacuten da evolucioacuten e

sobre todo a relativa aacute Seleccioacuten

natural choca con mensaxes que

formaban parte substancial da culshy

tura

A teoriacutea presentada por Darwin

xerou un debate que ultrapasou

os liacutemites da ciencia e provocou

unha poleacutemica filosoacutefica poliacutetica

e teoloacutexica sen precedentes No

derradeiro tercio do

afectou ao conxunto

LONDON dos movementos poliacutetishy

1 U nRA Y A LEE ILTIL E S 1 RE EI cos ideoloacutexicos filosoacuteshy

1872

n~ riht f 1runlation i rtlCTwd

suacutea primeira edicioacuten (1250 exemshy

piares) o mesmo diacutea Esta obra

establece os fundamentos da bioshy

loxiacutea moderna ao formular unha

explicacioacuten natural dos equilibrios

ficos e sociais De xeito

global como aconteceu

con outros temas foi

utilizado por todas as

opcioacutens ideoloacutexicas xeralmente

de forma esquemaacutetica

LARGA VIDAA ESPACIAL HUBBLE

Denominado de esta forma en

honor del afamado astroacutenomo esshytadounidense Edwin Powel Hubshyble el HST fue concebido como un proyecto conjunto de la NASA y la

ESA para la construccioacuten de Granshy

des Observatorios Espaciales

Los encargados del proyecto pensaron que colocar un telescopio

en oacuterbita mas allaacute de los liacutemites de

la atmoacutesfera terrestre traeriacutea conshy

sigo una multitud de ventajas ya

que se eliminariacutean algunos de los

factores adversos que afectan a los observatorios terrestres por ejemshyplo se eliminaba por completo la negativa accioacuten que la turbulencia

atmosfeacuterica provoca sobre las imaacuteshy

genes ademaacutes permitiriacutea alcanzar

ciertas lon9itudes de onda del esshy

pectro electromagneacutetico que se ven absorbidas por la atmoacutesfera

de nuestro planeta

Y por queacute no decirlo el tener

Imagen del TelescopIo Espacial Hubble en oacuterbita

TELESCOPIO Pablo J M Alemparte

un observatorio astronoacutemico en

oacuterbita evitariacutea perder tiempo de

observacioacuten por causas de tipo

meteoroloacutegico o por culpa de la contaminacioacuten lumiacutenica tan exashy

gerada que sufre la investigacioacuten

astronoacutemica en nuestros diacuteas

Con esta idea echoacute a andar el

proyecto que culminoacute con la puesshy

ta en oacuterbita uel ingenio espacial el

diacutea 24 de abril de 1990 montado

a bordo del Transbordador Espacial

Discovery (STS-31) que desde el

Centro Espacial Kennedy en Florishy

da lo trasladoacute a una oacuterbita terresshy

tre baja de 593 Km con un periodo

orbital de entre 96 y 97 minutos

En un primer momento se pensoacute

que el telescopio volviese regularshy

mente a la Tierra para su mantenishy

miento pero los ingenieros pronto

tuvieron claro que habiacutea que dejar

abierta la posibilidad de que el HST

pudiese ser regularmente visitado

por lo que se dieron en llamar mishy

siones de servicio ya fuesen estas

para repararlo o para actualizar su

instrumental de observacioacuten

Cuando todo estaba preparado y la comunidad cientiacutefica mundial

se mordiacutea las untildeas ante la inminenshy

te llegada de la primera luz del HST

Imagen desenfocada antes de la reparacioacuten

saltoacute la desagradable sorpresa Las

imaacutegenes que llegaban desde esa

joya de 2000 millones de doacutelares

se veiacutean desenfocadas por un fallo

de apenas 2 micras en el pulido de

su espejo primario que habiacutea sido

fabricado por Perkin Elmer Esta

importante negligencia supuso un duro mazazo para el proyecto

pero pronto se tomaron medidas

para solucionar este problema de

aberracioacuten esfeacuterica Habiacutea que

ponerle gafas al Hubble

La 1a Misioacuten de Servicio le coshy

rrespondioacute al Transbordador Enshy

deavour que en 1993 instaloacute en el

telescopio entre otros instrumenshy

tos el COSTAR (Oacuteptica Correctora como Reemplazo Axial del Teleshy

scopio Espacial) en lo que supuso

la reparacioacuten maacutes ambiciosa de la

historia de la aeronauacutetica seguacuten

la revista New Scientist

Tras la reparacioacuten el telescopio

comenzoacute a operar de manera coshy

rrecta y normal lo cual a lo largo

de estos antildeos ha llevado a que la

Imagen tras la reparacioacuten

ciencia astronoacutemica avance con

pasos de gigante llegaacutendonos inshycluso a replantear cuestiones como la edad del Universo

El HST pronto comenzoacute a descushy

brirnos posibles candidatos a agu-

HDF Cada punto luminoso es una galaxia

jero negro nos mostroacute con todo lujo de detalle como et Cometa Shoemaker-Levy 9 se fragmentaba e impactaba violentamente contra ese gigante de nuestro Sistema Soshylar que es Juacutepiter nos ha ensentildeado

galaxias en colisioacuten nebulosas en expansioacuten estrellas en formacioacuten

y tormentas magneacuteticas en los gishygantes gaseosos de nuestro vecinshydario planetario

Una de sus grandes observacioshynes tuvo lugar entre los diacuteas 18 y 28 de diciembre de 1995 cuando

captoacute la que puede ser su imagen mas espectacular Bautizada como Campo Profundo del Hubble (Hubshyble Deep Field) nos muestra una

regioacuten de 144 segundos de arco en la constelacioacuten de la Osa Mayor (tamantildeo este equivalente al diaacuteshymetro de una pelota de tenis obshyservada al 00 metros de distancia) donde se pueden observar un total de hasta 3000 galaxias Tres antildeos

despueacutes el Hubble tomoacute una ima-

El aacuterea fotografiada en el HDF

gen similar pero esta vez en una regioacuten de cielo del hemisferio Sur (Campo Profundo Sur del Hubble) las similitudes entre ambas imaacutegeshynes llevaron a los cosmoacutelogos a la conclusioacuten de que el Universo es uniforme si se estudia a gran escashyla y que la Tierra ocupa una regioacuten

Los pilares de la creacioacuten en la Nebulosa del Aacuteguila (M 7 6)

Recreacioacuten del HST acoplado al Transbordador para reparacioacuten Maniobras de reparacioacuten del HST por astronautas

tiacutepica en el mismo (Principio Cosshy

moloacutegico)

Tras todos estos antildeos de trashy

bajo y cuatro Misiones de Servicio en cada una de las cuales el HST

ha sido reparado modernizado

y puesto en la oacuterbita correcta ya

que se ve atraiacutedo hacia la Tierra por influencia del rozamiento y de la accioacuten gravitatoria de nuestro

planeta En mayo de 2009 se ha

enfrentado a la que seguramente

sea la quinta y uacuteltima misioacuten de

servicio que corrioacute a cargo de la

tripulacioacuten del Atlantis (STS-125)

Estos profesionales apoyados por los equipos de Tierra han dejado al

HST en forma se espera que hasshyta el 2015

Han sido y son muchos antildeos

de observacioacuten miles de postales que han acercado el Universo a la sociedad y sobre todo una multishy

tud de estudios e investigaciones cientiacuteficas que han tenido por base

las imaacutegenes ofrecidas por este coshy

loso de 11 toneladas 13 metros

de longitud y 4 de diaacutemetro que

orbita nuestro planeta a la velocishydad de 28000 Kmh en esa oacuterbita

situada 593 km sobre el nivel del

mar Sirva este artiacuteculo como moshy

desto homenaje de una comunishy

dad de aficionados que se siguen

maravillando ante las joyas que el

Telescopio Espacial Hubble nos ha

venido ofreciendo durante todos

estos antildeos en la vanguardia de la

investigacioacuten astronoacutemica

Nebulosa NGC 604 una regioacuten de formacioacuten estelar

MEDIDA DE DIFERENTES TIPOS

DE RADIACION CON CCD Existen muchos articulos y trabashy

jos donde se describe el funcionashymiento baacutesico de los CCD y se explishyca desde la perspectiva del usuario de una caacutemara la mejor forma de optimizar su rendimiento por medio del procedimiento de toma de imaacuteshygenes y del pmceso posterior de las mismas con un software adecuado En este artiacuteculo se ofrece una persshypectiva distinta se exponen las difeshyrentes configura ciones que presenta este tipo de dispositivo para medir radiaciones con distintas energias o lo que es lo mismo diferentes lonshygitudes de onda

El CCD como detector luminoso

Aunque los telescopios actuales no sean mucho maacutes grandes que los construidos en las uacuteltimas deacutecadas los astroacutenomos pueden observar objetos cientos de veces maacutes deacutebiles que los observados a mediados del siglo XX Esto es debido a las mejoshyras en la sensibilidad de los disposishytivos de deteccioacuten desarrolladas en las uacuteltimas deacutecadas las cuales han supuesto una auteacutentica revolucioacuten en la investigacioacuten astronoacutemica

En la actualidad los mejores detectores luminosos son los CCD (Charge-Coupled Device o disposishytivo de carga acoplada) Estos disshypositivos perm iten la deteccioacuten de una gran proporcioacuten de los fotones incidentes (normalmente maacutes de un 50) en un rango amplio de longitudes de onda desde el infrashyrrojo hasta los rayos X Como comshyparacioacuten los dispositivos fotograacutefishycos solamente detectan entre un 2 y un 3 yen un rango menor de longitudes de onda mientras que el ojo humano tiene una eficiencia deun 1

El detector de imagen CCD fue desarrollado en 1970 por los invesshyt igadores norteamericanos Boyle y Smith de los Laboratorios Be Inishycia lmente fue creado como un disshypositivo de memoria basado en un substrato semiconductor de silicio Se descubrioacute entonces su aplicacioacuten como detector sensible a la luz y se empezoacute a desarroll ar su aplicacioacuten en la astronomiacutea consigu ieacutendose en 1975 la primera imagen astroshynoacutemica con una caacutemara CCD en la que se observaba a Urano en el infrarrojo cercano (figura 1)

Figura 7 Fotografiacutea de Urano en el infrarrojo cercano Se trata de la primera imagen astronoacutemica de un objeto celeste con una caacutemara CCO

En la actualidad los CCD se enshycuentran en todos los aparatos que utilizan imagen digital TV caacutemaras de video fotograacuteficas de moacutevil etc Tambieacuten estaacuten presentes en los telescopios modernos y en las misiones espaciales tanto como caacutema ra s de imagen directa como en espectroacutegrafos

Respuesta espectral del CCD

El acoplamiento de carga en el que se basa el CCD consiste en la

Carlos Cagigal Olay Ingeniero Industrial

transferencia colect iva de las carshygas eleacutectricas almacenadas en un elemento semiconductor a otro elemento adyacente mediante la ap licacioacuten de tensiones externas Estos dispositivos permiten el alshymacenamiento y tra nsferencia de informacioacuten analoacutegica muestreada en la forma de paquetes de carshyga

La estructura baacutesica de un CCD consiste en una red de electrodos espaciados miacutenimamente y deposhysitados en una capa dieleacutectrica de oacutexido de silicio Cada electrodo forma con el substrato un conden shysador MOS que bajo IJ influencia de una tensioacuten aplicada permite el almacenamiento de cargas eleacutectri shycas La aplicacioacuten de tensiones exshyternas con la secue ncia adecuada provoca la transferencia de las carshygas hasta la difusioacuten del colector donde la sentildeal es leiacuteda

Debido a las propiedades fotoshysensibles del si licio cuando eacuteste es irradiado por energiacutea corresponshydiente a luz visible o cercana al inshyfrarroJo (350 - 1100 nm) se crea n pares electroacuten - hueco debido a la incidencia de fotones Esta caracshyteriacutestica posibilita la utilizacioacuten del CCD como sensor luminoso en cuyo caso estaraacute formado por un conjunto de fotoelementos que recib iraacuten la radiacioacuten luminosa y generaraacuten una carga proporcioshynal a la misma Asociados a estos elementos existiraacuten una serie de registros de desplazamiento como los i3ntpriormentp descritos que alshymacenaraacuten estas cargas y las desshyplazaraacuten hacia la salida La canti shydad de cargas almacenada en cada pozo de potencial es proporcional a la iluminacioacuten del fotoelemento correspondiente lo que permite

10middot Longitud de lO ur onda (m)

ULlltA VIOLETA RA VOS X DUROS ONDAS DE RADIO Jbull bullbull1NFRRROJOS

MCROONDAS RAYOSXBlANDOS RAYOSGAlM-

Energi a de 1a diacioacuten(eV)

Figura 2 Espectro electromagneacutetico con indicacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten

al realizar una lectura en serie obshytener una sentildeal analoacutegica muesshytreada representativa de la imagen analizada Un paraacutemetro rnuy imshyportante del CCD como detector luminoso es la eficiencia cuaacutentica que se define como el nuacutemero de pares electroacuten-hueco leiacutedos por el dispositivo por cada fotoacuten incidenshyte Otro paraacutemetro influenciado por la energiacutea de la radiacioacuten es la funcioacuten de transferencia de modushylacioacuten que es la relacioacuten entre la diferencia entre los niveles blanco y negro de la salida y los niveles teoacuteshyriCos

En principio un sensor de imashygen de estado soacutelido presenta una sensibilidad aceptable entre 400 y 700 nm Para obtener una imagen en color se pueden utilizar dos teacutecshynicas Una de ellas es la de obteshyner tres imaacutegenes con tres f iltros uno para cada color para posteshyriormente procesarlas y obtener una imagen uacutenica y en color Otra opcioacuten es la de uti~izar un CCD en el que cada pixel tiene un filtro inshytegrado siguiendo un patroacuten que se asemeja a la respuesta del ojo humano Este uacuteltimo tipo de CCD imposibilita utilizarlo para otro tipo de medida monocromaacutetica o con otro coacutedigo de colores y la resoshylucioacuten del sensor disminuye Los colores maacutes utilizados son el rojo verde y azul

Fuera de la zona visible existen otro tipo de radiaciones con difeshyrentes energiacuteas y que forman el espectro electromagneacutetico Este se

divide en segmentos o bandas los cuales no tienen unos limites exacshytos y claramente definidos En la fishygura 2 se observa el espectro elecshytromagneacutetico con indicacioacuten de la longitud de onda y de la energiacutea correspondiente

El rango espectral en los senshysores de imagen de silicio estaacute lishymitado en las longitudes de onda largas alrededor de los 1100 nm donde la energiacutea de los fotones se hace maacutes pequentildea que el salto energeacutetico de banda (1 1 eV para el silicio) Para longitudes de onda menores que 400 nm (maacutes de 31 eV en silicio) se genera maacutes de un par electroacuten-hueco por fotoacuten IncIshydente

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten fuera del espectro visible se pueden consishyderar tres posibles situaciones en funcioacuten de la longitud de onda

bull Longitud de onda mayor de 1000 nm (espectro infrarrojo cershycano e infrarrojo) En estas longishytudes de onda el coeficiente de absorcioacuten del silicio es muy bajo y casi todos los fotones atraviesan la estructura sin ser absorbidos

bull Longitudes de onda entre 400 nm y 10 nm (radiacioacuten ultravioleta) En este caso ocurre lo contrario la absorcioacuten es tan alta que la mayor parte de los fotones son absorbishydos en las capas que se encuentran sobre el CCD

bull Longitud de onda menor de 10 nm (rayos X) El coeficiente de

absorcioacuten es comparable al exisshytente en la zona visible del especshytro pero la energiacutea de las partiacutecushylas es tan alta que puede dantildear el dispositivo

En la figura 3 se presenta la proshyfundidad de penetracioacuten de los foshytones en el silicio para los diferenshytes tipos de radiacioacuten y se pueden observar las tres zonas indicadas Para cada zona del espectro se han definido soluciones que mejoran la respuesta del CCD en el margen de longitudes de onda especiacutefico de cada aplicacioacuten

Medida de radiacioacuten infrarroja

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten en la zona del espectro infrarrojo se deben utilizar detectores de tipo barrera Schottky El principio de funcionashymiento de estos sensores aparece en la figura 4(a) Consiste en una capa de PtSi que se deposita sobre un substrato de silicio de tipo p Se ilumina el detector por su parte trashysera y se conecta a una salida del CCD de silicio La radiacioacuten IR se transmite a traveacutes del silicio y es abshysorbida en la capa de siliciuro Esta absorcioacuten genera una corriente los huecos se dirigen hacia el substrato y los electrones se desplazan hacia la salida del CCD Para asegurar la mejor respuesta posible este tipo de detectores utilizan una estructushyra denominada cavidad oacuteptica representada en la figura 4(b) Se

0-2

0-3

0-4

0-5

0-6

Rayos X uv

10-7

10-1 10deg 10 1 102 103

1

Longitud de onda (nm) Figura 3 Profundidad de penetracioacuten en el silicio de diferentes tipos de radiacioacuten en funcioacuten de su longitud de onda

antildeade una capa reflectora de alushyminio separada de la capa de PtSi por una capa dieleacutectrica con una anchura aproximadamente igual a un cuarto de la longitud de onda Esta construccioacuten maximiza la abshysorcioacuten oacuteptica en la capa de silishyciuro Se antildeade un recubrimiento antirreflectante en la parte trasera que puede llegar a mejorar la resshypuesta en un 30

Para la deteccioacuten de radiacioacuten infrarroja tambieacuten se han utilizado CCD basados en otros materiales diferentes al silicio como un CCD con InSb desarrollado en 1978 y que trabajaba entre 20 y 55 ~m

o un CCD de HgCdTe que permite ser ajustado para rangos de 1 a 25 ~m de 3 a 5 ~m y de 8 a 12 ~m

Medida de radiacioacuten ultravioleta

No solo el silicio sino que tamshybieacuten el oacutexido de silicio presentan un alto coeficiente de absorcioacuten para partiacuteculas con longitudes de onda en la zona ultravioleta del espectro Esta circunstancia provoshyca que sea complicado disentildear un detector de radiacioacuten UV ya que

cia en la zona verde del espectro con su maacuteximo alrededor de los 500 nm Asiacute se consigue extender la sensibilidad del CCD hasta 100 nm

bull Iluminacioacuten trasera En este caso la radiacioacuten incide directashymente sobre el si licio El problema que aparece es el transporte de las cargas generadas hacia la superfishycie delantera Para solucionarlo los CCD se estrechan de tal forma que la superficie trasera queda a una d istancia de 1 O ~m o menos de la superficie frontal El resultado es un dispositivo co n una mayor eficienshycia cuaacutentica (60 - 80) Este tipo de solucioacuten presenta inconvenienshytes respecto a la complicada tecnoshylogiacutea que requiere para conseguir una anchura tan pequentildea pasivarshylos y manejarlos lo cual conlleva un mayor coste

bull CCD de deplexioacuten profunda En este tipo de detectores se utilishyza un substrato poco dopado (alta resistividad) de tal forma que la zona de deplexioacuten se acerca a la zona trasera por donde se ilumina el CCD Esta estructura consigue no soacutelo evitar la absorcioacuten en las capas superiores sino que tambieacuten elimina el problema del estrechashymiento en los CCD con iluminacioacuten trasera y dopados convencionales Su mayor inconveniente es la coshyrriente de oscuridad que aumenta linealmente con el volumen de la zona de carga por lo que es con-

Aluminio

Dieleacutectrico Si0

PtSi

Substrato Si-p

Recub antireflectante

~ ~ Rooocoacute I

b

los fotones son absorbidos en las capas superiores del mismo Para evitar este problema existen varias soluciones

bull Deposicioacuten de un foacutesforo sensible a UV en la superficie del detector que convierta la seilal en una radiacioacuten con una longitud de onda adecuada a la respuesta esshypectral del CCD Uno de los foacutesfoshyros utilizados es el coronene que cuando es excitado con radiacioacuten con longitudes de onda menores de 400 nm produce fluorescenshy

a Figura 4 Seccioacuten de un detector IR de barrera Schottky (a) y variante del mismo con cavidad oacuteptica (b)

2

80

CCD

40 bull bull _

500 700 900 1100 I

veniente utilizar un dispositivo de refrigeracioacuten

En la f igura 5 se presenta la efishyciencia cuaacutentica de diferentes CCD con iluminacioacuten frontal iluminashycioacuten trasera y con recubrimiento UV

Longitud deonda (nm)

Figura 5 Eficiencia cuaacutentica de diferentes CCO para diferentes longitudes de onda

Medida de rayos X

Las aplicaciones de imagen de rayos X se pueden dividir en dos grandes grupos

bull Aplicaciones meacutedicas Se utilishyza radiacioacuten muy energeacutetica denoshyminada rayos X duros (gt 25 keV) y los paraacutemetros maacutes importantes son la resolucioacuten espacial y la inshytensidad

bull Espectroscopiacutea Se utilizan rashyyos X blandos de menor energiacutea laquo 1O keV) y ademaacutes de los dos paraacuteshymetros anteriores se considera la informacioacuten espectral

Los principales problemas que presentan ambos son una menor eficiencia cuaacutentica debido a la re-

combinacioacuten de portadores y a la radiacioacuten que atraviesa el detector sin ser absorbida y por otra parte una mala funcioacuten de transferencia de modulacioacuten debido a la difusioacuten de los portadores La solucioacuten a esshytos problemas es una iluminacioacuten trasera y substratos con alta resisshy

tividad Respecto a las aplicacioshy

nes espectroscoacutepicas se han disentildeado dispositivos CCD destinados a la medida de rashydiacioacuten de rayos X especialshymente entre 04 keV y 10 keV en campos como la cristaloshygrafiacutea investigacioacuten de plasshymas y astronomiacutea de rayos X las caracteriacutesticas principales de estos detectores son una buena resolucioacuten tanto espashycial como espectral ademaacutes de una alta eficiencia cuaacutentishy

ca Se pueden utilizar algunas de las teacutecnicas empleadas en los deshytectores de radiacioacuten UV para meshyjorar su rendimiento tales como la iluminacioacuten trasera o la deplexioacuten profunda Para proteger el detecshytor de otros tipos de radiacioacuten se apantalla con berilio o con alumishynio

Con este meacutetodo el fotoacuten se detecta cuando es absorbido en el silicio del CCD generando una cantidad de pares electroacuten-hueco Mientras en las regiones visible y ulshytravioleta se generaba un solo elecshytroacuten por cada fotoacuten en este caso se genera un nuacutemero de ellos que depende de la energiacutea del fotoacuten y que estaacute definido por la expresioacuten [Energiacutea del fotoacuten (eV)365]

En aplicaciones meacutedicas las alshytas energiacuteas pueden causar graves dantildeos en el dispositivo especialshy

mente en la interfaz Si-Si02 y en el oacutexido de silicio Los efectos sobre el CCD son un aumento de la coshyrriente de oscuridad y de su no-unishyformidad desplazamientos en las tensiones umbrales y un aumento de la ineficiencia de la transferenshycia de las cargas Por ello es imporshytante evitar la exposicioacuten directa del CCD a este tipo de partiacuteculas La solucioacuten consiste en utilizar un foacutesforo que convierta la radiacioacuten de rayos X en una sentildeal intermeshydia no peligrosa para el detector Es importante asegurar que no lieshyga ninguna partiacutecula de alta enershygiacutea al CCD Para ello se utiliza un tubo de imagen con una pantalla que estaraacute acoplada al CCD con un sistema de lentes o por medio de fibra oacuteptica

Como ejemplo de aplicacioacuten en el rango de los rayos X la mishysioacuten NeXT (New exploration X-ray Telescope) un sateacutelite japoneacutes de rayos X y gamma que estaacute previsshyto ser lanzado en 2013 lleva una caacutemara CCD para rayos X blandos que cubre un rango entre 05 y 20 keV Los rayos X blandos son abshysorbidos en el CCD mientras que los rayos X duros atraviesan el CCD y son absorbidos en una matriz de piacutexeles de CdTe

Los CCD siguen mostrando la capacidad de adaptarse a las nueshy

i

vas demandas en cuanto a rango espectral aumento de resolucioacuten y velocidad menores niveles de luz menores tamantildeos de piacutexeles etc y se mantienen como el principal tipo de detector en el campo de la astronomiacutea

Referencias 1 LJM Esser A Theuwissen Charge Coupled Devices Physics technology and Imaging Handbook on Semiconductors vol 4 Elsevier Science Publishers BV 1993 2 A Theuwissen Solid-State Imag ing with Charge-Coupled Devices Springer 1995 3 J T Bosiers_ l M Peters C Draijer A Theuwissen Technical challenges and recent progress in CCD imagers Nuclear Instruments and Methods in Physics Research seccioacuten A 565 pp 148-156 2006 4 T Takahashi K Makishima Y Fukazawa M Kokubun K Nakazawa M Nomachi H TaJima M Tashiro Y Terada Hard X-ray and Gamma-Ray Detectors for the NEXT mission New Astronomy Reviews vol 48 nO 1 pp 269-273 Elsevier 2004

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

otros paiacuteses de menor entidad esshy

pacial como India Brasil Canadaacute y

algun otro

En estos antildeos la actividad esshy

pacial se ha desarrollado en tres campos fundamentales (1)- esshy

tudio preparacioacuten y construccioacuten

en oacuterbita terrestre de estaciones

espaciales (Salyut Skylab Mir 155) (2)- exploracioacuten de nuestros plashy

netas cercanos Mercurio Venus y

fundamentalmente Marte y (3)shy

construccioacuten y utilizacioacuten de nashy

ves espaciales reutili zables (space

shutle o transbordador espacial)

En todos ellos se han conseguido resultados muy notables pero

en nuestra opinioacuten el logro maacutes

importante conseguido en estos

uacuteltimos antildeos ha sido el desapareshy

cimiento de la mal llamada carreshy

ra espacial transformaacutendose en

Cooperacioacuten internacional

Como retos por ganar estaacuten

fundamentalmente el regreso a la

Luna y establecimiento de una base

i nternaciona I perma nente (progra shy

ma Constellation) y la expedicioacuten

humana a Marte

Obviamente hay otro reto que

viene desde casi el origen de la

Humanidad y es el de saber si hay

vida fuera de nuestras fronteras

terrestres Consideremos apenas

nuestra propia galaxia la via lacshy

tea En un conjunto de cien mil

millones de soles casi cualquier

posibilidad se convierte en una

certeza en alguacuten lugar y en alguacuten

tiempo Conocemos la radio hace

apenas un siglo y la televisioacuten hace

solamente cincuenta antildeos Todas nuestras teacutecllicas electroacuten icas de

comunicacioacuten son auacuten bastante

primitivas en comparacioacuten con las

que presumiblemente otras civilishy

zaciones mucho maacutes antiguas de la

galaxia puedan poseer

Sin embargo el hombre (es maacutes politicamente correcto decir el ser

humano ) estaacute avanzando a una

velocidad vertiginosa En un periacuteoshy

do de tiempo no superior apenas de unos doscientos antildeos (vistos con

perspectiva histoacuterica) el ser humashy

no ha conseguido logros que en

cientos o miles de antildeos pasados

eran practica mente impensables

se han explorado y conocido los

polos gran parte de Africa y Oceshy

ania que eran desconocidas y misshy

teriosas se han explorado ninguacuten

ser humano habia descendido maacutes

de 30 oacute 40 metros en el mar o se

habia elevado un kiloacutemetro o poco maacutes en el aire las comunicaciones

la medicina la biologia la ingenieshy

ria han dado pasos de gigante en

los uacuteltimos cincuenta antildeos hemos

salido ya al espacio Estamos conshy

memorando los 40 antildeos de nuestra

llegada a la Luna Desde hace una

deacutecada ingenios terrestres circulan

por la superficie de Marte Naves

espaciales terrestres (las Voyager) han rebasado ya los liacutemites del

sistema solar y caminan por el esshy

pacio interestelar Hemos ido tan

lejos en tan corto tiempo que ya

nada nos parece imposible Nos

podemos hacer la pregunta que el

gran escritor divulgador y cientiacutefishy

co Arthur C Clarke ya se hacia

hace cuarenta antildeos iquestHabraacute alguacuten

lugar que permaneceraacute siempre

inaccesible e inalcanzable para noshy

sotros cualesquiera que sean los

progresos cientiacuteficos que nos depashy

re el futuro Entiendo que en los

momentos y situacioacuten en que nos encontramos la respuesta queda

en el aire

Todo lo ocurrido en lo que se

refiere al espacio exterior durante

estos uacuteltimos cuarenta antildeos han

situado a la Humanidad en una deshy

terminada direccioacuten en un camino

marcado Esperemos que las geneshy

raciones ven ideras lo sepan seguir

CHARLES DARWIN J UN CIENTIFICO REVOLUCIONARIO

Este ano 2009 estamos a conmeshy

morar os aniversarios do nacemenshy

to de Charles Darvvin (1809) e da

publicacioacuten do seu singular libro

nA orixe das especies (1859) E

facemolo afirmando que o seu leshy

gado cientiacutefico manteacuten vixencia estaacute vivo

onaturalista Charles Robert Darwin

(Shrewsbury 1809 - Downe 1882)

eacute autor da teoriacutea da descendencia

modificada por medio da seleccioacuten

natural contildeecida con posteriorishy

dade e de xeito xeneacuterico como

teoriacutea da evolucioacuten bioloacutexica Filio

de Robert Waring Darwin un coshy

ntildeecido meacutedico e neto de Erasmus

Darwin no ano 1825 iniciou os

seus estudos de medicina en Edimshy

burgo Deixounos en 1827 ano en

que comezou a carreira de teoloxiacutea

en Cambridge onde contildeeceu ao

xeoacutelogo Adam Sedgwick e ao boshy

taacutenico John Henslow quen favoreshy

ceron o seu interese pola natureza

e asentaron a formacioacuten cientiacutefica

facendo fincapeacute na importancia

das observacioacutens detalladas e na

correlacioacuten dos feitos para estableshy

cer conclusiOacutens

En 1831 logo de acadar o tiacutetulo

de bachelor of Arts realizou unha

viaxe cientiacutefica por Gales en comshy

pantildeiacutea de Sedgwick A lectura da

Personal Narrative do cientiacutefico e

explorador Alexander von Humshy

boldt promoveu o seu interese

polas viaxes e xustamente gracias

aacute influencia de Henslow o 27 de

No transcurso desta viaxe explo- I enorme cantidade de datos cientiacuteshy

decembro de 1831 comezou unha

ao redor do mundo a bordo do

Beagle en calidade de naturalista

non oficial Unha experiencia que

foi sublintildeada poo propio Darwin

como decisiva na suacutea vida persoal

e cientiacutefica

rou diversos continentes observou

moitos fenoacutemenos e recolleitou

numerosos seres vivos o que Ile

levou a cuestionar o modelo cienshy

tiacutefico anterior favorable aacute fixeza

das especies e aacute existencia dunha

harmoniacutea natural O estudo dos foacuteshy

siles a observacioacuten da distribucioacuten

Xoseacute A Fraga Director dos Museos Cientiacuteficos Coruntildeeses

bioxeograacutefica a consideracioacuten de

formas vivas con diferencias grashy

duais contribuiron a que se posishy

cionara a prol dos cambios das esshy

pecies da evolucioacuten

Ao seu regreso a Londres o 2 de

outubro de 1836 dispuntildea dunha

ficos e coleccioacuten s de seres naturashy

les e iniciou unha etapa de estudio

e reflexioacuten Iso levouno a redactar

unha serie de cadernos de notas a

partir de 1837 iniciar un programa

de lecturas moi amplo e a publicar

as memoriacuteas da viaxe de Beagle e o

Journal of Researches que conteshy

ntildeen a maioriacutea das observacioacutens que

sustentaron a suacutea futura teoriacutea

A lectura do libro de Malthus sobre

a relacioacuten entre o crecemento da

poboacioacuten e dos alimentos e o esshy

tudo da seleccioacuten artificial levaron

a Darwin a concluir que a Seleccioacuten

Natural era a causa que determinashy

ba a evolucioacuten bioloacutexica En 1842

redacta un Sketch de 35 paacutexinas

no que recolle a suacutea teoriacutea e en

1844 un Essay sobre a ascendencia

comuacuten das especies e a suacutea formashy

cioacuten progresiva por modificacioacutens

seleccionadas que publicou postushy

mamente o seu filio Franshy

cis en 1909 co tiacutetulo The

Foundatiacuteons of the Oriacutegin of Species

Non deu aacute luz a suacutea reshy

volucionaria teoriacutea por

temor aacute reaccioacuten que poshy

deriacutea provocar na socieshy

dade e no seu contorno

proacuteximo e polo escaso

prestixio que tintildean as poshy

sicioacutens evolucionistas nashy

quel tempo Dedicouse a

realizar diversos estudos

entre eles os relativos aacute

distribucioacuten xeograacutefica

dos organismos En 1858

un feito veu conmover

a praacutecida existencia do

noso cientiacutefico Recibiu

un manuscrito de Alfred

Wallace para ser publishy

cado Con sorpresa e

certo abatimento puido

comprobar que Wallace

acadaba as suacuteas mes-

mas conclusioacutens evolucioshy

THE ORIGIN OF SPECIES seacuteculo XIX o darwinisshy

mo estaraacute presente en

todos os aacutembitos cultushy

BY UEANS OF NATURAL SELECTIOX rais e apareceraacute para a

mentalidade de amplas

OR TlIE capas da povoacioacuten

como a plasmacioacuten na

PRESETl~T()X OF FAVOURED RCES IN TITE STnUGGLE natureza da dominante FOH L11-1lt idea do progreso como

a expresioacuten ideoloacutexica e

filosoacutefica maacuteis caracteshy

Bl CHRLES DRWIN lLA FlloS ampc riacutestica da mentalldade

liberal Isto conleveu

un importante prestiacutexio

do bioloacutexico que afecshy~IXTJl FrJITION WITII ADDITlONS ANIJ conllECTIONS

taria aos diversos niacuteveis

(f1LlTETn rnOlsllJ) do pensamento A peshy

sar desa identidade co

credo liberal do XIX o

impacto do darwinismo

JO lIX

nistascoincidindo asemade no

mecanismo explicativo a seleccioacuten

natural Charles Lyell solucionou o

tema da prioridade cun arranxo

delicado publicando un relatorio

asinado conxuntamente por eles

dous (On the Tendency of Species

to form varieties and on the Pershy

petuation of Varieties by Natural

Means of Selection) na Linnean Soshy

cietyo primeiro de xullo de 1858

Aacute vista do acontecido Darwin

apurou na redaccioacuten dun libro que

presentara o conxunto das suacuteas

propostas Daiacute xurdiu On the Orishy

giacuten of Species by Means of Natushy

ral Selection or the Preservatiacuteon

of Favoured Races iacuten the Struggle

for Life que saiacuteu do prelo o 24 de

novembro de 1859 e esgotou a

e das dinaacutemicas que rexen o devir

do mundo vivo da transformacioacuten

dos seres vivos en base aacute seleccioacuten

natural Asemade o caraacutecter revoshy

lucionario da obra estaacute relacionado

con que a cuestioacuten da evolucioacuten e

sobre todo a relativa aacute Seleccioacuten

natural choca con mensaxes que

formaban parte substancial da culshy

tura

A teoriacutea presentada por Darwin

xerou un debate que ultrapasou

os liacutemites da ciencia e provocou

unha poleacutemica filosoacutefica poliacutetica

e teoloacutexica sen precedentes No

derradeiro tercio do

afectou ao conxunto

LONDON dos movementos poliacutetishy

1 U nRA Y A LEE ILTIL E S 1 RE EI cos ideoloacutexicos filosoacuteshy

1872

n~ riht f 1runlation i rtlCTwd

suacutea primeira edicioacuten (1250 exemshy

piares) o mesmo diacutea Esta obra

establece os fundamentos da bioshy

loxiacutea moderna ao formular unha

explicacioacuten natural dos equilibrios

ficos e sociais De xeito

global como aconteceu

con outros temas foi

utilizado por todas as

opcioacutens ideoloacutexicas xeralmente

de forma esquemaacutetica

LARGA VIDAA ESPACIAL HUBBLE

Denominado de esta forma en

honor del afamado astroacutenomo esshytadounidense Edwin Powel Hubshyble el HST fue concebido como un proyecto conjunto de la NASA y la

ESA para la construccioacuten de Granshy

des Observatorios Espaciales

Los encargados del proyecto pensaron que colocar un telescopio

en oacuterbita mas allaacute de los liacutemites de

la atmoacutesfera terrestre traeriacutea conshy

sigo una multitud de ventajas ya

que se eliminariacutean algunos de los

factores adversos que afectan a los observatorios terrestres por ejemshyplo se eliminaba por completo la negativa accioacuten que la turbulencia

atmosfeacuterica provoca sobre las imaacuteshy

genes ademaacutes permitiriacutea alcanzar

ciertas lon9itudes de onda del esshy

pectro electromagneacutetico que se ven absorbidas por la atmoacutesfera

de nuestro planeta

Y por queacute no decirlo el tener

Imagen del TelescopIo Espacial Hubble en oacuterbita

TELESCOPIO Pablo J M Alemparte

un observatorio astronoacutemico en

oacuterbita evitariacutea perder tiempo de

observacioacuten por causas de tipo

meteoroloacutegico o por culpa de la contaminacioacuten lumiacutenica tan exashy

gerada que sufre la investigacioacuten

astronoacutemica en nuestros diacuteas

Con esta idea echoacute a andar el

proyecto que culminoacute con la puesshy

ta en oacuterbita uel ingenio espacial el

diacutea 24 de abril de 1990 montado

a bordo del Transbordador Espacial

Discovery (STS-31) que desde el

Centro Espacial Kennedy en Florishy

da lo trasladoacute a una oacuterbita terresshy

tre baja de 593 Km con un periodo

orbital de entre 96 y 97 minutos

En un primer momento se pensoacute

que el telescopio volviese regularshy

mente a la Tierra para su mantenishy

miento pero los ingenieros pronto

tuvieron claro que habiacutea que dejar

abierta la posibilidad de que el HST

pudiese ser regularmente visitado

por lo que se dieron en llamar mishy

siones de servicio ya fuesen estas

para repararlo o para actualizar su

instrumental de observacioacuten

Cuando todo estaba preparado y la comunidad cientiacutefica mundial

se mordiacutea las untildeas ante la inminenshy

te llegada de la primera luz del HST

Imagen desenfocada antes de la reparacioacuten

saltoacute la desagradable sorpresa Las

imaacutegenes que llegaban desde esa

joya de 2000 millones de doacutelares

se veiacutean desenfocadas por un fallo

de apenas 2 micras en el pulido de

su espejo primario que habiacutea sido

fabricado por Perkin Elmer Esta

importante negligencia supuso un duro mazazo para el proyecto

pero pronto se tomaron medidas

para solucionar este problema de

aberracioacuten esfeacuterica Habiacutea que

ponerle gafas al Hubble

La 1a Misioacuten de Servicio le coshy

rrespondioacute al Transbordador Enshy

deavour que en 1993 instaloacute en el

telescopio entre otros instrumenshy

tos el COSTAR (Oacuteptica Correctora como Reemplazo Axial del Teleshy

scopio Espacial) en lo que supuso

la reparacioacuten maacutes ambiciosa de la

historia de la aeronauacutetica seguacuten

la revista New Scientist

Tras la reparacioacuten el telescopio

comenzoacute a operar de manera coshy

rrecta y normal lo cual a lo largo

de estos antildeos ha llevado a que la

Imagen tras la reparacioacuten

ciencia astronoacutemica avance con

pasos de gigante llegaacutendonos inshycluso a replantear cuestiones como la edad del Universo

El HST pronto comenzoacute a descushy

brirnos posibles candidatos a agu-

HDF Cada punto luminoso es una galaxia

jero negro nos mostroacute con todo lujo de detalle como et Cometa Shoemaker-Levy 9 se fragmentaba e impactaba violentamente contra ese gigante de nuestro Sistema Soshylar que es Juacutepiter nos ha ensentildeado

galaxias en colisioacuten nebulosas en expansioacuten estrellas en formacioacuten

y tormentas magneacuteticas en los gishygantes gaseosos de nuestro vecinshydario planetario

Una de sus grandes observacioshynes tuvo lugar entre los diacuteas 18 y 28 de diciembre de 1995 cuando

captoacute la que puede ser su imagen mas espectacular Bautizada como Campo Profundo del Hubble (Hubshyble Deep Field) nos muestra una

regioacuten de 144 segundos de arco en la constelacioacuten de la Osa Mayor (tamantildeo este equivalente al diaacuteshymetro de una pelota de tenis obshyservada al 00 metros de distancia) donde se pueden observar un total de hasta 3000 galaxias Tres antildeos

despueacutes el Hubble tomoacute una ima-

El aacuterea fotografiada en el HDF

gen similar pero esta vez en una regioacuten de cielo del hemisferio Sur (Campo Profundo Sur del Hubble) las similitudes entre ambas imaacutegeshynes llevaron a los cosmoacutelogos a la conclusioacuten de que el Universo es uniforme si se estudia a gran escashyla y que la Tierra ocupa una regioacuten

Los pilares de la creacioacuten en la Nebulosa del Aacuteguila (M 7 6)

Recreacioacuten del HST acoplado al Transbordador para reparacioacuten Maniobras de reparacioacuten del HST por astronautas

tiacutepica en el mismo (Principio Cosshy

moloacutegico)

Tras todos estos antildeos de trashy

bajo y cuatro Misiones de Servicio en cada una de las cuales el HST

ha sido reparado modernizado

y puesto en la oacuterbita correcta ya

que se ve atraiacutedo hacia la Tierra por influencia del rozamiento y de la accioacuten gravitatoria de nuestro

planeta En mayo de 2009 se ha

enfrentado a la que seguramente

sea la quinta y uacuteltima misioacuten de

servicio que corrioacute a cargo de la

tripulacioacuten del Atlantis (STS-125)

Estos profesionales apoyados por los equipos de Tierra han dejado al

HST en forma se espera que hasshyta el 2015

Han sido y son muchos antildeos

de observacioacuten miles de postales que han acercado el Universo a la sociedad y sobre todo una multishy

tud de estudios e investigaciones cientiacuteficas que han tenido por base

las imaacutegenes ofrecidas por este coshy

loso de 11 toneladas 13 metros

de longitud y 4 de diaacutemetro que

orbita nuestro planeta a la velocishydad de 28000 Kmh en esa oacuterbita

situada 593 km sobre el nivel del

mar Sirva este artiacuteculo como moshy

desto homenaje de una comunishy

dad de aficionados que se siguen

maravillando ante las joyas que el

Telescopio Espacial Hubble nos ha

venido ofreciendo durante todos

estos antildeos en la vanguardia de la

investigacioacuten astronoacutemica

Nebulosa NGC 604 una regioacuten de formacioacuten estelar

MEDIDA DE DIFERENTES TIPOS

DE RADIACION CON CCD Existen muchos articulos y trabashy

jos donde se describe el funcionashymiento baacutesico de los CCD y se explishyca desde la perspectiva del usuario de una caacutemara la mejor forma de optimizar su rendimiento por medio del procedimiento de toma de imaacuteshygenes y del pmceso posterior de las mismas con un software adecuado En este artiacuteculo se ofrece una persshypectiva distinta se exponen las difeshyrentes configura ciones que presenta este tipo de dispositivo para medir radiaciones con distintas energias o lo que es lo mismo diferentes lonshygitudes de onda

El CCD como detector luminoso

Aunque los telescopios actuales no sean mucho maacutes grandes que los construidos en las uacuteltimas deacutecadas los astroacutenomos pueden observar objetos cientos de veces maacutes deacutebiles que los observados a mediados del siglo XX Esto es debido a las mejoshyras en la sensibilidad de los disposishytivos de deteccioacuten desarrolladas en las uacuteltimas deacutecadas las cuales han supuesto una auteacutentica revolucioacuten en la investigacioacuten astronoacutemica

En la actualidad los mejores detectores luminosos son los CCD (Charge-Coupled Device o disposishytivo de carga acoplada) Estos disshypositivos perm iten la deteccioacuten de una gran proporcioacuten de los fotones incidentes (normalmente maacutes de un 50) en un rango amplio de longitudes de onda desde el infrashyrrojo hasta los rayos X Como comshyparacioacuten los dispositivos fotograacutefishycos solamente detectan entre un 2 y un 3 yen un rango menor de longitudes de onda mientras que el ojo humano tiene una eficiencia deun 1

El detector de imagen CCD fue desarrollado en 1970 por los invesshyt igadores norteamericanos Boyle y Smith de los Laboratorios Be Inishycia lmente fue creado como un disshypositivo de memoria basado en un substrato semiconductor de silicio Se descubrioacute entonces su aplicacioacuten como detector sensible a la luz y se empezoacute a desarroll ar su aplicacioacuten en la astronomiacutea consigu ieacutendose en 1975 la primera imagen astroshynoacutemica con una caacutemara CCD en la que se observaba a Urano en el infrarrojo cercano (figura 1)

Figura 7 Fotografiacutea de Urano en el infrarrojo cercano Se trata de la primera imagen astronoacutemica de un objeto celeste con una caacutemara CCO

En la actualidad los CCD se enshycuentran en todos los aparatos que utilizan imagen digital TV caacutemaras de video fotograacuteficas de moacutevil etc Tambieacuten estaacuten presentes en los telescopios modernos y en las misiones espaciales tanto como caacutema ra s de imagen directa como en espectroacutegrafos

Respuesta espectral del CCD

El acoplamiento de carga en el que se basa el CCD consiste en la

Carlos Cagigal Olay Ingeniero Industrial

transferencia colect iva de las carshygas eleacutectricas almacenadas en un elemento semiconductor a otro elemento adyacente mediante la ap licacioacuten de tensiones externas Estos dispositivos permiten el alshymacenamiento y tra nsferencia de informacioacuten analoacutegica muestreada en la forma de paquetes de carshyga

La estructura baacutesica de un CCD consiste en una red de electrodos espaciados miacutenimamente y deposhysitados en una capa dieleacutectrica de oacutexido de silicio Cada electrodo forma con el substrato un conden shysador MOS que bajo IJ influencia de una tensioacuten aplicada permite el almacenamiento de cargas eleacutectri shycas La aplicacioacuten de tensiones exshyternas con la secue ncia adecuada provoca la transferencia de las carshygas hasta la difusioacuten del colector donde la sentildeal es leiacuteda

Debido a las propiedades fotoshysensibles del si licio cuando eacuteste es irradiado por energiacutea corresponshydiente a luz visible o cercana al inshyfrarroJo (350 - 1100 nm) se crea n pares electroacuten - hueco debido a la incidencia de fotones Esta caracshyteriacutestica posibilita la utilizacioacuten del CCD como sensor luminoso en cuyo caso estaraacute formado por un conjunto de fotoelementos que recib iraacuten la radiacioacuten luminosa y generaraacuten una carga proporcioshynal a la misma Asociados a estos elementos existiraacuten una serie de registros de desplazamiento como los i3ntpriormentp descritos que alshymacenaraacuten estas cargas y las desshyplazaraacuten hacia la salida La canti shydad de cargas almacenada en cada pozo de potencial es proporcional a la iluminacioacuten del fotoelemento correspondiente lo que permite

10middot Longitud de lO ur onda (m)

ULlltA VIOLETA RA VOS X DUROS ONDAS DE RADIO Jbull bullbull1NFRRROJOS

MCROONDAS RAYOSXBlANDOS RAYOSGAlM-

Energi a de 1a diacioacuten(eV)

Figura 2 Espectro electromagneacutetico con indicacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten

al realizar una lectura en serie obshytener una sentildeal analoacutegica muesshytreada representativa de la imagen analizada Un paraacutemetro rnuy imshyportante del CCD como detector luminoso es la eficiencia cuaacutentica que se define como el nuacutemero de pares electroacuten-hueco leiacutedos por el dispositivo por cada fotoacuten incidenshyte Otro paraacutemetro influenciado por la energiacutea de la radiacioacuten es la funcioacuten de transferencia de modushylacioacuten que es la relacioacuten entre la diferencia entre los niveles blanco y negro de la salida y los niveles teoacuteshyriCos

En principio un sensor de imashygen de estado soacutelido presenta una sensibilidad aceptable entre 400 y 700 nm Para obtener una imagen en color se pueden utilizar dos teacutecshynicas Una de ellas es la de obteshyner tres imaacutegenes con tres f iltros uno para cada color para posteshyriormente procesarlas y obtener una imagen uacutenica y en color Otra opcioacuten es la de uti~izar un CCD en el que cada pixel tiene un filtro inshytegrado siguiendo un patroacuten que se asemeja a la respuesta del ojo humano Este uacuteltimo tipo de CCD imposibilita utilizarlo para otro tipo de medida monocromaacutetica o con otro coacutedigo de colores y la resoshylucioacuten del sensor disminuye Los colores maacutes utilizados son el rojo verde y azul

Fuera de la zona visible existen otro tipo de radiaciones con difeshyrentes energiacuteas y que forman el espectro electromagneacutetico Este se

divide en segmentos o bandas los cuales no tienen unos limites exacshytos y claramente definidos En la fishygura 2 se observa el espectro elecshytromagneacutetico con indicacioacuten de la longitud de onda y de la energiacutea correspondiente

El rango espectral en los senshysores de imagen de silicio estaacute lishymitado en las longitudes de onda largas alrededor de los 1100 nm donde la energiacutea de los fotones se hace maacutes pequentildea que el salto energeacutetico de banda (1 1 eV para el silicio) Para longitudes de onda menores que 400 nm (maacutes de 31 eV en silicio) se genera maacutes de un par electroacuten-hueco por fotoacuten IncIshydente

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten fuera del espectro visible se pueden consishyderar tres posibles situaciones en funcioacuten de la longitud de onda

bull Longitud de onda mayor de 1000 nm (espectro infrarrojo cershycano e infrarrojo) En estas longishytudes de onda el coeficiente de absorcioacuten del silicio es muy bajo y casi todos los fotones atraviesan la estructura sin ser absorbidos

bull Longitudes de onda entre 400 nm y 10 nm (radiacioacuten ultravioleta) En este caso ocurre lo contrario la absorcioacuten es tan alta que la mayor parte de los fotones son absorbishydos en las capas que se encuentran sobre el CCD

bull Longitud de onda menor de 10 nm (rayos X) El coeficiente de

absorcioacuten es comparable al exisshytente en la zona visible del especshytro pero la energiacutea de las partiacutecushylas es tan alta que puede dantildear el dispositivo

En la figura 3 se presenta la proshyfundidad de penetracioacuten de los foshytones en el silicio para los diferenshytes tipos de radiacioacuten y se pueden observar las tres zonas indicadas Para cada zona del espectro se han definido soluciones que mejoran la respuesta del CCD en el margen de longitudes de onda especiacutefico de cada aplicacioacuten

Medida de radiacioacuten infrarroja

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten en la zona del espectro infrarrojo se deben utilizar detectores de tipo barrera Schottky El principio de funcionashymiento de estos sensores aparece en la figura 4(a) Consiste en una capa de PtSi que se deposita sobre un substrato de silicio de tipo p Se ilumina el detector por su parte trashysera y se conecta a una salida del CCD de silicio La radiacioacuten IR se transmite a traveacutes del silicio y es abshysorbida en la capa de siliciuro Esta absorcioacuten genera una corriente los huecos se dirigen hacia el substrato y los electrones se desplazan hacia la salida del CCD Para asegurar la mejor respuesta posible este tipo de detectores utilizan una estructushyra denominada cavidad oacuteptica representada en la figura 4(b) Se

0-2

0-3

0-4

0-5

0-6

Rayos X uv

10-7

10-1 10deg 10 1 102 103

1

Longitud de onda (nm) Figura 3 Profundidad de penetracioacuten en el silicio de diferentes tipos de radiacioacuten en funcioacuten de su longitud de onda

antildeade una capa reflectora de alushyminio separada de la capa de PtSi por una capa dieleacutectrica con una anchura aproximadamente igual a un cuarto de la longitud de onda Esta construccioacuten maximiza la abshysorcioacuten oacuteptica en la capa de silishyciuro Se antildeade un recubrimiento antirreflectante en la parte trasera que puede llegar a mejorar la resshypuesta en un 30

Para la deteccioacuten de radiacioacuten infrarroja tambieacuten se han utilizado CCD basados en otros materiales diferentes al silicio como un CCD con InSb desarrollado en 1978 y que trabajaba entre 20 y 55 ~m

o un CCD de HgCdTe que permite ser ajustado para rangos de 1 a 25 ~m de 3 a 5 ~m y de 8 a 12 ~m

Medida de radiacioacuten ultravioleta

No solo el silicio sino que tamshybieacuten el oacutexido de silicio presentan un alto coeficiente de absorcioacuten para partiacuteculas con longitudes de onda en la zona ultravioleta del espectro Esta circunstancia provoshyca que sea complicado disentildear un detector de radiacioacuten UV ya que

cia en la zona verde del espectro con su maacuteximo alrededor de los 500 nm Asiacute se consigue extender la sensibilidad del CCD hasta 100 nm

bull Iluminacioacuten trasera En este caso la radiacioacuten incide directashymente sobre el si licio El problema que aparece es el transporte de las cargas generadas hacia la superfishycie delantera Para solucionarlo los CCD se estrechan de tal forma que la superficie trasera queda a una d istancia de 1 O ~m o menos de la superficie frontal El resultado es un dispositivo co n una mayor eficienshycia cuaacutentica (60 - 80) Este tipo de solucioacuten presenta inconvenienshytes respecto a la complicada tecnoshylogiacutea que requiere para conseguir una anchura tan pequentildea pasivarshylos y manejarlos lo cual conlleva un mayor coste

bull CCD de deplexioacuten profunda En este tipo de detectores se utilishyza un substrato poco dopado (alta resistividad) de tal forma que la zona de deplexioacuten se acerca a la zona trasera por donde se ilumina el CCD Esta estructura consigue no soacutelo evitar la absorcioacuten en las capas superiores sino que tambieacuten elimina el problema del estrechashymiento en los CCD con iluminacioacuten trasera y dopados convencionales Su mayor inconveniente es la coshyrriente de oscuridad que aumenta linealmente con el volumen de la zona de carga por lo que es con-

Aluminio

Dieleacutectrico Si0

PtSi

Substrato Si-p

Recub antireflectante

~ ~ Rooocoacute I

b

los fotones son absorbidos en las capas superiores del mismo Para evitar este problema existen varias soluciones

bull Deposicioacuten de un foacutesforo sensible a UV en la superficie del detector que convierta la seilal en una radiacioacuten con una longitud de onda adecuada a la respuesta esshypectral del CCD Uno de los foacutesfoshyros utilizados es el coronene que cuando es excitado con radiacioacuten con longitudes de onda menores de 400 nm produce fluorescenshy

a Figura 4 Seccioacuten de un detector IR de barrera Schottky (a) y variante del mismo con cavidad oacuteptica (b)

2

80

CCD

40 bull bull _

500 700 900 1100 I

veniente utilizar un dispositivo de refrigeracioacuten

En la f igura 5 se presenta la efishyciencia cuaacutentica de diferentes CCD con iluminacioacuten frontal iluminashycioacuten trasera y con recubrimiento UV

Longitud deonda (nm)

Figura 5 Eficiencia cuaacutentica de diferentes CCO para diferentes longitudes de onda

Medida de rayos X

Las aplicaciones de imagen de rayos X se pueden dividir en dos grandes grupos

bull Aplicaciones meacutedicas Se utilishyza radiacioacuten muy energeacutetica denoshyminada rayos X duros (gt 25 keV) y los paraacutemetros maacutes importantes son la resolucioacuten espacial y la inshytensidad

bull Espectroscopiacutea Se utilizan rashyyos X blandos de menor energiacutea laquo 1O keV) y ademaacutes de los dos paraacuteshymetros anteriores se considera la informacioacuten espectral

Los principales problemas que presentan ambos son una menor eficiencia cuaacutentica debido a la re-

combinacioacuten de portadores y a la radiacioacuten que atraviesa el detector sin ser absorbida y por otra parte una mala funcioacuten de transferencia de modulacioacuten debido a la difusioacuten de los portadores La solucioacuten a esshytos problemas es una iluminacioacuten trasera y substratos con alta resisshy

tividad Respecto a las aplicacioshy

nes espectroscoacutepicas se han disentildeado dispositivos CCD destinados a la medida de rashydiacioacuten de rayos X especialshymente entre 04 keV y 10 keV en campos como la cristaloshygrafiacutea investigacioacuten de plasshymas y astronomiacutea de rayos X las caracteriacutesticas principales de estos detectores son una buena resolucioacuten tanto espashycial como espectral ademaacutes de una alta eficiencia cuaacutentishy

ca Se pueden utilizar algunas de las teacutecnicas empleadas en los deshytectores de radiacioacuten UV para meshyjorar su rendimiento tales como la iluminacioacuten trasera o la deplexioacuten profunda Para proteger el detecshytor de otros tipos de radiacioacuten se apantalla con berilio o con alumishynio

Con este meacutetodo el fotoacuten se detecta cuando es absorbido en el silicio del CCD generando una cantidad de pares electroacuten-hueco Mientras en las regiones visible y ulshytravioleta se generaba un solo elecshytroacuten por cada fotoacuten en este caso se genera un nuacutemero de ellos que depende de la energiacutea del fotoacuten y que estaacute definido por la expresioacuten [Energiacutea del fotoacuten (eV)365]

En aplicaciones meacutedicas las alshytas energiacuteas pueden causar graves dantildeos en el dispositivo especialshy

mente en la interfaz Si-Si02 y en el oacutexido de silicio Los efectos sobre el CCD son un aumento de la coshyrriente de oscuridad y de su no-unishyformidad desplazamientos en las tensiones umbrales y un aumento de la ineficiencia de la transferenshycia de las cargas Por ello es imporshytante evitar la exposicioacuten directa del CCD a este tipo de partiacuteculas La solucioacuten consiste en utilizar un foacutesforo que convierta la radiacioacuten de rayos X en una sentildeal intermeshydia no peligrosa para el detector Es importante asegurar que no lieshyga ninguna partiacutecula de alta enershygiacutea al CCD Para ello se utiliza un tubo de imagen con una pantalla que estaraacute acoplada al CCD con un sistema de lentes o por medio de fibra oacuteptica

Como ejemplo de aplicacioacuten en el rango de los rayos X la mishysioacuten NeXT (New exploration X-ray Telescope) un sateacutelite japoneacutes de rayos X y gamma que estaacute previsshyto ser lanzado en 2013 lleva una caacutemara CCD para rayos X blandos que cubre un rango entre 05 y 20 keV Los rayos X blandos son abshysorbidos en el CCD mientras que los rayos X duros atraviesan el CCD y son absorbidos en una matriz de piacutexeles de CdTe

Los CCD siguen mostrando la capacidad de adaptarse a las nueshy

i

vas demandas en cuanto a rango espectral aumento de resolucioacuten y velocidad menores niveles de luz menores tamantildeos de piacutexeles etc y se mantienen como el principal tipo de detector en el campo de la astronomiacutea

Referencias 1 LJM Esser A Theuwissen Charge Coupled Devices Physics technology and Imaging Handbook on Semiconductors vol 4 Elsevier Science Publishers BV 1993 2 A Theuwissen Solid-State Imag ing with Charge-Coupled Devices Springer 1995 3 J T Bosiers_ l M Peters C Draijer A Theuwissen Technical challenges and recent progress in CCD imagers Nuclear Instruments and Methods in Physics Research seccioacuten A 565 pp 148-156 2006 4 T Takahashi K Makishima Y Fukazawa M Kokubun K Nakazawa M Nomachi H TaJima M Tashiro Y Terada Hard X-ray and Gamma-Ray Detectors for the NEXT mission New Astronomy Reviews vol 48 nO 1 pp 269-273 Elsevier 2004

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

CHARLES DARWIN J UN CIENTIFICO REVOLUCIONARIO

Este ano 2009 estamos a conmeshy

morar os aniversarios do nacemenshy

to de Charles Darvvin (1809) e da

publicacioacuten do seu singular libro

nA orixe das especies (1859) E

facemolo afirmando que o seu leshy

gado cientiacutefico manteacuten vixencia estaacute vivo

onaturalista Charles Robert Darwin

(Shrewsbury 1809 - Downe 1882)

eacute autor da teoriacutea da descendencia

modificada por medio da seleccioacuten

natural contildeecida con posteriorishy

dade e de xeito xeneacuterico como

teoriacutea da evolucioacuten bioloacutexica Filio

de Robert Waring Darwin un coshy

ntildeecido meacutedico e neto de Erasmus

Darwin no ano 1825 iniciou os

seus estudos de medicina en Edimshy

burgo Deixounos en 1827 ano en

que comezou a carreira de teoloxiacutea

en Cambridge onde contildeeceu ao

xeoacutelogo Adam Sedgwick e ao boshy

taacutenico John Henslow quen favoreshy

ceron o seu interese pola natureza

e asentaron a formacioacuten cientiacutefica

facendo fincapeacute na importancia

das observacioacutens detalladas e na

correlacioacuten dos feitos para estableshy

cer conclusiOacutens

En 1831 logo de acadar o tiacutetulo

de bachelor of Arts realizou unha

viaxe cientiacutefica por Gales en comshy

pantildeiacutea de Sedgwick A lectura da

Personal Narrative do cientiacutefico e

explorador Alexander von Humshy

boldt promoveu o seu interese

polas viaxes e xustamente gracias

aacute influencia de Henslow o 27 de

No transcurso desta viaxe explo- I enorme cantidade de datos cientiacuteshy

decembro de 1831 comezou unha

ao redor do mundo a bordo do

Beagle en calidade de naturalista

non oficial Unha experiencia que

foi sublintildeada poo propio Darwin

como decisiva na suacutea vida persoal

e cientiacutefica

rou diversos continentes observou

moitos fenoacutemenos e recolleitou

numerosos seres vivos o que Ile

levou a cuestionar o modelo cienshy

tiacutefico anterior favorable aacute fixeza

das especies e aacute existencia dunha

harmoniacutea natural O estudo dos foacuteshy

siles a observacioacuten da distribucioacuten

Xoseacute A Fraga Director dos Museos Cientiacuteficos Coruntildeeses

bioxeograacutefica a consideracioacuten de

formas vivas con diferencias grashy

duais contribuiron a que se posishy

cionara a prol dos cambios das esshy

pecies da evolucioacuten

Ao seu regreso a Londres o 2 de

outubro de 1836 dispuntildea dunha

ficos e coleccioacuten s de seres naturashy

les e iniciou unha etapa de estudio

e reflexioacuten Iso levouno a redactar

unha serie de cadernos de notas a

partir de 1837 iniciar un programa

de lecturas moi amplo e a publicar

as memoriacuteas da viaxe de Beagle e o

Journal of Researches que conteshy

ntildeen a maioriacutea das observacioacutens que

sustentaron a suacutea futura teoriacutea

A lectura do libro de Malthus sobre

a relacioacuten entre o crecemento da

poboacioacuten e dos alimentos e o esshy

tudo da seleccioacuten artificial levaron

a Darwin a concluir que a Seleccioacuten

Natural era a causa que determinashy

ba a evolucioacuten bioloacutexica En 1842

redacta un Sketch de 35 paacutexinas

no que recolle a suacutea teoriacutea e en

1844 un Essay sobre a ascendencia

comuacuten das especies e a suacutea formashy

cioacuten progresiva por modificacioacutens

seleccionadas que publicou postushy

mamente o seu filio Franshy

cis en 1909 co tiacutetulo The

Foundatiacuteons of the Oriacutegin of Species

Non deu aacute luz a suacutea reshy

volucionaria teoriacutea por

temor aacute reaccioacuten que poshy

deriacutea provocar na socieshy

dade e no seu contorno

proacuteximo e polo escaso

prestixio que tintildean as poshy

sicioacutens evolucionistas nashy

quel tempo Dedicouse a

realizar diversos estudos

entre eles os relativos aacute

distribucioacuten xeograacutefica

dos organismos En 1858

un feito veu conmover

a praacutecida existencia do

noso cientiacutefico Recibiu

un manuscrito de Alfred

Wallace para ser publishy

cado Con sorpresa e

certo abatimento puido

comprobar que Wallace

acadaba as suacuteas mes-

mas conclusioacutens evolucioshy

THE ORIGIN OF SPECIES seacuteculo XIX o darwinisshy

mo estaraacute presente en

todos os aacutembitos cultushy

BY UEANS OF NATURAL SELECTIOX rais e apareceraacute para a

mentalidade de amplas

OR TlIE capas da povoacioacuten

como a plasmacioacuten na

PRESETl~T()X OF FAVOURED RCES IN TITE STnUGGLE natureza da dominante FOH L11-1lt idea do progreso como

a expresioacuten ideoloacutexica e

filosoacutefica maacuteis caracteshy

Bl CHRLES DRWIN lLA FlloS ampc riacutestica da mentalldade

liberal Isto conleveu

un importante prestiacutexio

do bioloacutexico que afecshy~IXTJl FrJITION WITII ADDITlONS ANIJ conllECTIONS

taria aos diversos niacuteveis

(f1LlTETn rnOlsllJ) do pensamento A peshy

sar desa identidade co

credo liberal do XIX o

impacto do darwinismo

JO lIX

nistascoincidindo asemade no

mecanismo explicativo a seleccioacuten

natural Charles Lyell solucionou o

tema da prioridade cun arranxo

delicado publicando un relatorio

asinado conxuntamente por eles

dous (On the Tendency of Species

to form varieties and on the Pershy

petuation of Varieties by Natural

Means of Selection) na Linnean Soshy

cietyo primeiro de xullo de 1858

Aacute vista do acontecido Darwin

apurou na redaccioacuten dun libro que

presentara o conxunto das suacuteas

propostas Daiacute xurdiu On the Orishy

giacuten of Species by Means of Natushy

ral Selection or the Preservatiacuteon

of Favoured Races iacuten the Struggle

for Life que saiacuteu do prelo o 24 de

novembro de 1859 e esgotou a

e das dinaacutemicas que rexen o devir

do mundo vivo da transformacioacuten

dos seres vivos en base aacute seleccioacuten

natural Asemade o caraacutecter revoshy

lucionario da obra estaacute relacionado

con que a cuestioacuten da evolucioacuten e

sobre todo a relativa aacute Seleccioacuten

natural choca con mensaxes que

formaban parte substancial da culshy

tura

A teoriacutea presentada por Darwin

xerou un debate que ultrapasou

os liacutemites da ciencia e provocou

unha poleacutemica filosoacutefica poliacutetica

e teoloacutexica sen precedentes No

derradeiro tercio do

afectou ao conxunto

LONDON dos movementos poliacutetishy

1 U nRA Y A LEE ILTIL E S 1 RE EI cos ideoloacutexicos filosoacuteshy

1872

n~ riht f 1runlation i rtlCTwd

suacutea primeira edicioacuten (1250 exemshy

piares) o mesmo diacutea Esta obra

establece os fundamentos da bioshy

loxiacutea moderna ao formular unha

explicacioacuten natural dos equilibrios

ficos e sociais De xeito

global como aconteceu

con outros temas foi

utilizado por todas as

opcioacutens ideoloacutexicas xeralmente

de forma esquemaacutetica

LARGA VIDAA ESPACIAL HUBBLE

Denominado de esta forma en

honor del afamado astroacutenomo esshytadounidense Edwin Powel Hubshyble el HST fue concebido como un proyecto conjunto de la NASA y la

ESA para la construccioacuten de Granshy

des Observatorios Espaciales

Los encargados del proyecto pensaron que colocar un telescopio

en oacuterbita mas allaacute de los liacutemites de

la atmoacutesfera terrestre traeriacutea conshy

sigo una multitud de ventajas ya

que se eliminariacutean algunos de los

factores adversos que afectan a los observatorios terrestres por ejemshyplo se eliminaba por completo la negativa accioacuten que la turbulencia

atmosfeacuterica provoca sobre las imaacuteshy

genes ademaacutes permitiriacutea alcanzar

ciertas lon9itudes de onda del esshy

pectro electromagneacutetico que se ven absorbidas por la atmoacutesfera

de nuestro planeta

Y por queacute no decirlo el tener

Imagen del TelescopIo Espacial Hubble en oacuterbita

TELESCOPIO Pablo J M Alemparte

un observatorio astronoacutemico en

oacuterbita evitariacutea perder tiempo de

observacioacuten por causas de tipo

meteoroloacutegico o por culpa de la contaminacioacuten lumiacutenica tan exashy

gerada que sufre la investigacioacuten

astronoacutemica en nuestros diacuteas

Con esta idea echoacute a andar el

proyecto que culminoacute con la puesshy

ta en oacuterbita uel ingenio espacial el

diacutea 24 de abril de 1990 montado

a bordo del Transbordador Espacial

Discovery (STS-31) que desde el

Centro Espacial Kennedy en Florishy

da lo trasladoacute a una oacuterbita terresshy

tre baja de 593 Km con un periodo

orbital de entre 96 y 97 minutos

En un primer momento se pensoacute

que el telescopio volviese regularshy

mente a la Tierra para su mantenishy

miento pero los ingenieros pronto

tuvieron claro que habiacutea que dejar

abierta la posibilidad de que el HST

pudiese ser regularmente visitado

por lo que se dieron en llamar mishy

siones de servicio ya fuesen estas

para repararlo o para actualizar su

instrumental de observacioacuten

Cuando todo estaba preparado y la comunidad cientiacutefica mundial

se mordiacutea las untildeas ante la inminenshy

te llegada de la primera luz del HST

Imagen desenfocada antes de la reparacioacuten

saltoacute la desagradable sorpresa Las

imaacutegenes que llegaban desde esa

joya de 2000 millones de doacutelares

se veiacutean desenfocadas por un fallo

de apenas 2 micras en el pulido de

su espejo primario que habiacutea sido

fabricado por Perkin Elmer Esta

importante negligencia supuso un duro mazazo para el proyecto

pero pronto se tomaron medidas

para solucionar este problema de

aberracioacuten esfeacuterica Habiacutea que

ponerle gafas al Hubble

La 1a Misioacuten de Servicio le coshy

rrespondioacute al Transbordador Enshy

deavour que en 1993 instaloacute en el

telescopio entre otros instrumenshy

tos el COSTAR (Oacuteptica Correctora como Reemplazo Axial del Teleshy

scopio Espacial) en lo que supuso

la reparacioacuten maacutes ambiciosa de la

historia de la aeronauacutetica seguacuten

la revista New Scientist

Tras la reparacioacuten el telescopio

comenzoacute a operar de manera coshy

rrecta y normal lo cual a lo largo

de estos antildeos ha llevado a que la

Imagen tras la reparacioacuten

ciencia astronoacutemica avance con

pasos de gigante llegaacutendonos inshycluso a replantear cuestiones como la edad del Universo

El HST pronto comenzoacute a descushy

brirnos posibles candidatos a agu-

HDF Cada punto luminoso es una galaxia

jero negro nos mostroacute con todo lujo de detalle como et Cometa Shoemaker-Levy 9 se fragmentaba e impactaba violentamente contra ese gigante de nuestro Sistema Soshylar que es Juacutepiter nos ha ensentildeado

galaxias en colisioacuten nebulosas en expansioacuten estrellas en formacioacuten

y tormentas magneacuteticas en los gishygantes gaseosos de nuestro vecinshydario planetario

Una de sus grandes observacioshynes tuvo lugar entre los diacuteas 18 y 28 de diciembre de 1995 cuando

captoacute la que puede ser su imagen mas espectacular Bautizada como Campo Profundo del Hubble (Hubshyble Deep Field) nos muestra una

regioacuten de 144 segundos de arco en la constelacioacuten de la Osa Mayor (tamantildeo este equivalente al diaacuteshymetro de una pelota de tenis obshyservada al 00 metros de distancia) donde se pueden observar un total de hasta 3000 galaxias Tres antildeos

despueacutes el Hubble tomoacute una ima-

El aacuterea fotografiada en el HDF

gen similar pero esta vez en una regioacuten de cielo del hemisferio Sur (Campo Profundo Sur del Hubble) las similitudes entre ambas imaacutegeshynes llevaron a los cosmoacutelogos a la conclusioacuten de que el Universo es uniforme si se estudia a gran escashyla y que la Tierra ocupa una regioacuten

Los pilares de la creacioacuten en la Nebulosa del Aacuteguila (M 7 6)

Recreacioacuten del HST acoplado al Transbordador para reparacioacuten Maniobras de reparacioacuten del HST por astronautas

tiacutepica en el mismo (Principio Cosshy

moloacutegico)

Tras todos estos antildeos de trashy

bajo y cuatro Misiones de Servicio en cada una de las cuales el HST

ha sido reparado modernizado

y puesto en la oacuterbita correcta ya

que se ve atraiacutedo hacia la Tierra por influencia del rozamiento y de la accioacuten gravitatoria de nuestro

planeta En mayo de 2009 se ha

enfrentado a la que seguramente

sea la quinta y uacuteltima misioacuten de

servicio que corrioacute a cargo de la

tripulacioacuten del Atlantis (STS-125)

Estos profesionales apoyados por los equipos de Tierra han dejado al

HST en forma se espera que hasshyta el 2015

Han sido y son muchos antildeos

de observacioacuten miles de postales que han acercado el Universo a la sociedad y sobre todo una multishy

tud de estudios e investigaciones cientiacuteficas que han tenido por base

las imaacutegenes ofrecidas por este coshy

loso de 11 toneladas 13 metros

de longitud y 4 de diaacutemetro que

orbita nuestro planeta a la velocishydad de 28000 Kmh en esa oacuterbita

situada 593 km sobre el nivel del

mar Sirva este artiacuteculo como moshy

desto homenaje de una comunishy

dad de aficionados que se siguen

maravillando ante las joyas que el

Telescopio Espacial Hubble nos ha

venido ofreciendo durante todos

estos antildeos en la vanguardia de la

investigacioacuten astronoacutemica

Nebulosa NGC 604 una regioacuten de formacioacuten estelar

MEDIDA DE DIFERENTES TIPOS

DE RADIACION CON CCD Existen muchos articulos y trabashy

jos donde se describe el funcionashymiento baacutesico de los CCD y se explishyca desde la perspectiva del usuario de una caacutemara la mejor forma de optimizar su rendimiento por medio del procedimiento de toma de imaacuteshygenes y del pmceso posterior de las mismas con un software adecuado En este artiacuteculo se ofrece una persshypectiva distinta se exponen las difeshyrentes configura ciones que presenta este tipo de dispositivo para medir radiaciones con distintas energias o lo que es lo mismo diferentes lonshygitudes de onda

El CCD como detector luminoso

Aunque los telescopios actuales no sean mucho maacutes grandes que los construidos en las uacuteltimas deacutecadas los astroacutenomos pueden observar objetos cientos de veces maacutes deacutebiles que los observados a mediados del siglo XX Esto es debido a las mejoshyras en la sensibilidad de los disposishytivos de deteccioacuten desarrolladas en las uacuteltimas deacutecadas las cuales han supuesto una auteacutentica revolucioacuten en la investigacioacuten astronoacutemica

En la actualidad los mejores detectores luminosos son los CCD (Charge-Coupled Device o disposishytivo de carga acoplada) Estos disshypositivos perm iten la deteccioacuten de una gran proporcioacuten de los fotones incidentes (normalmente maacutes de un 50) en un rango amplio de longitudes de onda desde el infrashyrrojo hasta los rayos X Como comshyparacioacuten los dispositivos fotograacutefishycos solamente detectan entre un 2 y un 3 yen un rango menor de longitudes de onda mientras que el ojo humano tiene una eficiencia deun 1

El detector de imagen CCD fue desarrollado en 1970 por los invesshyt igadores norteamericanos Boyle y Smith de los Laboratorios Be Inishycia lmente fue creado como un disshypositivo de memoria basado en un substrato semiconductor de silicio Se descubrioacute entonces su aplicacioacuten como detector sensible a la luz y se empezoacute a desarroll ar su aplicacioacuten en la astronomiacutea consigu ieacutendose en 1975 la primera imagen astroshynoacutemica con una caacutemara CCD en la que se observaba a Urano en el infrarrojo cercano (figura 1)

Figura 7 Fotografiacutea de Urano en el infrarrojo cercano Se trata de la primera imagen astronoacutemica de un objeto celeste con una caacutemara CCO

En la actualidad los CCD se enshycuentran en todos los aparatos que utilizan imagen digital TV caacutemaras de video fotograacuteficas de moacutevil etc Tambieacuten estaacuten presentes en los telescopios modernos y en las misiones espaciales tanto como caacutema ra s de imagen directa como en espectroacutegrafos

Respuesta espectral del CCD

El acoplamiento de carga en el que se basa el CCD consiste en la

Carlos Cagigal Olay Ingeniero Industrial

transferencia colect iva de las carshygas eleacutectricas almacenadas en un elemento semiconductor a otro elemento adyacente mediante la ap licacioacuten de tensiones externas Estos dispositivos permiten el alshymacenamiento y tra nsferencia de informacioacuten analoacutegica muestreada en la forma de paquetes de carshyga

La estructura baacutesica de un CCD consiste en una red de electrodos espaciados miacutenimamente y deposhysitados en una capa dieleacutectrica de oacutexido de silicio Cada electrodo forma con el substrato un conden shysador MOS que bajo IJ influencia de una tensioacuten aplicada permite el almacenamiento de cargas eleacutectri shycas La aplicacioacuten de tensiones exshyternas con la secue ncia adecuada provoca la transferencia de las carshygas hasta la difusioacuten del colector donde la sentildeal es leiacuteda

Debido a las propiedades fotoshysensibles del si licio cuando eacuteste es irradiado por energiacutea corresponshydiente a luz visible o cercana al inshyfrarroJo (350 - 1100 nm) se crea n pares electroacuten - hueco debido a la incidencia de fotones Esta caracshyteriacutestica posibilita la utilizacioacuten del CCD como sensor luminoso en cuyo caso estaraacute formado por un conjunto de fotoelementos que recib iraacuten la radiacioacuten luminosa y generaraacuten una carga proporcioshynal a la misma Asociados a estos elementos existiraacuten una serie de registros de desplazamiento como los i3ntpriormentp descritos que alshymacenaraacuten estas cargas y las desshyplazaraacuten hacia la salida La canti shydad de cargas almacenada en cada pozo de potencial es proporcional a la iluminacioacuten del fotoelemento correspondiente lo que permite

10middot Longitud de lO ur onda (m)

ULlltA VIOLETA RA VOS X DUROS ONDAS DE RADIO Jbull bullbull1NFRRROJOS

MCROONDAS RAYOSXBlANDOS RAYOSGAlM-

Energi a de 1a diacioacuten(eV)

Figura 2 Espectro electromagneacutetico con indicacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten

al realizar una lectura en serie obshytener una sentildeal analoacutegica muesshytreada representativa de la imagen analizada Un paraacutemetro rnuy imshyportante del CCD como detector luminoso es la eficiencia cuaacutentica que se define como el nuacutemero de pares electroacuten-hueco leiacutedos por el dispositivo por cada fotoacuten incidenshyte Otro paraacutemetro influenciado por la energiacutea de la radiacioacuten es la funcioacuten de transferencia de modushylacioacuten que es la relacioacuten entre la diferencia entre los niveles blanco y negro de la salida y los niveles teoacuteshyriCos

En principio un sensor de imashygen de estado soacutelido presenta una sensibilidad aceptable entre 400 y 700 nm Para obtener una imagen en color se pueden utilizar dos teacutecshynicas Una de ellas es la de obteshyner tres imaacutegenes con tres f iltros uno para cada color para posteshyriormente procesarlas y obtener una imagen uacutenica y en color Otra opcioacuten es la de uti~izar un CCD en el que cada pixel tiene un filtro inshytegrado siguiendo un patroacuten que se asemeja a la respuesta del ojo humano Este uacuteltimo tipo de CCD imposibilita utilizarlo para otro tipo de medida monocromaacutetica o con otro coacutedigo de colores y la resoshylucioacuten del sensor disminuye Los colores maacutes utilizados son el rojo verde y azul

Fuera de la zona visible existen otro tipo de radiaciones con difeshyrentes energiacuteas y que forman el espectro electromagneacutetico Este se

divide en segmentos o bandas los cuales no tienen unos limites exacshytos y claramente definidos En la fishygura 2 se observa el espectro elecshytromagneacutetico con indicacioacuten de la longitud de onda y de la energiacutea correspondiente

El rango espectral en los senshysores de imagen de silicio estaacute lishymitado en las longitudes de onda largas alrededor de los 1100 nm donde la energiacutea de los fotones se hace maacutes pequentildea que el salto energeacutetico de banda (1 1 eV para el silicio) Para longitudes de onda menores que 400 nm (maacutes de 31 eV en silicio) se genera maacutes de un par electroacuten-hueco por fotoacuten IncIshydente

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten fuera del espectro visible se pueden consishyderar tres posibles situaciones en funcioacuten de la longitud de onda

bull Longitud de onda mayor de 1000 nm (espectro infrarrojo cershycano e infrarrojo) En estas longishytudes de onda el coeficiente de absorcioacuten del silicio es muy bajo y casi todos los fotones atraviesan la estructura sin ser absorbidos

bull Longitudes de onda entre 400 nm y 10 nm (radiacioacuten ultravioleta) En este caso ocurre lo contrario la absorcioacuten es tan alta que la mayor parte de los fotones son absorbishydos en las capas que se encuentran sobre el CCD

bull Longitud de onda menor de 10 nm (rayos X) El coeficiente de

absorcioacuten es comparable al exisshytente en la zona visible del especshytro pero la energiacutea de las partiacutecushylas es tan alta que puede dantildear el dispositivo

En la figura 3 se presenta la proshyfundidad de penetracioacuten de los foshytones en el silicio para los diferenshytes tipos de radiacioacuten y se pueden observar las tres zonas indicadas Para cada zona del espectro se han definido soluciones que mejoran la respuesta del CCD en el margen de longitudes de onda especiacutefico de cada aplicacioacuten

Medida de radiacioacuten infrarroja

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten en la zona del espectro infrarrojo se deben utilizar detectores de tipo barrera Schottky El principio de funcionashymiento de estos sensores aparece en la figura 4(a) Consiste en una capa de PtSi que se deposita sobre un substrato de silicio de tipo p Se ilumina el detector por su parte trashysera y se conecta a una salida del CCD de silicio La radiacioacuten IR se transmite a traveacutes del silicio y es abshysorbida en la capa de siliciuro Esta absorcioacuten genera una corriente los huecos se dirigen hacia el substrato y los electrones se desplazan hacia la salida del CCD Para asegurar la mejor respuesta posible este tipo de detectores utilizan una estructushyra denominada cavidad oacuteptica representada en la figura 4(b) Se

0-2

0-3

0-4

0-5

0-6

Rayos X uv

10-7

10-1 10deg 10 1 102 103

1

Longitud de onda (nm) Figura 3 Profundidad de penetracioacuten en el silicio de diferentes tipos de radiacioacuten en funcioacuten de su longitud de onda

antildeade una capa reflectora de alushyminio separada de la capa de PtSi por una capa dieleacutectrica con una anchura aproximadamente igual a un cuarto de la longitud de onda Esta construccioacuten maximiza la abshysorcioacuten oacuteptica en la capa de silishyciuro Se antildeade un recubrimiento antirreflectante en la parte trasera que puede llegar a mejorar la resshypuesta en un 30

Para la deteccioacuten de radiacioacuten infrarroja tambieacuten se han utilizado CCD basados en otros materiales diferentes al silicio como un CCD con InSb desarrollado en 1978 y que trabajaba entre 20 y 55 ~m

o un CCD de HgCdTe que permite ser ajustado para rangos de 1 a 25 ~m de 3 a 5 ~m y de 8 a 12 ~m

Medida de radiacioacuten ultravioleta

No solo el silicio sino que tamshybieacuten el oacutexido de silicio presentan un alto coeficiente de absorcioacuten para partiacuteculas con longitudes de onda en la zona ultravioleta del espectro Esta circunstancia provoshyca que sea complicado disentildear un detector de radiacioacuten UV ya que

cia en la zona verde del espectro con su maacuteximo alrededor de los 500 nm Asiacute se consigue extender la sensibilidad del CCD hasta 100 nm

bull Iluminacioacuten trasera En este caso la radiacioacuten incide directashymente sobre el si licio El problema que aparece es el transporte de las cargas generadas hacia la superfishycie delantera Para solucionarlo los CCD se estrechan de tal forma que la superficie trasera queda a una d istancia de 1 O ~m o menos de la superficie frontal El resultado es un dispositivo co n una mayor eficienshycia cuaacutentica (60 - 80) Este tipo de solucioacuten presenta inconvenienshytes respecto a la complicada tecnoshylogiacutea que requiere para conseguir una anchura tan pequentildea pasivarshylos y manejarlos lo cual conlleva un mayor coste

bull CCD de deplexioacuten profunda En este tipo de detectores se utilishyza un substrato poco dopado (alta resistividad) de tal forma que la zona de deplexioacuten se acerca a la zona trasera por donde se ilumina el CCD Esta estructura consigue no soacutelo evitar la absorcioacuten en las capas superiores sino que tambieacuten elimina el problema del estrechashymiento en los CCD con iluminacioacuten trasera y dopados convencionales Su mayor inconveniente es la coshyrriente de oscuridad que aumenta linealmente con el volumen de la zona de carga por lo que es con-

Aluminio

Dieleacutectrico Si0

PtSi

Substrato Si-p

Recub antireflectante

~ ~ Rooocoacute I

b

los fotones son absorbidos en las capas superiores del mismo Para evitar este problema existen varias soluciones

bull Deposicioacuten de un foacutesforo sensible a UV en la superficie del detector que convierta la seilal en una radiacioacuten con una longitud de onda adecuada a la respuesta esshypectral del CCD Uno de los foacutesfoshyros utilizados es el coronene que cuando es excitado con radiacioacuten con longitudes de onda menores de 400 nm produce fluorescenshy

a Figura 4 Seccioacuten de un detector IR de barrera Schottky (a) y variante del mismo con cavidad oacuteptica (b)

2

80

CCD

40 bull bull _

500 700 900 1100 I

veniente utilizar un dispositivo de refrigeracioacuten

En la f igura 5 se presenta la efishyciencia cuaacutentica de diferentes CCD con iluminacioacuten frontal iluminashycioacuten trasera y con recubrimiento UV

Longitud deonda (nm)

Figura 5 Eficiencia cuaacutentica de diferentes CCO para diferentes longitudes de onda

Medida de rayos X

Las aplicaciones de imagen de rayos X se pueden dividir en dos grandes grupos

bull Aplicaciones meacutedicas Se utilishyza radiacioacuten muy energeacutetica denoshyminada rayos X duros (gt 25 keV) y los paraacutemetros maacutes importantes son la resolucioacuten espacial y la inshytensidad

bull Espectroscopiacutea Se utilizan rashyyos X blandos de menor energiacutea laquo 1O keV) y ademaacutes de los dos paraacuteshymetros anteriores se considera la informacioacuten espectral

Los principales problemas que presentan ambos son una menor eficiencia cuaacutentica debido a la re-

combinacioacuten de portadores y a la radiacioacuten que atraviesa el detector sin ser absorbida y por otra parte una mala funcioacuten de transferencia de modulacioacuten debido a la difusioacuten de los portadores La solucioacuten a esshytos problemas es una iluminacioacuten trasera y substratos con alta resisshy

tividad Respecto a las aplicacioshy

nes espectroscoacutepicas se han disentildeado dispositivos CCD destinados a la medida de rashydiacioacuten de rayos X especialshymente entre 04 keV y 10 keV en campos como la cristaloshygrafiacutea investigacioacuten de plasshymas y astronomiacutea de rayos X las caracteriacutesticas principales de estos detectores son una buena resolucioacuten tanto espashycial como espectral ademaacutes de una alta eficiencia cuaacutentishy

ca Se pueden utilizar algunas de las teacutecnicas empleadas en los deshytectores de radiacioacuten UV para meshyjorar su rendimiento tales como la iluminacioacuten trasera o la deplexioacuten profunda Para proteger el detecshytor de otros tipos de radiacioacuten se apantalla con berilio o con alumishynio

Con este meacutetodo el fotoacuten se detecta cuando es absorbido en el silicio del CCD generando una cantidad de pares electroacuten-hueco Mientras en las regiones visible y ulshytravioleta se generaba un solo elecshytroacuten por cada fotoacuten en este caso se genera un nuacutemero de ellos que depende de la energiacutea del fotoacuten y que estaacute definido por la expresioacuten [Energiacutea del fotoacuten (eV)365]

En aplicaciones meacutedicas las alshytas energiacuteas pueden causar graves dantildeos en el dispositivo especialshy

mente en la interfaz Si-Si02 y en el oacutexido de silicio Los efectos sobre el CCD son un aumento de la coshyrriente de oscuridad y de su no-unishyformidad desplazamientos en las tensiones umbrales y un aumento de la ineficiencia de la transferenshycia de las cargas Por ello es imporshytante evitar la exposicioacuten directa del CCD a este tipo de partiacuteculas La solucioacuten consiste en utilizar un foacutesforo que convierta la radiacioacuten de rayos X en una sentildeal intermeshydia no peligrosa para el detector Es importante asegurar que no lieshyga ninguna partiacutecula de alta enershygiacutea al CCD Para ello se utiliza un tubo de imagen con una pantalla que estaraacute acoplada al CCD con un sistema de lentes o por medio de fibra oacuteptica

Como ejemplo de aplicacioacuten en el rango de los rayos X la mishysioacuten NeXT (New exploration X-ray Telescope) un sateacutelite japoneacutes de rayos X y gamma que estaacute previsshyto ser lanzado en 2013 lleva una caacutemara CCD para rayos X blandos que cubre un rango entre 05 y 20 keV Los rayos X blandos son abshysorbidos en el CCD mientras que los rayos X duros atraviesan el CCD y son absorbidos en una matriz de piacutexeles de CdTe

Los CCD siguen mostrando la capacidad de adaptarse a las nueshy

i

vas demandas en cuanto a rango espectral aumento de resolucioacuten y velocidad menores niveles de luz menores tamantildeos de piacutexeles etc y se mantienen como el principal tipo de detector en el campo de la astronomiacutea

Referencias 1 LJM Esser A Theuwissen Charge Coupled Devices Physics technology and Imaging Handbook on Semiconductors vol 4 Elsevier Science Publishers BV 1993 2 A Theuwissen Solid-State Imag ing with Charge-Coupled Devices Springer 1995 3 J T Bosiers_ l M Peters C Draijer A Theuwissen Technical challenges and recent progress in CCD imagers Nuclear Instruments and Methods in Physics Research seccioacuten A 565 pp 148-156 2006 4 T Takahashi K Makishima Y Fukazawa M Kokubun K Nakazawa M Nomachi H TaJima M Tashiro Y Terada Hard X-ray and Gamma-Ray Detectors for the NEXT mission New Astronomy Reviews vol 48 nO 1 pp 269-273 Elsevier 2004

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

ntildeen a maioriacutea das observacioacutens que

sustentaron a suacutea futura teoriacutea

A lectura do libro de Malthus sobre

a relacioacuten entre o crecemento da

poboacioacuten e dos alimentos e o esshy

tudo da seleccioacuten artificial levaron

a Darwin a concluir que a Seleccioacuten

Natural era a causa que determinashy

ba a evolucioacuten bioloacutexica En 1842

redacta un Sketch de 35 paacutexinas

no que recolle a suacutea teoriacutea e en

1844 un Essay sobre a ascendencia

comuacuten das especies e a suacutea formashy

cioacuten progresiva por modificacioacutens

seleccionadas que publicou postushy

mamente o seu filio Franshy

cis en 1909 co tiacutetulo The

Foundatiacuteons of the Oriacutegin of Species

Non deu aacute luz a suacutea reshy

volucionaria teoriacutea por

temor aacute reaccioacuten que poshy

deriacutea provocar na socieshy

dade e no seu contorno

proacuteximo e polo escaso

prestixio que tintildean as poshy

sicioacutens evolucionistas nashy

quel tempo Dedicouse a

realizar diversos estudos

entre eles os relativos aacute

distribucioacuten xeograacutefica

dos organismos En 1858

un feito veu conmover

a praacutecida existencia do

noso cientiacutefico Recibiu

un manuscrito de Alfred

Wallace para ser publishy

cado Con sorpresa e

certo abatimento puido

comprobar que Wallace

acadaba as suacuteas mes-

mas conclusioacutens evolucioshy

THE ORIGIN OF SPECIES seacuteculo XIX o darwinisshy

mo estaraacute presente en

todos os aacutembitos cultushy

BY UEANS OF NATURAL SELECTIOX rais e apareceraacute para a

mentalidade de amplas

OR TlIE capas da povoacioacuten

como a plasmacioacuten na

PRESETl~T()X OF FAVOURED RCES IN TITE STnUGGLE natureza da dominante FOH L11-1lt idea do progreso como

a expresioacuten ideoloacutexica e

filosoacutefica maacuteis caracteshy

Bl CHRLES DRWIN lLA FlloS ampc riacutestica da mentalldade

liberal Isto conleveu

un importante prestiacutexio

do bioloacutexico que afecshy~IXTJl FrJITION WITII ADDITlONS ANIJ conllECTIONS

taria aos diversos niacuteveis

(f1LlTETn rnOlsllJ) do pensamento A peshy

sar desa identidade co

credo liberal do XIX o

impacto do darwinismo

JO lIX

nistascoincidindo asemade no

mecanismo explicativo a seleccioacuten

natural Charles Lyell solucionou o

tema da prioridade cun arranxo

delicado publicando un relatorio

asinado conxuntamente por eles

dous (On the Tendency of Species

to form varieties and on the Pershy

petuation of Varieties by Natural

Means of Selection) na Linnean Soshy

cietyo primeiro de xullo de 1858

Aacute vista do acontecido Darwin

apurou na redaccioacuten dun libro que

presentara o conxunto das suacuteas

propostas Daiacute xurdiu On the Orishy

giacuten of Species by Means of Natushy

ral Selection or the Preservatiacuteon

of Favoured Races iacuten the Struggle

for Life que saiacuteu do prelo o 24 de

novembro de 1859 e esgotou a

e das dinaacutemicas que rexen o devir

do mundo vivo da transformacioacuten

dos seres vivos en base aacute seleccioacuten

natural Asemade o caraacutecter revoshy

lucionario da obra estaacute relacionado

con que a cuestioacuten da evolucioacuten e

sobre todo a relativa aacute Seleccioacuten

natural choca con mensaxes que

formaban parte substancial da culshy

tura

A teoriacutea presentada por Darwin

xerou un debate que ultrapasou

os liacutemites da ciencia e provocou

unha poleacutemica filosoacutefica poliacutetica

e teoloacutexica sen precedentes No

derradeiro tercio do

afectou ao conxunto

LONDON dos movementos poliacutetishy

1 U nRA Y A LEE ILTIL E S 1 RE EI cos ideoloacutexicos filosoacuteshy

1872

n~ riht f 1runlation i rtlCTwd

suacutea primeira edicioacuten (1250 exemshy

piares) o mesmo diacutea Esta obra

establece os fundamentos da bioshy

loxiacutea moderna ao formular unha

explicacioacuten natural dos equilibrios

ficos e sociais De xeito

global como aconteceu

con outros temas foi

utilizado por todas as

opcioacutens ideoloacutexicas xeralmente

de forma esquemaacutetica

LARGA VIDAA ESPACIAL HUBBLE

Denominado de esta forma en

honor del afamado astroacutenomo esshytadounidense Edwin Powel Hubshyble el HST fue concebido como un proyecto conjunto de la NASA y la

ESA para la construccioacuten de Granshy

des Observatorios Espaciales

Los encargados del proyecto pensaron que colocar un telescopio

en oacuterbita mas allaacute de los liacutemites de

la atmoacutesfera terrestre traeriacutea conshy

sigo una multitud de ventajas ya

que se eliminariacutean algunos de los

factores adversos que afectan a los observatorios terrestres por ejemshyplo se eliminaba por completo la negativa accioacuten que la turbulencia

atmosfeacuterica provoca sobre las imaacuteshy

genes ademaacutes permitiriacutea alcanzar

ciertas lon9itudes de onda del esshy

pectro electromagneacutetico que se ven absorbidas por la atmoacutesfera

de nuestro planeta

Y por queacute no decirlo el tener

Imagen del TelescopIo Espacial Hubble en oacuterbita

TELESCOPIO Pablo J M Alemparte

un observatorio astronoacutemico en

oacuterbita evitariacutea perder tiempo de

observacioacuten por causas de tipo

meteoroloacutegico o por culpa de la contaminacioacuten lumiacutenica tan exashy

gerada que sufre la investigacioacuten

astronoacutemica en nuestros diacuteas

Con esta idea echoacute a andar el

proyecto que culminoacute con la puesshy

ta en oacuterbita uel ingenio espacial el

diacutea 24 de abril de 1990 montado

a bordo del Transbordador Espacial

Discovery (STS-31) que desde el

Centro Espacial Kennedy en Florishy

da lo trasladoacute a una oacuterbita terresshy

tre baja de 593 Km con un periodo

orbital de entre 96 y 97 minutos

En un primer momento se pensoacute

que el telescopio volviese regularshy

mente a la Tierra para su mantenishy

miento pero los ingenieros pronto

tuvieron claro que habiacutea que dejar

abierta la posibilidad de que el HST

pudiese ser regularmente visitado

por lo que se dieron en llamar mishy

siones de servicio ya fuesen estas

para repararlo o para actualizar su

instrumental de observacioacuten

Cuando todo estaba preparado y la comunidad cientiacutefica mundial

se mordiacutea las untildeas ante la inminenshy

te llegada de la primera luz del HST

Imagen desenfocada antes de la reparacioacuten

saltoacute la desagradable sorpresa Las

imaacutegenes que llegaban desde esa

joya de 2000 millones de doacutelares

se veiacutean desenfocadas por un fallo

de apenas 2 micras en el pulido de

su espejo primario que habiacutea sido

fabricado por Perkin Elmer Esta

importante negligencia supuso un duro mazazo para el proyecto

pero pronto se tomaron medidas

para solucionar este problema de

aberracioacuten esfeacuterica Habiacutea que

ponerle gafas al Hubble

La 1a Misioacuten de Servicio le coshy

rrespondioacute al Transbordador Enshy

deavour que en 1993 instaloacute en el

telescopio entre otros instrumenshy

tos el COSTAR (Oacuteptica Correctora como Reemplazo Axial del Teleshy

scopio Espacial) en lo que supuso

la reparacioacuten maacutes ambiciosa de la

historia de la aeronauacutetica seguacuten

la revista New Scientist

Tras la reparacioacuten el telescopio

comenzoacute a operar de manera coshy

rrecta y normal lo cual a lo largo

de estos antildeos ha llevado a que la

Imagen tras la reparacioacuten

ciencia astronoacutemica avance con

pasos de gigante llegaacutendonos inshycluso a replantear cuestiones como la edad del Universo

El HST pronto comenzoacute a descushy

brirnos posibles candidatos a agu-

HDF Cada punto luminoso es una galaxia

jero negro nos mostroacute con todo lujo de detalle como et Cometa Shoemaker-Levy 9 se fragmentaba e impactaba violentamente contra ese gigante de nuestro Sistema Soshylar que es Juacutepiter nos ha ensentildeado

galaxias en colisioacuten nebulosas en expansioacuten estrellas en formacioacuten

y tormentas magneacuteticas en los gishygantes gaseosos de nuestro vecinshydario planetario

Una de sus grandes observacioshynes tuvo lugar entre los diacuteas 18 y 28 de diciembre de 1995 cuando

captoacute la que puede ser su imagen mas espectacular Bautizada como Campo Profundo del Hubble (Hubshyble Deep Field) nos muestra una

regioacuten de 144 segundos de arco en la constelacioacuten de la Osa Mayor (tamantildeo este equivalente al diaacuteshymetro de una pelota de tenis obshyservada al 00 metros de distancia) donde se pueden observar un total de hasta 3000 galaxias Tres antildeos

despueacutes el Hubble tomoacute una ima-

El aacuterea fotografiada en el HDF

gen similar pero esta vez en una regioacuten de cielo del hemisferio Sur (Campo Profundo Sur del Hubble) las similitudes entre ambas imaacutegeshynes llevaron a los cosmoacutelogos a la conclusioacuten de que el Universo es uniforme si se estudia a gran escashyla y que la Tierra ocupa una regioacuten

Los pilares de la creacioacuten en la Nebulosa del Aacuteguila (M 7 6)

Recreacioacuten del HST acoplado al Transbordador para reparacioacuten Maniobras de reparacioacuten del HST por astronautas

tiacutepica en el mismo (Principio Cosshy

moloacutegico)

Tras todos estos antildeos de trashy

bajo y cuatro Misiones de Servicio en cada una de las cuales el HST

ha sido reparado modernizado

y puesto en la oacuterbita correcta ya

que se ve atraiacutedo hacia la Tierra por influencia del rozamiento y de la accioacuten gravitatoria de nuestro

planeta En mayo de 2009 se ha

enfrentado a la que seguramente

sea la quinta y uacuteltima misioacuten de

servicio que corrioacute a cargo de la

tripulacioacuten del Atlantis (STS-125)

Estos profesionales apoyados por los equipos de Tierra han dejado al

HST en forma se espera que hasshyta el 2015

Han sido y son muchos antildeos

de observacioacuten miles de postales que han acercado el Universo a la sociedad y sobre todo una multishy

tud de estudios e investigaciones cientiacuteficas que han tenido por base

las imaacutegenes ofrecidas por este coshy

loso de 11 toneladas 13 metros

de longitud y 4 de diaacutemetro que

orbita nuestro planeta a la velocishydad de 28000 Kmh en esa oacuterbita

situada 593 km sobre el nivel del

mar Sirva este artiacuteculo como moshy

desto homenaje de una comunishy

dad de aficionados que se siguen

maravillando ante las joyas que el

Telescopio Espacial Hubble nos ha

venido ofreciendo durante todos

estos antildeos en la vanguardia de la

investigacioacuten astronoacutemica

Nebulosa NGC 604 una regioacuten de formacioacuten estelar

MEDIDA DE DIFERENTES TIPOS

DE RADIACION CON CCD Existen muchos articulos y trabashy

jos donde se describe el funcionashymiento baacutesico de los CCD y se explishyca desde la perspectiva del usuario de una caacutemara la mejor forma de optimizar su rendimiento por medio del procedimiento de toma de imaacuteshygenes y del pmceso posterior de las mismas con un software adecuado En este artiacuteculo se ofrece una persshypectiva distinta se exponen las difeshyrentes configura ciones que presenta este tipo de dispositivo para medir radiaciones con distintas energias o lo que es lo mismo diferentes lonshygitudes de onda

El CCD como detector luminoso

Aunque los telescopios actuales no sean mucho maacutes grandes que los construidos en las uacuteltimas deacutecadas los astroacutenomos pueden observar objetos cientos de veces maacutes deacutebiles que los observados a mediados del siglo XX Esto es debido a las mejoshyras en la sensibilidad de los disposishytivos de deteccioacuten desarrolladas en las uacuteltimas deacutecadas las cuales han supuesto una auteacutentica revolucioacuten en la investigacioacuten astronoacutemica

En la actualidad los mejores detectores luminosos son los CCD (Charge-Coupled Device o disposishytivo de carga acoplada) Estos disshypositivos perm iten la deteccioacuten de una gran proporcioacuten de los fotones incidentes (normalmente maacutes de un 50) en un rango amplio de longitudes de onda desde el infrashyrrojo hasta los rayos X Como comshyparacioacuten los dispositivos fotograacutefishycos solamente detectan entre un 2 y un 3 yen un rango menor de longitudes de onda mientras que el ojo humano tiene una eficiencia deun 1

El detector de imagen CCD fue desarrollado en 1970 por los invesshyt igadores norteamericanos Boyle y Smith de los Laboratorios Be Inishycia lmente fue creado como un disshypositivo de memoria basado en un substrato semiconductor de silicio Se descubrioacute entonces su aplicacioacuten como detector sensible a la luz y se empezoacute a desarroll ar su aplicacioacuten en la astronomiacutea consigu ieacutendose en 1975 la primera imagen astroshynoacutemica con una caacutemara CCD en la que se observaba a Urano en el infrarrojo cercano (figura 1)

Figura 7 Fotografiacutea de Urano en el infrarrojo cercano Se trata de la primera imagen astronoacutemica de un objeto celeste con una caacutemara CCO

En la actualidad los CCD se enshycuentran en todos los aparatos que utilizan imagen digital TV caacutemaras de video fotograacuteficas de moacutevil etc Tambieacuten estaacuten presentes en los telescopios modernos y en las misiones espaciales tanto como caacutema ra s de imagen directa como en espectroacutegrafos

Respuesta espectral del CCD

El acoplamiento de carga en el que se basa el CCD consiste en la

Carlos Cagigal Olay Ingeniero Industrial

transferencia colect iva de las carshygas eleacutectricas almacenadas en un elemento semiconductor a otro elemento adyacente mediante la ap licacioacuten de tensiones externas Estos dispositivos permiten el alshymacenamiento y tra nsferencia de informacioacuten analoacutegica muestreada en la forma de paquetes de carshyga

La estructura baacutesica de un CCD consiste en una red de electrodos espaciados miacutenimamente y deposhysitados en una capa dieleacutectrica de oacutexido de silicio Cada electrodo forma con el substrato un conden shysador MOS que bajo IJ influencia de una tensioacuten aplicada permite el almacenamiento de cargas eleacutectri shycas La aplicacioacuten de tensiones exshyternas con la secue ncia adecuada provoca la transferencia de las carshygas hasta la difusioacuten del colector donde la sentildeal es leiacuteda

Debido a las propiedades fotoshysensibles del si licio cuando eacuteste es irradiado por energiacutea corresponshydiente a luz visible o cercana al inshyfrarroJo (350 - 1100 nm) se crea n pares electroacuten - hueco debido a la incidencia de fotones Esta caracshyteriacutestica posibilita la utilizacioacuten del CCD como sensor luminoso en cuyo caso estaraacute formado por un conjunto de fotoelementos que recib iraacuten la radiacioacuten luminosa y generaraacuten una carga proporcioshynal a la misma Asociados a estos elementos existiraacuten una serie de registros de desplazamiento como los i3ntpriormentp descritos que alshymacenaraacuten estas cargas y las desshyplazaraacuten hacia la salida La canti shydad de cargas almacenada en cada pozo de potencial es proporcional a la iluminacioacuten del fotoelemento correspondiente lo que permite

10middot Longitud de lO ur onda (m)

ULlltA VIOLETA RA VOS X DUROS ONDAS DE RADIO Jbull bullbull1NFRRROJOS

MCROONDAS RAYOSXBlANDOS RAYOSGAlM-

Energi a de 1a diacioacuten(eV)

Figura 2 Espectro electromagneacutetico con indicacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten

al realizar una lectura en serie obshytener una sentildeal analoacutegica muesshytreada representativa de la imagen analizada Un paraacutemetro rnuy imshyportante del CCD como detector luminoso es la eficiencia cuaacutentica que se define como el nuacutemero de pares electroacuten-hueco leiacutedos por el dispositivo por cada fotoacuten incidenshyte Otro paraacutemetro influenciado por la energiacutea de la radiacioacuten es la funcioacuten de transferencia de modushylacioacuten que es la relacioacuten entre la diferencia entre los niveles blanco y negro de la salida y los niveles teoacuteshyriCos

En principio un sensor de imashygen de estado soacutelido presenta una sensibilidad aceptable entre 400 y 700 nm Para obtener una imagen en color se pueden utilizar dos teacutecshynicas Una de ellas es la de obteshyner tres imaacutegenes con tres f iltros uno para cada color para posteshyriormente procesarlas y obtener una imagen uacutenica y en color Otra opcioacuten es la de uti~izar un CCD en el que cada pixel tiene un filtro inshytegrado siguiendo un patroacuten que se asemeja a la respuesta del ojo humano Este uacuteltimo tipo de CCD imposibilita utilizarlo para otro tipo de medida monocromaacutetica o con otro coacutedigo de colores y la resoshylucioacuten del sensor disminuye Los colores maacutes utilizados son el rojo verde y azul

Fuera de la zona visible existen otro tipo de radiaciones con difeshyrentes energiacuteas y que forman el espectro electromagneacutetico Este se

divide en segmentos o bandas los cuales no tienen unos limites exacshytos y claramente definidos En la fishygura 2 se observa el espectro elecshytromagneacutetico con indicacioacuten de la longitud de onda y de la energiacutea correspondiente

El rango espectral en los senshysores de imagen de silicio estaacute lishymitado en las longitudes de onda largas alrededor de los 1100 nm donde la energiacutea de los fotones se hace maacutes pequentildea que el salto energeacutetico de banda (1 1 eV para el silicio) Para longitudes de onda menores que 400 nm (maacutes de 31 eV en silicio) se genera maacutes de un par electroacuten-hueco por fotoacuten IncIshydente

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten fuera del espectro visible se pueden consishyderar tres posibles situaciones en funcioacuten de la longitud de onda

bull Longitud de onda mayor de 1000 nm (espectro infrarrojo cershycano e infrarrojo) En estas longishytudes de onda el coeficiente de absorcioacuten del silicio es muy bajo y casi todos los fotones atraviesan la estructura sin ser absorbidos

bull Longitudes de onda entre 400 nm y 10 nm (radiacioacuten ultravioleta) En este caso ocurre lo contrario la absorcioacuten es tan alta que la mayor parte de los fotones son absorbishydos en las capas que se encuentran sobre el CCD

bull Longitud de onda menor de 10 nm (rayos X) El coeficiente de

absorcioacuten es comparable al exisshytente en la zona visible del especshytro pero la energiacutea de las partiacutecushylas es tan alta que puede dantildear el dispositivo

En la figura 3 se presenta la proshyfundidad de penetracioacuten de los foshytones en el silicio para los diferenshytes tipos de radiacioacuten y se pueden observar las tres zonas indicadas Para cada zona del espectro se han definido soluciones que mejoran la respuesta del CCD en el margen de longitudes de onda especiacutefico de cada aplicacioacuten

Medida de radiacioacuten infrarroja

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten en la zona del espectro infrarrojo se deben utilizar detectores de tipo barrera Schottky El principio de funcionashymiento de estos sensores aparece en la figura 4(a) Consiste en una capa de PtSi que se deposita sobre un substrato de silicio de tipo p Se ilumina el detector por su parte trashysera y se conecta a una salida del CCD de silicio La radiacioacuten IR se transmite a traveacutes del silicio y es abshysorbida en la capa de siliciuro Esta absorcioacuten genera una corriente los huecos se dirigen hacia el substrato y los electrones se desplazan hacia la salida del CCD Para asegurar la mejor respuesta posible este tipo de detectores utilizan una estructushyra denominada cavidad oacuteptica representada en la figura 4(b) Se

0-2

0-3

0-4

0-5

0-6

Rayos X uv

10-7

10-1 10deg 10 1 102 103

1

Longitud de onda (nm) Figura 3 Profundidad de penetracioacuten en el silicio de diferentes tipos de radiacioacuten en funcioacuten de su longitud de onda

antildeade una capa reflectora de alushyminio separada de la capa de PtSi por una capa dieleacutectrica con una anchura aproximadamente igual a un cuarto de la longitud de onda Esta construccioacuten maximiza la abshysorcioacuten oacuteptica en la capa de silishyciuro Se antildeade un recubrimiento antirreflectante en la parte trasera que puede llegar a mejorar la resshypuesta en un 30

Para la deteccioacuten de radiacioacuten infrarroja tambieacuten se han utilizado CCD basados en otros materiales diferentes al silicio como un CCD con InSb desarrollado en 1978 y que trabajaba entre 20 y 55 ~m

o un CCD de HgCdTe que permite ser ajustado para rangos de 1 a 25 ~m de 3 a 5 ~m y de 8 a 12 ~m

Medida de radiacioacuten ultravioleta

No solo el silicio sino que tamshybieacuten el oacutexido de silicio presentan un alto coeficiente de absorcioacuten para partiacuteculas con longitudes de onda en la zona ultravioleta del espectro Esta circunstancia provoshyca que sea complicado disentildear un detector de radiacioacuten UV ya que

cia en la zona verde del espectro con su maacuteximo alrededor de los 500 nm Asiacute se consigue extender la sensibilidad del CCD hasta 100 nm

bull Iluminacioacuten trasera En este caso la radiacioacuten incide directashymente sobre el si licio El problema que aparece es el transporte de las cargas generadas hacia la superfishycie delantera Para solucionarlo los CCD se estrechan de tal forma que la superficie trasera queda a una d istancia de 1 O ~m o menos de la superficie frontal El resultado es un dispositivo co n una mayor eficienshycia cuaacutentica (60 - 80) Este tipo de solucioacuten presenta inconvenienshytes respecto a la complicada tecnoshylogiacutea que requiere para conseguir una anchura tan pequentildea pasivarshylos y manejarlos lo cual conlleva un mayor coste

bull CCD de deplexioacuten profunda En este tipo de detectores se utilishyza un substrato poco dopado (alta resistividad) de tal forma que la zona de deplexioacuten se acerca a la zona trasera por donde se ilumina el CCD Esta estructura consigue no soacutelo evitar la absorcioacuten en las capas superiores sino que tambieacuten elimina el problema del estrechashymiento en los CCD con iluminacioacuten trasera y dopados convencionales Su mayor inconveniente es la coshyrriente de oscuridad que aumenta linealmente con el volumen de la zona de carga por lo que es con-

Aluminio

Dieleacutectrico Si0

PtSi

Substrato Si-p

Recub antireflectante

~ ~ Rooocoacute I

b

los fotones son absorbidos en las capas superiores del mismo Para evitar este problema existen varias soluciones

bull Deposicioacuten de un foacutesforo sensible a UV en la superficie del detector que convierta la seilal en una radiacioacuten con una longitud de onda adecuada a la respuesta esshypectral del CCD Uno de los foacutesfoshyros utilizados es el coronene que cuando es excitado con radiacioacuten con longitudes de onda menores de 400 nm produce fluorescenshy

a Figura 4 Seccioacuten de un detector IR de barrera Schottky (a) y variante del mismo con cavidad oacuteptica (b)

2

80

CCD

40 bull bull _

500 700 900 1100 I

veniente utilizar un dispositivo de refrigeracioacuten

En la f igura 5 se presenta la efishyciencia cuaacutentica de diferentes CCD con iluminacioacuten frontal iluminashycioacuten trasera y con recubrimiento UV

Longitud deonda (nm)

Figura 5 Eficiencia cuaacutentica de diferentes CCO para diferentes longitudes de onda

Medida de rayos X

Las aplicaciones de imagen de rayos X se pueden dividir en dos grandes grupos

bull Aplicaciones meacutedicas Se utilishyza radiacioacuten muy energeacutetica denoshyminada rayos X duros (gt 25 keV) y los paraacutemetros maacutes importantes son la resolucioacuten espacial y la inshytensidad

bull Espectroscopiacutea Se utilizan rashyyos X blandos de menor energiacutea laquo 1O keV) y ademaacutes de los dos paraacuteshymetros anteriores se considera la informacioacuten espectral

Los principales problemas que presentan ambos son una menor eficiencia cuaacutentica debido a la re-

combinacioacuten de portadores y a la radiacioacuten que atraviesa el detector sin ser absorbida y por otra parte una mala funcioacuten de transferencia de modulacioacuten debido a la difusioacuten de los portadores La solucioacuten a esshytos problemas es una iluminacioacuten trasera y substratos con alta resisshy

tividad Respecto a las aplicacioshy

nes espectroscoacutepicas se han disentildeado dispositivos CCD destinados a la medida de rashydiacioacuten de rayos X especialshymente entre 04 keV y 10 keV en campos como la cristaloshygrafiacutea investigacioacuten de plasshymas y astronomiacutea de rayos X las caracteriacutesticas principales de estos detectores son una buena resolucioacuten tanto espashycial como espectral ademaacutes de una alta eficiencia cuaacutentishy

ca Se pueden utilizar algunas de las teacutecnicas empleadas en los deshytectores de radiacioacuten UV para meshyjorar su rendimiento tales como la iluminacioacuten trasera o la deplexioacuten profunda Para proteger el detecshytor de otros tipos de radiacioacuten se apantalla con berilio o con alumishynio

Con este meacutetodo el fotoacuten se detecta cuando es absorbido en el silicio del CCD generando una cantidad de pares electroacuten-hueco Mientras en las regiones visible y ulshytravioleta se generaba un solo elecshytroacuten por cada fotoacuten en este caso se genera un nuacutemero de ellos que depende de la energiacutea del fotoacuten y que estaacute definido por la expresioacuten [Energiacutea del fotoacuten (eV)365]

En aplicaciones meacutedicas las alshytas energiacuteas pueden causar graves dantildeos en el dispositivo especialshy

mente en la interfaz Si-Si02 y en el oacutexido de silicio Los efectos sobre el CCD son un aumento de la coshyrriente de oscuridad y de su no-unishyformidad desplazamientos en las tensiones umbrales y un aumento de la ineficiencia de la transferenshycia de las cargas Por ello es imporshytante evitar la exposicioacuten directa del CCD a este tipo de partiacuteculas La solucioacuten consiste en utilizar un foacutesforo que convierta la radiacioacuten de rayos X en una sentildeal intermeshydia no peligrosa para el detector Es importante asegurar que no lieshyga ninguna partiacutecula de alta enershygiacutea al CCD Para ello se utiliza un tubo de imagen con una pantalla que estaraacute acoplada al CCD con un sistema de lentes o por medio de fibra oacuteptica

Como ejemplo de aplicacioacuten en el rango de los rayos X la mishysioacuten NeXT (New exploration X-ray Telescope) un sateacutelite japoneacutes de rayos X y gamma que estaacute previsshyto ser lanzado en 2013 lleva una caacutemara CCD para rayos X blandos que cubre un rango entre 05 y 20 keV Los rayos X blandos son abshysorbidos en el CCD mientras que los rayos X duros atraviesan el CCD y son absorbidos en una matriz de piacutexeles de CdTe

Los CCD siguen mostrando la capacidad de adaptarse a las nueshy

i

vas demandas en cuanto a rango espectral aumento de resolucioacuten y velocidad menores niveles de luz menores tamantildeos de piacutexeles etc y se mantienen como el principal tipo de detector en el campo de la astronomiacutea

Referencias 1 LJM Esser A Theuwissen Charge Coupled Devices Physics technology and Imaging Handbook on Semiconductors vol 4 Elsevier Science Publishers BV 1993 2 A Theuwissen Solid-State Imag ing with Charge-Coupled Devices Springer 1995 3 J T Bosiers_ l M Peters C Draijer A Theuwissen Technical challenges and recent progress in CCD imagers Nuclear Instruments and Methods in Physics Research seccioacuten A 565 pp 148-156 2006 4 T Takahashi K Makishima Y Fukazawa M Kokubun K Nakazawa M Nomachi H TaJima M Tashiro Y Terada Hard X-ray and Gamma-Ray Detectors for the NEXT mission New Astronomy Reviews vol 48 nO 1 pp 269-273 Elsevier 2004

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

LARGA VIDAA ESPACIAL HUBBLE

Denominado de esta forma en

honor del afamado astroacutenomo esshytadounidense Edwin Powel Hubshyble el HST fue concebido como un proyecto conjunto de la NASA y la

ESA para la construccioacuten de Granshy

des Observatorios Espaciales

Los encargados del proyecto pensaron que colocar un telescopio

en oacuterbita mas allaacute de los liacutemites de

la atmoacutesfera terrestre traeriacutea conshy

sigo una multitud de ventajas ya

que se eliminariacutean algunos de los

factores adversos que afectan a los observatorios terrestres por ejemshyplo se eliminaba por completo la negativa accioacuten que la turbulencia

atmosfeacuterica provoca sobre las imaacuteshy

genes ademaacutes permitiriacutea alcanzar

ciertas lon9itudes de onda del esshy

pectro electromagneacutetico que se ven absorbidas por la atmoacutesfera

de nuestro planeta

Y por queacute no decirlo el tener

Imagen del TelescopIo Espacial Hubble en oacuterbita

TELESCOPIO Pablo J M Alemparte

un observatorio astronoacutemico en

oacuterbita evitariacutea perder tiempo de

observacioacuten por causas de tipo

meteoroloacutegico o por culpa de la contaminacioacuten lumiacutenica tan exashy

gerada que sufre la investigacioacuten

astronoacutemica en nuestros diacuteas

Con esta idea echoacute a andar el

proyecto que culminoacute con la puesshy

ta en oacuterbita uel ingenio espacial el

diacutea 24 de abril de 1990 montado

a bordo del Transbordador Espacial

Discovery (STS-31) que desde el

Centro Espacial Kennedy en Florishy

da lo trasladoacute a una oacuterbita terresshy

tre baja de 593 Km con un periodo

orbital de entre 96 y 97 minutos

En un primer momento se pensoacute

que el telescopio volviese regularshy

mente a la Tierra para su mantenishy

miento pero los ingenieros pronto

tuvieron claro que habiacutea que dejar

abierta la posibilidad de que el HST

pudiese ser regularmente visitado

por lo que se dieron en llamar mishy

siones de servicio ya fuesen estas

para repararlo o para actualizar su

instrumental de observacioacuten

Cuando todo estaba preparado y la comunidad cientiacutefica mundial

se mordiacutea las untildeas ante la inminenshy

te llegada de la primera luz del HST

Imagen desenfocada antes de la reparacioacuten

saltoacute la desagradable sorpresa Las

imaacutegenes que llegaban desde esa

joya de 2000 millones de doacutelares

se veiacutean desenfocadas por un fallo

de apenas 2 micras en el pulido de

su espejo primario que habiacutea sido

fabricado por Perkin Elmer Esta

importante negligencia supuso un duro mazazo para el proyecto

pero pronto se tomaron medidas

para solucionar este problema de

aberracioacuten esfeacuterica Habiacutea que

ponerle gafas al Hubble

La 1a Misioacuten de Servicio le coshy

rrespondioacute al Transbordador Enshy

deavour que en 1993 instaloacute en el

telescopio entre otros instrumenshy

tos el COSTAR (Oacuteptica Correctora como Reemplazo Axial del Teleshy

scopio Espacial) en lo que supuso

la reparacioacuten maacutes ambiciosa de la

historia de la aeronauacutetica seguacuten

la revista New Scientist

Tras la reparacioacuten el telescopio

comenzoacute a operar de manera coshy

rrecta y normal lo cual a lo largo

de estos antildeos ha llevado a que la

Imagen tras la reparacioacuten

ciencia astronoacutemica avance con

pasos de gigante llegaacutendonos inshycluso a replantear cuestiones como la edad del Universo

El HST pronto comenzoacute a descushy

brirnos posibles candidatos a agu-

HDF Cada punto luminoso es una galaxia

jero negro nos mostroacute con todo lujo de detalle como et Cometa Shoemaker-Levy 9 se fragmentaba e impactaba violentamente contra ese gigante de nuestro Sistema Soshylar que es Juacutepiter nos ha ensentildeado

galaxias en colisioacuten nebulosas en expansioacuten estrellas en formacioacuten

y tormentas magneacuteticas en los gishygantes gaseosos de nuestro vecinshydario planetario

Una de sus grandes observacioshynes tuvo lugar entre los diacuteas 18 y 28 de diciembre de 1995 cuando

captoacute la que puede ser su imagen mas espectacular Bautizada como Campo Profundo del Hubble (Hubshyble Deep Field) nos muestra una

regioacuten de 144 segundos de arco en la constelacioacuten de la Osa Mayor (tamantildeo este equivalente al diaacuteshymetro de una pelota de tenis obshyservada al 00 metros de distancia) donde se pueden observar un total de hasta 3000 galaxias Tres antildeos

despueacutes el Hubble tomoacute una ima-

El aacuterea fotografiada en el HDF

gen similar pero esta vez en una regioacuten de cielo del hemisferio Sur (Campo Profundo Sur del Hubble) las similitudes entre ambas imaacutegeshynes llevaron a los cosmoacutelogos a la conclusioacuten de que el Universo es uniforme si se estudia a gran escashyla y que la Tierra ocupa una regioacuten

Los pilares de la creacioacuten en la Nebulosa del Aacuteguila (M 7 6)

Recreacioacuten del HST acoplado al Transbordador para reparacioacuten Maniobras de reparacioacuten del HST por astronautas

tiacutepica en el mismo (Principio Cosshy

moloacutegico)

Tras todos estos antildeos de trashy

bajo y cuatro Misiones de Servicio en cada una de las cuales el HST

ha sido reparado modernizado

y puesto en la oacuterbita correcta ya

que se ve atraiacutedo hacia la Tierra por influencia del rozamiento y de la accioacuten gravitatoria de nuestro

planeta En mayo de 2009 se ha

enfrentado a la que seguramente

sea la quinta y uacuteltima misioacuten de

servicio que corrioacute a cargo de la

tripulacioacuten del Atlantis (STS-125)

Estos profesionales apoyados por los equipos de Tierra han dejado al

HST en forma se espera que hasshyta el 2015

Han sido y son muchos antildeos

de observacioacuten miles de postales que han acercado el Universo a la sociedad y sobre todo una multishy

tud de estudios e investigaciones cientiacuteficas que han tenido por base

las imaacutegenes ofrecidas por este coshy

loso de 11 toneladas 13 metros

de longitud y 4 de diaacutemetro que

orbita nuestro planeta a la velocishydad de 28000 Kmh en esa oacuterbita

situada 593 km sobre el nivel del

mar Sirva este artiacuteculo como moshy

desto homenaje de una comunishy

dad de aficionados que se siguen

maravillando ante las joyas que el

Telescopio Espacial Hubble nos ha

venido ofreciendo durante todos

estos antildeos en la vanguardia de la

investigacioacuten astronoacutemica

Nebulosa NGC 604 una regioacuten de formacioacuten estelar

MEDIDA DE DIFERENTES TIPOS

DE RADIACION CON CCD Existen muchos articulos y trabashy

jos donde se describe el funcionashymiento baacutesico de los CCD y se explishyca desde la perspectiva del usuario de una caacutemara la mejor forma de optimizar su rendimiento por medio del procedimiento de toma de imaacuteshygenes y del pmceso posterior de las mismas con un software adecuado En este artiacuteculo se ofrece una persshypectiva distinta se exponen las difeshyrentes configura ciones que presenta este tipo de dispositivo para medir radiaciones con distintas energias o lo que es lo mismo diferentes lonshygitudes de onda

El CCD como detector luminoso

Aunque los telescopios actuales no sean mucho maacutes grandes que los construidos en las uacuteltimas deacutecadas los astroacutenomos pueden observar objetos cientos de veces maacutes deacutebiles que los observados a mediados del siglo XX Esto es debido a las mejoshyras en la sensibilidad de los disposishytivos de deteccioacuten desarrolladas en las uacuteltimas deacutecadas las cuales han supuesto una auteacutentica revolucioacuten en la investigacioacuten astronoacutemica

En la actualidad los mejores detectores luminosos son los CCD (Charge-Coupled Device o disposishytivo de carga acoplada) Estos disshypositivos perm iten la deteccioacuten de una gran proporcioacuten de los fotones incidentes (normalmente maacutes de un 50) en un rango amplio de longitudes de onda desde el infrashyrrojo hasta los rayos X Como comshyparacioacuten los dispositivos fotograacutefishycos solamente detectan entre un 2 y un 3 yen un rango menor de longitudes de onda mientras que el ojo humano tiene una eficiencia deun 1

El detector de imagen CCD fue desarrollado en 1970 por los invesshyt igadores norteamericanos Boyle y Smith de los Laboratorios Be Inishycia lmente fue creado como un disshypositivo de memoria basado en un substrato semiconductor de silicio Se descubrioacute entonces su aplicacioacuten como detector sensible a la luz y se empezoacute a desarroll ar su aplicacioacuten en la astronomiacutea consigu ieacutendose en 1975 la primera imagen astroshynoacutemica con una caacutemara CCD en la que se observaba a Urano en el infrarrojo cercano (figura 1)

Figura 7 Fotografiacutea de Urano en el infrarrojo cercano Se trata de la primera imagen astronoacutemica de un objeto celeste con una caacutemara CCO

En la actualidad los CCD se enshycuentran en todos los aparatos que utilizan imagen digital TV caacutemaras de video fotograacuteficas de moacutevil etc Tambieacuten estaacuten presentes en los telescopios modernos y en las misiones espaciales tanto como caacutema ra s de imagen directa como en espectroacutegrafos

Respuesta espectral del CCD

El acoplamiento de carga en el que se basa el CCD consiste en la

Carlos Cagigal Olay Ingeniero Industrial

transferencia colect iva de las carshygas eleacutectricas almacenadas en un elemento semiconductor a otro elemento adyacente mediante la ap licacioacuten de tensiones externas Estos dispositivos permiten el alshymacenamiento y tra nsferencia de informacioacuten analoacutegica muestreada en la forma de paquetes de carshyga

La estructura baacutesica de un CCD consiste en una red de electrodos espaciados miacutenimamente y deposhysitados en una capa dieleacutectrica de oacutexido de silicio Cada electrodo forma con el substrato un conden shysador MOS que bajo IJ influencia de una tensioacuten aplicada permite el almacenamiento de cargas eleacutectri shycas La aplicacioacuten de tensiones exshyternas con la secue ncia adecuada provoca la transferencia de las carshygas hasta la difusioacuten del colector donde la sentildeal es leiacuteda

Debido a las propiedades fotoshysensibles del si licio cuando eacuteste es irradiado por energiacutea corresponshydiente a luz visible o cercana al inshyfrarroJo (350 - 1100 nm) se crea n pares electroacuten - hueco debido a la incidencia de fotones Esta caracshyteriacutestica posibilita la utilizacioacuten del CCD como sensor luminoso en cuyo caso estaraacute formado por un conjunto de fotoelementos que recib iraacuten la radiacioacuten luminosa y generaraacuten una carga proporcioshynal a la misma Asociados a estos elementos existiraacuten una serie de registros de desplazamiento como los i3ntpriormentp descritos que alshymacenaraacuten estas cargas y las desshyplazaraacuten hacia la salida La canti shydad de cargas almacenada en cada pozo de potencial es proporcional a la iluminacioacuten del fotoelemento correspondiente lo que permite

10middot Longitud de lO ur onda (m)

ULlltA VIOLETA RA VOS X DUROS ONDAS DE RADIO Jbull bullbull1NFRRROJOS

MCROONDAS RAYOSXBlANDOS RAYOSGAlM-

Energi a de 1a diacioacuten(eV)

Figura 2 Espectro electromagneacutetico con indicacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten

al realizar una lectura en serie obshytener una sentildeal analoacutegica muesshytreada representativa de la imagen analizada Un paraacutemetro rnuy imshyportante del CCD como detector luminoso es la eficiencia cuaacutentica que se define como el nuacutemero de pares electroacuten-hueco leiacutedos por el dispositivo por cada fotoacuten incidenshyte Otro paraacutemetro influenciado por la energiacutea de la radiacioacuten es la funcioacuten de transferencia de modushylacioacuten que es la relacioacuten entre la diferencia entre los niveles blanco y negro de la salida y los niveles teoacuteshyriCos

En principio un sensor de imashygen de estado soacutelido presenta una sensibilidad aceptable entre 400 y 700 nm Para obtener una imagen en color se pueden utilizar dos teacutecshynicas Una de ellas es la de obteshyner tres imaacutegenes con tres f iltros uno para cada color para posteshyriormente procesarlas y obtener una imagen uacutenica y en color Otra opcioacuten es la de uti~izar un CCD en el que cada pixel tiene un filtro inshytegrado siguiendo un patroacuten que se asemeja a la respuesta del ojo humano Este uacuteltimo tipo de CCD imposibilita utilizarlo para otro tipo de medida monocromaacutetica o con otro coacutedigo de colores y la resoshylucioacuten del sensor disminuye Los colores maacutes utilizados son el rojo verde y azul

Fuera de la zona visible existen otro tipo de radiaciones con difeshyrentes energiacuteas y que forman el espectro electromagneacutetico Este se

divide en segmentos o bandas los cuales no tienen unos limites exacshytos y claramente definidos En la fishygura 2 se observa el espectro elecshytromagneacutetico con indicacioacuten de la longitud de onda y de la energiacutea correspondiente

El rango espectral en los senshysores de imagen de silicio estaacute lishymitado en las longitudes de onda largas alrededor de los 1100 nm donde la energiacutea de los fotones se hace maacutes pequentildea que el salto energeacutetico de banda (1 1 eV para el silicio) Para longitudes de onda menores que 400 nm (maacutes de 31 eV en silicio) se genera maacutes de un par electroacuten-hueco por fotoacuten IncIshydente

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten fuera del espectro visible se pueden consishyderar tres posibles situaciones en funcioacuten de la longitud de onda

bull Longitud de onda mayor de 1000 nm (espectro infrarrojo cershycano e infrarrojo) En estas longishytudes de onda el coeficiente de absorcioacuten del silicio es muy bajo y casi todos los fotones atraviesan la estructura sin ser absorbidos

bull Longitudes de onda entre 400 nm y 10 nm (radiacioacuten ultravioleta) En este caso ocurre lo contrario la absorcioacuten es tan alta que la mayor parte de los fotones son absorbishydos en las capas que se encuentran sobre el CCD

bull Longitud de onda menor de 10 nm (rayos X) El coeficiente de

absorcioacuten es comparable al exisshytente en la zona visible del especshytro pero la energiacutea de las partiacutecushylas es tan alta que puede dantildear el dispositivo

En la figura 3 se presenta la proshyfundidad de penetracioacuten de los foshytones en el silicio para los diferenshytes tipos de radiacioacuten y se pueden observar las tres zonas indicadas Para cada zona del espectro se han definido soluciones que mejoran la respuesta del CCD en el margen de longitudes de onda especiacutefico de cada aplicacioacuten

Medida de radiacioacuten infrarroja

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten en la zona del espectro infrarrojo se deben utilizar detectores de tipo barrera Schottky El principio de funcionashymiento de estos sensores aparece en la figura 4(a) Consiste en una capa de PtSi que se deposita sobre un substrato de silicio de tipo p Se ilumina el detector por su parte trashysera y se conecta a una salida del CCD de silicio La radiacioacuten IR se transmite a traveacutes del silicio y es abshysorbida en la capa de siliciuro Esta absorcioacuten genera una corriente los huecos se dirigen hacia el substrato y los electrones se desplazan hacia la salida del CCD Para asegurar la mejor respuesta posible este tipo de detectores utilizan una estructushyra denominada cavidad oacuteptica representada en la figura 4(b) Se

0-2

0-3

0-4

0-5

0-6

Rayos X uv

10-7

10-1 10deg 10 1 102 103

1

Longitud de onda (nm) Figura 3 Profundidad de penetracioacuten en el silicio de diferentes tipos de radiacioacuten en funcioacuten de su longitud de onda

antildeade una capa reflectora de alushyminio separada de la capa de PtSi por una capa dieleacutectrica con una anchura aproximadamente igual a un cuarto de la longitud de onda Esta construccioacuten maximiza la abshysorcioacuten oacuteptica en la capa de silishyciuro Se antildeade un recubrimiento antirreflectante en la parte trasera que puede llegar a mejorar la resshypuesta en un 30

Para la deteccioacuten de radiacioacuten infrarroja tambieacuten se han utilizado CCD basados en otros materiales diferentes al silicio como un CCD con InSb desarrollado en 1978 y que trabajaba entre 20 y 55 ~m

o un CCD de HgCdTe que permite ser ajustado para rangos de 1 a 25 ~m de 3 a 5 ~m y de 8 a 12 ~m

Medida de radiacioacuten ultravioleta

No solo el silicio sino que tamshybieacuten el oacutexido de silicio presentan un alto coeficiente de absorcioacuten para partiacuteculas con longitudes de onda en la zona ultravioleta del espectro Esta circunstancia provoshyca que sea complicado disentildear un detector de radiacioacuten UV ya que

cia en la zona verde del espectro con su maacuteximo alrededor de los 500 nm Asiacute se consigue extender la sensibilidad del CCD hasta 100 nm

bull Iluminacioacuten trasera En este caso la radiacioacuten incide directashymente sobre el si licio El problema que aparece es el transporte de las cargas generadas hacia la superfishycie delantera Para solucionarlo los CCD se estrechan de tal forma que la superficie trasera queda a una d istancia de 1 O ~m o menos de la superficie frontal El resultado es un dispositivo co n una mayor eficienshycia cuaacutentica (60 - 80) Este tipo de solucioacuten presenta inconvenienshytes respecto a la complicada tecnoshylogiacutea que requiere para conseguir una anchura tan pequentildea pasivarshylos y manejarlos lo cual conlleva un mayor coste

bull CCD de deplexioacuten profunda En este tipo de detectores se utilishyza un substrato poco dopado (alta resistividad) de tal forma que la zona de deplexioacuten se acerca a la zona trasera por donde se ilumina el CCD Esta estructura consigue no soacutelo evitar la absorcioacuten en las capas superiores sino que tambieacuten elimina el problema del estrechashymiento en los CCD con iluminacioacuten trasera y dopados convencionales Su mayor inconveniente es la coshyrriente de oscuridad que aumenta linealmente con el volumen de la zona de carga por lo que es con-

Aluminio

Dieleacutectrico Si0

PtSi

Substrato Si-p

Recub antireflectante

~ ~ Rooocoacute I

b

los fotones son absorbidos en las capas superiores del mismo Para evitar este problema existen varias soluciones

bull Deposicioacuten de un foacutesforo sensible a UV en la superficie del detector que convierta la seilal en una radiacioacuten con una longitud de onda adecuada a la respuesta esshypectral del CCD Uno de los foacutesfoshyros utilizados es el coronene que cuando es excitado con radiacioacuten con longitudes de onda menores de 400 nm produce fluorescenshy

a Figura 4 Seccioacuten de un detector IR de barrera Schottky (a) y variante del mismo con cavidad oacuteptica (b)

2

80

CCD

40 bull bull _

500 700 900 1100 I

veniente utilizar un dispositivo de refrigeracioacuten

En la f igura 5 se presenta la efishyciencia cuaacutentica de diferentes CCD con iluminacioacuten frontal iluminashycioacuten trasera y con recubrimiento UV

Longitud deonda (nm)

Figura 5 Eficiencia cuaacutentica de diferentes CCO para diferentes longitudes de onda

Medida de rayos X

Las aplicaciones de imagen de rayos X se pueden dividir en dos grandes grupos

bull Aplicaciones meacutedicas Se utilishyza radiacioacuten muy energeacutetica denoshyminada rayos X duros (gt 25 keV) y los paraacutemetros maacutes importantes son la resolucioacuten espacial y la inshytensidad

bull Espectroscopiacutea Se utilizan rashyyos X blandos de menor energiacutea laquo 1O keV) y ademaacutes de los dos paraacuteshymetros anteriores se considera la informacioacuten espectral

Los principales problemas que presentan ambos son una menor eficiencia cuaacutentica debido a la re-

combinacioacuten de portadores y a la radiacioacuten que atraviesa el detector sin ser absorbida y por otra parte una mala funcioacuten de transferencia de modulacioacuten debido a la difusioacuten de los portadores La solucioacuten a esshytos problemas es una iluminacioacuten trasera y substratos con alta resisshy

tividad Respecto a las aplicacioshy

nes espectroscoacutepicas se han disentildeado dispositivos CCD destinados a la medida de rashydiacioacuten de rayos X especialshymente entre 04 keV y 10 keV en campos como la cristaloshygrafiacutea investigacioacuten de plasshymas y astronomiacutea de rayos X las caracteriacutesticas principales de estos detectores son una buena resolucioacuten tanto espashycial como espectral ademaacutes de una alta eficiencia cuaacutentishy

ca Se pueden utilizar algunas de las teacutecnicas empleadas en los deshytectores de radiacioacuten UV para meshyjorar su rendimiento tales como la iluminacioacuten trasera o la deplexioacuten profunda Para proteger el detecshytor de otros tipos de radiacioacuten se apantalla con berilio o con alumishynio

Con este meacutetodo el fotoacuten se detecta cuando es absorbido en el silicio del CCD generando una cantidad de pares electroacuten-hueco Mientras en las regiones visible y ulshytravioleta se generaba un solo elecshytroacuten por cada fotoacuten en este caso se genera un nuacutemero de ellos que depende de la energiacutea del fotoacuten y que estaacute definido por la expresioacuten [Energiacutea del fotoacuten (eV)365]

En aplicaciones meacutedicas las alshytas energiacuteas pueden causar graves dantildeos en el dispositivo especialshy

mente en la interfaz Si-Si02 y en el oacutexido de silicio Los efectos sobre el CCD son un aumento de la coshyrriente de oscuridad y de su no-unishyformidad desplazamientos en las tensiones umbrales y un aumento de la ineficiencia de la transferenshycia de las cargas Por ello es imporshytante evitar la exposicioacuten directa del CCD a este tipo de partiacuteculas La solucioacuten consiste en utilizar un foacutesforo que convierta la radiacioacuten de rayos X en una sentildeal intermeshydia no peligrosa para el detector Es importante asegurar que no lieshyga ninguna partiacutecula de alta enershygiacutea al CCD Para ello se utiliza un tubo de imagen con una pantalla que estaraacute acoplada al CCD con un sistema de lentes o por medio de fibra oacuteptica

Como ejemplo de aplicacioacuten en el rango de los rayos X la mishysioacuten NeXT (New exploration X-ray Telescope) un sateacutelite japoneacutes de rayos X y gamma que estaacute previsshyto ser lanzado en 2013 lleva una caacutemara CCD para rayos X blandos que cubre un rango entre 05 y 20 keV Los rayos X blandos son abshysorbidos en el CCD mientras que los rayos X duros atraviesan el CCD y son absorbidos en una matriz de piacutexeles de CdTe

Los CCD siguen mostrando la capacidad de adaptarse a las nueshy

i

vas demandas en cuanto a rango espectral aumento de resolucioacuten y velocidad menores niveles de luz menores tamantildeos de piacutexeles etc y se mantienen como el principal tipo de detector en el campo de la astronomiacutea

Referencias 1 LJM Esser A Theuwissen Charge Coupled Devices Physics technology and Imaging Handbook on Semiconductors vol 4 Elsevier Science Publishers BV 1993 2 A Theuwissen Solid-State Imag ing with Charge-Coupled Devices Springer 1995 3 J T Bosiers_ l M Peters C Draijer A Theuwissen Technical challenges and recent progress in CCD imagers Nuclear Instruments and Methods in Physics Research seccioacuten A 565 pp 148-156 2006 4 T Takahashi K Makishima Y Fukazawa M Kokubun K Nakazawa M Nomachi H TaJima M Tashiro Y Terada Hard X-ray and Gamma-Ray Detectors for the NEXT mission New Astronomy Reviews vol 48 nO 1 pp 269-273 Elsevier 2004

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

Imagen desenfocada antes de la reparacioacuten

saltoacute la desagradable sorpresa Las

imaacutegenes que llegaban desde esa

joya de 2000 millones de doacutelares

se veiacutean desenfocadas por un fallo

de apenas 2 micras en el pulido de

su espejo primario que habiacutea sido

fabricado por Perkin Elmer Esta

importante negligencia supuso un duro mazazo para el proyecto

pero pronto se tomaron medidas

para solucionar este problema de

aberracioacuten esfeacuterica Habiacutea que

ponerle gafas al Hubble

La 1a Misioacuten de Servicio le coshy

rrespondioacute al Transbordador Enshy

deavour que en 1993 instaloacute en el

telescopio entre otros instrumenshy

tos el COSTAR (Oacuteptica Correctora como Reemplazo Axial del Teleshy

scopio Espacial) en lo que supuso

la reparacioacuten maacutes ambiciosa de la

historia de la aeronauacutetica seguacuten

la revista New Scientist

Tras la reparacioacuten el telescopio

comenzoacute a operar de manera coshy

rrecta y normal lo cual a lo largo

de estos antildeos ha llevado a que la

Imagen tras la reparacioacuten

ciencia astronoacutemica avance con

pasos de gigante llegaacutendonos inshycluso a replantear cuestiones como la edad del Universo

El HST pronto comenzoacute a descushy

brirnos posibles candidatos a agu-

HDF Cada punto luminoso es una galaxia

jero negro nos mostroacute con todo lujo de detalle como et Cometa Shoemaker-Levy 9 se fragmentaba e impactaba violentamente contra ese gigante de nuestro Sistema Soshylar que es Juacutepiter nos ha ensentildeado

galaxias en colisioacuten nebulosas en expansioacuten estrellas en formacioacuten

y tormentas magneacuteticas en los gishygantes gaseosos de nuestro vecinshydario planetario

Una de sus grandes observacioshynes tuvo lugar entre los diacuteas 18 y 28 de diciembre de 1995 cuando

captoacute la que puede ser su imagen mas espectacular Bautizada como Campo Profundo del Hubble (Hubshyble Deep Field) nos muestra una

regioacuten de 144 segundos de arco en la constelacioacuten de la Osa Mayor (tamantildeo este equivalente al diaacuteshymetro de una pelota de tenis obshyservada al 00 metros de distancia) donde se pueden observar un total de hasta 3000 galaxias Tres antildeos

despueacutes el Hubble tomoacute una ima-

El aacuterea fotografiada en el HDF

gen similar pero esta vez en una regioacuten de cielo del hemisferio Sur (Campo Profundo Sur del Hubble) las similitudes entre ambas imaacutegeshynes llevaron a los cosmoacutelogos a la conclusioacuten de que el Universo es uniforme si se estudia a gran escashyla y que la Tierra ocupa una regioacuten

Los pilares de la creacioacuten en la Nebulosa del Aacuteguila (M 7 6)

Recreacioacuten del HST acoplado al Transbordador para reparacioacuten Maniobras de reparacioacuten del HST por astronautas

tiacutepica en el mismo (Principio Cosshy

moloacutegico)

Tras todos estos antildeos de trashy

bajo y cuatro Misiones de Servicio en cada una de las cuales el HST

ha sido reparado modernizado

y puesto en la oacuterbita correcta ya

que se ve atraiacutedo hacia la Tierra por influencia del rozamiento y de la accioacuten gravitatoria de nuestro

planeta En mayo de 2009 se ha

enfrentado a la que seguramente

sea la quinta y uacuteltima misioacuten de

servicio que corrioacute a cargo de la

tripulacioacuten del Atlantis (STS-125)

Estos profesionales apoyados por los equipos de Tierra han dejado al

HST en forma se espera que hasshyta el 2015

Han sido y son muchos antildeos

de observacioacuten miles de postales que han acercado el Universo a la sociedad y sobre todo una multishy

tud de estudios e investigaciones cientiacuteficas que han tenido por base

las imaacutegenes ofrecidas por este coshy

loso de 11 toneladas 13 metros

de longitud y 4 de diaacutemetro que

orbita nuestro planeta a la velocishydad de 28000 Kmh en esa oacuterbita

situada 593 km sobre el nivel del

mar Sirva este artiacuteculo como moshy

desto homenaje de una comunishy

dad de aficionados que se siguen

maravillando ante las joyas que el

Telescopio Espacial Hubble nos ha

venido ofreciendo durante todos

estos antildeos en la vanguardia de la

investigacioacuten astronoacutemica

Nebulosa NGC 604 una regioacuten de formacioacuten estelar

MEDIDA DE DIFERENTES TIPOS

DE RADIACION CON CCD Existen muchos articulos y trabashy

jos donde se describe el funcionashymiento baacutesico de los CCD y se explishyca desde la perspectiva del usuario de una caacutemara la mejor forma de optimizar su rendimiento por medio del procedimiento de toma de imaacuteshygenes y del pmceso posterior de las mismas con un software adecuado En este artiacuteculo se ofrece una persshypectiva distinta se exponen las difeshyrentes configura ciones que presenta este tipo de dispositivo para medir radiaciones con distintas energias o lo que es lo mismo diferentes lonshygitudes de onda

El CCD como detector luminoso

Aunque los telescopios actuales no sean mucho maacutes grandes que los construidos en las uacuteltimas deacutecadas los astroacutenomos pueden observar objetos cientos de veces maacutes deacutebiles que los observados a mediados del siglo XX Esto es debido a las mejoshyras en la sensibilidad de los disposishytivos de deteccioacuten desarrolladas en las uacuteltimas deacutecadas las cuales han supuesto una auteacutentica revolucioacuten en la investigacioacuten astronoacutemica

En la actualidad los mejores detectores luminosos son los CCD (Charge-Coupled Device o disposishytivo de carga acoplada) Estos disshypositivos perm iten la deteccioacuten de una gran proporcioacuten de los fotones incidentes (normalmente maacutes de un 50) en un rango amplio de longitudes de onda desde el infrashyrrojo hasta los rayos X Como comshyparacioacuten los dispositivos fotograacutefishycos solamente detectan entre un 2 y un 3 yen un rango menor de longitudes de onda mientras que el ojo humano tiene una eficiencia deun 1

El detector de imagen CCD fue desarrollado en 1970 por los invesshyt igadores norteamericanos Boyle y Smith de los Laboratorios Be Inishycia lmente fue creado como un disshypositivo de memoria basado en un substrato semiconductor de silicio Se descubrioacute entonces su aplicacioacuten como detector sensible a la luz y se empezoacute a desarroll ar su aplicacioacuten en la astronomiacutea consigu ieacutendose en 1975 la primera imagen astroshynoacutemica con una caacutemara CCD en la que se observaba a Urano en el infrarrojo cercano (figura 1)

Figura 7 Fotografiacutea de Urano en el infrarrojo cercano Se trata de la primera imagen astronoacutemica de un objeto celeste con una caacutemara CCO

En la actualidad los CCD se enshycuentran en todos los aparatos que utilizan imagen digital TV caacutemaras de video fotograacuteficas de moacutevil etc Tambieacuten estaacuten presentes en los telescopios modernos y en las misiones espaciales tanto como caacutema ra s de imagen directa como en espectroacutegrafos

Respuesta espectral del CCD

El acoplamiento de carga en el que se basa el CCD consiste en la

Carlos Cagigal Olay Ingeniero Industrial

transferencia colect iva de las carshygas eleacutectricas almacenadas en un elemento semiconductor a otro elemento adyacente mediante la ap licacioacuten de tensiones externas Estos dispositivos permiten el alshymacenamiento y tra nsferencia de informacioacuten analoacutegica muestreada en la forma de paquetes de carshyga

La estructura baacutesica de un CCD consiste en una red de electrodos espaciados miacutenimamente y deposhysitados en una capa dieleacutectrica de oacutexido de silicio Cada electrodo forma con el substrato un conden shysador MOS que bajo IJ influencia de una tensioacuten aplicada permite el almacenamiento de cargas eleacutectri shycas La aplicacioacuten de tensiones exshyternas con la secue ncia adecuada provoca la transferencia de las carshygas hasta la difusioacuten del colector donde la sentildeal es leiacuteda

Debido a las propiedades fotoshysensibles del si licio cuando eacuteste es irradiado por energiacutea corresponshydiente a luz visible o cercana al inshyfrarroJo (350 - 1100 nm) se crea n pares electroacuten - hueco debido a la incidencia de fotones Esta caracshyteriacutestica posibilita la utilizacioacuten del CCD como sensor luminoso en cuyo caso estaraacute formado por un conjunto de fotoelementos que recib iraacuten la radiacioacuten luminosa y generaraacuten una carga proporcioshynal a la misma Asociados a estos elementos existiraacuten una serie de registros de desplazamiento como los i3ntpriormentp descritos que alshymacenaraacuten estas cargas y las desshyplazaraacuten hacia la salida La canti shydad de cargas almacenada en cada pozo de potencial es proporcional a la iluminacioacuten del fotoelemento correspondiente lo que permite

10middot Longitud de lO ur onda (m)

ULlltA VIOLETA RA VOS X DUROS ONDAS DE RADIO Jbull bullbull1NFRRROJOS

MCROONDAS RAYOSXBlANDOS RAYOSGAlM-

Energi a de 1a diacioacuten(eV)

Figura 2 Espectro electromagneacutetico con indicacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten

al realizar una lectura en serie obshytener una sentildeal analoacutegica muesshytreada representativa de la imagen analizada Un paraacutemetro rnuy imshyportante del CCD como detector luminoso es la eficiencia cuaacutentica que se define como el nuacutemero de pares electroacuten-hueco leiacutedos por el dispositivo por cada fotoacuten incidenshyte Otro paraacutemetro influenciado por la energiacutea de la radiacioacuten es la funcioacuten de transferencia de modushylacioacuten que es la relacioacuten entre la diferencia entre los niveles blanco y negro de la salida y los niveles teoacuteshyriCos

En principio un sensor de imashygen de estado soacutelido presenta una sensibilidad aceptable entre 400 y 700 nm Para obtener una imagen en color se pueden utilizar dos teacutecshynicas Una de ellas es la de obteshyner tres imaacutegenes con tres f iltros uno para cada color para posteshyriormente procesarlas y obtener una imagen uacutenica y en color Otra opcioacuten es la de uti~izar un CCD en el que cada pixel tiene un filtro inshytegrado siguiendo un patroacuten que se asemeja a la respuesta del ojo humano Este uacuteltimo tipo de CCD imposibilita utilizarlo para otro tipo de medida monocromaacutetica o con otro coacutedigo de colores y la resoshylucioacuten del sensor disminuye Los colores maacutes utilizados son el rojo verde y azul

Fuera de la zona visible existen otro tipo de radiaciones con difeshyrentes energiacuteas y que forman el espectro electromagneacutetico Este se

divide en segmentos o bandas los cuales no tienen unos limites exacshytos y claramente definidos En la fishygura 2 se observa el espectro elecshytromagneacutetico con indicacioacuten de la longitud de onda y de la energiacutea correspondiente

El rango espectral en los senshysores de imagen de silicio estaacute lishymitado en las longitudes de onda largas alrededor de los 1100 nm donde la energiacutea de los fotones se hace maacutes pequentildea que el salto energeacutetico de banda (1 1 eV para el silicio) Para longitudes de onda menores que 400 nm (maacutes de 31 eV en silicio) se genera maacutes de un par electroacuten-hueco por fotoacuten IncIshydente

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten fuera del espectro visible se pueden consishyderar tres posibles situaciones en funcioacuten de la longitud de onda

bull Longitud de onda mayor de 1000 nm (espectro infrarrojo cershycano e infrarrojo) En estas longishytudes de onda el coeficiente de absorcioacuten del silicio es muy bajo y casi todos los fotones atraviesan la estructura sin ser absorbidos

bull Longitudes de onda entre 400 nm y 10 nm (radiacioacuten ultravioleta) En este caso ocurre lo contrario la absorcioacuten es tan alta que la mayor parte de los fotones son absorbishydos en las capas que se encuentran sobre el CCD

bull Longitud de onda menor de 10 nm (rayos X) El coeficiente de

absorcioacuten es comparable al exisshytente en la zona visible del especshytro pero la energiacutea de las partiacutecushylas es tan alta que puede dantildear el dispositivo

En la figura 3 se presenta la proshyfundidad de penetracioacuten de los foshytones en el silicio para los diferenshytes tipos de radiacioacuten y se pueden observar las tres zonas indicadas Para cada zona del espectro se han definido soluciones que mejoran la respuesta del CCD en el margen de longitudes de onda especiacutefico de cada aplicacioacuten

Medida de radiacioacuten infrarroja

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten en la zona del espectro infrarrojo se deben utilizar detectores de tipo barrera Schottky El principio de funcionashymiento de estos sensores aparece en la figura 4(a) Consiste en una capa de PtSi que se deposita sobre un substrato de silicio de tipo p Se ilumina el detector por su parte trashysera y se conecta a una salida del CCD de silicio La radiacioacuten IR se transmite a traveacutes del silicio y es abshysorbida en la capa de siliciuro Esta absorcioacuten genera una corriente los huecos se dirigen hacia el substrato y los electrones se desplazan hacia la salida del CCD Para asegurar la mejor respuesta posible este tipo de detectores utilizan una estructushyra denominada cavidad oacuteptica representada en la figura 4(b) Se

0-2

0-3

0-4

0-5

0-6

Rayos X uv

10-7

10-1 10deg 10 1 102 103

1

Longitud de onda (nm) Figura 3 Profundidad de penetracioacuten en el silicio de diferentes tipos de radiacioacuten en funcioacuten de su longitud de onda

antildeade una capa reflectora de alushyminio separada de la capa de PtSi por una capa dieleacutectrica con una anchura aproximadamente igual a un cuarto de la longitud de onda Esta construccioacuten maximiza la abshysorcioacuten oacuteptica en la capa de silishyciuro Se antildeade un recubrimiento antirreflectante en la parte trasera que puede llegar a mejorar la resshypuesta en un 30

Para la deteccioacuten de radiacioacuten infrarroja tambieacuten se han utilizado CCD basados en otros materiales diferentes al silicio como un CCD con InSb desarrollado en 1978 y que trabajaba entre 20 y 55 ~m

o un CCD de HgCdTe que permite ser ajustado para rangos de 1 a 25 ~m de 3 a 5 ~m y de 8 a 12 ~m

Medida de radiacioacuten ultravioleta

No solo el silicio sino que tamshybieacuten el oacutexido de silicio presentan un alto coeficiente de absorcioacuten para partiacuteculas con longitudes de onda en la zona ultravioleta del espectro Esta circunstancia provoshyca que sea complicado disentildear un detector de radiacioacuten UV ya que

cia en la zona verde del espectro con su maacuteximo alrededor de los 500 nm Asiacute se consigue extender la sensibilidad del CCD hasta 100 nm

bull Iluminacioacuten trasera En este caso la radiacioacuten incide directashymente sobre el si licio El problema que aparece es el transporte de las cargas generadas hacia la superfishycie delantera Para solucionarlo los CCD se estrechan de tal forma que la superficie trasera queda a una d istancia de 1 O ~m o menos de la superficie frontal El resultado es un dispositivo co n una mayor eficienshycia cuaacutentica (60 - 80) Este tipo de solucioacuten presenta inconvenienshytes respecto a la complicada tecnoshylogiacutea que requiere para conseguir una anchura tan pequentildea pasivarshylos y manejarlos lo cual conlleva un mayor coste

bull CCD de deplexioacuten profunda En este tipo de detectores se utilishyza un substrato poco dopado (alta resistividad) de tal forma que la zona de deplexioacuten se acerca a la zona trasera por donde se ilumina el CCD Esta estructura consigue no soacutelo evitar la absorcioacuten en las capas superiores sino que tambieacuten elimina el problema del estrechashymiento en los CCD con iluminacioacuten trasera y dopados convencionales Su mayor inconveniente es la coshyrriente de oscuridad que aumenta linealmente con el volumen de la zona de carga por lo que es con-

Aluminio

Dieleacutectrico Si0

PtSi

Substrato Si-p

Recub antireflectante

~ ~ Rooocoacute I

b

los fotones son absorbidos en las capas superiores del mismo Para evitar este problema existen varias soluciones

bull Deposicioacuten de un foacutesforo sensible a UV en la superficie del detector que convierta la seilal en una radiacioacuten con una longitud de onda adecuada a la respuesta esshypectral del CCD Uno de los foacutesfoshyros utilizados es el coronene que cuando es excitado con radiacioacuten con longitudes de onda menores de 400 nm produce fluorescenshy

a Figura 4 Seccioacuten de un detector IR de barrera Schottky (a) y variante del mismo con cavidad oacuteptica (b)

2

80

CCD

40 bull bull _

500 700 900 1100 I

veniente utilizar un dispositivo de refrigeracioacuten

En la f igura 5 se presenta la efishyciencia cuaacutentica de diferentes CCD con iluminacioacuten frontal iluminashycioacuten trasera y con recubrimiento UV

Longitud deonda (nm)

Figura 5 Eficiencia cuaacutentica de diferentes CCO para diferentes longitudes de onda

Medida de rayos X

Las aplicaciones de imagen de rayos X se pueden dividir en dos grandes grupos

bull Aplicaciones meacutedicas Se utilishyza radiacioacuten muy energeacutetica denoshyminada rayos X duros (gt 25 keV) y los paraacutemetros maacutes importantes son la resolucioacuten espacial y la inshytensidad

bull Espectroscopiacutea Se utilizan rashyyos X blandos de menor energiacutea laquo 1O keV) y ademaacutes de los dos paraacuteshymetros anteriores se considera la informacioacuten espectral

Los principales problemas que presentan ambos son una menor eficiencia cuaacutentica debido a la re-

combinacioacuten de portadores y a la radiacioacuten que atraviesa el detector sin ser absorbida y por otra parte una mala funcioacuten de transferencia de modulacioacuten debido a la difusioacuten de los portadores La solucioacuten a esshytos problemas es una iluminacioacuten trasera y substratos con alta resisshy

tividad Respecto a las aplicacioshy

nes espectroscoacutepicas se han disentildeado dispositivos CCD destinados a la medida de rashydiacioacuten de rayos X especialshymente entre 04 keV y 10 keV en campos como la cristaloshygrafiacutea investigacioacuten de plasshymas y astronomiacutea de rayos X las caracteriacutesticas principales de estos detectores son una buena resolucioacuten tanto espashycial como espectral ademaacutes de una alta eficiencia cuaacutentishy

ca Se pueden utilizar algunas de las teacutecnicas empleadas en los deshytectores de radiacioacuten UV para meshyjorar su rendimiento tales como la iluminacioacuten trasera o la deplexioacuten profunda Para proteger el detecshytor de otros tipos de radiacioacuten se apantalla con berilio o con alumishynio

Con este meacutetodo el fotoacuten se detecta cuando es absorbido en el silicio del CCD generando una cantidad de pares electroacuten-hueco Mientras en las regiones visible y ulshytravioleta se generaba un solo elecshytroacuten por cada fotoacuten en este caso se genera un nuacutemero de ellos que depende de la energiacutea del fotoacuten y que estaacute definido por la expresioacuten [Energiacutea del fotoacuten (eV)365]

En aplicaciones meacutedicas las alshytas energiacuteas pueden causar graves dantildeos en el dispositivo especialshy

mente en la interfaz Si-Si02 y en el oacutexido de silicio Los efectos sobre el CCD son un aumento de la coshyrriente de oscuridad y de su no-unishyformidad desplazamientos en las tensiones umbrales y un aumento de la ineficiencia de la transferenshycia de las cargas Por ello es imporshytante evitar la exposicioacuten directa del CCD a este tipo de partiacuteculas La solucioacuten consiste en utilizar un foacutesforo que convierta la radiacioacuten de rayos X en una sentildeal intermeshydia no peligrosa para el detector Es importante asegurar que no lieshyga ninguna partiacutecula de alta enershygiacutea al CCD Para ello se utiliza un tubo de imagen con una pantalla que estaraacute acoplada al CCD con un sistema de lentes o por medio de fibra oacuteptica

Como ejemplo de aplicacioacuten en el rango de los rayos X la mishysioacuten NeXT (New exploration X-ray Telescope) un sateacutelite japoneacutes de rayos X y gamma que estaacute previsshyto ser lanzado en 2013 lleva una caacutemara CCD para rayos X blandos que cubre un rango entre 05 y 20 keV Los rayos X blandos son abshysorbidos en el CCD mientras que los rayos X duros atraviesan el CCD y son absorbidos en una matriz de piacutexeles de CdTe

Los CCD siguen mostrando la capacidad de adaptarse a las nueshy

i

vas demandas en cuanto a rango espectral aumento de resolucioacuten y velocidad menores niveles de luz menores tamantildeos de piacutexeles etc y se mantienen como el principal tipo de detector en el campo de la astronomiacutea

Referencias 1 LJM Esser A Theuwissen Charge Coupled Devices Physics technology and Imaging Handbook on Semiconductors vol 4 Elsevier Science Publishers BV 1993 2 A Theuwissen Solid-State Imag ing with Charge-Coupled Devices Springer 1995 3 J T Bosiers_ l M Peters C Draijer A Theuwissen Technical challenges and recent progress in CCD imagers Nuclear Instruments and Methods in Physics Research seccioacuten A 565 pp 148-156 2006 4 T Takahashi K Makishima Y Fukazawa M Kokubun K Nakazawa M Nomachi H TaJima M Tashiro Y Terada Hard X-ray and Gamma-Ray Detectors for the NEXT mission New Astronomy Reviews vol 48 nO 1 pp 269-273 Elsevier 2004

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

Los pilares de la creacioacuten en la Nebulosa del Aacuteguila (M 7 6)

Recreacioacuten del HST acoplado al Transbordador para reparacioacuten Maniobras de reparacioacuten del HST por astronautas

tiacutepica en el mismo (Principio Cosshy

moloacutegico)

Tras todos estos antildeos de trashy

bajo y cuatro Misiones de Servicio en cada una de las cuales el HST

ha sido reparado modernizado

y puesto en la oacuterbita correcta ya

que se ve atraiacutedo hacia la Tierra por influencia del rozamiento y de la accioacuten gravitatoria de nuestro

planeta En mayo de 2009 se ha

enfrentado a la que seguramente

sea la quinta y uacuteltima misioacuten de

servicio que corrioacute a cargo de la

tripulacioacuten del Atlantis (STS-125)

Estos profesionales apoyados por los equipos de Tierra han dejado al

HST en forma se espera que hasshyta el 2015

Han sido y son muchos antildeos

de observacioacuten miles de postales que han acercado el Universo a la sociedad y sobre todo una multishy

tud de estudios e investigaciones cientiacuteficas que han tenido por base

las imaacutegenes ofrecidas por este coshy

loso de 11 toneladas 13 metros

de longitud y 4 de diaacutemetro que

orbita nuestro planeta a la velocishydad de 28000 Kmh en esa oacuterbita

situada 593 km sobre el nivel del

mar Sirva este artiacuteculo como moshy

desto homenaje de una comunishy

dad de aficionados que se siguen

maravillando ante las joyas que el

Telescopio Espacial Hubble nos ha

venido ofreciendo durante todos

estos antildeos en la vanguardia de la

investigacioacuten astronoacutemica

Nebulosa NGC 604 una regioacuten de formacioacuten estelar

MEDIDA DE DIFERENTES TIPOS

DE RADIACION CON CCD Existen muchos articulos y trabashy

jos donde se describe el funcionashymiento baacutesico de los CCD y se explishyca desde la perspectiva del usuario de una caacutemara la mejor forma de optimizar su rendimiento por medio del procedimiento de toma de imaacuteshygenes y del pmceso posterior de las mismas con un software adecuado En este artiacuteculo se ofrece una persshypectiva distinta se exponen las difeshyrentes configura ciones que presenta este tipo de dispositivo para medir radiaciones con distintas energias o lo que es lo mismo diferentes lonshygitudes de onda

El CCD como detector luminoso

Aunque los telescopios actuales no sean mucho maacutes grandes que los construidos en las uacuteltimas deacutecadas los astroacutenomos pueden observar objetos cientos de veces maacutes deacutebiles que los observados a mediados del siglo XX Esto es debido a las mejoshyras en la sensibilidad de los disposishytivos de deteccioacuten desarrolladas en las uacuteltimas deacutecadas las cuales han supuesto una auteacutentica revolucioacuten en la investigacioacuten astronoacutemica

En la actualidad los mejores detectores luminosos son los CCD (Charge-Coupled Device o disposishytivo de carga acoplada) Estos disshypositivos perm iten la deteccioacuten de una gran proporcioacuten de los fotones incidentes (normalmente maacutes de un 50) en un rango amplio de longitudes de onda desde el infrashyrrojo hasta los rayos X Como comshyparacioacuten los dispositivos fotograacutefishycos solamente detectan entre un 2 y un 3 yen un rango menor de longitudes de onda mientras que el ojo humano tiene una eficiencia deun 1

El detector de imagen CCD fue desarrollado en 1970 por los invesshyt igadores norteamericanos Boyle y Smith de los Laboratorios Be Inishycia lmente fue creado como un disshypositivo de memoria basado en un substrato semiconductor de silicio Se descubrioacute entonces su aplicacioacuten como detector sensible a la luz y se empezoacute a desarroll ar su aplicacioacuten en la astronomiacutea consigu ieacutendose en 1975 la primera imagen astroshynoacutemica con una caacutemara CCD en la que se observaba a Urano en el infrarrojo cercano (figura 1)

Figura 7 Fotografiacutea de Urano en el infrarrojo cercano Se trata de la primera imagen astronoacutemica de un objeto celeste con una caacutemara CCO

En la actualidad los CCD se enshycuentran en todos los aparatos que utilizan imagen digital TV caacutemaras de video fotograacuteficas de moacutevil etc Tambieacuten estaacuten presentes en los telescopios modernos y en las misiones espaciales tanto como caacutema ra s de imagen directa como en espectroacutegrafos

Respuesta espectral del CCD

El acoplamiento de carga en el que se basa el CCD consiste en la

Carlos Cagigal Olay Ingeniero Industrial

transferencia colect iva de las carshygas eleacutectricas almacenadas en un elemento semiconductor a otro elemento adyacente mediante la ap licacioacuten de tensiones externas Estos dispositivos permiten el alshymacenamiento y tra nsferencia de informacioacuten analoacutegica muestreada en la forma de paquetes de carshyga

La estructura baacutesica de un CCD consiste en una red de electrodos espaciados miacutenimamente y deposhysitados en una capa dieleacutectrica de oacutexido de silicio Cada electrodo forma con el substrato un conden shysador MOS que bajo IJ influencia de una tensioacuten aplicada permite el almacenamiento de cargas eleacutectri shycas La aplicacioacuten de tensiones exshyternas con la secue ncia adecuada provoca la transferencia de las carshygas hasta la difusioacuten del colector donde la sentildeal es leiacuteda

Debido a las propiedades fotoshysensibles del si licio cuando eacuteste es irradiado por energiacutea corresponshydiente a luz visible o cercana al inshyfrarroJo (350 - 1100 nm) se crea n pares electroacuten - hueco debido a la incidencia de fotones Esta caracshyteriacutestica posibilita la utilizacioacuten del CCD como sensor luminoso en cuyo caso estaraacute formado por un conjunto de fotoelementos que recib iraacuten la radiacioacuten luminosa y generaraacuten una carga proporcioshynal a la misma Asociados a estos elementos existiraacuten una serie de registros de desplazamiento como los i3ntpriormentp descritos que alshymacenaraacuten estas cargas y las desshyplazaraacuten hacia la salida La canti shydad de cargas almacenada en cada pozo de potencial es proporcional a la iluminacioacuten del fotoelemento correspondiente lo que permite

10middot Longitud de lO ur onda (m)

ULlltA VIOLETA RA VOS X DUROS ONDAS DE RADIO Jbull bullbull1NFRRROJOS

MCROONDAS RAYOSXBlANDOS RAYOSGAlM-

Energi a de 1a diacioacuten(eV)

Figura 2 Espectro electromagneacutetico con indicacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten

al realizar una lectura en serie obshytener una sentildeal analoacutegica muesshytreada representativa de la imagen analizada Un paraacutemetro rnuy imshyportante del CCD como detector luminoso es la eficiencia cuaacutentica que se define como el nuacutemero de pares electroacuten-hueco leiacutedos por el dispositivo por cada fotoacuten incidenshyte Otro paraacutemetro influenciado por la energiacutea de la radiacioacuten es la funcioacuten de transferencia de modushylacioacuten que es la relacioacuten entre la diferencia entre los niveles blanco y negro de la salida y los niveles teoacuteshyriCos

En principio un sensor de imashygen de estado soacutelido presenta una sensibilidad aceptable entre 400 y 700 nm Para obtener una imagen en color se pueden utilizar dos teacutecshynicas Una de ellas es la de obteshyner tres imaacutegenes con tres f iltros uno para cada color para posteshyriormente procesarlas y obtener una imagen uacutenica y en color Otra opcioacuten es la de uti~izar un CCD en el que cada pixel tiene un filtro inshytegrado siguiendo un patroacuten que se asemeja a la respuesta del ojo humano Este uacuteltimo tipo de CCD imposibilita utilizarlo para otro tipo de medida monocromaacutetica o con otro coacutedigo de colores y la resoshylucioacuten del sensor disminuye Los colores maacutes utilizados son el rojo verde y azul

Fuera de la zona visible existen otro tipo de radiaciones con difeshyrentes energiacuteas y que forman el espectro electromagneacutetico Este se

divide en segmentos o bandas los cuales no tienen unos limites exacshytos y claramente definidos En la fishygura 2 se observa el espectro elecshytromagneacutetico con indicacioacuten de la longitud de onda y de la energiacutea correspondiente

El rango espectral en los senshysores de imagen de silicio estaacute lishymitado en las longitudes de onda largas alrededor de los 1100 nm donde la energiacutea de los fotones se hace maacutes pequentildea que el salto energeacutetico de banda (1 1 eV para el silicio) Para longitudes de onda menores que 400 nm (maacutes de 31 eV en silicio) se genera maacutes de un par electroacuten-hueco por fotoacuten IncIshydente

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten fuera del espectro visible se pueden consishyderar tres posibles situaciones en funcioacuten de la longitud de onda

bull Longitud de onda mayor de 1000 nm (espectro infrarrojo cershycano e infrarrojo) En estas longishytudes de onda el coeficiente de absorcioacuten del silicio es muy bajo y casi todos los fotones atraviesan la estructura sin ser absorbidos

bull Longitudes de onda entre 400 nm y 10 nm (radiacioacuten ultravioleta) En este caso ocurre lo contrario la absorcioacuten es tan alta que la mayor parte de los fotones son absorbishydos en las capas que se encuentran sobre el CCD

bull Longitud de onda menor de 10 nm (rayos X) El coeficiente de

absorcioacuten es comparable al exisshytente en la zona visible del especshytro pero la energiacutea de las partiacutecushylas es tan alta que puede dantildear el dispositivo

En la figura 3 se presenta la proshyfundidad de penetracioacuten de los foshytones en el silicio para los diferenshytes tipos de radiacioacuten y se pueden observar las tres zonas indicadas Para cada zona del espectro se han definido soluciones que mejoran la respuesta del CCD en el margen de longitudes de onda especiacutefico de cada aplicacioacuten

Medida de radiacioacuten infrarroja

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten en la zona del espectro infrarrojo se deben utilizar detectores de tipo barrera Schottky El principio de funcionashymiento de estos sensores aparece en la figura 4(a) Consiste en una capa de PtSi que se deposita sobre un substrato de silicio de tipo p Se ilumina el detector por su parte trashysera y se conecta a una salida del CCD de silicio La radiacioacuten IR se transmite a traveacutes del silicio y es abshysorbida en la capa de siliciuro Esta absorcioacuten genera una corriente los huecos se dirigen hacia el substrato y los electrones se desplazan hacia la salida del CCD Para asegurar la mejor respuesta posible este tipo de detectores utilizan una estructushyra denominada cavidad oacuteptica representada en la figura 4(b) Se

0-2

0-3

0-4

0-5

0-6

Rayos X uv

10-7

10-1 10deg 10 1 102 103

1

Longitud de onda (nm) Figura 3 Profundidad de penetracioacuten en el silicio de diferentes tipos de radiacioacuten en funcioacuten de su longitud de onda

antildeade una capa reflectora de alushyminio separada de la capa de PtSi por una capa dieleacutectrica con una anchura aproximadamente igual a un cuarto de la longitud de onda Esta construccioacuten maximiza la abshysorcioacuten oacuteptica en la capa de silishyciuro Se antildeade un recubrimiento antirreflectante en la parte trasera que puede llegar a mejorar la resshypuesta en un 30

Para la deteccioacuten de radiacioacuten infrarroja tambieacuten se han utilizado CCD basados en otros materiales diferentes al silicio como un CCD con InSb desarrollado en 1978 y que trabajaba entre 20 y 55 ~m

o un CCD de HgCdTe que permite ser ajustado para rangos de 1 a 25 ~m de 3 a 5 ~m y de 8 a 12 ~m

Medida de radiacioacuten ultravioleta

No solo el silicio sino que tamshybieacuten el oacutexido de silicio presentan un alto coeficiente de absorcioacuten para partiacuteculas con longitudes de onda en la zona ultravioleta del espectro Esta circunstancia provoshyca que sea complicado disentildear un detector de radiacioacuten UV ya que

cia en la zona verde del espectro con su maacuteximo alrededor de los 500 nm Asiacute se consigue extender la sensibilidad del CCD hasta 100 nm

bull Iluminacioacuten trasera En este caso la radiacioacuten incide directashymente sobre el si licio El problema que aparece es el transporte de las cargas generadas hacia la superfishycie delantera Para solucionarlo los CCD se estrechan de tal forma que la superficie trasera queda a una d istancia de 1 O ~m o menos de la superficie frontal El resultado es un dispositivo co n una mayor eficienshycia cuaacutentica (60 - 80) Este tipo de solucioacuten presenta inconvenienshytes respecto a la complicada tecnoshylogiacutea que requiere para conseguir una anchura tan pequentildea pasivarshylos y manejarlos lo cual conlleva un mayor coste

bull CCD de deplexioacuten profunda En este tipo de detectores se utilishyza un substrato poco dopado (alta resistividad) de tal forma que la zona de deplexioacuten se acerca a la zona trasera por donde se ilumina el CCD Esta estructura consigue no soacutelo evitar la absorcioacuten en las capas superiores sino que tambieacuten elimina el problema del estrechashymiento en los CCD con iluminacioacuten trasera y dopados convencionales Su mayor inconveniente es la coshyrriente de oscuridad que aumenta linealmente con el volumen de la zona de carga por lo que es con-

Aluminio

Dieleacutectrico Si0

PtSi

Substrato Si-p

Recub antireflectante

~ ~ Rooocoacute I

b

los fotones son absorbidos en las capas superiores del mismo Para evitar este problema existen varias soluciones

bull Deposicioacuten de un foacutesforo sensible a UV en la superficie del detector que convierta la seilal en una radiacioacuten con una longitud de onda adecuada a la respuesta esshypectral del CCD Uno de los foacutesfoshyros utilizados es el coronene que cuando es excitado con radiacioacuten con longitudes de onda menores de 400 nm produce fluorescenshy

a Figura 4 Seccioacuten de un detector IR de barrera Schottky (a) y variante del mismo con cavidad oacuteptica (b)

2

80

CCD

40 bull bull _

500 700 900 1100 I

veniente utilizar un dispositivo de refrigeracioacuten

En la f igura 5 se presenta la efishyciencia cuaacutentica de diferentes CCD con iluminacioacuten frontal iluminashycioacuten trasera y con recubrimiento UV

Longitud deonda (nm)

Figura 5 Eficiencia cuaacutentica de diferentes CCO para diferentes longitudes de onda

Medida de rayos X

Las aplicaciones de imagen de rayos X se pueden dividir en dos grandes grupos

bull Aplicaciones meacutedicas Se utilishyza radiacioacuten muy energeacutetica denoshyminada rayos X duros (gt 25 keV) y los paraacutemetros maacutes importantes son la resolucioacuten espacial y la inshytensidad

bull Espectroscopiacutea Se utilizan rashyyos X blandos de menor energiacutea laquo 1O keV) y ademaacutes de los dos paraacuteshymetros anteriores se considera la informacioacuten espectral

Los principales problemas que presentan ambos son una menor eficiencia cuaacutentica debido a la re-

combinacioacuten de portadores y a la radiacioacuten que atraviesa el detector sin ser absorbida y por otra parte una mala funcioacuten de transferencia de modulacioacuten debido a la difusioacuten de los portadores La solucioacuten a esshytos problemas es una iluminacioacuten trasera y substratos con alta resisshy

tividad Respecto a las aplicacioshy

nes espectroscoacutepicas se han disentildeado dispositivos CCD destinados a la medida de rashydiacioacuten de rayos X especialshymente entre 04 keV y 10 keV en campos como la cristaloshygrafiacutea investigacioacuten de plasshymas y astronomiacutea de rayos X las caracteriacutesticas principales de estos detectores son una buena resolucioacuten tanto espashycial como espectral ademaacutes de una alta eficiencia cuaacutentishy

ca Se pueden utilizar algunas de las teacutecnicas empleadas en los deshytectores de radiacioacuten UV para meshyjorar su rendimiento tales como la iluminacioacuten trasera o la deplexioacuten profunda Para proteger el detecshytor de otros tipos de radiacioacuten se apantalla con berilio o con alumishynio

Con este meacutetodo el fotoacuten se detecta cuando es absorbido en el silicio del CCD generando una cantidad de pares electroacuten-hueco Mientras en las regiones visible y ulshytravioleta se generaba un solo elecshytroacuten por cada fotoacuten en este caso se genera un nuacutemero de ellos que depende de la energiacutea del fotoacuten y que estaacute definido por la expresioacuten [Energiacutea del fotoacuten (eV)365]

En aplicaciones meacutedicas las alshytas energiacuteas pueden causar graves dantildeos en el dispositivo especialshy

mente en la interfaz Si-Si02 y en el oacutexido de silicio Los efectos sobre el CCD son un aumento de la coshyrriente de oscuridad y de su no-unishyformidad desplazamientos en las tensiones umbrales y un aumento de la ineficiencia de la transferenshycia de las cargas Por ello es imporshytante evitar la exposicioacuten directa del CCD a este tipo de partiacuteculas La solucioacuten consiste en utilizar un foacutesforo que convierta la radiacioacuten de rayos X en una sentildeal intermeshydia no peligrosa para el detector Es importante asegurar que no lieshyga ninguna partiacutecula de alta enershygiacutea al CCD Para ello se utiliza un tubo de imagen con una pantalla que estaraacute acoplada al CCD con un sistema de lentes o por medio de fibra oacuteptica

Como ejemplo de aplicacioacuten en el rango de los rayos X la mishysioacuten NeXT (New exploration X-ray Telescope) un sateacutelite japoneacutes de rayos X y gamma que estaacute previsshyto ser lanzado en 2013 lleva una caacutemara CCD para rayos X blandos que cubre un rango entre 05 y 20 keV Los rayos X blandos son abshysorbidos en el CCD mientras que los rayos X duros atraviesan el CCD y son absorbidos en una matriz de piacutexeles de CdTe

Los CCD siguen mostrando la capacidad de adaptarse a las nueshy

i

vas demandas en cuanto a rango espectral aumento de resolucioacuten y velocidad menores niveles de luz menores tamantildeos de piacutexeles etc y se mantienen como el principal tipo de detector en el campo de la astronomiacutea

Referencias 1 LJM Esser A Theuwissen Charge Coupled Devices Physics technology and Imaging Handbook on Semiconductors vol 4 Elsevier Science Publishers BV 1993 2 A Theuwissen Solid-State Imag ing with Charge-Coupled Devices Springer 1995 3 J T Bosiers_ l M Peters C Draijer A Theuwissen Technical challenges and recent progress in CCD imagers Nuclear Instruments and Methods in Physics Research seccioacuten A 565 pp 148-156 2006 4 T Takahashi K Makishima Y Fukazawa M Kokubun K Nakazawa M Nomachi H TaJima M Tashiro Y Terada Hard X-ray and Gamma-Ray Detectors for the NEXT mission New Astronomy Reviews vol 48 nO 1 pp 269-273 Elsevier 2004

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

MEDIDA DE DIFERENTES TIPOS

DE RADIACION CON CCD Existen muchos articulos y trabashy

jos donde se describe el funcionashymiento baacutesico de los CCD y se explishyca desde la perspectiva del usuario de una caacutemara la mejor forma de optimizar su rendimiento por medio del procedimiento de toma de imaacuteshygenes y del pmceso posterior de las mismas con un software adecuado En este artiacuteculo se ofrece una persshypectiva distinta se exponen las difeshyrentes configura ciones que presenta este tipo de dispositivo para medir radiaciones con distintas energias o lo que es lo mismo diferentes lonshygitudes de onda

El CCD como detector luminoso

Aunque los telescopios actuales no sean mucho maacutes grandes que los construidos en las uacuteltimas deacutecadas los astroacutenomos pueden observar objetos cientos de veces maacutes deacutebiles que los observados a mediados del siglo XX Esto es debido a las mejoshyras en la sensibilidad de los disposishytivos de deteccioacuten desarrolladas en las uacuteltimas deacutecadas las cuales han supuesto una auteacutentica revolucioacuten en la investigacioacuten astronoacutemica

En la actualidad los mejores detectores luminosos son los CCD (Charge-Coupled Device o disposishytivo de carga acoplada) Estos disshypositivos perm iten la deteccioacuten de una gran proporcioacuten de los fotones incidentes (normalmente maacutes de un 50) en un rango amplio de longitudes de onda desde el infrashyrrojo hasta los rayos X Como comshyparacioacuten los dispositivos fotograacutefishycos solamente detectan entre un 2 y un 3 yen un rango menor de longitudes de onda mientras que el ojo humano tiene una eficiencia deun 1

El detector de imagen CCD fue desarrollado en 1970 por los invesshyt igadores norteamericanos Boyle y Smith de los Laboratorios Be Inishycia lmente fue creado como un disshypositivo de memoria basado en un substrato semiconductor de silicio Se descubrioacute entonces su aplicacioacuten como detector sensible a la luz y se empezoacute a desarroll ar su aplicacioacuten en la astronomiacutea consigu ieacutendose en 1975 la primera imagen astroshynoacutemica con una caacutemara CCD en la que se observaba a Urano en el infrarrojo cercano (figura 1)

Figura 7 Fotografiacutea de Urano en el infrarrojo cercano Se trata de la primera imagen astronoacutemica de un objeto celeste con una caacutemara CCO

En la actualidad los CCD se enshycuentran en todos los aparatos que utilizan imagen digital TV caacutemaras de video fotograacuteficas de moacutevil etc Tambieacuten estaacuten presentes en los telescopios modernos y en las misiones espaciales tanto como caacutema ra s de imagen directa como en espectroacutegrafos

Respuesta espectral del CCD

El acoplamiento de carga en el que se basa el CCD consiste en la

Carlos Cagigal Olay Ingeniero Industrial

transferencia colect iva de las carshygas eleacutectricas almacenadas en un elemento semiconductor a otro elemento adyacente mediante la ap licacioacuten de tensiones externas Estos dispositivos permiten el alshymacenamiento y tra nsferencia de informacioacuten analoacutegica muestreada en la forma de paquetes de carshyga

La estructura baacutesica de un CCD consiste en una red de electrodos espaciados miacutenimamente y deposhysitados en una capa dieleacutectrica de oacutexido de silicio Cada electrodo forma con el substrato un conden shysador MOS que bajo IJ influencia de una tensioacuten aplicada permite el almacenamiento de cargas eleacutectri shycas La aplicacioacuten de tensiones exshyternas con la secue ncia adecuada provoca la transferencia de las carshygas hasta la difusioacuten del colector donde la sentildeal es leiacuteda

Debido a las propiedades fotoshysensibles del si licio cuando eacuteste es irradiado por energiacutea corresponshydiente a luz visible o cercana al inshyfrarroJo (350 - 1100 nm) se crea n pares electroacuten - hueco debido a la incidencia de fotones Esta caracshyteriacutestica posibilita la utilizacioacuten del CCD como sensor luminoso en cuyo caso estaraacute formado por un conjunto de fotoelementos que recib iraacuten la radiacioacuten luminosa y generaraacuten una carga proporcioshynal a la misma Asociados a estos elementos existiraacuten una serie de registros de desplazamiento como los i3ntpriormentp descritos que alshymacenaraacuten estas cargas y las desshyplazaraacuten hacia la salida La canti shydad de cargas almacenada en cada pozo de potencial es proporcional a la iluminacioacuten del fotoelemento correspondiente lo que permite

10middot Longitud de lO ur onda (m)

ULlltA VIOLETA RA VOS X DUROS ONDAS DE RADIO Jbull bullbull1NFRRROJOS

MCROONDAS RAYOSXBlANDOS RAYOSGAlM-

Energi a de 1a diacioacuten(eV)

Figura 2 Espectro electromagneacutetico con indicacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten

al realizar una lectura en serie obshytener una sentildeal analoacutegica muesshytreada representativa de la imagen analizada Un paraacutemetro rnuy imshyportante del CCD como detector luminoso es la eficiencia cuaacutentica que se define como el nuacutemero de pares electroacuten-hueco leiacutedos por el dispositivo por cada fotoacuten incidenshyte Otro paraacutemetro influenciado por la energiacutea de la radiacioacuten es la funcioacuten de transferencia de modushylacioacuten que es la relacioacuten entre la diferencia entre los niveles blanco y negro de la salida y los niveles teoacuteshyriCos

En principio un sensor de imashygen de estado soacutelido presenta una sensibilidad aceptable entre 400 y 700 nm Para obtener una imagen en color se pueden utilizar dos teacutecshynicas Una de ellas es la de obteshyner tres imaacutegenes con tres f iltros uno para cada color para posteshyriormente procesarlas y obtener una imagen uacutenica y en color Otra opcioacuten es la de uti~izar un CCD en el que cada pixel tiene un filtro inshytegrado siguiendo un patroacuten que se asemeja a la respuesta del ojo humano Este uacuteltimo tipo de CCD imposibilita utilizarlo para otro tipo de medida monocromaacutetica o con otro coacutedigo de colores y la resoshylucioacuten del sensor disminuye Los colores maacutes utilizados son el rojo verde y azul

Fuera de la zona visible existen otro tipo de radiaciones con difeshyrentes energiacuteas y que forman el espectro electromagneacutetico Este se

divide en segmentos o bandas los cuales no tienen unos limites exacshytos y claramente definidos En la fishygura 2 se observa el espectro elecshytromagneacutetico con indicacioacuten de la longitud de onda y de la energiacutea correspondiente

El rango espectral en los senshysores de imagen de silicio estaacute lishymitado en las longitudes de onda largas alrededor de los 1100 nm donde la energiacutea de los fotones se hace maacutes pequentildea que el salto energeacutetico de banda (1 1 eV para el silicio) Para longitudes de onda menores que 400 nm (maacutes de 31 eV en silicio) se genera maacutes de un par electroacuten-hueco por fotoacuten IncIshydente

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten fuera del espectro visible se pueden consishyderar tres posibles situaciones en funcioacuten de la longitud de onda

bull Longitud de onda mayor de 1000 nm (espectro infrarrojo cershycano e infrarrojo) En estas longishytudes de onda el coeficiente de absorcioacuten del silicio es muy bajo y casi todos los fotones atraviesan la estructura sin ser absorbidos

bull Longitudes de onda entre 400 nm y 10 nm (radiacioacuten ultravioleta) En este caso ocurre lo contrario la absorcioacuten es tan alta que la mayor parte de los fotones son absorbishydos en las capas que se encuentran sobre el CCD

bull Longitud de onda menor de 10 nm (rayos X) El coeficiente de

absorcioacuten es comparable al exisshytente en la zona visible del especshytro pero la energiacutea de las partiacutecushylas es tan alta que puede dantildear el dispositivo

En la figura 3 se presenta la proshyfundidad de penetracioacuten de los foshytones en el silicio para los diferenshytes tipos de radiacioacuten y se pueden observar las tres zonas indicadas Para cada zona del espectro se han definido soluciones que mejoran la respuesta del CCD en el margen de longitudes de onda especiacutefico de cada aplicacioacuten

Medida de radiacioacuten infrarroja

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten en la zona del espectro infrarrojo se deben utilizar detectores de tipo barrera Schottky El principio de funcionashymiento de estos sensores aparece en la figura 4(a) Consiste en una capa de PtSi que se deposita sobre un substrato de silicio de tipo p Se ilumina el detector por su parte trashysera y se conecta a una salida del CCD de silicio La radiacioacuten IR se transmite a traveacutes del silicio y es abshysorbida en la capa de siliciuro Esta absorcioacuten genera una corriente los huecos se dirigen hacia el substrato y los electrones se desplazan hacia la salida del CCD Para asegurar la mejor respuesta posible este tipo de detectores utilizan una estructushyra denominada cavidad oacuteptica representada en la figura 4(b) Se

0-2

0-3

0-4

0-5

0-6

Rayos X uv

10-7

10-1 10deg 10 1 102 103

1

Longitud de onda (nm) Figura 3 Profundidad de penetracioacuten en el silicio de diferentes tipos de radiacioacuten en funcioacuten de su longitud de onda

antildeade una capa reflectora de alushyminio separada de la capa de PtSi por una capa dieleacutectrica con una anchura aproximadamente igual a un cuarto de la longitud de onda Esta construccioacuten maximiza la abshysorcioacuten oacuteptica en la capa de silishyciuro Se antildeade un recubrimiento antirreflectante en la parte trasera que puede llegar a mejorar la resshypuesta en un 30

Para la deteccioacuten de radiacioacuten infrarroja tambieacuten se han utilizado CCD basados en otros materiales diferentes al silicio como un CCD con InSb desarrollado en 1978 y que trabajaba entre 20 y 55 ~m

o un CCD de HgCdTe que permite ser ajustado para rangos de 1 a 25 ~m de 3 a 5 ~m y de 8 a 12 ~m

Medida de radiacioacuten ultravioleta

No solo el silicio sino que tamshybieacuten el oacutexido de silicio presentan un alto coeficiente de absorcioacuten para partiacuteculas con longitudes de onda en la zona ultravioleta del espectro Esta circunstancia provoshyca que sea complicado disentildear un detector de radiacioacuten UV ya que

cia en la zona verde del espectro con su maacuteximo alrededor de los 500 nm Asiacute se consigue extender la sensibilidad del CCD hasta 100 nm

bull Iluminacioacuten trasera En este caso la radiacioacuten incide directashymente sobre el si licio El problema que aparece es el transporte de las cargas generadas hacia la superfishycie delantera Para solucionarlo los CCD se estrechan de tal forma que la superficie trasera queda a una d istancia de 1 O ~m o menos de la superficie frontal El resultado es un dispositivo co n una mayor eficienshycia cuaacutentica (60 - 80) Este tipo de solucioacuten presenta inconvenienshytes respecto a la complicada tecnoshylogiacutea que requiere para conseguir una anchura tan pequentildea pasivarshylos y manejarlos lo cual conlleva un mayor coste

bull CCD de deplexioacuten profunda En este tipo de detectores se utilishyza un substrato poco dopado (alta resistividad) de tal forma que la zona de deplexioacuten se acerca a la zona trasera por donde se ilumina el CCD Esta estructura consigue no soacutelo evitar la absorcioacuten en las capas superiores sino que tambieacuten elimina el problema del estrechashymiento en los CCD con iluminacioacuten trasera y dopados convencionales Su mayor inconveniente es la coshyrriente de oscuridad que aumenta linealmente con el volumen de la zona de carga por lo que es con-

Aluminio

Dieleacutectrico Si0

PtSi

Substrato Si-p

Recub antireflectante

~ ~ Rooocoacute I

b

los fotones son absorbidos en las capas superiores del mismo Para evitar este problema existen varias soluciones

bull Deposicioacuten de un foacutesforo sensible a UV en la superficie del detector que convierta la seilal en una radiacioacuten con una longitud de onda adecuada a la respuesta esshypectral del CCD Uno de los foacutesfoshyros utilizados es el coronene que cuando es excitado con radiacioacuten con longitudes de onda menores de 400 nm produce fluorescenshy

a Figura 4 Seccioacuten de un detector IR de barrera Schottky (a) y variante del mismo con cavidad oacuteptica (b)

2

80

CCD

40 bull bull _

500 700 900 1100 I

veniente utilizar un dispositivo de refrigeracioacuten

En la f igura 5 se presenta la efishyciencia cuaacutentica de diferentes CCD con iluminacioacuten frontal iluminashycioacuten trasera y con recubrimiento UV

Longitud deonda (nm)

Figura 5 Eficiencia cuaacutentica de diferentes CCO para diferentes longitudes de onda

Medida de rayos X

Las aplicaciones de imagen de rayos X se pueden dividir en dos grandes grupos

bull Aplicaciones meacutedicas Se utilishyza radiacioacuten muy energeacutetica denoshyminada rayos X duros (gt 25 keV) y los paraacutemetros maacutes importantes son la resolucioacuten espacial y la inshytensidad

bull Espectroscopiacutea Se utilizan rashyyos X blandos de menor energiacutea laquo 1O keV) y ademaacutes de los dos paraacuteshymetros anteriores se considera la informacioacuten espectral

Los principales problemas que presentan ambos son una menor eficiencia cuaacutentica debido a la re-

combinacioacuten de portadores y a la radiacioacuten que atraviesa el detector sin ser absorbida y por otra parte una mala funcioacuten de transferencia de modulacioacuten debido a la difusioacuten de los portadores La solucioacuten a esshytos problemas es una iluminacioacuten trasera y substratos con alta resisshy

tividad Respecto a las aplicacioshy

nes espectroscoacutepicas se han disentildeado dispositivos CCD destinados a la medida de rashydiacioacuten de rayos X especialshymente entre 04 keV y 10 keV en campos como la cristaloshygrafiacutea investigacioacuten de plasshymas y astronomiacutea de rayos X las caracteriacutesticas principales de estos detectores son una buena resolucioacuten tanto espashycial como espectral ademaacutes de una alta eficiencia cuaacutentishy

ca Se pueden utilizar algunas de las teacutecnicas empleadas en los deshytectores de radiacioacuten UV para meshyjorar su rendimiento tales como la iluminacioacuten trasera o la deplexioacuten profunda Para proteger el detecshytor de otros tipos de radiacioacuten se apantalla con berilio o con alumishynio

Con este meacutetodo el fotoacuten se detecta cuando es absorbido en el silicio del CCD generando una cantidad de pares electroacuten-hueco Mientras en las regiones visible y ulshytravioleta se generaba un solo elecshytroacuten por cada fotoacuten en este caso se genera un nuacutemero de ellos que depende de la energiacutea del fotoacuten y que estaacute definido por la expresioacuten [Energiacutea del fotoacuten (eV)365]

En aplicaciones meacutedicas las alshytas energiacuteas pueden causar graves dantildeos en el dispositivo especialshy

mente en la interfaz Si-Si02 y en el oacutexido de silicio Los efectos sobre el CCD son un aumento de la coshyrriente de oscuridad y de su no-unishyformidad desplazamientos en las tensiones umbrales y un aumento de la ineficiencia de la transferenshycia de las cargas Por ello es imporshytante evitar la exposicioacuten directa del CCD a este tipo de partiacuteculas La solucioacuten consiste en utilizar un foacutesforo que convierta la radiacioacuten de rayos X en una sentildeal intermeshydia no peligrosa para el detector Es importante asegurar que no lieshyga ninguna partiacutecula de alta enershygiacutea al CCD Para ello se utiliza un tubo de imagen con una pantalla que estaraacute acoplada al CCD con un sistema de lentes o por medio de fibra oacuteptica

Como ejemplo de aplicacioacuten en el rango de los rayos X la mishysioacuten NeXT (New exploration X-ray Telescope) un sateacutelite japoneacutes de rayos X y gamma que estaacute previsshyto ser lanzado en 2013 lleva una caacutemara CCD para rayos X blandos que cubre un rango entre 05 y 20 keV Los rayos X blandos son abshysorbidos en el CCD mientras que los rayos X duros atraviesan el CCD y son absorbidos en una matriz de piacutexeles de CdTe

Los CCD siguen mostrando la capacidad de adaptarse a las nueshy

i

vas demandas en cuanto a rango espectral aumento de resolucioacuten y velocidad menores niveles de luz menores tamantildeos de piacutexeles etc y se mantienen como el principal tipo de detector en el campo de la astronomiacutea

Referencias 1 LJM Esser A Theuwissen Charge Coupled Devices Physics technology and Imaging Handbook on Semiconductors vol 4 Elsevier Science Publishers BV 1993 2 A Theuwissen Solid-State Imag ing with Charge-Coupled Devices Springer 1995 3 J T Bosiers_ l M Peters C Draijer A Theuwissen Technical challenges and recent progress in CCD imagers Nuclear Instruments and Methods in Physics Research seccioacuten A 565 pp 148-156 2006 4 T Takahashi K Makishima Y Fukazawa M Kokubun K Nakazawa M Nomachi H TaJima M Tashiro Y Terada Hard X-ray and Gamma-Ray Detectors for the NEXT mission New Astronomy Reviews vol 48 nO 1 pp 269-273 Elsevier 2004

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

10middot Longitud de lO ur onda (m)

ULlltA VIOLETA RA VOS X DUROS ONDAS DE RADIO Jbull bullbull1NFRRROJOS

MCROONDAS RAYOSXBlANDOS RAYOSGAlM-

Energi a de 1a diacioacuten(eV)

Figura 2 Espectro electromagneacutetico con indicacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten

al realizar una lectura en serie obshytener una sentildeal analoacutegica muesshytreada representativa de la imagen analizada Un paraacutemetro rnuy imshyportante del CCD como detector luminoso es la eficiencia cuaacutentica que se define como el nuacutemero de pares electroacuten-hueco leiacutedos por el dispositivo por cada fotoacuten incidenshyte Otro paraacutemetro influenciado por la energiacutea de la radiacioacuten es la funcioacuten de transferencia de modushylacioacuten que es la relacioacuten entre la diferencia entre los niveles blanco y negro de la salida y los niveles teoacuteshyriCos

En principio un sensor de imashygen de estado soacutelido presenta una sensibilidad aceptable entre 400 y 700 nm Para obtener una imagen en color se pueden utilizar dos teacutecshynicas Una de ellas es la de obteshyner tres imaacutegenes con tres f iltros uno para cada color para posteshyriormente procesarlas y obtener una imagen uacutenica y en color Otra opcioacuten es la de uti~izar un CCD en el que cada pixel tiene un filtro inshytegrado siguiendo un patroacuten que se asemeja a la respuesta del ojo humano Este uacuteltimo tipo de CCD imposibilita utilizarlo para otro tipo de medida monocromaacutetica o con otro coacutedigo de colores y la resoshylucioacuten del sensor disminuye Los colores maacutes utilizados son el rojo verde y azul

Fuera de la zona visible existen otro tipo de radiaciones con difeshyrentes energiacuteas y que forman el espectro electromagneacutetico Este se

divide en segmentos o bandas los cuales no tienen unos limites exacshytos y claramente definidos En la fishygura 2 se observa el espectro elecshytromagneacutetico con indicacioacuten de la longitud de onda y de la energiacutea correspondiente

El rango espectral en los senshysores de imagen de silicio estaacute lishymitado en las longitudes de onda largas alrededor de los 1100 nm donde la energiacutea de los fotones se hace maacutes pequentildea que el salto energeacutetico de banda (1 1 eV para el silicio) Para longitudes de onda menores que 400 nm (maacutes de 31 eV en silicio) se genera maacutes de un par electroacuten-hueco por fotoacuten IncIshydente

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten fuera del espectro visible se pueden consishyderar tres posibles situaciones en funcioacuten de la longitud de onda

bull Longitud de onda mayor de 1000 nm (espectro infrarrojo cershycano e infrarrojo) En estas longishytudes de onda el coeficiente de absorcioacuten del silicio es muy bajo y casi todos los fotones atraviesan la estructura sin ser absorbidos

bull Longitudes de onda entre 400 nm y 10 nm (radiacioacuten ultravioleta) En este caso ocurre lo contrario la absorcioacuten es tan alta que la mayor parte de los fotones son absorbishydos en las capas que se encuentran sobre el CCD

bull Longitud de onda menor de 10 nm (rayos X) El coeficiente de

absorcioacuten es comparable al exisshytente en la zona visible del especshytro pero la energiacutea de las partiacutecushylas es tan alta que puede dantildear el dispositivo

En la figura 3 se presenta la proshyfundidad de penetracioacuten de los foshytones en el silicio para los diferenshytes tipos de radiacioacuten y se pueden observar las tres zonas indicadas Para cada zona del espectro se han definido soluciones que mejoran la respuesta del CCD en el margen de longitudes de onda especiacutefico de cada aplicacioacuten

Medida de radiacioacuten infrarroja

En aplicaciones donde se preshytende medir radiacioacuten en la zona del espectro infrarrojo se deben utilizar detectores de tipo barrera Schottky El principio de funcionashymiento de estos sensores aparece en la figura 4(a) Consiste en una capa de PtSi que se deposita sobre un substrato de silicio de tipo p Se ilumina el detector por su parte trashysera y se conecta a una salida del CCD de silicio La radiacioacuten IR se transmite a traveacutes del silicio y es abshysorbida en la capa de siliciuro Esta absorcioacuten genera una corriente los huecos se dirigen hacia el substrato y los electrones se desplazan hacia la salida del CCD Para asegurar la mejor respuesta posible este tipo de detectores utilizan una estructushyra denominada cavidad oacuteptica representada en la figura 4(b) Se

0-2

0-3

0-4

0-5

0-6

Rayos X uv

10-7

10-1 10deg 10 1 102 103

1

Longitud de onda (nm) Figura 3 Profundidad de penetracioacuten en el silicio de diferentes tipos de radiacioacuten en funcioacuten de su longitud de onda

antildeade una capa reflectora de alushyminio separada de la capa de PtSi por una capa dieleacutectrica con una anchura aproximadamente igual a un cuarto de la longitud de onda Esta construccioacuten maximiza la abshysorcioacuten oacuteptica en la capa de silishyciuro Se antildeade un recubrimiento antirreflectante en la parte trasera que puede llegar a mejorar la resshypuesta en un 30

Para la deteccioacuten de radiacioacuten infrarroja tambieacuten se han utilizado CCD basados en otros materiales diferentes al silicio como un CCD con InSb desarrollado en 1978 y que trabajaba entre 20 y 55 ~m

o un CCD de HgCdTe que permite ser ajustado para rangos de 1 a 25 ~m de 3 a 5 ~m y de 8 a 12 ~m

Medida de radiacioacuten ultravioleta

No solo el silicio sino que tamshybieacuten el oacutexido de silicio presentan un alto coeficiente de absorcioacuten para partiacuteculas con longitudes de onda en la zona ultravioleta del espectro Esta circunstancia provoshyca que sea complicado disentildear un detector de radiacioacuten UV ya que

cia en la zona verde del espectro con su maacuteximo alrededor de los 500 nm Asiacute se consigue extender la sensibilidad del CCD hasta 100 nm

bull Iluminacioacuten trasera En este caso la radiacioacuten incide directashymente sobre el si licio El problema que aparece es el transporte de las cargas generadas hacia la superfishycie delantera Para solucionarlo los CCD se estrechan de tal forma que la superficie trasera queda a una d istancia de 1 O ~m o menos de la superficie frontal El resultado es un dispositivo co n una mayor eficienshycia cuaacutentica (60 - 80) Este tipo de solucioacuten presenta inconvenienshytes respecto a la complicada tecnoshylogiacutea que requiere para conseguir una anchura tan pequentildea pasivarshylos y manejarlos lo cual conlleva un mayor coste

bull CCD de deplexioacuten profunda En este tipo de detectores se utilishyza un substrato poco dopado (alta resistividad) de tal forma que la zona de deplexioacuten se acerca a la zona trasera por donde se ilumina el CCD Esta estructura consigue no soacutelo evitar la absorcioacuten en las capas superiores sino que tambieacuten elimina el problema del estrechashymiento en los CCD con iluminacioacuten trasera y dopados convencionales Su mayor inconveniente es la coshyrriente de oscuridad que aumenta linealmente con el volumen de la zona de carga por lo que es con-

Aluminio

Dieleacutectrico Si0

PtSi

Substrato Si-p

Recub antireflectante

~ ~ Rooocoacute I

b

los fotones son absorbidos en las capas superiores del mismo Para evitar este problema existen varias soluciones

bull Deposicioacuten de un foacutesforo sensible a UV en la superficie del detector que convierta la seilal en una radiacioacuten con una longitud de onda adecuada a la respuesta esshypectral del CCD Uno de los foacutesfoshyros utilizados es el coronene que cuando es excitado con radiacioacuten con longitudes de onda menores de 400 nm produce fluorescenshy

a Figura 4 Seccioacuten de un detector IR de barrera Schottky (a) y variante del mismo con cavidad oacuteptica (b)

2

80

CCD

40 bull bull _

500 700 900 1100 I

veniente utilizar un dispositivo de refrigeracioacuten

En la f igura 5 se presenta la efishyciencia cuaacutentica de diferentes CCD con iluminacioacuten frontal iluminashycioacuten trasera y con recubrimiento UV

Longitud deonda (nm)

Figura 5 Eficiencia cuaacutentica de diferentes CCO para diferentes longitudes de onda

Medida de rayos X

Las aplicaciones de imagen de rayos X se pueden dividir en dos grandes grupos

bull Aplicaciones meacutedicas Se utilishyza radiacioacuten muy energeacutetica denoshyminada rayos X duros (gt 25 keV) y los paraacutemetros maacutes importantes son la resolucioacuten espacial y la inshytensidad

bull Espectroscopiacutea Se utilizan rashyyos X blandos de menor energiacutea laquo 1O keV) y ademaacutes de los dos paraacuteshymetros anteriores se considera la informacioacuten espectral

Los principales problemas que presentan ambos son una menor eficiencia cuaacutentica debido a la re-

combinacioacuten de portadores y a la radiacioacuten que atraviesa el detector sin ser absorbida y por otra parte una mala funcioacuten de transferencia de modulacioacuten debido a la difusioacuten de los portadores La solucioacuten a esshytos problemas es una iluminacioacuten trasera y substratos con alta resisshy

tividad Respecto a las aplicacioshy

nes espectroscoacutepicas se han disentildeado dispositivos CCD destinados a la medida de rashydiacioacuten de rayos X especialshymente entre 04 keV y 10 keV en campos como la cristaloshygrafiacutea investigacioacuten de plasshymas y astronomiacutea de rayos X las caracteriacutesticas principales de estos detectores son una buena resolucioacuten tanto espashycial como espectral ademaacutes de una alta eficiencia cuaacutentishy

ca Se pueden utilizar algunas de las teacutecnicas empleadas en los deshytectores de radiacioacuten UV para meshyjorar su rendimiento tales como la iluminacioacuten trasera o la deplexioacuten profunda Para proteger el detecshytor de otros tipos de radiacioacuten se apantalla con berilio o con alumishynio

Con este meacutetodo el fotoacuten se detecta cuando es absorbido en el silicio del CCD generando una cantidad de pares electroacuten-hueco Mientras en las regiones visible y ulshytravioleta se generaba un solo elecshytroacuten por cada fotoacuten en este caso se genera un nuacutemero de ellos que depende de la energiacutea del fotoacuten y que estaacute definido por la expresioacuten [Energiacutea del fotoacuten (eV)365]

En aplicaciones meacutedicas las alshytas energiacuteas pueden causar graves dantildeos en el dispositivo especialshy

mente en la interfaz Si-Si02 y en el oacutexido de silicio Los efectos sobre el CCD son un aumento de la coshyrriente de oscuridad y de su no-unishyformidad desplazamientos en las tensiones umbrales y un aumento de la ineficiencia de la transferenshycia de las cargas Por ello es imporshytante evitar la exposicioacuten directa del CCD a este tipo de partiacuteculas La solucioacuten consiste en utilizar un foacutesforo que convierta la radiacioacuten de rayos X en una sentildeal intermeshydia no peligrosa para el detector Es importante asegurar que no lieshyga ninguna partiacutecula de alta enershygiacutea al CCD Para ello se utiliza un tubo de imagen con una pantalla que estaraacute acoplada al CCD con un sistema de lentes o por medio de fibra oacuteptica

Como ejemplo de aplicacioacuten en el rango de los rayos X la mishysioacuten NeXT (New exploration X-ray Telescope) un sateacutelite japoneacutes de rayos X y gamma que estaacute previsshyto ser lanzado en 2013 lleva una caacutemara CCD para rayos X blandos que cubre un rango entre 05 y 20 keV Los rayos X blandos son abshysorbidos en el CCD mientras que los rayos X duros atraviesan el CCD y son absorbidos en una matriz de piacutexeles de CdTe

Los CCD siguen mostrando la capacidad de adaptarse a las nueshy

i

vas demandas en cuanto a rango espectral aumento de resolucioacuten y velocidad menores niveles de luz menores tamantildeos de piacutexeles etc y se mantienen como el principal tipo de detector en el campo de la astronomiacutea

Referencias 1 LJM Esser A Theuwissen Charge Coupled Devices Physics technology and Imaging Handbook on Semiconductors vol 4 Elsevier Science Publishers BV 1993 2 A Theuwissen Solid-State Imag ing with Charge-Coupled Devices Springer 1995 3 J T Bosiers_ l M Peters C Draijer A Theuwissen Technical challenges and recent progress in CCD imagers Nuclear Instruments and Methods in Physics Research seccioacuten A 565 pp 148-156 2006 4 T Takahashi K Makishima Y Fukazawa M Kokubun K Nakazawa M Nomachi H TaJima M Tashiro Y Terada Hard X-ray and Gamma-Ray Detectors for the NEXT mission New Astronomy Reviews vol 48 nO 1 pp 269-273 Elsevier 2004

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

0-2

0-3

0-4

0-5

0-6

Rayos X uv

10-7

10-1 10deg 10 1 102 103

1

Longitud de onda (nm) Figura 3 Profundidad de penetracioacuten en el silicio de diferentes tipos de radiacioacuten en funcioacuten de su longitud de onda

antildeade una capa reflectora de alushyminio separada de la capa de PtSi por una capa dieleacutectrica con una anchura aproximadamente igual a un cuarto de la longitud de onda Esta construccioacuten maximiza la abshysorcioacuten oacuteptica en la capa de silishyciuro Se antildeade un recubrimiento antirreflectante en la parte trasera que puede llegar a mejorar la resshypuesta en un 30

Para la deteccioacuten de radiacioacuten infrarroja tambieacuten se han utilizado CCD basados en otros materiales diferentes al silicio como un CCD con InSb desarrollado en 1978 y que trabajaba entre 20 y 55 ~m

o un CCD de HgCdTe que permite ser ajustado para rangos de 1 a 25 ~m de 3 a 5 ~m y de 8 a 12 ~m

Medida de radiacioacuten ultravioleta

No solo el silicio sino que tamshybieacuten el oacutexido de silicio presentan un alto coeficiente de absorcioacuten para partiacuteculas con longitudes de onda en la zona ultravioleta del espectro Esta circunstancia provoshyca que sea complicado disentildear un detector de radiacioacuten UV ya que

cia en la zona verde del espectro con su maacuteximo alrededor de los 500 nm Asiacute se consigue extender la sensibilidad del CCD hasta 100 nm

bull Iluminacioacuten trasera En este caso la radiacioacuten incide directashymente sobre el si licio El problema que aparece es el transporte de las cargas generadas hacia la superfishycie delantera Para solucionarlo los CCD se estrechan de tal forma que la superficie trasera queda a una d istancia de 1 O ~m o menos de la superficie frontal El resultado es un dispositivo co n una mayor eficienshycia cuaacutentica (60 - 80) Este tipo de solucioacuten presenta inconvenienshytes respecto a la complicada tecnoshylogiacutea que requiere para conseguir una anchura tan pequentildea pasivarshylos y manejarlos lo cual conlleva un mayor coste

bull CCD de deplexioacuten profunda En este tipo de detectores se utilishyza un substrato poco dopado (alta resistividad) de tal forma que la zona de deplexioacuten se acerca a la zona trasera por donde se ilumina el CCD Esta estructura consigue no soacutelo evitar la absorcioacuten en las capas superiores sino que tambieacuten elimina el problema del estrechashymiento en los CCD con iluminacioacuten trasera y dopados convencionales Su mayor inconveniente es la coshyrriente de oscuridad que aumenta linealmente con el volumen de la zona de carga por lo que es con-

Aluminio

Dieleacutectrico Si0

PtSi

Substrato Si-p

Recub antireflectante

~ ~ Rooocoacute I

b

los fotones son absorbidos en las capas superiores del mismo Para evitar este problema existen varias soluciones

bull Deposicioacuten de un foacutesforo sensible a UV en la superficie del detector que convierta la seilal en una radiacioacuten con una longitud de onda adecuada a la respuesta esshypectral del CCD Uno de los foacutesfoshyros utilizados es el coronene que cuando es excitado con radiacioacuten con longitudes de onda menores de 400 nm produce fluorescenshy

a Figura 4 Seccioacuten de un detector IR de barrera Schottky (a) y variante del mismo con cavidad oacuteptica (b)

2

80

CCD

40 bull bull _

500 700 900 1100 I

veniente utilizar un dispositivo de refrigeracioacuten

En la f igura 5 se presenta la efishyciencia cuaacutentica de diferentes CCD con iluminacioacuten frontal iluminashycioacuten trasera y con recubrimiento UV

Longitud deonda (nm)

Figura 5 Eficiencia cuaacutentica de diferentes CCO para diferentes longitudes de onda

Medida de rayos X

Las aplicaciones de imagen de rayos X se pueden dividir en dos grandes grupos

bull Aplicaciones meacutedicas Se utilishyza radiacioacuten muy energeacutetica denoshyminada rayos X duros (gt 25 keV) y los paraacutemetros maacutes importantes son la resolucioacuten espacial y la inshytensidad

bull Espectroscopiacutea Se utilizan rashyyos X blandos de menor energiacutea laquo 1O keV) y ademaacutes de los dos paraacuteshymetros anteriores se considera la informacioacuten espectral

Los principales problemas que presentan ambos son una menor eficiencia cuaacutentica debido a la re-

combinacioacuten de portadores y a la radiacioacuten que atraviesa el detector sin ser absorbida y por otra parte una mala funcioacuten de transferencia de modulacioacuten debido a la difusioacuten de los portadores La solucioacuten a esshytos problemas es una iluminacioacuten trasera y substratos con alta resisshy

tividad Respecto a las aplicacioshy

nes espectroscoacutepicas se han disentildeado dispositivos CCD destinados a la medida de rashydiacioacuten de rayos X especialshymente entre 04 keV y 10 keV en campos como la cristaloshygrafiacutea investigacioacuten de plasshymas y astronomiacutea de rayos X las caracteriacutesticas principales de estos detectores son una buena resolucioacuten tanto espashycial como espectral ademaacutes de una alta eficiencia cuaacutentishy

ca Se pueden utilizar algunas de las teacutecnicas empleadas en los deshytectores de radiacioacuten UV para meshyjorar su rendimiento tales como la iluminacioacuten trasera o la deplexioacuten profunda Para proteger el detecshytor de otros tipos de radiacioacuten se apantalla con berilio o con alumishynio

Con este meacutetodo el fotoacuten se detecta cuando es absorbido en el silicio del CCD generando una cantidad de pares electroacuten-hueco Mientras en las regiones visible y ulshytravioleta se generaba un solo elecshytroacuten por cada fotoacuten en este caso se genera un nuacutemero de ellos que depende de la energiacutea del fotoacuten y que estaacute definido por la expresioacuten [Energiacutea del fotoacuten (eV)365]

En aplicaciones meacutedicas las alshytas energiacuteas pueden causar graves dantildeos en el dispositivo especialshy

mente en la interfaz Si-Si02 y en el oacutexido de silicio Los efectos sobre el CCD son un aumento de la coshyrriente de oscuridad y de su no-unishyformidad desplazamientos en las tensiones umbrales y un aumento de la ineficiencia de la transferenshycia de las cargas Por ello es imporshytante evitar la exposicioacuten directa del CCD a este tipo de partiacuteculas La solucioacuten consiste en utilizar un foacutesforo que convierta la radiacioacuten de rayos X en una sentildeal intermeshydia no peligrosa para el detector Es importante asegurar que no lieshyga ninguna partiacutecula de alta enershygiacutea al CCD Para ello se utiliza un tubo de imagen con una pantalla que estaraacute acoplada al CCD con un sistema de lentes o por medio de fibra oacuteptica

Como ejemplo de aplicacioacuten en el rango de los rayos X la mishysioacuten NeXT (New exploration X-ray Telescope) un sateacutelite japoneacutes de rayos X y gamma que estaacute previsshyto ser lanzado en 2013 lleva una caacutemara CCD para rayos X blandos que cubre un rango entre 05 y 20 keV Los rayos X blandos son abshysorbidos en el CCD mientras que los rayos X duros atraviesan el CCD y son absorbidos en una matriz de piacutexeles de CdTe

Los CCD siguen mostrando la capacidad de adaptarse a las nueshy

i

vas demandas en cuanto a rango espectral aumento de resolucioacuten y velocidad menores niveles de luz menores tamantildeos de piacutexeles etc y se mantienen como el principal tipo de detector en el campo de la astronomiacutea

Referencias 1 LJM Esser A Theuwissen Charge Coupled Devices Physics technology and Imaging Handbook on Semiconductors vol 4 Elsevier Science Publishers BV 1993 2 A Theuwissen Solid-State Imag ing with Charge-Coupled Devices Springer 1995 3 J T Bosiers_ l M Peters C Draijer A Theuwissen Technical challenges and recent progress in CCD imagers Nuclear Instruments and Methods in Physics Research seccioacuten A 565 pp 148-156 2006 4 T Takahashi K Makishima Y Fukazawa M Kokubun K Nakazawa M Nomachi H TaJima M Tashiro Y Terada Hard X-ray and Gamma-Ray Detectors for the NEXT mission New Astronomy Reviews vol 48 nO 1 pp 269-273 Elsevier 2004

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

80

CCD

40 bull bull _

500 700 900 1100 I

veniente utilizar un dispositivo de refrigeracioacuten

En la f igura 5 se presenta la efishyciencia cuaacutentica de diferentes CCD con iluminacioacuten frontal iluminashycioacuten trasera y con recubrimiento UV

Longitud deonda (nm)

Figura 5 Eficiencia cuaacutentica de diferentes CCO para diferentes longitudes de onda

Medida de rayos X

Las aplicaciones de imagen de rayos X se pueden dividir en dos grandes grupos

bull Aplicaciones meacutedicas Se utilishyza radiacioacuten muy energeacutetica denoshyminada rayos X duros (gt 25 keV) y los paraacutemetros maacutes importantes son la resolucioacuten espacial y la inshytensidad

bull Espectroscopiacutea Se utilizan rashyyos X blandos de menor energiacutea laquo 1O keV) y ademaacutes de los dos paraacuteshymetros anteriores se considera la informacioacuten espectral

Los principales problemas que presentan ambos son una menor eficiencia cuaacutentica debido a la re-

combinacioacuten de portadores y a la radiacioacuten que atraviesa el detector sin ser absorbida y por otra parte una mala funcioacuten de transferencia de modulacioacuten debido a la difusioacuten de los portadores La solucioacuten a esshytos problemas es una iluminacioacuten trasera y substratos con alta resisshy

tividad Respecto a las aplicacioshy

nes espectroscoacutepicas se han disentildeado dispositivos CCD destinados a la medida de rashydiacioacuten de rayos X especialshymente entre 04 keV y 10 keV en campos como la cristaloshygrafiacutea investigacioacuten de plasshymas y astronomiacutea de rayos X las caracteriacutesticas principales de estos detectores son una buena resolucioacuten tanto espashycial como espectral ademaacutes de una alta eficiencia cuaacutentishy

ca Se pueden utilizar algunas de las teacutecnicas empleadas en los deshytectores de radiacioacuten UV para meshyjorar su rendimiento tales como la iluminacioacuten trasera o la deplexioacuten profunda Para proteger el detecshytor de otros tipos de radiacioacuten se apantalla con berilio o con alumishynio

Con este meacutetodo el fotoacuten se detecta cuando es absorbido en el silicio del CCD generando una cantidad de pares electroacuten-hueco Mientras en las regiones visible y ulshytravioleta se generaba un solo elecshytroacuten por cada fotoacuten en este caso se genera un nuacutemero de ellos que depende de la energiacutea del fotoacuten y que estaacute definido por la expresioacuten [Energiacutea del fotoacuten (eV)365]

En aplicaciones meacutedicas las alshytas energiacuteas pueden causar graves dantildeos en el dispositivo especialshy

mente en la interfaz Si-Si02 y en el oacutexido de silicio Los efectos sobre el CCD son un aumento de la coshyrriente de oscuridad y de su no-unishyformidad desplazamientos en las tensiones umbrales y un aumento de la ineficiencia de la transferenshycia de las cargas Por ello es imporshytante evitar la exposicioacuten directa del CCD a este tipo de partiacuteculas La solucioacuten consiste en utilizar un foacutesforo que convierta la radiacioacuten de rayos X en una sentildeal intermeshydia no peligrosa para el detector Es importante asegurar que no lieshyga ninguna partiacutecula de alta enershygiacutea al CCD Para ello se utiliza un tubo de imagen con una pantalla que estaraacute acoplada al CCD con un sistema de lentes o por medio de fibra oacuteptica

Como ejemplo de aplicacioacuten en el rango de los rayos X la mishysioacuten NeXT (New exploration X-ray Telescope) un sateacutelite japoneacutes de rayos X y gamma que estaacute previsshyto ser lanzado en 2013 lleva una caacutemara CCD para rayos X blandos que cubre un rango entre 05 y 20 keV Los rayos X blandos son abshysorbidos en el CCD mientras que los rayos X duros atraviesan el CCD y son absorbidos en una matriz de piacutexeles de CdTe

Los CCD siguen mostrando la capacidad de adaptarse a las nueshy

i

vas demandas en cuanto a rango espectral aumento de resolucioacuten y velocidad menores niveles de luz menores tamantildeos de piacutexeles etc y se mantienen como el principal tipo de detector en el campo de la astronomiacutea

Referencias 1 LJM Esser A Theuwissen Charge Coupled Devices Physics technology and Imaging Handbook on Semiconductors vol 4 Elsevier Science Publishers BV 1993 2 A Theuwissen Solid-State Imag ing with Charge-Coupled Devices Springer 1995 3 J T Bosiers_ l M Peters C Draijer A Theuwissen Technical challenges and recent progress in CCD imagers Nuclear Instruments and Methods in Physics Research seccioacuten A 565 pp 148-156 2006 4 T Takahashi K Makishima Y Fukazawa M Kokubun K Nakazawa M Nomachi H TaJima M Tashiro Y Terada Hard X-ray and Gamma-Ray Detectors for the NEXT mission New Astronomy Reviews vol 48 nO 1 pp 269-273 Elsevier 2004

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

LA UNIFICACION DE FUERZAS

Todos los objetos creados inteshyracc ionan entre siacute y la ca usa es la tremenda energiacutea que fue lanzada al universo con el Big Bang hace 13700 millones de antildeos Esa enershygiacutea es la que sirve para que los plashynetas giren alrededor de una estreshylla o para formar las galaxias

La interaccioacuten de los composhynentes baacutesicos de la materia se realiza mediante la s cuatro fuershyzas fundamentales de la naturaleshyza las cuales se diferencian entre siacute mediante partiacuteculas intermediarias llamadas bosones que originan los efectos que conocemos

La fuerza gravitatoria es extreshymadamente deacutebil entre objetos minuacutesculos pero detectable y meshydible es responsable del equilibrio planetario y su alcance es infinito Se supone que estaacute regida por meshysones hasta ahora desconocidos llamados gravitones

La fuerza deacutebil es la que induce la desintegracioacuten de las partiacuteculas y nuacutecleos atoacutemicos y estaacute regida por los bosones W y z Su alcance es extraordinariamente corto del orden de diezmilloneacutesimas de mishyliacutemetro

La electromagneacutetica relaciona las partiacuteculas con carga eleacutectrica y estaacute regida por el fotoacuten que no tiene masa Es la seg unda fuerza maacutes fuerte y su alcance es infinishyto

Por uacuteltimo la fuerte mantiene unidos los nucleones (protoacuten y neutroacuten) y estaacute regida por bosones llamados gluones que cohesionan los quarks Como su nombre indishyca es la maacutes fuerte y su alcance es algo superior al de la fuerza deacutebil

Las cuatro fuerzas existentes en el universo parecen muy distintas

pero vistas maacutes de cerca muesshytran rasgos similares Al nivel de leptones (partiacuteculas ligeras como electrones y quarks) todas tienen sorprendentemente una forma simple y uacutenica Todas responden al intercambio de partiacuteculas vectoshyriales el fotoacuten los bosones W y Z Y los gluones Por ello se investiga la existencia de un mecanismo coshymuacuten que da lugar a todas ellas lo que confirmariacutea que no son sino distintas manifestaciones de una sola

El objetivo que se persigue es el descubrimiento de ese mecashynismo que explicariacutea la unificacioacuten de fuerzas Si esto se consiguiese se podriacutea entender coacutemo actuacutean y formular las ecuaciones que las expresan Recordemos que cuanshydo James C Maxwell ([dimburgo 1831-1874) formuloacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre hace maacutes de un siglo demostratishyvas de que la electricidad el magshynetismo y hasta la luz no son sino manifestaciones del mismo fenoacuteshymeno el campo electromagneacutetico regido por el fotoacuten permitieron disentildear motores transformadores potencias etc La gran unificacioacuten que integrariacutea en un solo conjunshyto teoacuterico las cuatro fuerzas de la naturaleza significariacutea que contashyriacuteamos con una teoriacutea completa del universo Ello presupone que cuando se produjo el Big Bang la energiacutea era uacutenica y que fue difeshyrenciaacutendose a medida que se enshyfriaba el universo

Sin embargo a juicio del fiacutesishyco Abdus Salam la teoriacutea de gran unificacioacuten no va a ser posible contrastarla con la experimentashycioacuten porque hariacutea falta un aceleshyrador de partiacuteculas del tamantildeo de

Piacuteo Moa Banga Escritor

diez antildeos luz para poder efectuar la demostracioacuten

El primer paso despueacutes de Maxwell se debe a los fiacutesicos Abshydus Salam (PunJab Pakistaacuten 1926shy1996) Steve Weinberg (Nueva York 1933) y Sheldon Glashow (Nueva York 1932) al elaborar una teoriacutea que unificaba la fuerza elecshytromagneacutetica y la fuerza deacutebil en una sola la fuerza electrodeacutebil que rige los fenoacutemenos de la rashydiactividad Para Sa lam la fuerza electrodeacutebil es la verdadera fuerza de la vida toda vez que determina la configuracioacuten de las moleacuteculas bioloacuteg icas

Cuando Salam y Glashow inshyvestigaban independientemente para unificar el electromagnetismo y la fuerza deacutebil en una fuerza sushyperior la electrodeacutebil ambos se toshyparon con un problema al parecer insoluble Aun cuando los resultashydos podrlan hermanarse existiacutean grandes discrepancias entre las partiacuteculas que transportaban dicha fuerza los fotones no tienen masa pero las partiacuteculas hipoteacuteticas que transportaban la fuerza deacutebil tenshydriacutean que ser muy pesadas y sus ecuaciones deciacutean todo lo contrashyrio En unos niveles tan profundos dichas partiacuteculas no deberiacutean tener masa Fue entonces cuando el fiacutesishyco escoceacutes Peter Higgs (Edimburgo 1929) entroacute en escena En 1964 declaroacute que habiacutea tenido una gran idea Imaginoacute queacute podriacutea ocurrir si pudiera existir un tipo especial de campo (un campo es una regioacuten en el espacio sometida a la influencia de una fuerza) ideashydo por eacutel en la realidad y enconshytroacute que si se apliccJba en eacutel una teoriacutea anaacuteloga a la propuesta por Salam y Glashow las partiacuteculas en

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

las ecuaciones originales se comshyportaban de un modo extrantildeo Comenzaban por una masa cero y despueacutes devoraban otras partiacuteshyculas no deseadas en el campo y surgiacutean con masa Estas partiacuteculas caniacutebales predichas por Salam y Glashow resultaron ser los bososhynes W y Z descubiertos en 1983 en el CERN por un equipo encabezashydo por Cario Rubbia (Gorizia Italia 1934) lo que le valioacute el Nobel de Fiacutesica del antildeo siguiente comparshytido por Simon van der Meer (La Haya 1925)

Los caacutelculos matemaacuteticos de Higgs le habiacutean proporcionado la clave para explicar de forma razoshynable el porqueacute una partiacutecula pesa algo en lugar de nada es decir el origen de la masa La teoriacutea le pashyrecioacute a Glashow una idea loca y el fiacutesico escoceacutes lo pasoacute mal hasshyta que los editores publicaron los resultados Me dijeron comenshytoacute que mi trabajo era irrelevante para la Fiacutesica Sin embargo resurshygioacute gracias a los trabajos que en los antildeos sesenta realizoacute Weinberg Las huidizas partiacuteculas proporcionashyban la explicacioacuten de que la fuerza electromagneacutetica y la deacutebil podiacutean ser vistas como una sola

Imagen del LHC en el CERN

La teoriacutea electrodeacutebil tiene por ahora un fallo y es que no se ha podido comprobar la existencia de la famosa partiacutecula Higgs Precisashymente detectar su naturaleza es uno de los principales desafiacuteos del LHC de Ginebra

La ansiada partiacutecula subatoacuteshymica podriacutea cambiar el concepto del vaciacuteo que a Juicio de muchos cientiacuteficos no estaacute completamente vaciacuteo valga la paradoja Esto explishycariacutea fenoacutemenos muy importantes Por ejemplo si entre el Sol y la Tieshyrra hay una distancia de 150 mishyllones de kiloacutemetros sin nada por queacute ambos astros se reconocen y nuestro planeta sabe en que sentishydo tiene que girar para realizar una oacuterbita perfecta Otro tanto puede decirse del electroacuten girando alredeshydor de un protoacuten Nuestro cuerpo estaacute hecho de tal manera que toshydos los electrones siguen caminos muy precisos Si no no seriacuteamos lo que somos Nos dispersariacuteamos en el espacio

Entre los protones y los electroshynes hay un vaciacuteo iquestQueacute es entonshyces lo que transmite este orden 7

La partiacutecula Higgs aclarariacutea la natushyraleza del vaciacuteo Sabriacuteamos si estaacute

poblado de partiacuteculas virtuales en fluctuacioacuten que aparecen y desshyaparecen Estas continuas fluctuashyciones que no podemos detectar seriacutean las responsables de la transshymisioacuten de las fuerzas Por tanto el vaciacuteo no seriacutea tal Uacutenicamente tenshydriacutea un nivel de energiacutea maacutes bajo

Para que en el modelo Estanshydar las partiacuteculas tengan masa hay que aceptar la validez del mecashynismo de Higgs seguacuten el cua l las partiacuteculas todos los objetos nososhytros mismos adquirimos masa por encontrarnos en el vaciacuteo por inteshyracciones con el mismo porque el vaciacuteo estariacutea lleno de un eacuteter que son los campos de Higgs Es en cierta medida el proceso inverso al que interpreta el principio de Arshyquiacutemedes Los objetos sumergidos en otros medios como el agua pierden peso Encontrar el bosoacuten de Higgs seriacutea un gran paso para el entendimiento de la fiacutesica

Los intentos maacutes recientes de explicar la ansiada unificacioacuten de fuerzas se relacionan con la teoriacutea de Supersimetriacutea y de Cuerdas amshybas expuestas con brillantez por la doctora Esther Peacuterez en el nuacutemero 4 de C iencia Riacuteas Baixas

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

DE ATaMOS y ELEM NTOS

En lo que se refiere a los eleshymentos quiacutemicos esto es diferenshytes clases de aacutetomos componenshytes de cuanto existe hemos de remontarnos como casi siempre a la Grecia claacutesica allaacute por los sishyglos V y IV antes de Jesucristo Un filoacutesofo llamado Leucipo perteneshyciente a la Escuela EleMica dedicashyda a la meditacioacuten y a la especushylacioacuten filosoacutefica entre otras cosas y uno de sus disciacutepullos por nomshybre Demoacutecrito participaban de la apreciacioacuten de que sil dividimos un objeto material por la mitad y una de las partes la volviacuteamos a dividir otra vez por la mitad y asiacute sucesishyvamente llegariacutea un momento en que ya no podriacuteamos seguir con las divisiones porque ya no cabriacutea esa posibilidad A esa parte ya invisible a nuestros ojos la llamaron aacutetomo que todo el mundo sabe que sigshynifica indivisible o sin partes Este razonamiento sin duda parece muy atinado pero no habiacutea forma de probarlo no habiacutea posibilidad de demostracioacuten ya que careciacutean de la tecnologiacutea adecuada y asiacute pasoacute el tiempo hasta llegar a los siglos XVIII XIX de nuestra era en que un cientiacutefico llamado John Dalton en Inglaterra quiacutemico de profesioacuten volviacutea a retomar la vieja teoriacutea de

que todo estaba formado por dimishynutas partiacuteculas llamadas aacutetomos y que combinando estos aacutetomos se formaban Ios elementos quiacutemicos hoy conocidos y que los aacutetomos de un elemento son diferentes de los de cualquier otro elemento y que estos elementos no pueden dividirse en partiacuteculas maacutes pequeshyntildeas por ninguacuten proceso quiacutemico ni se pueden destruir pero que una reaccioacuten quiacutemica puede cambiar la forma en que los aacutetomos estaacuten agrupados

La comunidad cientiacutefica en su inmensa mayoriacutea considera que todo se inicioacute con un big bang exshypresioacuten inglesa que todo el mundo sabe que quiere decir gran exploshysioacuten Curiosamente este nombre le fue dado de forma despectiva por un gran astroacutenomo y cosmoacuteshylogo que no creiacutea en esta teoriacutea Me refiero a Fred Hoyle muerto recientemente Eacutel no creiacutea en el big bang pues sosteniacutea otra teoriacutea de la que no vamos a hablar aquiacute pero que con los posteriores desshycubrimientos hubo de reconocer que las pistas existentes confirmashyban la teoriacutea que eacutel atacaba Fue sin embargo uno de los cientiacuteficos maacutes destacados del siglo pasado y que parece haber sido tratado inshyjustamente aunque hoy mucho de lo que sabemos sobre el origen de los elementos se lo debemos a eacutel y a su equipo

iquest Cuaacutel fue el origen del big bang que todos queremos conocer pero que nadie sabe He ahiacute la respuesshyta nadie lo sabe pero esto no quieshyre decir que no ll egue iexcl ciexclberse alguacuten diacutea Hay por cierto mucha especulacioacuten sobre el tema pero nada que pueda probarse Hay la especulacioacuten religiosa y la especushylacioacuten cientiacutefica Pero la ciencia del siglo pasado apoyada en la ciencia

Antoliacuten Franco Garcia Ex-presidente

de la AA Rias Baixas

de siglos anteriores dio grandes zancadas En muy poco tiempo los avances fueron extraordinarios iquestA quieacuten no maravilla la informaacutetica los teleacutefonos moacuteviles la visioacuten a distancia la manipulacioacuten del esshypectro electromagneacutetico en geneshyraletc

Tras el big bang la temperatura era tan alta que todo era un plasshyma de quarks y gluones nos dicen los cientiacuteficos estudiosos del tema y que los quarks interaccionando entre siacute dieron protones y neutroshynes que maacutes tarde se unieron y tras la captura de electrones forshymaron los aacutetomos Al principio el calor era insoportable y solo habiacutea hidroacutegeno aacutetomo muy estable Al bajar la temperatura se prodUjO el helio como consecuencia de la fushysioacuten producida en aquel gigantesshyco reactor nuclear De aquella la composicioacuten del universo era poshycos minutos despueacutes del big bang partes de hidroacutegeno y 14 parte de helio con algo de deuterio y lishytio Los nuacutecleos interaccionan enshytre siacute y forman nuacutecleos diferentes que se iraacuten condensando y llegaraacuten a formar el nuacutecleo de las estrellas Luego en su interior tendraacuten lugar las reacciones nucleares que daraacuten lugar a los elementos quiacutemicos

Al proceso que permitioacute que los protones y neutrones se unieran para formar los nuacutecleos pocos mishynutos despueacutes del big bang se le llama nucleosiacutentesis primordial Estos nuacutecleos interaccionan luego entre siacute y forman nuacutecleos diferenshytes Y al proceso cuando alguacuten tiempo despueacutes hab iendo descenshydido la temperatura estos nuacutecleos empiezan a captar electrones para formar los primeros aacutetomos se le llama recombinacioacuten Y podeshymos decir que con la formacioacuten de los aacutetomos empezoacute toda la historia

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

John Daton

que con el paso del tiempo iba a producir todo lo que se da en el universo incluidos nosotros misshymos No obstante esos primeros aacutetomos son como hemos dicho solo de hidroacutegeno y helio y un poco de litio De ahiacute van a surgir las primeras estrellas las estrellas Joacuteshyvenes porque habraacute sucesivas geshyneraciones de ellas Ahora hay que preguntarse de doacutende han salido los demaacutes aacutetomos y la respuesta va a ser de los procesos nucleares que se dan en su interior Y aquiacute es donde entra en juego el equipo que formoacute Fred Hoyle a mediados del siglo pasado compuesto por Margaret Burbridge y su marido Geoffrey Burbridge eacutel mismo y William Fowler tambieacuten conocido por B2FH que son sus iniciales y que pusieron por escrito en su lishybro Siacutentesis de los Elementos en las Estrellas en donde se describe coacutemo a traveacutes de la fusioacuten nuclear se sintetizan los elementos desde el helio hasta el hierro Parece que las estrellas ya no pueden hacer maacutes han agotado su capacidad de crear nuevos aacutetomos Pero en la natushyraleza hay maacutes iquestDe doacutende pues han surgido los que faltan hasta cubrir toda la Tabla Perioacutedica

Las estrellas pueden durar maacutes o menos tiempo seguacuten la masa que tengan las maacutes grandes tan solo decenas de millones de antildeos las que son como nuestro sol diez mil millones de antildeos y las menoshy

res mucho antildeos maacutes Al periacuteodo de transformacioacuten de hidroacutegeno en helio que es el periacuteodo maacutes larshygo de la vida de la estlella y que es su eacutepoca de bonanza en la que la estrella estaacute estabilizada y dura aproximadamente el 90 de su vida se le llama Secuencia Princishypal Pasado ya su tiempo de fresshycura la produccioacuten de hierro no puede superarse y la estrella entra en decadencia La energiacutea de las reacciones termonucleares ya no es suficiente para que la estrella se mantenga unida y empieza a vacilar y entonces se vuelve inestable La fuerza de la gravedad puede maacutes que las fuerzas que empujan hacia afuera y ahora se produce lo que se denomina un colapso gravitatoshyrio en donde las capas exteriores caen hacia el nuacutecleo de la estrella Como consecuencia eacutesta aumenta la presioacuten y sube la temperatura Esto hace que sigan daacutendose las reacciones de fusioacuten y el resultado final es la produccioacuten de elementos superdensos entre ellos el uranio La estrella entonces se siente incoacuteshymoda y ante semejante presioacuten acaba explotando dando lugar a una supernova mientras que lo que queda se achica y se conviershyte en una estrella de neutrones de una densidad inimaginable (depenshydiendo de la masa inicial de la esshytrella) Una cucharadita de ese mashyterial adquiere el inconcebible peso de miles de toneladas o cientos de miles Pero si la estrella fuera auacuten maacutes masiva tras esa explosioacuten se convertiriacutea en un agujero negro y desapareceriacutea para siempre a nuesshytra visioacuten

Cuando la estrella explota conshyvertida ya en una supernova siemshybra el espacio exterior con toda gama de elementos quiacutemicos que ha ido produciendo a traveacutes de su vida maacutes los que se producen en el momento de la explosioacuten y que son los que hoy conocemos Nuesshytro sol es incapaz de producir eleshymentos maacutes pesados que el hierro pero nosotros aquiacute en la Tierra siacute los tenemos iquestcoacutemo es esto posishyble Parece que tuvo que haber

por esta zona del inmenso espashycio antes de que el sol se formara y con eacutel todo el sistema solar una explosioacuten de supernova que semshybrara todos esos elementos quiacutemishycos que se dan en nuestro planeta pero que no proceden de nuestro sol ni de una estrella semejante a eacutel pero que siacute estaban esparcidos por la zona en donde se iba a forshymar el sistema solar Solo asiacute pueshyde entenderse que aquiacute tengamos oro plata uranio y demaacutes elemenshytos despueacutes del hierro en la Ta bla Perioacutedica y que necesitamos para vivir De entre todos ellos los maacutes importantes sin duda son los que se acogen baJO el acroacutenimo CHON esto es carbono hidroacutegeno oxiacuteshygeno y nitroacutegeno Pero tambieacuten necesitamos pequentildeos porcentajes de otros elementos como potasio azufre sodio calCIO etc

Demoacutecrito de Abdera

Como puede suponerse las coshysas son un poco maacutes complicadas y complejas de como se han expuesshyto anteriormente pero entrar en los entresijos de estas actividades no conduce a un esclarecimiento de las mismas y podriacutea confundir al lector no especializado y alejarlo de una global comprensioacuten que es lo que se persigue En definitiva los diferentes elementos quiacutemicos son un producto de la actividad estelar de ahiacute que con frecuencia oigamos la expresioacuten de que somos polvo de estrellas

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

bullFERMILAB Y LATINOAMERICA

Como director de Fermilab a parshytir de 1979 inicieacute una serie de reunioshynes con cientiacuteficos en Latinoameacuterica La motivacioacuten consistiacutea en estimular la colaboracioacuten en el campo de la fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas el foco central de Fermilab En los siguientes 13 antildeos estos simposios panamericanos promovieron mucha discusioacuten sobre el uso de la f iacutesica moderna crearon varios grupos para llevar a cabo una investigacioacuten colashyboradora en el Fermilab y a menudo se centralizaron dependencias y hoy en diacutea todaviacutea suministra la posibishylidad para una colaboracioacuten mucho maacutes productiva Norte-Sur en investishygacioacuten y educacioacuten En 1992 hice enshytrega de estas actividades a la AAAS como presiden te Yo esperaba que esto ampliara zonas de colaboracioacuten Tal colaboracioacuten desgraciadamente es muy sensible a los acontecimientos poliacuteticos En un mundo racional seriacutean las recompensas cultural y econoacutemishycas de la colaboracioacuten las que modeshylariacutean las relaciones poliacuteticas Todaviacutea no hemos llegado a eso

Antes de llegar a ser director del Laboratorio Acelerador Nacioshynal Fermi tuve la oportuni dad de visitar laboratorios en Europa y en Estados Unidos en donde conociacute a muchos cientiacuteficos de Latinoameacuterishy

ca Muchos de ellos eran refugiashydos de la inestabilidad poliacutetica de sus respectivos paiacuteses Me impreshysionaron sus logros en fiacutesica y esto causoacute una resonancia en mi intereacutes de gran alcance en la ciencia para el desarrollo

Latinoameacuterica me interesaba porque los cientiacuteficos procediacutean de la misma tradicioacuten europea que era responsable del desarrollo de la ciencia en los Estados Unidos Sin embargo los Estados Unidos (hacia finales de 1970) estaban prospeshyrando merced a los beneficios ecoshynoacutemicos de la tecnologiacutea derivada del conocimiento cientiacutefico y la ciencia latinoamericana estaba reshylativamente empobrecida desaceshylerada por la inestabilidad poliacutetica la corrupcioacuten y por los variables sisshytemas educativos

En Brasil Meacutejico y Argentina exisshytiacutean potentes grupos pero se retra-middot saba el progreso en la construccioacuten de modernos instrumentos cientiacutefishycos Otro problema era la casi total ausencia de la utilizacioacuten de cientiacutefishycos por la industria A pesar de todo para miacute Latinoameacuterica era un tesoro de enorme potencial en recursos hushymanos que con el tiempo estaba seshyguro se dedicariacutea a la investigacioacuten cientiacutefica en beneficio de las nacioshynes de la Ameacuterica del sur y central y por supuesto del mundo

En 1978 acepteacute el nombramiento de Director Encargado del Fermilab Este era el laboratorio maacutes glande (30 millas al oeste de Chicago) deshydicado a la investigacioacuten de fiacutesica de partiacuteculas de altas energiacuteas Mi

Dr Leon M Lederman (premio Nobel de Fiacutesica)

tenencia empezariacutea oficialmente en julio de 1979 y yo utiliceacute el periacuteodo designado para completar alguna investigacioacuten en la Universidad de Columbia y para familiarizarme con los problemas con que me enconshytrariacutea en el Fermilab

A principios de 1979 empeceacute una correspondencia con amigos de Meacutejico y Brasil sobre un posible Centro para una colaboracioacuten en invest igacioacuten situado en el Fermishylab Esto estaba en parte inspirado por el centro de Fiacutesica Teoacuter ica fu nshydado en Trieste por Abdus Salam Este objetivo era el de promover ciencia baacutesica y tecnologiacutea avanshyzada en los paiacuteses en desarrollo de Latinoameacuterica Me viacute estimulashydo por respuestas a esta idea de la UNESCO el Departamento de Estado de los Estados Unidos y el DoE Visiteacute a cientiacuteficos en Colomshybia y Meacutejico En Meacutejico cientiacuteficos del Instituto de Fiacutesica de la Universishydad Na cional Autoacutenoma de Meacutexico (U~IAM) trabajaron conmigo para planificar un Simposio Panamerishycano sobre Partiacuteculas Elementales y Tecnologiacutea Esto tuvo lugar en la ciudad de Cocoyoc los diacuteas 56 Y 7 de enero de 1982

El comiteacute organizador se comshyponiacutea de Clicerio Avilez Jorges Flores Carlos Hojvat yo mismo y Mateus Moreno La delegacioacuten de Estados Unidos estaba formada por L Lederman JD BJorken S Glasshyhow R Feynman B Richter A ToshylIestrup N Samius R Marshak M Moravcsik W Panofsky Richard Taylor y RR Wilson (Obseacutervese aquiacute a seis premios Nobel)

x El Dr Lederman ganoacute el premio Nobel por su trobojo en fiacutesicu de porticu los en 1)80 AclultJ lrnente vive en Bal avid IIlinui (U SA) Profesor Pritzker de Ciencias Instituto Tecnoloacutegico de II linois Becario Residente Academia de Matemaacuteticas y Ciencia de IIlinols Director Fmeacuterito Laboratorio Acelerador Nacional Fermi POBox 500 Batavia IL 60510 ledermanfnalgov

Nota traducido del ingleacutes por Antoliacuten Franco miembro de la Agrupacioacuten

Hubo como 50 asistentes de los Estados Unidos y Latinoameacuterica con un europeo (G Charpak) Adeshymaacutes de ser invitados eacutel cha rl as en revisioacuten del estatus y perspectivas en la Fiacutesica de Altas Energiacuteas hubo extensas discusiones de grupo en HEP (Fiacutesica de Altas Energiacuteas) soshybre su sociologiacutea y tambieacuten sobre las perspectivas para tal actividad de investigacioacuten en la Ameacuterica Latishyna Se recalcoacute que a los grupos Lashytinoamericanos deberiacutea haceacuterseles sentir que amplias instalaciones en Europa y los Estados Unidos estashyban a su disposicioacuten La reunioacuten dio un respaldo especiacutefico a la forshymacioacuten del grupo UNAM HEP dirishygido por C Avilez

El primer simposium es creenshycia general habiacutea despertado el inshytereacutes por la ciencia que habiacutea sido anulado por una ca rda en la estashybilidad fiscal y poliacutetica Se publicoacute un informe de esta reunioacuten y una subsiguiente propuesta en Physics Today (Comentario Invitado agosshyto 1982)

En septiembre de 1982 visishyteacute Brasil y gracias a mi anfitrioacuten Moyses Nussenzweig presidente de la Sociedad Brasilentildea de Fiacutesica me introdujeron en muchas de las actividades de los fiacutesicos brasilentildeos Esta visita fue seguida por el Seshygundo Simposium Panamericano celebrado en Riacuteo de Janeiro en julio de 1 g83 copatrocinado por Fermilab y la Sociedad Brasilentildea de Fiacutesica Esta reunioacuten incluyoacute ramas de la fiacutesica fuera de la HEP y generoacute viacutevidas discusiones de colaboracioacuten entre la fiacutesica y la industria La preshysencia de funcionarios responsables de fondos de la ciencia brasilentildea fue bienvenida y sentiacuteamos hariacutea avanzar la causa de la ciencia y la colaboracioacuten entre Norte y Sur

Aq uiacute de nuevo el congreso ayudoacute a la formacioacuten de un grushypo HEP brasilentildeo liderado por A Santoro de CBPF y C Escobar de Sao Paulo Se concedioacute subvencioacuten a cuatro fiacutesicos teoacutericos brasilentildeos durante dos antildeos en el Fermilab para adquirir entrenamiento en fiacutesica experimental Participaron

en un importante experimento del Fermilab usando el nuevo Tevatron Superconductor 900 GeV y sumishynist raron un] fuerte base pora lo investigacioacuten CBPH HEP de Sanshytoro La reunioacuten generoacute una idea para una colaboracioacuten USA shyLatinoameacuterica que yo articuleacute en 1984 en un breve escrito A Latin American Caper (Un Embrollo Latishynoamericano)

El tercer Simposium Panamerishycano fue planificado entonces pa ra Riacuteo en 1987 AIII nuestro anfitrioacuten fue Joseacute Leite Lopes Director de CBPF Subsiguientes Simposios Pashynamericanos se celebraron en Arshygentina (Bariloche anfitrioacuten Mario Mariscotti) en 1989 y en Colombia (Cartagena anfitrioacuten Eduardo Poshysada) en 1992

Los simposios que reuniacutean a cientiacuteficos de muchos paiacuteses latishynoamericanos y Canadaacute establecieshyron ciertamente muchas estrechas conexiones entre Fermilab y sus 90 universidades asociadas y liacutederes cientiacuteficos con centros por toda Lashytinoameacuterica Existen muchos ejemshyplos de empresas colaboradoras Por ejemplo en 1984 en respuesta a una urgente crisis de divisas en Brasil y otras naciones en las que se cancelaron viajes y suscripciones a perioacutedicos norteamericanos Fershymilab a traveacutes de la colaboracioacuten de la Sociedad Fiacutesica Americana acudioacute a los Estados Unidos la NSF y al DoE a por ayuda

Se concedioacute una subvencioacuten de 300000 doacutelares a la APS adminisshytrada por Fermilab (Roy Rubintein) y disentildeada para utilizarla en ayushyda de la fiacutesica en las cinco nacioshynes con una importante actividad en fiacutesica Argentina Brasil Chile Meacutejico y Venezuela Esto habiacutea de gastarse en cuatro aacuteleas subscripshyciones a perioacutedicos de Estados Unishydos pago por publicacioacuten de cosshytos de paacutegina piezas de repuesto y artiacuteculos de mantenimiento para equipos existentes en laboratorios de Ameacuterica Latina y respaldo diashyrio para breves viajes de fiacutesicos a los Estados Unidos Aunque se disentildeoacute un elaborado mecanismo para la

distribucioacuten de los fondos tanto a Roy Rubinstein como a mi se nos despertoacute maacutes de una vez por alguacuten fiacutesico latinoamericano desampashyrado sin fondos en alguacuten remoto lugar de los Estados Unidos como Miami o San Diego l Los 330000 doacutelares se vieron luego aumentashydos con otros $150 000 y consushymidos en un periacuteodo de tres antildeos en becas de aproximadamente 500 doacutelares o asiacute La retroalimentacioacuten para estas pequentildeas becas fue realmente impresionante capacishytando a los fiacutesicos para continuar sus investigaciones a pesar de la seria disminucioacuten de las divisas en estos paiacuteses

Tanto en las compras de equipo de los vendedores norteamericanos como en los esfuerzos del Fermilab con las bendiciones del DoE para enviar desde el Fermilab un exceshydente de tornos fresadoras etc a la Ameacuterica Latina los servicios de los departamentos de compra y contabilidad asistencia adm inistrashytiva y de secretariacutea y mantenimienshyto de archivos computerizados fueron de crucial ayuda Lo que era maacutes importante fue subvertir los desesperantes y paralizantes procedimientos de aduanas Aquiacute hallamos que nuestras embajadas a menudo con joacutevenes encargados de la ciencia eran de gran servishycio en una especie de operacioacuten de contrabando colectivo (iquest coacutemo puedes introducir de contrabando fresadoras de 1000 kgs 7 )

Un fuerte elemento en estos Simposios Panamericanos fueron las intensas discusiones sobre los obstaacuteculos pollticos al desarrollo y la colaboracioacuten cientiacutefica Los cientiacuteficos de paiacuteses con gobiernos opresivos a menudo eran hostigashydos o despedidos Durante el curso de los antildeos fuimos testigos de un reemplazo gradual de dictaduras militares por gobiernos democraacutetishycos Los problemas de los despidos poliacuteticos fueron entonces sust ishytuidos por otros problemas bajos salarios baja publicidad de la cienshycia baja estima de las realizaciones nacionales una pobre educacioacuten primaria y secundaria

La llegada de un grupo de Premios Nobel gringos y otros distinguidos cientiacuteficos iba estaba seguro a impresionar a los funcioshynarios de la ciencia en los paiacuteses anfitriones De igual modo lo hashyriacutea una activa colaboracioacuten en Fiacutesishyca de Altas Energiacuteas la cual desshypueacutes de todo se desarrolla sobre el escenario mundial de la atencioacuten cientiacutefica Esto intensificoacute mi creenshycia en que la colaboracioacuten de los fiacutesicos latinoamericanos en el Fershymilab (e incluso - iagaacuterrese- en el CERN) llevariacutea la atencioacuten a la capacidad de hacer investigacioacuten fronteriza Entonces tambieacuten las conexiones generadas por la coshylaboracioacuten seriacutean de utilidad para aportar tecnologiacuteas avanzadas que hariacutean funcionar los aceleradores y detectores

Un excelente ejemplo el grushypo brasilentildeo de Alberto Santoro participoacute en los primeros usos de los microprocesadores del Proyecto de Computacioacuten Avanzado (ACP) desarrollado por el Fermilab para analizar la enorme cantidad de dashytos de colisiones protoacuten-antiprotoacuten surgidos del Tevatroacuten del Fermilab Se llevoacute de vuelta a Riacuteo un signifishycativo nuacutemero de moacutedulos y fueron presentados a los ingenieros en el CBPF y su utilizacioacuten dio como reshysultado varios programas de invesshytigacioacuten Seguro que esto redujo el escepticismo entre los compantildeeros de Santoro en relacioacuten con sus colashyboraciones con el Coloso del Norte

Las colaboraciones que surgieshyron de los simposios fueron espeshycialmente fructiacuteferas en Meacutejico En el UNAM (Meacutejico) eacutestas fueron facilitadas por el Prof Miguel Yacashyman Jorge Florez Mateus Moreno y especialmente Clicerio Avilez Clicerio encabezaba el grupo de altas energiacuteas el cual con el tiemshypo se trasladoacute a Leoacuten ciudad muy proacutexi ma a la vieja ciudad de Cuershynovoca

La colaboracioacuten Fermilab-Latino Ameacuterica abarcaba mucho maacutes que la formacioacuten de equipos de Brasil Meacutejico y Colombia participantes en investigacioacuten en el acelerador del

Fermilab (maacutes adelante instalacioshynes del CERN) En cualquier eacutepoca en el periacuteodo de 1980-2000 unos 50 ingenieros latinoamericanos fiacuteshysicos y teacutecnicos teniacutean su residencia en el Fermilab y participaban en el desarrollo del acelerador e instrushymentacioacuten Se celebraron talleres sobre tecnologiacutea del acelerador sobre educacioacuten para la ciencia y otros toacutepicos en la investigacioacuten cientiacutefica estimulada por la colashyboracioacuten en Meacutejico Brasil Costa Rica Bolivia Honduras y Peruacute

En una extensa visita a Peruacute se me honroacute con la concesioacuten de un tiacutetulo honoriacutefico por la Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco en 1995 Una Escuela mejishycana de Partiacuteculas y Campos se ceshylebroacute en 1986 y se repitioacute en 1992 organizada por Anulfo Zepeda

Importantes cientiacuteficos latishynoamericanos ej Cesar Lattes de Campinas Roberto Salmeroacuten que viajaba entre Francia y Riacuteo y el distinguido teoacuterico Moyses Mosshyhinsky de UNAM participaron en talleres y minicongresos Por ejemshyplo un congreso de la Ensentildeanza de la Fiacutesica Moderna celebrada en el Fermilab con fuerte presencia latinoamericana se repitioacute varias veces en distintas naciones latinoashymericanas

El quinto Simposium que tuvo lugar en Cartagena Colombia en 1992 teniacutea ahora una prestancia mucho maacutes alegre y optimista A estas alturas la idea de ciencia para el desarrollo ya no era una idea nueva y la actividad local de investishygacioacuten estaba cogiendo auge Esto estaacute descrito en mi informe de viaje de nuevo con una idea magniacutefica que resultoacute totalmente impracticashyble Fue modestamente titulado Cartagena Manifesto (El Manifiesto de Cartagena) y fue acogido con entusiasmo por los beneficiarios designados Sin emborgo las pershysonas que controlaban los fondos resultaron algo menos convencishydas

Mirando hacia atraacutes y examishynando la ciencia ahora vemos un

panorama mucho maacutes prometedor Sin embargo todaviacutea hay grandes bolsas de pobreza corrupcioacuten y poblaciones que tienen poco o ninshyguacuten acceso al milagro de Internet iquestCuaacutento llevaraacute a la ciencia latinoashymericana estar en el mismo plano que los Estados Unidos7 Como cuestioacuten antildeadida vemos enormes desa rrollos cientiacuteficos y tecnoloacutegishycos en India y China El asunto es claramente una cuestioacuten poliacutetica Los cientiacuteficos de Latinoameacuterica no tuvieron el trauma de la I1 Guerra Mundial que empujoacute a un masivo esfuerzo tecnoloacutegico con la adishycioacuten en no pequentildea medida de la inmigracioacuten a los Estados Unidos de cientiacuteficos europeos escapando de la persecucioacuten

La masa criacutetica es otro obstaacuteshyculo esto es el fracaso de la coshylaboracioacuten inter-Iatinoamericana para por ejemplo crear un centro (como el CERN) basado en mayoshyres facilidades para la investigacioacuten en biotecnologiacutea remedio medioshyambiental o nanotecnologiacutea En la eacutepoca presente (2000-2010) los cientiacuteficos norteamericanos no tieshynen la influencia o la energiacutea para ayudar Esto no quiere decir que no suceda

Tan dramaacutetica colaboracioacuten como tuvo lugar despueacutes de la 11 Guerra Mundial en Europa se vio en realidad estimulada y facilitada por los Estados Unidos Esto creoacute el laboratorio CERN en Ginebra Pueshyde (y i deberiacutea 1) suceder de nuevo en beneficio de todos La presencia de 300 millones de personas con un PIB de $500000 millones y con miles de cientiacuteficos e ingenieros representa un potencial incompashyrable que los Estados Unidos tiene tendencia a ignorar La colaborashycioacuten del hemisferio occidental con grandes inversiones en educacioacuten e investigacioacuten proveeriacutea un tercer eje para compensar la evolucioacuten en Asia y la renovacioacuten (Este y Oeste) en Europa Todo esto por una gloshybalizacioacuten maacutes equitativa y paciacutefishyca

11 LA SIMETRIA EN FISICA

Frnesto Cirl Doctor en Fiacutesica

A partir del siglo XX sabemos

que el Universo tiene unos composhy

nentes fundamentales entre los que

se pueden distinguir dos categoriacuteas

de entes fiacutesicos la materia y la rashy

diacioacuten a los que debemos antildeadir

el espacio-tiempo y el vaciacuteo

Nombre ingleacutes Nombre espantildeol Siacutembolo Carga

23Up Arriba u Down Abalo d -113 Strange Extrantildeo s -113 Charm Encanto c 23 Beauty (bottom) Belleza (fondo) b -13 Truth (top) Verdad (cima) t 23

Con la aparicioacuten de los aceleshy

radores y potentes colisionadores

construidos para romper los nuacuteshy

cleos atoacutemicos se encontraron cienshy

tos de partiacuteculas desconocidas enshy

tre los restos Del estudio de estas

partiacuteculas subnucleares se llegoacute a la

conclusioacuten de que la materia estaacute

constituida por los llamados quarks

y leptones Conocemos al menos

de momento seis tipos diferentes

de quarks y se cree que no pueden

existir maacutes Los quarks se supone

que tienen cargas que son fraccioacuten

de la carga unidad del electroacuten y

protoacuten En el cuadro 1 figuran los

tipos de quarks

Tambieacuten conocemos la existenshy

cia de seis leptones el electroacuten el

muoacuten el tauoacuten y sus respectivos

neutrinos El neutrino al parecer no

tiene masa (o la tiene muy pequentildea)

ni carga y raramente interacciona

con la materia Fue descubierto en

1956 Su existencia ya fue sugerida

por el cientiacutefico italiano Enrico Fershy

mi en la deacutecada de 1920

En el cuadro 2 figuran los lepshy

tones

Ademaacutes de los quarks y leptoshy

nes hay que antildeadir los antiquarks

Cuadro 7 Los diferentes tipos de quarks

y los antileptones lo que hace 24

partiacuteculas elementales 12 de mashy

teria y 12 antipartiacuteculas de antimashy

teria La antipartiacutecula del electroacuten

es el positroacuten que tiene la misma

carga que el electroacuten pero positiva

(+ 1) Las antipartiacuteculas de los neushy

trinos son los antineutrinos

El electroacuten fue descubierto en

1897 por el ingleacutes J J Thomson y

forman la corteza de todos los aacutetoshy

mos Todos los leptones tienen la

misma carga (-1) El muoacuten (jJ ) fue

descubierto en 1936 entre los proshy

ductos de los rayos coacutesmicos por

Neddemeyer y Anderson El tauoacuten

(1) fue descubierto en 1975

Existe una distincioacuten clara enshy

tre las partiacuteculas que interaccionan

fuertemente como el protoacuten y

neutroacuten y las demaacutes Las partiacutecushy

las que interaccionan fuertemente

se llaman hadrones (que signifishy

ca fuerte) y estaacuten compuestos de

quarks Podemos decir que todas

las partiacuteculas descubiertas hasta

ahora participan de la interaccioacuten

fuerte salvo el fotoacuten los leptonos

y sus correspondientes antipartiacuteshy

culas Si la partiacutecula contiene tres

Leptones

Electroacuten e Muoacuten iexclJ Tauoacuten [

Neutrino-e Ve

Neutrino-iexclJ

ViJ

Neutrino-C V1

I Masa I MeVCL

1 2067 0511

35360 1057 O 18069 O O O O

-O

J

Y2 lh

12 Y2 Y2 12

I Vida media

gt 1021 antildeos

10-6 s 10-13 s 4 4 4

Cuadro 2 Los leptones que son inm unes a la fuerza fuerte tienen espiacuten J = Y2

quarks se denomina barioacuten (que

significa pesados) de espiacuten J = 12

Y pueden ser nucleones (protoacuten y

neutroacuten) e hiperones (Lambda

Sigma Xi Omega etc) Si la parshy

tiacutecula soacutelo contiene dos quarks se

denomina un mesoacuten (intermedio)

de espiacuten J = O Las partiacuteculas que

no contienen quarks son los leptoshy

nes (ligeros) de espiacuten J = Y2

Las partiacuteculas de materia cuyo

espiacuten es Y2 o muacuteltiplo de Y2 se deshy

nominan Fermiones Las partiacuteculas

de interaccioacuten de espiacuten nulo o enshy

tero se denominan Bosones

Las partiacuteculas subnucleares inshy

teraccionan rnediante cuatro fuershy

zas la gravedad la fuerza electroshy

magneacutetica y las fuerzas nucleares

la deacutebil y la fuerte La accioacuten de esshy

tas cuatro fuerzas fundamentales

no se limita a enlazar partiacuteculas

puesto que tambieacuten puede dispershy

sar crear aniquilar y transforma r

estas partiacuteculas Estas interaccioshy

nes tienen lugar por intermedio

de una partiacutecula de intercambio

(o cuanto) llamados bosones

El basan o cuanto de radiacioacuten

electromagneacutetica es el fotoacuten (carshy

ga eleacutectrica O y masa O) los boshy

sones de la fuerza deacutebil son el Z

(sin carga y masa de 91 GeV) W +

y W- (con cargas + 1 Y -1 Y masas

de 804 GeV) el basan de la grashy

vedad es el gravitoacuten (no enconshy

trado) y de la fuerza fuerte que

actuacutea entre quarks es el gluoacuten

Las interacciones entre quarks esshy

taacuten mediadas por 8 partiacuteculas llashy

madas gluones de masa y carga

nula Los bosones de intercambio

de masa nula hacen que las fuershy

zas tengan alcance infinito

La teoriacutea seguacuten la cual cabe exshy

plicar todo lo que sabemos del unishy

verso con 12 partiacuteculas y la interacshy

cioacuten de 3 fuerzas (la gravedad se

deja aparte) se denomina modelo

estaacutendar

La teoriacutea iniciada en la deacutecada de

1920 por Dirac y desarrollada por

Schwinger Feynman y Tomonaga

en la deacutecada de 1950 se conoce

como electrodinaacutemica cuaacutentica

(EDC o QED de Quantum Electroshy

Dynamic) Esta teoriacutea cuaacutentica es

la descripcioacuten del comportamiento

de la radiacioacuten electromagneacutetica

(incluyendo la luz) y su interaccioacuten

con la materia que contiene carga

eleacutectrica mediante el intercambio

de fotones En ella se conviene que

toda partiacutecula material calgada

como el electroacuten se puede descrishy

bir como un paquete de ondas en

movimiento que son oscilaciones

del campo de materia campo que

no tiene nada que ver con el camshy

po eleacutectrico creado por el electroacuten y

que existiriacutea aunque el electroacuten no

tuviera carga El campo del electroacuten

exhibe una simetriacutea con relacioacuten a

los cambios arbitrarios de fase Esta

simetriacutea del campo de materia del

electroacuten en la que se puede ajustar

arbitrariamente la fase del campo

cuaacutentico es una simetriacutea de gaushy

ge o aforo global ya que la fase

del campo debe variar de la misma

forma en cualquier lugar y en el

mismo instante de tiempo

iquestHay posibilidad de convertir

la teoriacutea en una simetriacutea de gauge

local i La verdad es que siacute y para

ello hay que antildeadir otro campo

que compense los cambios en la

fase del electroacuten conservando la

invariancia de todas las cantidades

observables En otras palabras el

desplazamiento de fase debe variar

como una funcioacuten arbitraria de la

posicioacuten y del tiempo Este campo

es el campo vectorial de espiacuten J = 1 que no es otro que el campo

electromagneacutetico cuyo cuanto es

el fotoacuten de espiacuten uno y masa nula

En resumen en la EDC la operacioacuten

de simetriacutea es un cambio local en la

fase del campo del electroacuten cam-

InteraCClon Bosones Electromagneacuteti ca Fotoacuten 1137 O Gravedad Gravitoacuten 610-39 O Fuerza deacutebil WplusmnZ 10-13 plusmn1

F fuerte (quarks) Gluoacuten O

a Masa I Alcance O infinito O infinito 80 91 GeV 10-15 cm

10-13 cm

Cuadro 3 Propiedades de las fuerzas fundamentales

Simetriacutea en moleacutecula (fullereno) y en baloacuten de fuacutetbol

bio de fase que viene acompantildeado

por una interaccioacuten con el campo

electromagneacutetico Si un electroacuten

experimenta dos cambios de fase

sucesivos emitiendo un electroacuten

y absorbiendo despueacutes otro y se

invierte la secuencia resulta que

el resultado final es el mismo Y

es que hablando con precisioacuten la

EDC es una teoriacutea gauge abeliana

La terminologiacutea se t oma de la teoshy

riacutea de grupos y alude al matemaacuteshy

tico noruego Niels Hpnrik

Abel (1802-1829) Un

grupo de transformacioshy

nes abeliana es un grupo

conmutativo en donde el

resultado final de varias

operaciones no depende

del orden en que se reashy

licen

El campo electromagshy

neacutetico alrededor de un

electroacuten de acuerdo con

el principio de indetermishy

nacioacuten puede crear fotoshy

nes virtuales que antes

de ser reabsorbidos por

el electroacuten pueden crear

pares electroacuten-positroacuten

o cualquier otro par de

partiacuteculas virtuales y esshy

tos electrones pueden tener sus

propias nubes de fotones y asiacute

sucesivamente Cuando se intenta

calcular cuaacutenta energiacutea se presta al

campo resulta que no existe liacutemite

la energiacutea de los electrones maacutes la

de la nube de partiacuteculas virtuales

se hace infinita y como E = mc2

todo pasa como si los electrones

tuvieran una masa infinita Como

consecuencia de esto resulta que

la idea claacutesica del vaciacuteo como una

Formacioacuten simeacutetrica materia (electroacuten) - antimateria (positroacuten)

regioacuten del espacio en la que se ha

retirado todo (paltiacuteculas campos

ondas) no con cuerda con la de la

teoriacutea cuaacutentica de campos para la

cual el espacio vaciacuteo es un hervideshy

ro de partiacuteculas virtuales en consshy

tante cambio

La manera de resolver este

problema consiste en eliminar los

infinitos Se encontroacute la forma

de eliminarlos mediante un truco

matemaacutetico llamado renormalizashy

cioacuten iquestQue es la renormalizacioacuten)

Es una teacutecnica de caacutelculo mashy

temaacutetico propia de la teoriacutea de

campos consistente en redefinir

algunos paraacutemetros (tales como

masa y cargas) generalmente con

cambios de escala con objeto de

eliminar teacuterminos infinitos duranshy

te un caacutelculo repitiendo el proshy

ceso cuantas veces sea necesario

hasta que el resultado presenta

consistencia fiacutesica Mashy

temaacuteticamente la masa

infinita de la nube de

partiacuteculas virtuales que

envuelve al electroacuten

puede compensarse si

se supone que un elecshy

troacuten desnudo es decir

el electroacuten en el que

imaginamos hemos

eliminado la carga del

electroacuten y carente por

tanto del campo elecshy

tromagneacutetico que le roshy

dea tiene una masa inshy

finita negativa De esta

manera los dos infinitos

se anulan y se puede dar

a la masa del electroacuten el

valor obtenido por meshy

didas experimentales

bull bull bullbull

MIRANDO AL CIELO DESDE EL ORDENADOR ASTRONOMiacuteA MULTIMEDIA PARA LOS MAacuteS PEQUENtildeOS

Sin querer animar a nuestros lectores a dar la esshy

palda a la verdadera experiencia de mirar con los

oJos el cielo nocturno queremos presentar algunas

direcciones de Internet que podemos utilizar para

aprender maacutes sobre el cielo o para ensentildear a nuesshy

tros hijos sobre el Universo aprovechando los atracshy

tivos formatos de animaciones y simulaciones multishy

media o la faacutecil accesibilidad de viacutedeos en la red

Si tienes nintildeos de 4 a 10 antildeos iexclExplora el Universo

UNAWE - Explora el Universo (1) nacioacute en 2005

con la idea de ser el primer contacto con el universo

para nintildeos de 4 a 1 O antildeos de cualquier paiacutes y conshy

dicioacuten

A 1lt

Estrella Gancedo Gordillo Grupo de Software Educativo

Direccioacuten General de Poliacutet ica Educativa Consejeriacutea de Educacioacuten bull Junta de Extremadura

En este portal web encontramos descripciones de

actividades que podemos realizar de forma sencilla

construccioacuten de instrumentos como el telescopio o

la caacutemara oscura realizacioacuten de modelos de cuerpos

celestes ademaacutes de tener acceso a maacutes de 5000

fotografiacuteas o a simulaciones interactivas que nos

ayudaraacuten a comprender mejor conceptos transmitishy

dos tradicionalmente mediante dibujos o palabras

junto con viacutedeos para descargar que tratan temas

tan interesantes como los eclipses de luna las fases

de Venus o los sateacutelites de Juacutepiter

(1 )httpwwwcsicesunawe

~

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cuentos y poesiacuteas 41

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~ bull bull~ bull bullbull =- bull oM bull bullbull m rJ ~ - fl ~ ~

~ - I iexcl

I

in icio middot presentad oacuten quieacutenes somos middot noticias middot UNAWE CSIC 2009 Antildeo Internacional de la Astronomiacutea

La llegada de un grupo de Premios Nobel gringos y otros distinguidos cientiacuteficos iba estaba seguro a impresionar a los funcioshynarios de la ciencia en los paiacuteses anfitriones De igual modo lo hashyriacutea una activa colaboracioacuten en Fiacutesishyca de Altas Energiacuteas la cual desshypueacutes de todo se desarrolla sobre el escenario mundial de la atencioacuten cientiacutefica Esto intensificoacute mi creenshycia en que la colaboracioacuten de los fiacutesicos latinoamericanos en el Fershymilab (e incluso - iagaacuterrese- en el CERN) llevariacutea la atencioacuten a la capacidad de hacer investigacioacuten fronteriza Entonces tambieacuten las conexiones generadas por la coshylaboracioacuten seriacutean de utilidad para aportar tecnologiacuteas avanzadas que hariacutean funcionar los aceleradores y detectores

Un excelente ejemplo el grushypo brasilentildeo de Alberto Santoro participoacute en los primeros usos de los microprocesadores del Proyecto de Computacioacuten Avanzado (ACP) desarrollado por el Fermilab para analizar la enorme cantidad de dashytos de colisiones protoacuten-antiprotoacuten surgidos del Tevatroacuten del Fermilab Se llevoacute de vuelta a Riacuteo un signifishycativo nuacutemero de moacutedulos y fueron presentados a los ingenieros en el CBPF y su utilizacioacuten dio como reshysultado varios programas de invesshytigacioacuten Seguro que esto redujo el escepticismo entre los compantildeeros de Santoro en relacioacuten con sus colashyboraciones con el Coloso del Norte

Las colaboraciones que surgieshyron de los simposios fueron espeshycialmente fructiacuteferas en Meacutejico En el UNAM (Meacutejico) eacutestas fueron facilitadas por el Prof Miguel Yacashyman Jorge Florez Mateus Moreno y especialmente Clicerio Avilez Clicerio encabezaba el grupo de altas energiacuteas el cual con el tiemshypo se trasladoacute a Leoacuten ciudad muy proacutexi ma a la vieja ciudad de Cuershynovoca

La colaboracioacuten Fermilab-Latino Ameacuterica abarcaba mucho maacutes que la formacioacuten de equipos de Brasil Meacutejico y Colombia participantes en investigacioacuten en el acelerador del

Fermilab (maacutes adelante instalacioshynes del CERN) En cualquier eacutepoca en el periacuteodo de 1980-2000 unos 50 ingenieros latinoamericanos fiacuteshysicos y teacutecnicos teniacutean su residencia en el Fermilab y participaban en el desarrollo del acelerador e instrushymentacioacuten Se celebraron talleres sobre tecnologiacutea del acelerador sobre educacioacuten para la ciencia y otros toacutepicos en la investigacioacuten cientiacutefica estimulada por la colashyboracioacuten en Meacutejico Brasil Costa Rica Bolivia Honduras y Peruacute

En una extensa visita a Peruacute se me honroacute con la concesioacuten de un tiacutetulo honoriacutefico por la Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco en 1995 Una Escuela mejishycana de Partiacuteculas y Campos se ceshylebroacute en 1986 y se repitioacute en 1992 organizada por Anulfo Zepeda

Importantes cientiacuteficos latishynoamericanos ej Cesar Lattes de Campinas Roberto Salmeroacuten que viajaba entre Francia y Riacuteo y el distinguido teoacuterico Moyses Mosshyhinsky de UNAM participaron en talleres y minicongresos Por ejemshyplo un congreso de la Ensentildeanza de la Fiacutesica Moderna celebrada en el Fermilab con fuerte presencia latinoamericana se repitioacute varias veces en distintas naciones latinoashymericanas

El quinto Simposium que tuvo lugar en Cartagena Colombia en 1992 teniacutea ahora una prestancia mucho maacutes alegre y optimista A estas alturas la idea de ciencia para el desarrollo ya no era una idea nueva y la actividad local de investishygacioacuten estaba cogiendo auge Esto estaacute descrito en mi informe de viaje de nuevo con una idea magniacutefica que resultoacute totalmente impracticashyble Fue modestamente titulado Cartagena Manifesto (El Manifiesto de Cartagena) y fue acogido con entusiasmo por los beneficiarios designados Sin emborgo las pershysonas que controlaban los fondos resultaron algo menos convencishydas

Mirando hacia atraacutes y examishynando la ciencia ahora vemos un

panorama mucho maacutes prometedor Sin embargo todaviacutea hay grandes bolsas de pobreza corrupcioacuten y poblaciones que tienen poco o ninshyguacuten acceso al milagro de Internet iquestCuaacutento llevaraacute a la ciencia latinoashymericana estar en el mismo plano que los Estados Unidos7 Como cuestioacuten antildeadida vemos enormes desa rrollos cientiacuteficos y tecnoloacutegishycos en India y China El asunto es claramente una cuestioacuten poliacutetica Los cientiacuteficos de Latinoameacuterica no tuvieron el trauma de la I1 Guerra Mundial que empujoacute a un masivo esfuerzo tecnoloacutegico con la adishycioacuten en no pequentildea medida de la inmigracioacuten a los Estados Unidos de cientiacuteficos europeos escapando de la persecucioacuten

La masa criacutetica es otro obstaacuteshyculo esto es el fracaso de la coshylaboracioacuten inter-Iatinoamericana para por ejemplo crear un centro (como el CERN) basado en mayoshyres facilidades para la investigacioacuten en biotecnologiacutea remedio medioshyambiental o nanotecnologiacutea En la eacutepoca presente (2000-2010) los cientiacuteficos norteamericanos no tieshynen la influencia o la energiacutea para ayudar Esto no quiere decir que no suceda

Tan dramaacutetica colaboracioacuten como tuvo lugar despueacutes de la 11 Guerra Mundial en Europa se vio en realidad estimulada y facilitada por los Estados Unidos Esto creoacute el laboratorio CERN en Ginebra Pueshyde (y i deberiacutea 1) suceder de nuevo en beneficio de todos La presencia de 300 millones de personas con un PIB de $500000 millones y con miles de cientiacuteficos e ingenieros representa un potencial incompashyrable que los Estados Unidos tiene tendencia a ignorar La colaborashycioacuten del hemisferio occidental con grandes inversiones en educacioacuten e investigacioacuten proveeriacutea un tercer eje para compensar la evolucioacuten en Asia y la renovacioacuten (Este y Oeste) en Europa Todo esto por una gloshybalizacioacuten maacutes equitativa y paciacutefishyca

11 LA SIMETRIA EN FISICA

Frnesto Cirl Doctor en Fiacutesica

A partir del siglo XX sabemos

que el Universo tiene unos composhy

nentes fundamentales entre los que

se pueden distinguir dos categoriacuteas

de entes fiacutesicos la materia y la rashy

diacioacuten a los que debemos antildeadir

el espacio-tiempo y el vaciacuteo

Nombre ingleacutes Nombre espantildeol Siacutembolo Carga

23Up Arriba u Down Abalo d -113 Strange Extrantildeo s -113 Charm Encanto c 23 Beauty (bottom) Belleza (fondo) b -13 Truth (top) Verdad (cima) t 23

Con la aparicioacuten de los aceleshy

radores y potentes colisionadores

construidos para romper los nuacuteshy

cleos atoacutemicos se encontraron cienshy

tos de partiacuteculas desconocidas enshy

tre los restos Del estudio de estas

partiacuteculas subnucleares se llegoacute a la

conclusioacuten de que la materia estaacute

constituida por los llamados quarks

y leptones Conocemos al menos

de momento seis tipos diferentes

de quarks y se cree que no pueden

existir maacutes Los quarks se supone

que tienen cargas que son fraccioacuten

de la carga unidad del electroacuten y

protoacuten En el cuadro 1 figuran los

tipos de quarks

Tambieacuten conocemos la existenshy

cia de seis leptones el electroacuten el

muoacuten el tauoacuten y sus respectivos

neutrinos El neutrino al parecer no

tiene masa (o la tiene muy pequentildea)

ni carga y raramente interacciona

con la materia Fue descubierto en

1956 Su existencia ya fue sugerida

por el cientiacutefico italiano Enrico Fershy

mi en la deacutecada de 1920

En el cuadro 2 figuran los lepshy

tones

Ademaacutes de los quarks y leptoshy

nes hay que antildeadir los antiquarks

Cuadro 7 Los diferentes tipos de quarks

y los antileptones lo que hace 24

partiacuteculas elementales 12 de mashy

teria y 12 antipartiacuteculas de antimashy

teria La antipartiacutecula del electroacuten

es el positroacuten que tiene la misma

carga que el electroacuten pero positiva

(+ 1) Las antipartiacuteculas de los neushy

trinos son los antineutrinos

El electroacuten fue descubierto en

1897 por el ingleacutes J J Thomson y

forman la corteza de todos los aacutetoshy

mos Todos los leptones tienen la

misma carga (-1) El muoacuten (jJ ) fue

descubierto en 1936 entre los proshy

ductos de los rayos coacutesmicos por

Neddemeyer y Anderson El tauoacuten

(1) fue descubierto en 1975

Existe una distincioacuten clara enshy

tre las partiacuteculas que interaccionan

fuertemente como el protoacuten y

neutroacuten y las demaacutes Las partiacutecushy

las que interaccionan fuertemente

se llaman hadrones (que signifishy

ca fuerte) y estaacuten compuestos de

quarks Podemos decir que todas

las partiacuteculas descubiertas hasta

ahora participan de la interaccioacuten

fuerte salvo el fotoacuten los leptonos

y sus correspondientes antipartiacuteshy

culas Si la partiacutecula contiene tres

Leptones

Electroacuten e Muoacuten iexclJ Tauoacuten [

Neutrino-e Ve

Neutrino-iexclJ

ViJ

Neutrino-C V1

I Masa I MeVCL

1 2067 0511

35360 1057 O 18069 O O O O

-O

J

Y2 lh

12 Y2 Y2 12

I Vida media

gt 1021 antildeos

10-6 s 10-13 s 4 4 4

Cuadro 2 Los leptones que son inm unes a la fuerza fuerte tienen espiacuten J = Y2

quarks se denomina barioacuten (que

significa pesados) de espiacuten J = 12

Y pueden ser nucleones (protoacuten y

neutroacuten) e hiperones (Lambda

Sigma Xi Omega etc) Si la parshy

tiacutecula soacutelo contiene dos quarks se

denomina un mesoacuten (intermedio)

de espiacuten J = O Las partiacuteculas que

no contienen quarks son los leptoshy

nes (ligeros) de espiacuten J = Y2

Las partiacuteculas de materia cuyo

espiacuten es Y2 o muacuteltiplo de Y2 se deshy

nominan Fermiones Las partiacuteculas

de interaccioacuten de espiacuten nulo o enshy

tero se denominan Bosones

Las partiacuteculas subnucleares inshy

teraccionan rnediante cuatro fuershy

zas la gravedad la fuerza electroshy

magneacutetica y las fuerzas nucleares

la deacutebil y la fuerte La accioacuten de esshy

tas cuatro fuerzas fundamentales

no se limita a enlazar partiacuteculas

puesto que tambieacuten puede dispershy

sar crear aniquilar y transforma r

estas partiacuteculas Estas interaccioshy

nes tienen lugar por intermedio

de una partiacutecula de intercambio

(o cuanto) llamados bosones

El basan o cuanto de radiacioacuten

electromagneacutetica es el fotoacuten (carshy

ga eleacutectrica O y masa O) los boshy

sones de la fuerza deacutebil son el Z

(sin carga y masa de 91 GeV) W +

y W- (con cargas + 1 Y -1 Y masas

de 804 GeV) el basan de la grashy

vedad es el gravitoacuten (no enconshy

trado) y de la fuerza fuerte que

actuacutea entre quarks es el gluoacuten

Las interacciones entre quarks esshy

taacuten mediadas por 8 partiacuteculas llashy

madas gluones de masa y carga

nula Los bosones de intercambio

de masa nula hacen que las fuershy

zas tengan alcance infinito

La teoriacutea seguacuten la cual cabe exshy

plicar todo lo que sabemos del unishy

verso con 12 partiacuteculas y la interacshy

cioacuten de 3 fuerzas (la gravedad se

deja aparte) se denomina modelo

estaacutendar

La teoriacutea iniciada en la deacutecada de

1920 por Dirac y desarrollada por

Schwinger Feynman y Tomonaga

en la deacutecada de 1950 se conoce

como electrodinaacutemica cuaacutentica

(EDC o QED de Quantum Electroshy

Dynamic) Esta teoriacutea cuaacutentica es

la descripcioacuten del comportamiento

de la radiacioacuten electromagneacutetica

(incluyendo la luz) y su interaccioacuten

con la materia que contiene carga

eleacutectrica mediante el intercambio

de fotones En ella se conviene que

toda partiacutecula material calgada

como el electroacuten se puede descrishy

bir como un paquete de ondas en

movimiento que son oscilaciones

del campo de materia campo que

no tiene nada que ver con el camshy

po eleacutectrico creado por el electroacuten y

que existiriacutea aunque el electroacuten no

tuviera carga El campo del electroacuten

exhibe una simetriacutea con relacioacuten a

los cambios arbitrarios de fase Esta

simetriacutea del campo de materia del

electroacuten en la que se puede ajustar

arbitrariamente la fase del campo

cuaacutentico es una simetriacutea de gaushy

ge o aforo global ya que la fase

del campo debe variar de la misma

forma en cualquier lugar y en el

mismo instante de tiempo

iquestHay posibilidad de convertir

la teoriacutea en una simetriacutea de gauge

local i La verdad es que siacute y para

ello hay que antildeadir otro campo

que compense los cambios en la

fase del electroacuten conservando la

invariancia de todas las cantidades

observables En otras palabras el

desplazamiento de fase debe variar

como una funcioacuten arbitraria de la

posicioacuten y del tiempo Este campo

es el campo vectorial de espiacuten J = 1 que no es otro que el campo

electromagneacutetico cuyo cuanto es

el fotoacuten de espiacuten uno y masa nula

En resumen en la EDC la operacioacuten

de simetriacutea es un cambio local en la

fase del campo del electroacuten cam-

InteraCClon Bosones Electromagneacuteti ca Fotoacuten 1137 O Gravedad Gravitoacuten 610-39 O Fuerza deacutebil WplusmnZ 10-13 plusmn1

F fuerte (quarks) Gluoacuten O

a Masa I Alcance O infinito O infinito 80 91 GeV 10-15 cm

10-13 cm

Cuadro 3 Propiedades de las fuerzas fundamentales

Simetriacutea en moleacutecula (fullereno) y en baloacuten de fuacutetbol

bio de fase que viene acompantildeado

por una interaccioacuten con el campo

electromagneacutetico Si un electroacuten

experimenta dos cambios de fase

sucesivos emitiendo un electroacuten

y absorbiendo despueacutes otro y se

invierte la secuencia resulta que

el resultado final es el mismo Y

es que hablando con precisioacuten la

EDC es una teoriacutea gauge abeliana

La terminologiacutea se t oma de la teoshy

riacutea de grupos y alude al matemaacuteshy

tico noruego Niels Hpnrik

Abel (1802-1829) Un

grupo de transformacioshy

nes abeliana es un grupo

conmutativo en donde el

resultado final de varias

operaciones no depende

del orden en que se reashy

licen

El campo electromagshy

neacutetico alrededor de un

electroacuten de acuerdo con

el principio de indetermishy

nacioacuten puede crear fotoshy

nes virtuales que antes

de ser reabsorbidos por

el electroacuten pueden crear

pares electroacuten-positroacuten

o cualquier otro par de

partiacuteculas virtuales y esshy

tos electrones pueden tener sus

propias nubes de fotones y asiacute

sucesivamente Cuando se intenta

calcular cuaacutenta energiacutea se presta al

campo resulta que no existe liacutemite

la energiacutea de los electrones maacutes la

de la nube de partiacuteculas virtuales

se hace infinita y como E = mc2

todo pasa como si los electrones

tuvieran una masa infinita Como

consecuencia de esto resulta que

la idea claacutesica del vaciacuteo como una

Formacioacuten simeacutetrica materia (electroacuten) - antimateria (positroacuten)

regioacuten del espacio en la que se ha

retirado todo (paltiacuteculas campos

ondas) no con cuerda con la de la

teoriacutea cuaacutentica de campos para la

cual el espacio vaciacuteo es un hervideshy

ro de partiacuteculas virtuales en consshy

tante cambio

La manera de resolver este

problema consiste en eliminar los

infinitos Se encontroacute la forma

de eliminarlos mediante un truco

matemaacutetico llamado renormalizashy

cioacuten iquestQue es la renormalizacioacuten)

Es una teacutecnica de caacutelculo mashy

temaacutetico propia de la teoriacutea de

campos consistente en redefinir

algunos paraacutemetros (tales como

masa y cargas) generalmente con

cambios de escala con objeto de

eliminar teacuterminos infinitos duranshy

te un caacutelculo repitiendo el proshy

ceso cuantas veces sea necesario

hasta que el resultado presenta

consistencia fiacutesica Mashy

temaacuteticamente la masa

infinita de la nube de

partiacuteculas virtuales que

envuelve al electroacuten

puede compensarse si

se supone que un elecshy

troacuten desnudo es decir

el electroacuten en el que

imaginamos hemos

eliminado la carga del

electroacuten y carente por

tanto del campo elecshy

tromagneacutetico que le roshy

dea tiene una masa inshy

finita negativa De esta

manera los dos infinitos

se anulan y se puede dar

a la masa del electroacuten el

valor obtenido por meshy

didas experimentales

bull bull bullbull

MIRANDO AL CIELO DESDE EL ORDENADOR ASTRONOMiacuteA MULTIMEDIA PARA LOS MAacuteS PEQUENtildeOS

Sin querer animar a nuestros lectores a dar la esshy

palda a la verdadera experiencia de mirar con los

oJos el cielo nocturno queremos presentar algunas

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tros hijos sobre el Universo aprovechando los atracshy

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media o la faacutecil accesibilidad de viacutedeos en la red

Si tienes nintildeos de 4 a 10 antildeos iexclExplora el Universo

UNAWE - Explora el Universo (1) nacioacute en 2005

con la idea de ser el primer contacto con el universo

para nintildeos de 4 a 1 O antildeos de cualquier paiacutes y conshy

dicioacuten

A 1lt

Estrella Gancedo Gordillo Grupo de Software Educativo

Direccioacuten General de Poliacutet ica Educativa Consejeriacutea de Educacioacuten bull Junta de Extremadura

En este portal web encontramos descripciones de

actividades que podemos realizar de forma sencilla

construccioacuten de instrumentos como el telescopio o

la caacutemara oscura realizacioacuten de modelos de cuerpos

celestes ademaacutes de tener acceso a maacutes de 5000

fotografiacuteas o a simulaciones interactivas que nos

ayudaraacuten a comprender mejor conceptos transmitishy

dos tradicionalmente mediante dibujos o palabras

junto con viacutedeos para descargar que tratan temas

tan interesantes como los eclipses de luna las fases

de Venus o los sateacutelites de Juacutepiter

(1 )httpwwwcsicesunawe

~

bullbull~ bull

middottCJ~1UN~~~vrs~ac~idades c~ r ad~na2as [J od12

bull

bull it ammaClones bull artfculos

cuentos y poesiacuteas 41

~ gatena fotograacutefica ~~ D bullbullbullbull bullbull juegos ~ simuladones bull bullbull videos bull

D bull D bull bull

~ bull bull~ bull bullbull =- bull oM bull bullbull m rJ ~ - fl ~ ~

~ - I iexcl

I

in icio middot presentad oacuten quieacutenes somos middot noticias middot UNAWE CSIC 2009 Antildeo Internacional de la Astronomiacutea

11 LA SIMETRIA EN FISICA

Frnesto Cirl Doctor en Fiacutesica

A partir del siglo XX sabemos

que el Universo tiene unos composhy

nentes fundamentales entre los que

se pueden distinguir dos categoriacuteas

de entes fiacutesicos la materia y la rashy

diacioacuten a los que debemos antildeadir

el espacio-tiempo y el vaciacuteo

Nombre ingleacutes Nombre espantildeol Siacutembolo Carga

23Up Arriba u Down Abalo d -113 Strange Extrantildeo s -113 Charm Encanto c 23 Beauty (bottom) Belleza (fondo) b -13 Truth (top) Verdad (cima) t 23

Con la aparicioacuten de los aceleshy

radores y potentes colisionadores

construidos para romper los nuacuteshy

cleos atoacutemicos se encontraron cienshy

tos de partiacuteculas desconocidas enshy

tre los restos Del estudio de estas

partiacuteculas subnucleares se llegoacute a la

conclusioacuten de que la materia estaacute

constituida por los llamados quarks

y leptones Conocemos al menos

de momento seis tipos diferentes

de quarks y se cree que no pueden

existir maacutes Los quarks se supone

que tienen cargas que son fraccioacuten

de la carga unidad del electroacuten y

protoacuten En el cuadro 1 figuran los

tipos de quarks

Tambieacuten conocemos la existenshy

cia de seis leptones el electroacuten el

muoacuten el tauoacuten y sus respectivos

neutrinos El neutrino al parecer no

tiene masa (o la tiene muy pequentildea)

ni carga y raramente interacciona

con la materia Fue descubierto en

1956 Su existencia ya fue sugerida

por el cientiacutefico italiano Enrico Fershy

mi en la deacutecada de 1920

En el cuadro 2 figuran los lepshy

tones

Ademaacutes de los quarks y leptoshy

nes hay que antildeadir los antiquarks

Cuadro 7 Los diferentes tipos de quarks

y los antileptones lo que hace 24

partiacuteculas elementales 12 de mashy

teria y 12 antipartiacuteculas de antimashy

teria La antipartiacutecula del electroacuten

es el positroacuten que tiene la misma

carga que el electroacuten pero positiva

(+ 1) Las antipartiacuteculas de los neushy

trinos son los antineutrinos

El electroacuten fue descubierto en

1897 por el ingleacutes J J Thomson y

forman la corteza de todos los aacutetoshy

mos Todos los leptones tienen la

misma carga (-1) El muoacuten (jJ ) fue

descubierto en 1936 entre los proshy

ductos de los rayos coacutesmicos por

Neddemeyer y Anderson El tauoacuten

(1) fue descubierto en 1975

Existe una distincioacuten clara enshy

tre las partiacuteculas que interaccionan

fuertemente como el protoacuten y

neutroacuten y las demaacutes Las partiacutecushy

las que interaccionan fuertemente

se llaman hadrones (que signifishy

ca fuerte) y estaacuten compuestos de

quarks Podemos decir que todas

las partiacuteculas descubiertas hasta

ahora participan de la interaccioacuten

fuerte salvo el fotoacuten los leptonos

y sus correspondientes antipartiacuteshy

culas Si la partiacutecula contiene tres

Leptones

Electroacuten e Muoacuten iexclJ Tauoacuten [

Neutrino-e Ve

Neutrino-iexclJ

ViJ

Neutrino-C V1

I Masa I MeVCL

1 2067 0511

35360 1057 O 18069 O O O O

-O

J

Y2 lh

12 Y2 Y2 12

I Vida media

gt 1021 antildeos

10-6 s 10-13 s 4 4 4

Cuadro 2 Los leptones que son inm unes a la fuerza fuerte tienen espiacuten J = Y2

quarks se denomina barioacuten (que

significa pesados) de espiacuten J = 12

Y pueden ser nucleones (protoacuten y

neutroacuten) e hiperones (Lambda

Sigma Xi Omega etc) Si la parshy

tiacutecula soacutelo contiene dos quarks se

denomina un mesoacuten (intermedio)

de espiacuten J = O Las partiacuteculas que

no contienen quarks son los leptoshy

nes (ligeros) de espiacuten J = Y2

Las partiacuteculas de materia cuyo

espiacuten es Y2 o muacuteltiplo de Y2 se deshy

nominan Fermiones Las partiacuteculas

de interaccioacuten de espiacuten nulo o enshy

tero se denominan Bosones

Las partiacuteculas subnucleares inshy

teraccionan rnediante cuatro fuershy

zas la gravedad la fuerza electroshy

magneacutetica y las fuerzas nucleares

la deacutebil y la fuerte La accioacuten de esshy

tas cuatro fuerzas fundamentales

no se limita a enlazar partiacuteculas

puesto que tambieacuten puede dispershy

sar crear aniquilar y transforma r

estas partiacuteculas Estas interaccioshy

nes tienen lugar por intermedio

de una partiacutecula de intercambio

(o cuanto) llamados bosones

El basan o cuanto de radiacioacuten

electromagneacutetica es el fotoacuten (carshy

ga eleacutectrica O y masa O) los boshy

sones de la fuerza deacutebil son el Z

(sin carga y masa de 91 GeV) W +

y W- (con cargas + 1 Y -1 Y masas

de 804 GeV) el basan de la grashy

vedad es el gravitoacuten (no enconshy

trado) y de la fuerza fuerte que

actuacutea entre quarks es el gluoacuten

Las interacciones entre quarks esshy

taacuten mediadas por 8 partiacuteculas llashy

madas gluones de masa y carga

nula Los bosones de intercambio

de masa nula hacen que las fuershy

zas tengan alcance infinito

La teoriacutea seguacuten la cual cabe exshy

plicar todo lo que sabemos del unishy

verso con 12 partiacuteculas y la interacshy

cioacuten de 3 fuerzas (la gravedad se

deja aparte) se denomina modelo

estaacutendar

La teoriacutea iniciada en la deacutecada de

1920 por Dirac y desarrollada por

Schwinger Feynman y Tomonaga

en la deacutecada de 1950 se conoce

como electrodinaacutemica cuaacutentica

(EDC o QED de Quantum Electroshy

Dynamic) Esta teoriacutea cuaacutentica es

la descripcioacuten del comportamiento

de la radiacioacuten electromagneacutetica

(incluyendo la luz) y su interaccioacuten

con la materia que contiene carga

eleacutectrica mediante el intercambio

de fotones En ella se conviene que

toda partiacutecula material calgada

como el electroacuten se puede descrishy

bir como un paquete de ondas en

movimiento que son oscilaciones

del campo de materia campo que

no tiene nada que ver con el camshy

po eleacutectrico creado por el electroacuten y

que existiriacutea aunque el electroacuten no

tuviera carga El campo del electroacuten

exhibe una simetriacutea con relacioacuten a

los cambios arbitrarios de fase Esta

simetriacutea del campo de materia del

electroacuten en la que se puede ajustar

arbitrariamente la fase del campo

cuaacutentico es una simetriacutea de gaushy

ge o aforo global ya que la fase

del campo debe variar de la misma

forma en cualquier lugar y en el

mismo instante de tiempo

iquestHay posibilidad de convertir

la teoriacutea en una simetriacutea de gauge

local i La verdad es que siacute y para

ello hay que antildeadir otro campo

que compense los cambios en la

fase del electroacuten conservando la

invariancia de todas las cantidades

observables En otras palabras el

desplazamiento de fase debe variar

como una funcioacuten arbitraria de la

posicioacuten y del tiempo Este campo

es el campo vectorial de espiacuten J = 1 que no es otro que el campo

electromagneacutetico cuyo cuanto es

el fotoacuten de espiacuten uno y masa nula

En resumen en la EDC la operacioacuten

de simetriacutea es un cambio local en la

fase del campo del electroacuten cam-

InteraCClon Bosones Electromagneacuteti ca Fotoacuten 1137 O Gravedad Gravitoacuten 610-39 O Fuerza deacutebil WplusmnZ 10-13 plusmn1

F fuerte (quarks) Gluoacuten O

a Masa I Alcance O infinito O infinito 80 91 GeV 10-15 cm

10-13 cm

Cuadro 3 Propiedades de las fuerzas fundamentales

Simetriacutea en moleacutecula (fullereno) y en baloacuten de fuacutetbol

bio de fase que viene acompantildeado

por una interaccioacuten con el campo

electromagneacutetico Si un electroacuten

experimenta dos cambios de fase

sucesivos emitiendo un electroacuten

y absorbiendo despueacutes otro y se

invierte la secuencia resulta que

el resultado final es el mismo Y

es que hablando con precisioacuten la

EDC es una teoriacutea gauge abeliana

La terminologiacutea se t oma de la teoshy

riacutea de grupos y alude al matemaacuteshy

tico noruego Niels Hpnrik

Abel (1802-1829) Un

grupo de transformacioshy

nes abeliana es un grupo

conmutativo en donde el

resultado final de varias

operaciones no depende

del orden en que se reashy

licen

El campo electromagshy

neacutetico alrededor de un

electroacuten de acuerdo con

el principio de indetermishy

nacioacuten puede crear fotoshy

nes virtuales que antes

de ser reabsorbidos por

el electroacuten pueden crear

pares electroacuten-positroacuten

o cualquier otro par de

partiacuteculas virtuales y esshy

tos electrones pueden tener sus

propias nubes de fotones y asiacute

sucesivamente Cuando se intenta

calcular cuaacutenta energiacutea se presta al

campo resulta que no existe liacutemite

la energiacutea de los electrones maacutes la

de la nube de partiacuteculas virtuales

se hace infinita y como E = mc2

todo pasa como si los electrones

tuvieran una masa infinita Como

consecuencia de esto resulta que

la idea claacutesica del vaciacuteo como una

Formacioacuten simeacutetrica materia (electroacuten) - antimateria (positroacuten)

regioacuten del espacio en la que se ha

retirado todo (paltiacuteculas campos

ondas) no con cuerda con la de la

teoriacutea cuaacutentica de campos para la

cual el espacio vaciacuteo es un hervideshy

ro de partiacuteculas virtuales en consshy

tante cambio

La manera de resolver este

problema consiste en eliminar los

infinitos Se encontroacute la forma

de eliminarlos mediante un truco

matemaacutetico llamado renormalizashy

cioacuten iquestQue es la renormalizacioacuten)

Es una teacutecnica de caacutelculo mashy

temaacutetico propia de la teoriacutea de

campos consistente en redefinir

algunos paraacutemetros (tales como

masa y cargas) generalmente con

cambios de escala con objeto de

eliminar teacuterminos infinitos duranshy

te un caacutelculo repitiendo el proshy

ceso cuantas veces sea necesario

hasta que el resultado presenta

consistencia fiacutesica Mashy

temaacuteticamente la masa

infinita de la nube de

partiacuteculas virtuales que

envuelve al electroacuten

puede compensarse si

se supone que un elecshy

troacuten desnudo es decir

el electroacuten en el que

imaginamos hemos

eliminado la carga del

electroacuten y carente por

tanto del campo elecshy

tromagneacutetico que le roshy

dea tiene una masa inshy

finita negativa De esta

manera los dos infinitos

se anulan y se puede dar

a la masa del electroacuten el

valor obtenido por meshy

didas experimentales

bull bull bullbull

MIRANDO AL CIELO DESDE EL ORDENADOR ASTRONOMiacuteA MULTIMEDIA PARA LOS MAacuteS PEQUENtildeOS

Sin querer animar a nuestros lectores a dar la esshy

palda a la verdadera experiencia de mirar con los

oJos el cielo nocturno queremos presentar algunas

direcciones de Internet que podemos utilizar para

aprender maacutes sobre el cielo o para ensentildear a nuesshy

tros hijos sobre el Universo aprovechando los atracshy

tivos formatos de animaciones y simulaciones multishy

media o la faacutecil accesibilidad de viacutedeos en la red

Si tienes nintildeos de 4 a 10 antildeos iexclExplora el Universo

UNAWE - Explora el Universo (1) nacioacute en 2005

con la idea de ser el primer contacto con el universo

para nintildeos de 4 a 1 O antildeos de cualquier paiacutes y conshy

dicioacuten

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quarks se denomina barioacuten (que

significa pesados) de espiacuten J = 12

Y pueden ser nucleones (protoacuten y

neutroacuten) e hiperones (Lambda

Sigma Xi Omega etc) Si la parshy

tiacutecula soacutelo contiene dos quarks se

denomina un mesoacuten (intermedio)

de espiacuten J = O Las partiacuteculas que

no contienen quarks son los leptoshy

nes (ligeros) de espiacuten J = Y2

Las partiacuteculas de materia cuyo

espiacuten es Y2 o muacuteltiplo de Y2 se deshy

nominan Fermiones Las partiacuteculas

de interaccioacuten de espiacuten nulo o enshy

tero se denominan Bosones

Las partiacuteculas subnucleares inshy

teraccionan rnediante cuatro fuershy

zas la gravedad la fuerza electroshy

magneacutetica y las fuerzas nucleares

la deacutebil y la fuerte La accioacuten de esshy

tas cuatro fuerzas fundamentales

no se limita a enlazar partiacuteculas

puesto que tambieacuten puede dispershy

sar crear aniquilar y transforma r

estas partiacuteculas Estas interaccioshy

nes tienen lugar por intermedio

de una partiacutecula de intercambio

(o cuanto) llamados bosones

El basan o cuanto de radiacioacuten

electromagneacutetica es el fotoacuten (carshy

ga eleacutectrica O y masa O) los boshy

sones de la fuerza deacutebil son el Z

(sin carga y masa de 91 GeV) W +

y W- (con cargas + 1 Y -1 Y masas

de 804 GeV) el basan de la grashy

vedad es el gravitoacuten (no enconshy

trado) y de la fuerza fuerte que

actuacutea entre quarks es el gluoacuten

Las interacciones entre quarks esshy

taacuten mediadas por 8 partiacuteculas llashy

madas gluones de masa y carga

nula Los bosones de intercambio

de masa nula hacen que las fuershy

zas tengan alcance infinito

La teoriacutea seguacuten la cual cabe exshy

plicar todo lo que sabemos del unishy

verso con 12 partiacuteculas y la interacshy

cioacuten de 3 fuerzas (la gravedad se

deja aparte) se denomina modelo

estaacutendar

La teoriacutea iniciada en la deacutecada de

1920 por Dirac y desarrollada por

Schwinger Feynman y Tomonaga

en la deacutecada de 1950 se conoce

como electrodinaacutemica cuaacutentica

(EDC o QED de Quantum Electroshy

Dynamic) Esta teoriacutea cuaacutentica es

la descripcioacuten del comportamiento

de la radiacioacuten electromagneacutetica

(incluyendo la luz) y su interaccioacuten

con la materia que contiene carga

eleacutectrica mediante el intercambio

de fotones En ella se conviene que

toda partiacutecula material calgada

como el electroacuten se puede descrishy

bir como un paquete de ondas en

movimiento que son oscilaciones

del campo de materia campo que

no tiene nada que ver con el camshy

po eleacutectrico creado por el electroacuten y

que existiriacutea aunque el electroacuten no

tuviera carga El campo del electroacuten

exhibe una simetriacutea con relacioacuten a

los cambios arbitrarios de fase Esta

simetriacutea del campo de materia del

electroacuten en la que se puede ajustar

arbitrariamente la fase del campo

cuaacutentico es una simetriacutea de gaushy

ge o aforo global ya que la fase

del campo debe variar de la misma

forma en cualquier lugar y en el

mismo instante de tiempo

iquestHay posibilidad de convertir

la teoriacutea en una simetriacutea de gauge

local i La verdad es que siacute y para

ello hay que antildeadir otro campo

que compense los cambios en la

fase del electroacuten conservando la

invariancia de todas las cantidades

observables En otras palabras el

desplazamiento de fase debe variar

como una funcioacuten arbitraria de la

posicioacuten y del tiempo Este campo

es el campo vectorial de espiacuten J = 1 que no es otro que el campo

electromagneacutetico cuyo cuanto es

el fotoacuten de espiacuten uno y masa nula

En resumen en la EDC la operacioacuten

de simetriacutea es un cambio local en la

fase del campo del electroacuten cam-

InteraCClon Bosones Electromagneacuteti ca Fotoacuten 1137 O Gravedad Gravitoacuten 610-39 O Fuerza deacutebil WplusmnZ 10-13 plusmn1

F fuerte (quarks) Gluoacuten O

a Masa I Alcance O infinito O infinito 80 91 GeV 10-15 cm

10-13 cm

Cuadro 3 Propiedades de las fuerzas fundamentales

Simetriacutea en moleacutecula (fullereno) y en baloacuten de fuacutetbol

bio de fase que viene acompantildeado

por una interaccioacuten con el campo

electromagneacutetico Si un electroacuten

experimenta dos cambios de fase

sucesivos emitiendo un electroacuten

y absorbiendo despueacutes otro y se

invierte la secuencia resulta que

el resultado final es el mismo Y

es que hablando con precisioacuten la

EDC es una teoriacutea gauge abeliana

La terminologiacutea se t oma de la teoshy

riacutea de grupos y alude al matemaacuteshy

tico noruego Niels Hpnrik

Abel (1802-1829) Un

grupo de transformacioshy

nes abeliana es un grupo

conmutativo en donde el

resultado final de varias

operaciones no depende

del orden en que se reashy

licen

El campo electromagshy

neacutetico alrededor de un

electroacuten de acuerdo con

el principio de indetermishy

nacioacuten puede crear fotoshy

nes virtuales que antes

de ser reabsorbidos por

el electroacuten pueden crear

pares electroacuten-positroacuten

o cualquier otro par de

partiacuteculas virtuales y esshy

tos electrones pueden tener sus

propias nubes de fotones y asiacute

sucesivamente Cuando se intenta

calcular cuaacutenta energiacutea se presta al

campo resulta que no existe liacutemite

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se hace infinita y como E = mc2

todo pasa como si los electrones

tuvieran una masa infinita Como

consecuencia de esto resulta que

la idea claacutesica del vaciacuteo como una

Formacioacuten simeacutetrica materia (electroacuten) - antimateria (positroacuten)

regioacuten del espacio en la que se ha

retirado todo (paltiacuteculas campos

ondas) no con cuerda con la de la

teoriacutea cuaacutentica de campos para la

cual el espacio vaciacuteo es un hervideshy

ro de partiacuteculas virtuales en consshy

tante cambio

La manera de resolver este

problema consiste en eliminar los

infinitos Se encontroacute la forma

de eliminarlos mediante un truco

matemaacutetico llamado renormalizashy

cioacuten iquestQue es la renormalizacioacuten)

Es una teacutecnica de caacutelculo mashy

temaacutetico propia de la teoriacutea de

campos consistente en redefinir

algunos paraacutemetros (tales como

masa y cargas) generalmente con

cambios de escala con objeto de

eliminar teacuterminos infinitos duranshy

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ceso cuantas veces sea necesario

hasta que el resultado presenta

consistencia fiacutesica Mashy

temaacuteticamente la masa

infinita de la nube de

partiacuteculas virtuales que

envuelve al electroacuten

puede compensarse si

se supone que un elecshy

troacuten desnudo es decir

el electroacuten en el que

imaginamos hemos

eliminado la carga del

electroacuten y carente por

tanto del campo elecshy

tromagneacutetico que le roshy

dea tiene una masa inshy

finita negativa De esta

manera los dos infinitos

se anulan y se puede dar

a la masa del electroacuten el

valor obtenido por meshy

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Sin querer animar a nuestros lectores a dar la esshy

palda a la verdadera experiencia de mirar con los

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electromagneacutetico Si un electroacuten

experimenta dos cambios de fase

sucesivos emitiendo un electroacuten

y absorbiendo despueacutes otro y se

invierte la secuencia resulta que

el resultado final es el mismo Y

es que hablando con precisioacuten la

EDC es una teoriacutea gauge abeliana

La terminologiacutea se t oma de la teoshy

riacutea de grupos y alude al matemaacuteshy

tico noruego Niels Hpnrik

Abel (1802-1829) Un

grupo de transformacioshy

nes abeliana es un grupo

conmutativo en donde el

resultado final de varias

operaciones no depende

del orden en que se reashy

licen

El campo electromagshy

neacutetico alrededor de un

electroacuten de acuerdo con

el principio de indetermishy

nacioacuten puede crear fotoshy

nes virtuales que antes

de ser reabsorbidos por

el electroacuten pueden crear

pares electroacuten-positroacuten

o cualquier otro par de

partiacuteculas virtuales y esshy

tos electrones pueden tener sus

propias nubes de fotones y asiacute

sucesivamente Cuando se intenta

calcular cuaacutenta energiacutea se presta al

campo resulta que no existe liacutemite

la energiacutea de los electrones maacutes la

de la nube de partiacuteculas virtuales

se hace infinita y como E = mc2

todo pasa como si los electrones

tuvieran una masa infinita Como

consecuencia de esto resulta que

la idea claacutesica del vaciacuteo como una

Formacioacuten simeacutetrica materia (electroacuten) - antimateria (positroacuten)

regioacuten del espacio en la que se ha

retirado todo (paltiacuteculas campos

ondas) no con cuerda con la de la

teoriacutea cuaacutentica de campos para la

cual el espacio vaciacuteo es un hervideshy

ro de partiacuteculas virtuales en consshy

tante cambio

La manera de resolver este

problema consiste en eliminar los

infinitos Se encontroacute la forma

de eliminarlos mediante un truco

matemaacutetico llamado renormalizashy

cioacuten iquestQue es la renormalizacioacuten)

Es una teacutecnica de caacutelculo mashy

temaacutetico propia de la teoriacutea de

campos consistente en redefinir

algunos paraacutemetros (tales como

masa y cargas) generalmente con

cambios de escala con objeto de

eliminar teacuterminos infinitos duranshy

te un caacutelculo repitiendo el proshy

ceso cuantas veces sea necesario

hasta que el resultado presenta

consistencia fiacutesica Mashy

temaacuteticamente la masa

infinita de la nube de

partiacuteculas virtuales que

envuelve al electroacuten

puede compensarse si

se supone que un elecshy

troacuten desnudo es decir

el electroacuten en el que

imaginamos hemos

eliminado la carga del

electroacuten y carente por

tanto del campo elecshy

tromagneacutetico que le roshy

dea tiene una masa inshy

finita negativa De esta

manera los dos infinitos

se anulan y se puede dar

a la masa del electroacuten el

valor obtenido por meshy

didas experimentales

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Sin querer animar a nuestros lectores a dar la esshy

palda a la verdadera experiencia de mirar con los

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aprender maacutes sobre el cielo o para ensentildear a nuesshy

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Si tienes nintildeos de 4 a 10 antildeos iexclExplora el Universo

UNAWE - Explora el Universo (1) nacioacute en 2005

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para nintildeos de 4 a 1 O antildeos de cualquier paiacutes y conshy

dicioacuten

A 1lt

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cuentos y poesiacuteas 41

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MIRANDO AL CIELO DESDE EL ORDENADOR ASTRONOMiacuteA MULTIMEDIA PARA LOS MAacuteS PEQUENtildeOS

Sin querer animar a nuestros lectores a dar la esshy

palda a la verdadera experiencia de mirar con los

oJos el cielo nocturno queremos presentar algunas

direcciones de Internet que podemos utilizar para

aprender maacutes sobre el cielo o para ensentildear a nuesshy

tros hijos sobre el Universo aprovechando los atracshy

tivos formatos de animaciones y simulaciones multishy

media o la faacutecil accesibilidad de viacutedeos en la red

Si tienes nintildeos de 4 a 10 antildeos iexclExplora el Universo

UNAWE - Explora el Universo (1) nacioacute en 2005

con la idea de ser el primer contacto con el universo

para nintildeos de 4 a 1 O antildeos de cualquier paiacutes y conshy

dicioacuten

A 1lt

Estrella Gancedo Gordillo Grupo de Software Educativo

Direccioacuten General de Poliacutet ica Educativa Consejeriacutea de Educacioacuten bull Junta de Extremadura

En este portal web encontramos descripciones de

actividades que podemos realizar de forma sencilla

construccioacuten de instrumentos como el telescopio o

la caacutemara oscura realizacioacuten de modelos de cuerpos

celestes ademaacutes de tener acceso a maacutes de 5000

fotografiacuteas o a simulaciones interactivas que nos

ayudaraacuten a comprender mejor conceptos transmitishy

dos tradicionalmente mediante dibujos o palabras

junto con viacutedeos para descargar que tratan temas

tan interesantes como los eclipses de luna las fases

de Venus o los sateacutelites de Juacutepiter

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in icio middot presentad oacuten quieacutenes somos middot noticias middot UNAWE CSIC 2009 Antildeo Internacional de la Astronomiacutea

~pone por el Oeste

Haz clic en la Tierra y arrastrala para hacerla girar Observa el movimiento del

Sol sobre el horizonte Fiacutejate en el sentido de giro iquestEn sentido de las agujas del reloj iquestEn sentido contrario

iquestCoacutemo es el camino que hace el Sol el primer diacutea de primavera Juan esta intrigado por saber cual seraacute el movimiento del Sol durante un diacutea Para poder contestar

a sus preguntas ha decidido hacer observaciones a diferentes horas del diacutea

[i

Haz clic en el botoacuten para repetir la observacioacuten del movimiento del Sol

saldraacute el Sol iquestpor donde se pondraacute iquesta que hora iquestcuanto duraraacute el diacutea

iquestPorqueacute vemos salir y ponerse erSol Observacioacuten Vemos que el Sol sale por el Explicacioacuten El diacutea y la noche son debidos al

Esteiexcl alcanza la maacutexima altura en el Sur y se giro de la Tierra sobre si misma

inicio raquo

iexclAtreacutevete con el Universo

En este material (2) especialmente recopilado con

motivo del Antildeo Internacional de la Astronomiacutea 2009

para que los estudiantes de secundaria descubran el

placer de conocer el Universo podemos encontrar

una interesante simulacioacuten que nos ayuda a visuashy

lizar la relacioacuten entre la latitud y las sombras y otra

sobre las estaciones y la duracioacuten de los diacuteas

Ademaacutes en esta paacutegina encontra mos una biografiacutea

interact iva de Gal ileo y viacutedeos para descargar sobre

la rota cioacuten de la Luna el Unive rso la Galaxia

(2) httpwwwesieesastrosecundaria

Para finalizar vamos a revisar las ideas maacutes importantes que hemos visto Contesta las preguntas despueacutes de ver la simulacioacuten

Invierno Haz dic en el botoacuten para poner en marcha la simulacioacuten O 12

r) -- -1

El primer diacutea de invierno es el diacutea maacutes ~ ~DiacuteA

Durante el invierno los diacuteas

El primer diacutea de primavera dura Ihoras

Durante la primavera los diacuteas 1 _____-

El primer diacutea de verano es el diacutea maacutes

Durante el verano los diacuteas 1-____---

El primer d iacutea de otontildeo dura horas

Durante el otontildeo los diacuteas

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iexclAtreacutevete con el Universo

En este material (2) especialmente recopilado con

motivo del Antildeo Internacional de la Astronomiacutea 2009

para que los estudiantes de secundaria descubran el

placer de conocer el Universo podemos encontrar

una interesante simulacioacuten que nos ayuda a visuashy

lizar la relacioacuten entre la latitud y las sombras y otra

sobre las estaciones y la duracioacuten de los diacuteas

Ademaacutes en esta paacutegina encontra mos una biografiacutea

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la rota cioacuten de la Luna el Unive rso la Galaxia

(2) httpwwwesieesastrosecundaria

Para finalizar vamos a revisar las ideas maacutes importantes que hemos visto Contesta las preguntas despueacutes de ver la simulacioacuten

Invierno Haz dic en el botoacuten para poner en marcha la simulacioacuten O 12

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El primer diacutea de invierno es el diacutea maacutes ~ ~DiacuteA

Durante el invierno los diacuteas

El primer diacutea de primavera dura Ihoras

Durante la primavera los diacuteas 1 _____-

El primer diacutea de verano es el diacutea maacutes

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Durante el otontildeo los diacuteas

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Planetas y estrellas a escala

Un clip de viacutedeo (3) que comrnrn rlanetas

y estrellas empezando por Mercurio y tershy

minando por la estrella VVCephei

(3) httpwwwyoutubecom

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El Sistema Solar

Una atractiva forma de presentar el Sisteshy

ma Solar (4) a alumnos de Primaria y Seshy

cundaria que consta del Viaje Espacial un

luego Ponlo en orden y fondos de panshy

talla para descargar

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Cosmic Coors I mos muchos colores del universo Esta simulacioacuten

(5) nos permite ver como ven diferentes telesco-

Soacutelo una pequentildea parte de la radiacioacuten electromagshy pios de infrarrojos ultravioleta de rayos X

neacutetica que emiten los objetos estelares es detectada

por instrumentos como nuestros oJos Nos perde- (5) httpspaceplacenasagovspkidscosmicgames html

Cosmic Coors I mos muchos colores del universo Esta simulacioacuten

(5) nos permite ver como ven diferentes telesco-

Soacutelo una pequentildea parte de la radiacioacuten electromagshy pios de infrarrojos ultravioleta de rayos X

neacutetica que emiten los objetos estelares es detectada

por instrumentos como nuestros oJos Nos perde- (5) httpspaceplacenasagovspkidscosmicgames html

D CLARACION DE ARECIBO

NOTA DE REDACClOacuteNshyDebido a la importancia que tiene la divulgacioacuten de la ciencia y el compromiso que con la misma ha adquirido la comunidad cientiacutefica reproducimos a continuacioacuten el texto iacutentegro de la Declaracioacuten de Arecibo realizada en Arecibo Puerto Rico el 27 de septiembre de 2003

La comunicacioacuten del conocimiento cientiacutefico

Declaracioacuten de Arecibo ILOS abajo firmantes convocados durante el ler Congreso Comunicando Astronomiacutea en Hispanoameacuterica celebrado en el Observatorio de Arecibo (National Astronomy and lonosphere Center) bajo los siguientes objetivos

Intercambiar experiencias en el aacuterea de divulgacioacuten cientiacutefica y establecer colaboraciones entre los participantes Presentar iniciativas de divulgacioacuten y popularizacioacuten de la ciencia en el mundo hispano Identificar las dificultades encontradas y sus posibles soluciones en el camino a una

divulgacioacuten efectiva Sentar las bases de una filosofiacutea y metodologiacutea que permita enfrentar los problemas de la falta de conocimiento ciacuteentiacutefico en Hispanoameacuteriacuteca

En vista que

La mayoriacutea de las naciones adhirioacute y promueve los objetivos de la Declaracioacuten sobre la Ciencia y el uso del saber cientiacutefico surgida en la Conferencia Mundial sobre la Ciencia para el Siglo XXI Un Nuevo Compromiso (Budapest 1999) es decir

~ Conseguir que el conocimiento sirva genuinamente para el bienestar de la sociedad y que en esa direccioacuten las ciencias alcancen a ser consideradas masivamente como un servicio de tal conocimiento

~ Favorecer el consenso en los ciudadanos de nuestras naciones acerca de que las ciencias deben estar al servicio de la paz y del desarrollo de las mismas sin distinciones ni jerarquiacuteas de ninguna especie e

~ Impulsar que las ciencias puedan ser consideradas patrimonio por nuestras sociedades como un factor de sus culturas y promover que sus desarrollos sean exclusivamente para las sociedades es decir que no respondan a intereses particulares o sectarios

Declaramos que ~ Coincidimos en que el conocimiento cientifico es una parte integrante de la cultura de nuestros

pueblos y por tanto como tal merece ser reconocido En particular el saber astronoacutemico sustentado en muacuteltiples disciplinas es capaz de suscitar intereacutes e inquietud en la sociedad y ofrece por ello grandes oportunidades para la divulgacioacuten de las ciencias en general

~ Coincidimos en que la educacioacuten en ciencias naturales de nuestros paiacuteses adolece de grandes carencias que comprometen el desarrollo de capacidades de nuestra pOblacioacuten Frente a esta situacioacuten creemos que el desarrollo de proyectos de divulgacioacuten de la astronomiacutea incidiriacutea favorablemente en la educacioacuten continua y eventos de popularizacioacuten sensibilizariacutean de modo significativo a la poblacioacuten hacia las ciencias en general

~ Los medios de comunicacioacuten de masas tienen una responsabilidad en la formacioacuten cientiacutefica de los individuos y pueden realizar una gran labor en materia de divulgacioacuten cientiacutefica Para lograr este fin pueden apoyarse en los profesionales de la educacioacuten y la investigacioacuten

~ Hemos constatado que el espantildeol es un vehiacuteculo excelente para comunicar la ciencia y por lo tanto recomendamos su uso para la divulgacioacuten y la popularizacioacuten

~ Dado que la comunicacioacuten cientifica en los paiacuteses hispanohablantes se enfrenta a problemas comunes coincidimos en la necesidad de aumentar el apoyo a los programas de divulgacioacuten y popularizacioacuten de las ciencias naturales en aquellos paises que han logrado instrumentarlos y exhortamos a la instalacioacuten y desarrollo de proyectos similares en aquellos paises que auacuten no lo han logrado Al respecto existe amplia literatura que da cuenta de estrategias para divulgar y popularizar las ciencias

~ Existe el riesgo de que aumente el oscurantismo si no se educa en materia de ciencia por lo que pensamos que se debe proporcionar conocimientos cientiacuteficos para que las personas desarrollen pensamiento critico capacidad de resolver problemas y creatividad

~ Coincidimos en que la labor de divulgacioacuten de la ciencia debe ser evaluada con criterios propios y con similar rigurosidad que la labor cientiacutefica a fin de obtener recursos prestigio y estiacutemulo a los cientiacuteficos que deseen dedicarse a esta actividad

~ Cada uno de los profesionales del mundo de la ciencia deberiacuteamos asumir un compromiso generoso e ineludible para avanzar en la difusioacuten del conocimiento de nuestras disciplinas

recibo Puerto Rico 27 de Septiembre 2003

oseacute L Alonso NAIC - Observatorio de Arecibo Puerto Rico

Daniel R Altschuler Director NAIC - Observatorio de Arecibo Puerto Rico

icarios Javier Alvarez Gonzaacutelez Universidad de la Laguna Espantildea

Francisco Anguita Universidad Complutense Espantildea

Feacutelix Ares Miramon Kutra Espacio de la ciencia Espantildea

Fernando Jesuacutes Ballesteros Roselloacute Observatorio Astronoacutemico de la Universidad de Valencia Espantildea

Dolores Balsac Planetario de la Universidad de Puerto Rico en Mayaguumlez Puerto Rico

uan Antonio Belmonte Instituto de Astrofiacutesica de Canarias Espantildea

Ricardo Campo Peacuterez Universidad de la Laguna Espantildea

uan Carlos Cersosimo Univ de Puerto Rico - Humacao Puerto Rico

Johnny Cova Fundacioacuten Centro Investigadores de Astronomiacutea Venezuela

Luis Cuesta Instituto de Astrofiacutesica de Canarias Espantildea

Ignacio Ferriacuten Universidad de los Andes Venezuela

ulieta Fierro Gossman Direccioacuten General de Divulgacioacuten de la Ciencia UNAM Meacutexico

esuacutes Galindo Treja Instituto de Astronomiacutea UNAM Meacutexico

oseacute Nestor Gonzaacutelez Desanti ANEP Ed Secundaria Uruguay

uan G Gonzaacutelez Lagoa Universidad de Puerto Rico - Mayaguumlez Puerto Rico

ordi Llorca Univ de Barcelona e Inst dEstudis Espacials de Catalunya Espantildea

Ramoacuten Loacutepez Alemaacuten Universidad de Puerto Rico Riacuteo Piedras Puerto Rico

Francisco Lozano Winterhalder Centro de Estudios de la Biosfera-ICH Espantildea

Bartolomeacute Luque Universidad Politeacutecnica de Madrid Espantildea

erence Mahoney Instituto de Astrofiacutesica de Canarias Espantildea

Eduardo Mart iacuten Instituto de Astronomiacutea Universidad de Hawaii EEUU

Fernando Martiacuten Asin Universidad Politeacutecnica de Madrid Espantildea

oaquiacuten Mediacuten UPR - Bayamoacuten Puerto Rico

Osear Meacutendez Laesprella Planetario de Montevideo Uruguay

Rafael Muller UPR en Humacao Puerto Rico

David Enrique Orellana Astorga AURA Inc en Chile Universidad de la Serena Chile

Ma Isabel Ormentildeo Universidad de Santiago de Chile Chile

Carmen A Pantoja Universidad de Puerto Rico Puerto Rico

Claudio Pastrana Educacioacuten Secundaria Superior Uruguay

Ineacutes Rodriacuteguez Hidalgo Inst Astrofiacutesica de Canarias Univ La Laguna Espantildea

Abraham Ruiz Universidad de Puerto Rico - Humacao Puerto Rico

Magdalena Ruiacutez de Elvira El Pais SL Espantildea

1J0seacute Francisco Salgado Planetario Adler USA

Francisco Javier Saracho M Universidad Metropolitana Puerto Rico

IJorge Enrique Senior Martiacutenez Universidad del Atlaacutentico Colombia

Horacio Luis Tignanelli Comisioacuten de Investigaciones Cientiacuteficas Argentina

IJosep M Trigo-Rodriacuteguez

University of California Los Angeles USA

Manuel Vaacutezquez Instituto de Astrofiacutesica de Canarias Espantildea

orge Villamizar Universidad Industrial de Santander - UIS Colombia

E ERGIA UCLEAR EN LA

Manuel Fernaacutendez Ordoacutentildeez PROPULSION ESPACIA Doctor en Fiacutesica Nuclear

Duracotus un joven islandeacutes

con alma de aventurero logroacute

convencer a su madre Fiolxhilda y

ambos mediante un conjuro maacuteshy

gico alcanzaron la Luna durante

un eclipse solar Eacutesta es una breve

sinopsis de la que probablemenshy

te sea la primera novela de cienshy

cia ficcioacuten de la Historia Somshy

nium Esta libro escrito en 1623

por nuestro inestimable Johannes

Kepler const ituye el comienzo de

la infinita proliferacioacuten de obras

de ciencia ficcioacuten que constituyen

el reflejo del suentildeo humano por

la exploracioacuten del espacio

La exploracioacuten espacial coshy

menzoacute su camino a principios de

la segunda mitad del pasado siglo

XX con las misiones rusas Sputnik

y las norteamericanas Explorer y

Vanguard [1] Tras estos primeros

sateacutelites en la oacuterbita terrestre los

esfuerzos se centraron en alcanshy

zar la Luna y la oacuterbita de Venus

y no fue hasta 1964 cuando se

lograron enviar las primeras fotoshy

grafiacuteas de las cercaniacuteas de Marshy

te La energiacutea eleacutectrica necesaria

para estas misiones era proporshy

cionada por bateriacuteas estaacutendar (en

aquel entonces) y por paneles soshy

lares en la actualidad Sin embarshy

go los problemas comenzaron

cuando se quiso ir maacutes leJos maacutes

allaacute de Marte Habra que disentildear

sistemas que proporcionasen aushy

tonomiacutea suficiente para enviar

misiones a lugares remotos como

planetas maacutes externos sus resshy

pectivas lunas e incluso maacutes allaacute

de los liacutemites del Sistema Solar

En este momento fue cuando la

energiacutea nudear entroacute a formar

parte del campo de la explorashy

cioacuten espacial ampliando de este

modo la gama de usos civiles de

este tipo de energiacutea Asiacute misiones

como las Pioneer 10 Y 11 para la

exploracioacuten de Juacutepiter la Voyager

1 para la exploracioacuten del Cintushy

roacuten de Kuiper Juacutepiter y Saturno

la Voyager 2 para la exploracioacuten

de Saturno Urano y Neptuno la

Galileo para la exploracioacuten de Juacuteshy

piter y sus lunas la Ulysses para

la exploracioacuten del Sol la Cassinishy

Huygens para la exploracioacuten de

Saturno y sus lunas o la New

Horizon para la exploracioacuten de

Plutoacuten y sus lunas llevan a borshy

do generadores nucleares para

proporcionar la energiacutea eleacutectrica

necesaria para el funcionamienshy

to de sus sistemas En palabras

escritas por la propia NASA

incluso con paneles solares que

contengan las uacuteltimas ceacutelulas soshy

lares de mayor eficiencia no seriacutea

posible abordar la misioacuten Cassini

con energiacutea solar [] los disshy

positivos seriacutean tan masivos que

seriacutea imposible un lanzamiento

[2] Es decir seguacuten la NASA para

exploraciones maacutes allaacute de Marte

no existe alternativa alguna a la

energiacutea nuclear

Todas las misiones mencionashy

das anteriormente utilizaron (o

GPHS-RTG Aluminum OUler Aiexcl li l Cooli ng ~YSltm Sbc ll iexclstmbly (ACS) ManirldCoo ling Tuoc

Hlul Sourre (jiexclS MlnugCmcnl iexcl GeOlrJ1 PLlflloSC ~ I~re~s ureSuppnrt Algts~mbl ) Hcal SOUTCeacute (GPHS) Rcllel D~ i cc

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Figura 1 Visioacuten esquemaacutetica de uno de los RTGs montados en la misioacuten CassinishyHuygens para la exploracioacuten de Saturno y sus lunas La fuente de calor estaacute formada por pastillas de oacutexido de plutonio RTGs anaacutelogos a eacuteste fueron tambieacuten montados en las misiones Galileo Ulysses y New Horizon Fuente NASA

utilizan) como generadores eleacutecshytricos unos dispositivos denomishy

nados RTGs acroacutenimo ingleacutes de

Generadores Termoeleacutectricos de

Radioisoacutetopos Estos dispositivos

son bateriacuteas que proporcionan

potencia eleacutectrica y constan funshy

damentalmente de dos partes

una fuente de calor y un sistema

para convertir el calor en elecshytricidad La fuente de calor estaacute

formada por un material radiacshy

tivo que se calienta por la proshy

pia naturaleza del decaimiento

de sus isoacutetopos mientras que ese calor es aprovechado por un

convertidor termoeleacutectrico que se

basa en el efecto Seebeck1 En la

Figura 1 podemos observar una

visioacuten esquemaacutetica de uno de los

tres RTGs montados en la misioacuten

Cassini-Huygens para la explorashy

cioacuten de Saturno y sus lunas En la

Figura 2 mostramos un esquema

de la sonda Cassini en la que poshydemos observar la posicioacuten de los

tres RTGs en la parte inferior de la

nave aeroespacial

Uno de los criterios fundashy

mentales a la hora de disentildear un

RTG consiste en la eleccioacuten del

isoacutetopo radiactivo que constituye

la fuente de calor Esta eleccioacuten debe ser un compromiso entre la vida media de los radioisoacutetopos

(que determinaraacute la duracioacuten de

la pila) la actividad de la fuente

(que determinaraacute la cantidad de

masa necesaria) y el tipo de rashy

diacioacuten emitida (que determinaraacute la cantidad de blindaje necesario

para la fuente y por tanto el peso

del dispositivo) La fuente elegida

para alimentar un RTG la lista se reduce a unos 30 cuyos principashyles candidatos son el 23SpU 210 pO 242Cm 244 Cm y 241 Am

Figura 1 Esquema de la sonda espacial Cassini-Huygens para la exploracioacuten de Saturshy

no y sus lunas En la parte inferior de la sonda podemos observar la disposicioacuten de los

tres RTGs para proporcionar energiacutea eleacutectrica durante toda la misioacuten Fuente NASA

debe producir radiacioacuten de alta

energiacutea que se transforme faacutecilshy

mente en calor y que no emita

neutrones por tanto lo oacuteptimo

es un emisor de radiacioacuten alfa Los emisores beta no son vaacutelishy

dos ya que suelen emitir tambieacuten

gran cantidad de radiacioacuten gamshy

ma que necesita grandes blindashy

jes No hay muchos isoacutetopos que

cumplan los requisitos necesarios

El maacutes utilizado de todos ellos

por sus propiedades oacuteptimas

es el Plutonio-238 Este isoacutetopo

necesita uacutenicamente 25 mm de

blindaje de plomo (mientras que la mayoriacutea de los demaacutes isoacutetoshy

pos necesita maacutes de 2S mm de

plomo) El 238Pu tiene una vida

media de 877 antildeos lo cual imshy

plica -debido a las propiedades

del decaimiento radiactivo- que

1 El efecto Seebeck fue descubierto en 1921 por el fiacutesi co alemaacuten del que toma su nombre Baacutesicamente el principio establece que

cuando se unen dos piezas de metales distintos se prod uce un voltaje que es proporcional a la diferencia de temperatura entre los dos

metales Por tanto si unimos dos metales y el extremo de uno de ellos se encuentra en un foco caliente (como un material radiacti vo)

mientras que el extremo del otro metal se encuentra en un foco friacuteo (como el Espacio) obtendremos una diferencia de potencial que

proporcionaraacute electricidad de forma estable y duradera

pierda uacutenicamente el 08 de su

capacidad para producir electricishy

dad cada antildeo Imagiacutenense que utilizando estos RTGs de oacutexido de

plutonio pasados 30 antildeos uacutenicashy

mente se ha agotado aproximashy

damente el 20 de la capacidad

del generador para producir elecshy

tricidad Como ejemplo la sonda

Cassirli-Huygens dispone de tres

RTGs de 300W de potencia maacutexishy

ma que portan 78Kg de oacutexido

de plutonio cada uno La masa

de cada uno de estos RTGs es de

aproximadamente 56 Kg [3]

El Polonio-210 fue utilizado

en los primeros prototipos en los

antildeos 50 pero este isoacutetopo proshy

porciona una densidad de enershy

giacutea tan elevada que si no exisshy

te un mecanismo eficiente de

enfriamiento de la muestra su

propio decaimiento es suficiente

para fundirla y vaporizarla Los

dos isoacutetopos del Curio (242C m y

244Cm) necesitan un blindaje peshy

sado debido a su probabilidad de

fisioacuten espontaacute rl ea que emite neushy

trones y fotones de alta energiacutea

El Americio-241 es un gran

candidato a desbancar en el fushy

turo al 238PU como isoacutetopo maacutes

utilizado en las RTGs El 241 Am

tiene una vida media de 432

antildeos permitiendo el desarrollo

de RTGs que duraran cientos de antildeos sin embargo necesita blinshy

dajes mayores que el plutonio ya

que genera radiaciones maacutes peshy

netrantes

Las eficiencias propias de los

RTGs son bastante bajas del orshy

den del 5 Esto es debido a la

baja eficiencia de los termopares

que convierten el calor en elecshy

tricidad Sin embargo se estaacuten

desarrollando una nueva serie de

generadores denominados SRGs

(del ingleacutes Stirling Radioisotope

Generator) que pueden alcanshy

zar eficiencias mayores al 20

seguacuten el centro de investigacioshy

nes Glenn de la NASA [4] Estos

nuevos gerleradores utilizan en

lugar de termopares convertidoshy

res Stirling accionados por helio

ca llentado por el decaimiento rashy

diactivo Se estaacute trabajando en la

actualidad en un prototipo SRG

de 114W de potencia que utilizashy

raacute cuatro veces menos 23 8PU que

su anaacutelogo en RTG

Sin embargo si bien todas las

misiones no tripuladas a los confishy

nes del Sistema Solar utilizan RTGs

para su abastecimiento eleacutectrico

personalmente creo que el futuro

de la exploracioacuten espacial (incluso

la trip ulada) se basaraacute en el desashy

rrollo de la propulsioacuten por medio

de reactores nucleares En 1965

EEUU puso en oacuterbita el reactor

nuclear SNAP-10A un reactor

raacutepido de oacutexido de uranio con

una potencia de 30kW teacutermicos

y una masa de 300 Kg [5] Estuvo

en oacuterbita durante 43 diacuteas produshy

ciendo una potencia eleacutectrica de

500W (debido a la baja eficiencia

de los termopares) Es por tanto

una tecnologiacutea demostrada que

se abandonoacute por su alto coste

en aquellos antildeos No obstante

la NASA ha comenzado a relanshy

zar proyectos de irlvestigacioacuten erl

reactores nucleares en el aacutembishy

to espacial [6 7L una fuente de

energiacutea compacta e intensa que

permitiraacute extender los liacutemites de

la exploracioacuten espacial y enviar

misiones tripuladas a lugares hasshy

ta ahora inaccesibles El desarrollo

de los reactores nucleares dedicashy

dos a la propulSioacuten espacial sin

embargo escapa a la pretensioacuten

de este escrito y presenta la entishy

dad suficiente como para motivar

un artiacuteculo exclusivo en el futuro

REFERENCIAS

[1] httpwwwelcielodelmescomcronologiaindexphp

[2] httpgeorgenet neVh ubblecassi ni_pdfpower pdf

[3] httpwwwfasorgnukespacebennett0706pdf

[4] httpwwwgrcnasagovNVWWRTRT200250005490thiemehtml

[5] httpwwwetecenergygovHistoryMajor-OperationsSNAP-Overviewhtmll

[6] httpwwwspacecomscienceastronomysolarsystemnuclearmars_000521html

[7] httpwwwspacecomnewsnasa_nuclear_020205html

oseacute L Alonso NAIC - Observatorio de Arecibo Puerto Rico

Daniel R Altschuler Director NAIC - Observatorio de Arecibo Puerto Rico

icarios Javier Alvarez Gonzaacutelez Universidad de la Laguna Espantildea

Francisco Anguita Universidad Complutense Espantildea

Feacutelix Ares Miramon Kutra Espacio de la ciencia Espantildea

Fernando Jesuacutes Ballesteros Roselloacute Observatorio Astronoacutemico de la Universidad de Valencia Espantildea

Dolores Balsac Planetario de la Universidad de Puerto Rico en Mayaguumlez Puerto Rico

uan Antonio Belmonte Instituto de Astrofiacutesica de Canarias Espantildea

Ricardo Campo Peacuterez Universidad de la Laguna Espantildea

uan Carlos Cersosimo Univ de Puerto Rico - Humacao Puerto Rico

Johnny Cova Fundacioacuten Centro Investigadores de Astronomiacutea Venezuela

Luis Cuesta Instituto de Astrofiacutesica de Canarias Espantildea

Ignacio Ferriacuten Universidad de los Andes Venezuela

ulieta Fierro Gossman Direccioacuten General de Divulgacioacuten de la Ciencia UNAM Meacutexico

esuacutes Galindo Treja Instituto de Astronomiacutea UNAM Meacutexico

oseacute Nestor Gonzaacutelez Desanti ANEP Ed Secundaria Uruguay

uan G Gonzaacutelez Lagoa Universidad de Puerto Rico - Mayaguumlez Puerto Rico

ordi Llorca Univ de Barcelona e Inst dEstudis Espacials de Catalunya Espantildea

Ramoacuten Loacutepez Alemaacuten Universidad de Puerto Rico Riacuteo Piedras Puerto Rico

Francisco Lozano Winterhalder Centro de Estudios de la Biosfera-ICH Espantildea

Bartolomeacute Luque Universidad Politeacutecnica de Madrid Espantildea

erence Mahoney Instituto de Astrofiacutesica de Canarias Espantildea

Eduardo Mart iacuten Instituto de Astronomiacutea Universidad de Hawaii EEUU

Fernando Martiacuten Asin Universidad Politeacutecnica de Madrid Espantildea

oaquiacuten Mediacuten UPR - Bayamoacuten Puerto Rico

Osear Meacutendez Laesprella Planetario de Montevideo Uruguay

Rafael Muller UPR en Humacao Puerto Rico

David Enrique Orellana Astorga AURA Inc en Chile Universidad de la Serena Chile

Ma Isabel Ormentildeo Universidad de Santiago de Chile Chile

Carmen A Pantoja Universidad de Puerto Rico Puerto Rico

Claudio Pastrana Educacioacuten Secundaria Superior Uruguay

Ineacutes Rodriacuteguez Hidalgo Inst Astrofiacutesica de Canarias Univ La Laguna Espantildea

Abraham Ruiz Universidad de Puerto Rico - Humacao Puerto Rico

Magdalena Ruiacutez de Elvira El Pais SL Espantildea

1J0seacute Francisco Salgado Planetario Adler USA

Francisco Javier Saracho M Universidad Metropolitana Puerto Rico

IJorge Enrique Senior Martiacutenez Universidad del Atlaacutentico Colombia

Horacio Luis Tignanelli Comisioacuten de Investigaciones Cientiacuteficas Argentina

IJosep M Trigo-Rodriacuteguez

University of California Los Angeles USA

Manuel Vaacutezquez Instituto de Astrofiacutesica de Canarias Espantildea

orge Villamizar Universidad Industrial de Santander - UIS Colombia

E ERGIA UCLEAR EN LA

Manuel Fernaacutendez Ordoacutentildeez PROPULSION ESPACIA Doctor en Fiacutesica Nuclear

Duracotus un joven islandeacutes

con alma de aventurero logroacute

convencer a su madre Fiolxhilda y

ambos mediante un conjuro maacuteshy

gico alcanzaron la Luna durante

un eclipse solar Eacutesta es una breve

sinopsis de la que probablemenshy

te sea la primera novela de cienshy

cia ficcioacuten de la Historia Somshy

nium Esta libro escrito en 1623

por nuestro inestimable Johannes

Kepler const ituye el comienzo de

la infinita proliferacioacuten de obras

de ciencia ficcioacuten que constituyen

el reflejo del suentildeo humano por

la exploracioacuten del espacio

La exploracioacuten espacial coshy

menzoacute su camino a principios de

la segunda mitad del pasado siglo

XX con las misiones rusas Sputnik

y las norteamericanas Explorer y

Vanguard [1] Tras estos primeros

sateacutelites en la oacuterbita terrestre los

esfuerzos se centraron en alcanshy

zar la Luna y la oacuterbita de Venus

y no fue hasta 1964 cuando se

lograron enviar las primeras fotoshy

grafiacuteas de las cercaniacuteas de Marshy

te La energiacutea eleacutectrica necesaria

para estas misiones era proporshy

cionada por bateriacuteas estaacutendar (en

aquel entonces) y por paneles soshy

lares en la actualidad Sin embarshy

go los problemas comenzaron

cuando se quiso ir maacutes leJos maacutes

allaacute de Marte Habra que disentildear

sistemas que proporcionasen aushy

tonomiacutea suficiente para enviar

misiones a lugares remotos como

planetas maacutes externos sus resshy

pectivas lunas e incluso maacutes allaacute

de los liacutemites del Sistema Solar

En este momento fue cuando la

energiacutea nudear entroacute a formar

parte del campo de la explorashy

cioacuten espacial ampliando de este

modo la gama de usos civiles de

este tipo de energiacutea Asiacute misiones

como las Pioneer 10 Y 11 para la

exploracioacuten de Juacutepiter la Voyager

1 para la exploracioacuten del Cintushy

roacuten de Kuiper Juacutepiter y Saturno

la Voyager 2 para la exploracioacuten

de Saturno Urano y Neptuno la

Galileo para la exploracioacuten de Juacuteshy

piter y sus lunas la Ulysses para

la exploracioacuten del Sol la Cassinishy

Huygens para la exploracioacuten de

Saturno y sus lunas o la New

Horizon para la exploracioacuten de

Plutoacuten y sus lunas llevan a borshy

do generadores nucleares para

proporcionar la energiacutea eleacutectrica

necesaria para el funcionamienshy

to de sus sistemas En palabras

escritas por la propia NASA

incluso con paneles solares que

contengan las uacuteltimas ceacutelulas soshy

lares de mayor eficiencia no seriacutea

posible abordar la misioacuten Cassini

con energiacutea solar [] los disshy

positivos seriacutean tan masivos que

seriacutea imposible un lanzamiento

[2] Es decir seguacuten la NASA para

exploraciones maacutes allaacute de Marte

no existe alternativa alguna a la

energiacutea nuclear

Todas las misiones mencionashy

das anteriormente utilizaron (o

GPHS-RTG Aluminum OUler Aiexcl li l Cooli ng ~YSltm Sbc ll iexclstmbly (ACS) ManirldCoo ling Tuoc

Hlul Sourre (jiexclS MlnugCmcnl iexcl GeOlrJ1 PLlflloSC ~ I~re~s ureSuppnrt Algts~mbl ) Hcal SOUTCeacute (GPHS) Rcllel D~ i cc

I f

fn c MOllnl i Tll Flange shy

Figura 1 Visioacuten esquemaacutetica de uno de los RTGs montados en la misioacuten CassinishyHuygens para la exploracioacuten de Saturno y sus lunas La fuente de calor estaacute formada por pastillas de oacutexido de plutonio RTGs anaacutelogos a eacuteste fueron tambieacuten montados en las misiones Galileo Ulysses y New Horizon Fuente NASA

utilizan) como generadores eleacutecshytricos unos dispositivos denomishy

nados RTGs acroacutenimo ingleacutes de

Generadores Termoeleacutectricos de

Radioisoacutetopos Estos dispositivos

son bateriacuteas que proporcionan

potencia eleacutectrica y constan funshy

damentalmente de dos partes

una fuente de calor y un sistema

para convertir el calor en elecshytricidad La fuente de calor estaacute

formada por un material radiacshy

tivo que se calienta por la proshy

pia naturaleza del decaimiento

de sus isoacutetopos mientras que ese calor es aprovechado por un

convertidor termoeleacutectrico que se

basa en el efecto Seebeck1 En la

Figura 1 podemos observar una

visioacuten esquemaacutetica de uno de los

tres RTGs montados en la misioacuten

Cassini-Huygens para la explorashy

cioacuten de Saturno y sus lunas En la

Figura 2 mostramos un esquema

de la sonda Cassini en la que poshydemos observar la posicioacuten de los

tres RTGs en la parte inferior de la

nave aeroespacial

Uno de los criterios fundashy

mentales a la hora de disentildear un

RTG consiste en la eleccioacuten del

isoacutetopo radiactivo que constituye

la fuente de calor Esta eleccioacuten debe ser un compromiso entre la vida media de los radioisoacutetopos

(que determinaraacute la duracioacuten de

la pila) la actividad de la fuente

(que determinaraacute la cantidad de

masa necesaria) y el tipo de rashy

diacioacuten emitida (que determinaraacute la cantidad de blindaje necesario

para la fuente y por tanto el peso

del dispositivo) La fuente elegida

para alimentar un RTG la lista se reduce a unos 30 cuyos principashyles candidatos son el 23SpU 210 pO 242Cm 244 Cm y 241 Am

Figura 1 Esquema de la sonda espacial Cassini-Huygens para la exploracioacuten de Saturshy

no y sus lunas En la parte inferior de la sonda podemos observar la disposicioacuten de los

tres RTGs para proporcionar energiacutea eleacutectrica durante toda la misioacuten Fuente NASA

debe producir radiacioacuten de alta

energiacutea que se transforme faacutecilshy

mente en calor y que no emita

neutrones por tanto lo oacuteptimo

es un emisor de radiacioacuten alfa Los emisores beta no son vaacutelishy

dos ya que suelen emitir tambieacuten

gran cantidad de radiacioacuten gamshy

ma que necesita grandes blindashy

jes No hay muchos isoacutetopos que

cumplan los requisitos necesarios

El maacutes utilizado de todos ellos

por sus propiedades oacuteptimas

es el Plutonio-238 Este isoacutetopo

necesita uacutenicamente 25 mm de

blindaje de plomo (mientras que la mayoriacutea de los demaacutes isoacutetoshy

pos necesita maacutes de 2S mm de

plomo) El 238Pu tiene una vida

media de 877 antildeos lo cual imshy

plica -debido a las propiedades

del decaimiento radiactivo- que

1 El efecto Seebeck fue descubierto en 1921 por el fiacutesi co alemaacuten del que toma su nombre Baacutesicamente el principio establece que

cuando se unen dos piezas de metales distintos se prod uce un voltaje que es proporcional a la diferencia de temperatura entre los dos

metales Por tanto si unimos dos metales y el extremo de uno de ellos se encuentra en un foco caliente (como un material radiacti vo)

mientras que el extremo del otro metal se encuentra en un foco friacuteo (como el Espacio) obtendremos una diferencia de potencial que

proporcionaraacute electricidad de forma estable y duradera

pierda uacutenicamente el 08 de su

capacidad para producir electricishy

dad cada antildeo Imagiacutenense que utilizando estos RTGs de oacutexido de

plutonio pasados 30 antildeos uacutenicashy

mente se ha agotado aproximashy

damente el 20 de la capacidad

del generador para producir elecshy

tricidad Como ejemplo la sonda

Cassirli-Huygens dispone de tres

RTGs de 300W de potencia maacutexishy

ma que portan 78Kg de oacutexido

de plutonio cada uno La masa

de cada uno de estos RTGs es de

aproximadamente 56 Kg [3]

El Polonio-210 fue utilizado

en los primeros prototipos en los

antildeos 50 pero este isoacutetopo proshy

porciona una densidad de enershy

giacutea tan elevada que si no exisshy

te un mecanismo eficiente de

enfriamiento de la muestra su

propio decaimiento es suficiente

para fundirla y vaporizarla Los

dos isoacutetopos del Curio (242C m y

244Cm) necesitan un blindaje peshy

sado debido a su probabilidad de

fisioacuten espontaacute rl ea que emite neushy

trones y fotones de alta energiacutea

El Americio-241 es un gran

candidato a desbancar en el fushy

turo al 238PU como isoacutetopo maacutes

utilizado en las RTGs El 241 Am

tiene una vida media de 432

antildeos permitiendo el desarrollo

de RTGs que duraran cientos de antildeos sin embargo necesita blinshy

dajes mayores que el plutonio ya

que genera radiaciones maacutes peshy

netrantes

Las eficiencias propias de los

RTGs son bastante bajas del orshy

den del 5 Esto es debido a la

baja eficiencia de los termopares

que convierten el calor en elecshy

tricidad Sin embargo se estaacuten

desarrollando una nueva serie de

generadores denominados SRGs

(del ingleacutes Stirling Radioisotope

Generator) que pueden alcanshy

zar eficiencias mayores al 20

seguacuten el centro de investigacioshy

nes Glenn de la NASA [4] Estos

nuevos gerleradores utilizan en

lugar de termopares convertidoshy

res Stirling accionados por helio

ca llentado por el decaimiento rashy

diactivo Se estaacute trabajando en la

actualidad en un prototipo SRG

de 114W de potencia que utilizashy

raacute cuatro veces menos 23 8PU que

su anaacutelogo en RTG

Sin embargo si bien todas las

misiones no tripuladas a los confishy

nes del Sistema Solar utilizan RTGs

para su abastecimiento eleacutectrico

personalmente creo que el futuro

de la exploracioacuten espacial (incluso

la trip ulada) se basaraacute en el desashy

rrollo de la propulsioacuten por medio

de reactores nucleares En 1965

EEUU puso en oacuterbita el reactor

nuclear SNAP-10A un reactor

raacutepido de oacutexido de uranio con

una potencia de 30kW teacutermicos

y una masa de 300 Kg [5] Estuvo

en oacuterbita durante 43 diacuteas produshy

ciendo una potencia eleacutectrica de

500W (debido a la baja eficiencia

de los termopares) Es por tanto

una tecnologiacutea demostrada que

se abandonoacute por su alto coste

en aquellos antildeos No obstante

la NASA ha comenzado a relanshy

zar proyectos de irlvestigacioacuten erl

reactores nucleares en el aacutembishy

to espacial [6 7L una fuente de

energiacutea compacta e intensa que

permitiraacute extender los liacutemites de

la exploracioacuten espacial y enviar

misiones tripuladas a lugares hasshy

ta ahora inaccesibles El desarrollo

de los reactores nucleares dedicashy

dos a la propulSioacuten espacial sin

embargo escapa a la pretensioacuten

de este escrito y presenta la entishy

dad suficiente como para motivar

un artiacuteculo exclusivo en el futuro

REFERENCIAS

[1] httpwwwelcielodelmescomcronologiaindexphp

[2] httpgeorgenet neVh ubblecassi ni_pdfpower pdf

[3] httpwwwfasorgnukespacebennett0706pdf

[4] httpwwwgrcnasagovNVWWRTRT200250005490thiemehtml

[5] httpwwwetecenergygovHistoryMajor-OperationsSNAP-Overviewhtmll

[6] httpwwwspacecomscienceastronomysolarsystemnuclearmars_000521html

[7] httpwwwspacecomnewsnasa_nuclear_020205html

E ERGIA UCLEAR EN LA

Manuel Fernaacutendez Ordoacutentildeez PROPULSION ESPACIA Doctor en Fiacutesica Nuclear

Duracotus un joven islandeacutes

con alma de aventurero logroacute

convencer a su madre Fiolxhilda y

ambos mediante un conjuro maacuteshy

gico alcanzaron la Luna durante

un eclipse solar Eacutesta es una breve

sinopsis de la que probablemenshy

te sea la primera novela de cienshy

cia ficcioacuten de la Historia Somshy

nium Esta libro escrito en 1623

por nuestro inestimable Johannes

Kepler const ituye el comienzo de

la infinita proliferacioacuten de obras

de ciencia ficcioacuten que constituyen

el reflejo del suentildeo humano por

la exploracioacuten del espacio

La exploracioacuten espacial coshy

menzoacute su camino a principios de

la segunda mitad del pasado siglo

XX con las misiones rusas Sputnik

y las norteamericanas Explorer y

Vanguard [1] Tras estos primeros

sateacutelites en la oacuterbita terrestre los

esfuerzos se centraron en alcanshy

zar la Luna y la oacuterbita de Venus

y no fue hasta 1964 cuando se

lograron enviar las primeras fotoshy

grafiacuteas de las cercaniacuteas de Marshy

te La energiacutea eleacutectrica necesaria

para estas misiones era proporshy

cionada por bateriacuteas estaacutendar (en

aquel entonces) y por paneles soshy

lares en la actualidad Sin embarshy

go los problemas comenzaron

cuando se quiso ir maacutes leJos maacutes

allaacute de Marte Habra que disentildear

sistemas que proporcionasen aushy

tonomiacutea suficiente para enviar

misiones a lugares remotos como

planetas maacutes externos sus resshy

pectivas lunas e incluso maacutes allaacute

de los liacutemites del Sistema Solar

En este momento fue cuando la

energiacutea nudear entroacute a formar

parte del campo de la explorashy

cioacuten espacial ampliando de este

modo la gama de usos civiles de

este tipo de energiacutea Asiacute misiones

como las Pioneer 10 Y 11 para la

exploracioacuten de Juacutepiter la Voyager

1 para la exploracioacuten del Cintushy

roacuten de Kuiper Juacutepiter y Saturno

la Voyager 2 para la exploracioacuten

de Saturno Urano y Neptuno la

Galileo para la exploracioacuten de Juacuteshy

piter y sus lunas la Ulysses para

la exploracioacuten del Sol la Cassinishy

Huygens para la exploracioacuten de

Saturno y sus lunas o la New

Horizon para la exploracioacuten de

Plutoacuten y sus lunas llevan a borshy

do generadores nucleares para

proporcionar la energiacutea eleacutectrica

necesaria para el funcionamienshy

to de sus sistemas En palabras

escritas por la propia NASA

incluso con paneles solares que

contengan las uacuteltimas ceacutelulas soshy

lares de mayor eficiencia no seriacutea

posible abordar la misioacuten Cassini

con energiacutea solar [] los disshy

positivos seriacutean tan masivos que

seriacutea imposible un lanzamiento

[2] Es decir seguacuten la NASA para

exploraciones maacutes allaacute de Marte

no existe alternativa alguna a la

energiacutea nuclear

Todas las misiones mencionashy

das anteriormente utilizaron (o

GPHS-RTG Aluminum OUler Aiexcl li l Cooli ng ~YSltm Sbc ll iexclstmbly (ACS) ManirldCoo ling Tuoc

Hlul Sourre (jiexclS MlnugCmcnl iexcl GeOlrJ1 PLlflloSC ~ I~re~s ureSuppnrt Algts~mbl ) Hcal SOUTCeacute (GPHS) Rcllel D~ i cc

I f

fn c MOllnl i Tll Flange shy

Figura 1 Visioacuten esquemaacutetica de uno de los RTGs montados en la misioacuten CassinishyHuygens para la exploracioacuten de Saturno y sus lunas La fuente de calor estaacute formada por pastillas de oacutexido de plutonio RTGs anaacutelogos a eacuteste fueron tambieacuten montados en las misiones Galileo Ulysses y New Horizon Fuente NASA

utilizan) como generadores eleacutecshytricos unos dispositivos denomishy

nados RTGs acroacutenimo ingleacutes de

Generadores Termoeleacutectricos de

Radioisoacutetopos Estos dispositivos

son bateriacuteas que proporcionan

potencia eleacutectrica y constan funshy

damentalmente de dos partes

una fuente de calor y un sistema

para convertir el calor en elecshytricidad La fuente de calor estaacute

formada por un material radiacshy

tivo que se calienta por la proshy

pia naturaleza del decaimiento

de sus isoacutetopos mientras que ese calor es aprovechado por un

convertidor termoeleacutectrico que se

basa en el efecto Seebeck1 En la

Figura 1 podemos observar una

visioacuten esquemaacutetica de uno de los

tres RTGs montados en la misioacuten

Cassini-Huygens para la explorashy

cioacuten de Saturno y sus lunas En la

Figura 2 mostramos un esquema

de la sonda Cassini en la que poshydemos observar la posicioacuten de los

tres RTGs en la parte inferior de la

nave aeroespacial

Uno de los criterios fundashy

mentales a la hora de disentildear un

RTG consiste en la eleccioacuten del

isoacutetopo radiactivo que constituye

la fuente de calor Esta eleccioacuten debe ser un compromiso entre la vida media de los radioisoacutetopos

(que determinaraacute la duracioacuten de

la pila) la actividad de la fuente

(que determinaraacute la cantidad de

masa necesaria) y el tipo de rashy

diacioacuten emitida (que determinaraacute la cantidad de blindaje necesario

para la fuente y por tanto el peso

del dispositivo) La fuente elegida

para alimentar un RTG la lista se reduce a unos 30 cuyos principashyles candidatos son el 23SpU 210 pO 242Cm 244 Cm y 241 Am

Figura 1 Esquema de la sonda espacial Cassini-Huygens para la exploracioacuten de Saturshy

no y sus lunas En la parte inferior de la sonda podemos observar la disposicioacuten de los

tres RTGs para proporcionar energiacutea eleacutectrica durante toda la misioacuten Fuente NASA

debe producir radiacioacuten de alta

energiacutea que se transforme faacutecilshy

mente en calor y que no emita

neutrones por tanto lo oacuteptimo

es un emisor de radiacioacuten alfa Los emisores beta no son vaacutelishy

dos ya que suelen emitir tambieacuten

gran cantidad de radiacioacuten gamshy

ma que necesita grandes blindashy

jes No hay muchos isoacutetopos que

cumplan los requisitos necesarios

El maacutes utilizado de todos ellos

por sus propiedades oacuteptimas

es el Plutonio-238 Este isoacutetopo

necesita uacutenicamente 25 mm de

blindaje de plomo (mientras que la mayoriacutea de los demaacutes isoacutetoshy

pos necesita maacutes de 2S mm de

plomo) El 238Pu tiene una vida

media de 877 antildeos lo cual imshy

plica -debido a las propiedades

del decaimiento radiactivo- que

1 El efecto Seebeck fue descubierto en 1921 por el fiacutesi co alemaacuten del que toma su nombre Baacutesicamente el principio establece que

cuando se unen dos piezas de metales distintos se prod uce un voltaje que es proporcional a la diferencia de temperatura entre los dos

metales Por tanto si unimos dos metales y el extremo de uno de ellos se encuentra en un foco caliente (como un material radiacti vo)

mientras que el extremo del otro metal se encuentra en un foco friacuteo (como el Espacio) obtendremos una diferencia de potencial que

proporcionaraacute electricidad de forma estable y duradera

pierda uacutenicamente el 08 de su

capacidad para producir electricishy

dad cada antildeo Imagiacutenense que utilizando estos RTGs de oacutexido de

plutonio pasados 30 antildeos uacutenicashy

mente se ha agotado aproximashy

damente el 20 de la capacidad

del generador para producir elecshy

tricidad Como ejemplo la sonda

Cassirli-Huygens dispone de tres

RTGs de 300W de potencia maacutexishy

ma que portan 78Kg de oacutexido

de plutonio cada uno La masa

de cada uno de estos RTGs es de

aproximadamente 56 Kg [3]

El Polonio-210 fue utilizado

en los primeros prototipos en los

antildeos 50 pero este isoacutetopo proshy

porciona una densidad de enershy

giacutea tan elevada que si no exisshy

te un mecanismo eficiente de

enfriamiento de la muestra su

propio decaimiento es suficiente

para fundirla y vaporizarla Los

dos isoacutetopos del Curio (242C m y

244Cm) necesitan un blindaje peshy

sado debido a su probabilidad de

fisioacuten espontaacute rl ea que emite neushy

trones y fotones de alta energiacutea

El Americio-241 es un gran

candidato a desbancar en el fushy

turo al 238PU como isoacutetopo maacutes

utilizado en las RTGs El 241 Am

tiene una vida media de 432

antildeos permitiendo el desarrollo

de RTGs que duraran cientos de antildeos sin embargo necesita blinshy

dajes mayores que el plutonio ya

que genera radiaciones maacutes peshy

netrantes

Las eficiencias propias de los

RTGs son bastante bajas del orshy

den del 5 Esto es debido a la

baja eficiencia de los termopares

que convierten el calor en elecshy

tricidad Sin embargo se estaacuten

desarrollando una nueva serie de

generadores denominados SRGs

(del ingleacutes Stirling Radioisotope

Generator) que pueden alcanshy

zar eficiencias mayores al 20

seguacuten el centro de investigacioshy

nes Glenn de la NASA [4] Estos

nuevos gerleradores utilizan en

lugar de termopares convertidoshy

res Stirling accionados por helio

ca llentado por el decaimiento rashy

diactivo Se estaacute trabajando en la

actualidad en un prototipo SRG

de 114W de potencia que utilizashy

raacute cuatro veces menos 23 8PU que

su anaacutelogo en RTG

Sin embargo si bien todas las

misiones no tripuladas a los confishy

nes del Sistema Solar utilizan RTGs

para su abastecimiento eleacutectrico

personalmente creo que el futuro

de la exploracioacuten espacial (incluso

la trip ulada) se basaraacute en el desashy

rrollo de la propulsioacuten por medio

de reactores nucleares En 1965

EEUU puso en oacuterbita el reactor

nuclear SNAP-10A un reactor

raacutepido de oacutexido de uranio con

una potencia de 30kW teacutermicos

y una masa de 300 Kg [5] Estuvo

en oacuterbita durante 43 diacuteas produshy

ciendo una potencia eleacutectrica de

500W (debido a la baja eficiencia

de los termopares) Es por tanto

una tecnologiacutea demostrada que

se abandonoacute por su alto coste

en aquellos antildeos No obstante

la NASA ha comenzado a relanshy

zar proyectos de irlvestigacioacuten erl

reactores nucleares en el aacutembishy

to espacial [6 7L una fuente de

energiacutea compacta e intensa que

permitiraacute extender los liacutemites de

la exploracioacuten espacial y enviar

misiones tripuladas a lugares hasshy

ta ahora inaccesibles El desarrollo

de los reactores nucleares dedicashy

dos a la propulSioacuten espacial sin

embargo escapa a la pretensioacuten

de este escrito y presenta la entishy

dad suficiente como para motivar

un artiacuteculo exclusivo en el futuro

REFERENCIAS

[1] httpwwwelcielodelmescomcronologiaindexphp

[2] httpgeorgenet neVh ubblecassi ni_pdfpower pdf

[3] httpwwwfasorgnukespacebennett0706pdf

[4] httpwwwgrcnasagovNVWWRTRT200250005490thiemehtml

[5] httpwwwetecenergygovHistoryMajor-OperationsSNAP-Overviewhtmll

[6] httpwwwspacecomscienceastronomysolarsystemnuclearmars_000521html

[7] httpwwwspacecomnewsnasa_nuclear_020205html

utilizan) como generadores eleacutecshytricos unos dispositivos denomishy

nados RTGs acroacutenimo ingleacutes de

Generadores Termoeleacutectricos de

Radioisoacutetopos Estos dispositivos

son bateriacuteas que proporcionan

potencia eleacutectrica y constan funshy

damentalmente de dos partes

una fuente de calor y un sistema

para convertir el calor en elecshytricidad La fuente de calor estaacute

formada por un material radiacshy

tivo que se calienta por la proshy

pia naturaleza del decaimiento

de sus isoacutetopos mientras que ese calor es aprovechado por un

convertidor termoeleacutectrico que se

basa en el efecto Seebeck1 En la

Figura 1 podemos observar una

visioacuten esquemaacutetica de uno de los

tres RTGs montados en la misioacuten

Cassini-Huygens para la explorashy

cioacuten de Saturno y sus lunas En la

Figura 2 mostramos un esquema

de la sonda Cassini en la que poshydemos observar la posicioacuten de los

tres RTGs en la parte inferior de la

nave aeroespacial

Uno de los criterios fundashy

mentales a la hora de disentildear un

RTG consiste en la eleccioacuten del

isoacutetopo radiactivo que constituye

la fuente de calor Esta eleccioacuten debe ser un compromiso entre la vida media de los radioisoacutetopos

(que determinaraacute la duracioacuten de

la pila) la actividad de la fuente

(que determinaraacute la cantidad de

masa necesaria) y el tipo de rashy

diacioacuten emitida (que determinaraacute la cantidad de blindaje necesario

para la fuente y por tanto el peso

del dispositivo) La fuente elegida

para alimentar un RTG la lista se reduce a unos 30 cuyos principashyles candidatos son el 23SpU 210 pO 242Cm 244 Cm y 241 Am

Figura 1 Esquema de la sonda espacial Cassini-Huygens para la exploracioacuten de Saturshy

no y sus lunas En la parte inferior de la sonda podemos observar la disposicioacuten de los

tres RTGs para proporcionar energiacutea eleacutectrica durante toda la misioacuten Fuente NASA

debe producir radiacioacuten de alta

energiacutea que se transforme faacutecilshy

mente en calor y que no emita

neutrones por tanto lo oacuteptimo

es un emisor de radiacioacuten alfa Los emisores beta no son vaacutelishy

dos ya que suelen emitir tambieacuten

gran cantidad de radiacioacuten gamshy

ma que necesita grandes blindashy

jes No hay muchos isoacutetopos que

cumplan los requisitos necesarios

El maacutes utilizado de todos ellos

por sus propiedades oacuteptimas

es el Plutonio-238 Este isoacutetopo

necesita uacutenicamente 25 mm de

blindaje de plomo (mientras que la mayoriacutea de los demaacutes isoacutetoshy

pos necesita maacutes de 2S mm de

plomo) El 238Pu tiene una vida

media de 877 antildeos lo cual imshy

plica -debido a las propiedades

del decaimiento radiactivo- que

1 El efecto Seebeck fue descubierto en 1921 por el fiacutesi co alemaacuten del que toma su nombre Baacutesicamente el principio establece que

cuando se unen dos piezas de metales distintos se prod uce un voltaje que es proporcional a la diferencia de temperatura entre los dos

metales Por tanto si unimos dos metales y el extremo de uno de ellos se encuentra en un foco caliente (como un material radiacti vo)

mientras que el extremo del otro metal se encuentra en un foco friacuteo (como el Espacio) obtendremos una diferencia de potencial que

proporcionaraacute electricidad de forma estable y duradera

pierda uacutenicamente el 08 de su

capacidad para producir electricishy

dad cada antildeo Imagiacutenense que utilizando estos RTGs de oacutexido de

plutonio pasados 30 antildeos uacutenicashy

mente se ha agotado aproximashy

damente el 20 de la capacidad

del generador para producir elecshy

tricidad Como ejemplo la sonda

Cassirli-Huygens dispone de tres

RTGs de 300W de potencia maacutexishy

ma que portan 78Kg de oacutexido

de plutonio cada uno La masa

de cada uno de estos RTGs es de

aproximadamente 56 Kg [3]

El Polonio-210 fue utilizado

en los primeros prototipos en los

antildeos 50 pero este isoacutetopo proshy

porciona una densidad de enershy

giacutea tan elevada que si no exisshy

te un mecanismo eficiente de

enfriamiento de la muestra su

propio decaimiento es suficiente

para fundirla y vaporizarla Los

dos isoacutetopos del Curio (242C m y

244Cm) necesitan un blindaje peshy

sado debido a su probabilidad de

fisioacuten espontaacute rl ea que emite neushy

trones y fotones de alta energiacutea

El Americio-241 es un gran

candidato a desbancar en el fushy

turo al 238PU como isoacutetopo maacutes

utilizado en las RTGs El 241 Am

tiene una vida media de 432

antildeos permitiendo el desarrollo

de RTGs que duraran cientos de antildeos sin embargo necesita blinshy

dajes mayores que el plutonio ya

que genera radiaciones maacutes peshy

netrantes

Las eficiencias propias de los

RTGs son bastante bajas del orshy

den del 5 Esto es debido a la

baja eficiencia de los termopares

que convierten el calor en elecshy

tricidad Sin embargo se estaacuten

desarrollando una nueva serie de

generadores denominados SRGs

(del ingleacutes Stirling Radioisotope

Generator) que pueden alcanshy

zar eficiencias mayores al 20

seguacuten el centro de investigacioshy

nes Glenn de la NASA [4] Estos

nuevos gerleradores utilizan en

lugar de termopares convertidoshy

res Stirling accionados por helio

ca llentado por el decaimiento rashy

diactivo Se estaacute trabajando en la

actualidad en un prototipo SRG

de 114W de potencia que utilizashy

raacute cuatro veces menos 23 8PU que

su anaacutelogo en RTG

Sin embargo si bien todas las

misiones no tripuladas a los confishy

nes del Sistema Solar utilizan RTGs

para su abastecimiento eleacutectrico

personalmente creo que el futuro

de la exploracioacuten espacial (incluso

la trip ulada) se basaraacute en el desashy

rrollo de la propulsioacuten por medio

de reactores nucleares En 1965

EEUU puso en oacuterbita el reactor

nuclear SNAP-10A un reactor

raacutepido de oacutexido de uranio con

una potencia de 30kW teacutermicos

y una masa de 300 Kg [5] Estuvo

en oacuterbita durante 43 diacuteas produshy

ciendo una potencia eleacutectrica de

500W (debido a la baja eficiencia

de los termopares) Es por tanto

una tecnologiacutea demostrada que

se abandonoacute por su alto coste

en aquellos antildeos No obstante

la NASA ha comenzado a relanshy

zar proyectos de irlvestigacioacuten erl

reactores nucleares en el aacutembishy

to espacial [6 7L una fuente de

energiacutea compacta e intensa que

permitiraacute extender los liacutemites de

la exploracioacuten espacial y enviar

misiones tripuladas a lugares hasshy

ta ahora inaccesibles El desarrollo

de los reactores nucleares dedicashy

dos a la propulSioacuten espacial sin

embargo escapa a la pretensioacuten

de este escrito y presenta la entishy

dad suficiente como para motivar

un artiacuteculo exclusivo en el futuro

REFERENCIAS

[1] httpwwwelcielodelmescomcronologiaindexphp

[2] httpgeorgenet neVh ubblecassi ni_pdfpower pdf

[3] httpwwwfasorgnukespacebennett0706pdf

[4] httpwwwgrcnasagovNVWWRTRT200250005490thiemehtml

[5] httpwwwetecenergygovHistoryMajor-OperationsSNAP-Overviewhtmll

[6] httpwwwspacecomscienceastronomysolarsystemnuclearmars_000521html

[7] httpwwwspacecomnewsnasa_nuclear_020205html

pierda uacutenicamente el 08 de su

capacidad para producir electricishy

dad cada antildeo Imagiacutenense que utilizando estos RTGs de oacutexido de

plutonio pasados 30 antildeos uacutenicashy

mente se ha agotado aproximashy

damente el 20 de la capacidad

del generador para producir elecshy

tricidad Como ejemplo la sonda

Cassirli-Huygens dispone de tres

RTGs de 300W de potencia maacutexishy

ma que portan 78Kg de oacutexido

de plutonio cada uno La masa

de cada uno de estos RTGs es de

aproximadamente 56 Kg [3]

El Polonio-210 fue utilizado

en los primeros prototipos en los

antildeos 50 pero este isoacutetopo proshy

porciona una densidad de enershy

giacutea tan elevada que si no exisshy

te un mecanismo eficiente de

enfriamiento de la muestra su

propio decaimiento es suficiente

para fundirla y vaporizarla Los

dos isoacutetopos del Curio (242C m y

244Cm) necesitan un blindaje peshy

sado debido a su probabilidad de

fisioacuten espontaacute rl ea que emite neushy

trones y fotones de alta energiacutea

El Americio-241 es un gran

candidato a desbancar en el fushy

turo al 238PU como isoacutetopo maacutes

utilizado en las RTGs El 241 Am

tiene una vida media de 432

antildeos permitiendo el desarrollo

de RTGs que duraran cientos de antildeos sin embargo necesita blinshy

dajes mayores que el plutonio ya

que genera radiaciones maacutes peshy

netrantes

Las eficiencias propias de los

RTGs son bastante bajas del orshy

den del 5 Esto es debido a la

baja eficiencia de los termopares

que convierten el calor en elecshy

tricidad Sin embargo se estaacuten

desarrollando una nueva serie de

generadores denominados SRGs

(del ingleacutes Stirling Radioisotope

Generator) que pueden alcanshy

zar eficiencias mayores al 20

seguacuten el centro de investigacioshy

nes Glenn de la NASA [4] Estos

nuevos gerleradores utilizan en

lugar de termopares convertidoshy

res Stirling accionados por helio

ca llentado por el decaimiento rashy

diactivo Se estaacute trabajando en la

actualidad en un prototipo SRG

de 114W de potencia que utilizashy

raacute cuatro veces menos 23 8PU que

su anaacutelogo en RTG

Sin embargo si bien todas las

misiones no tripuladas a los confishy

nes del Sistema Solar utilizan RTGs

para su abastecimiento eleacutectrico

personalmente creo que el futuro

de la exploracioacuten espacial (incluso

la trip ulada) se basaraacute en el desashy

rrollo de la propulsioacuten por medio

de reactores nucleares En 1965

EEUU puso en oacuterbita el reactor

nuclear SNAP-10A un reactor

raacutepido de oacutexido de uranio con

una potencia de 30kW teacutermicos

y una masa de 300 Kg [5] Estuvo

en oacuterbita durante 43 diacuteas produshy

ciendo una potencia eleacutectrica de

500W (debido a la baja eficiencia

de los termopares) Es por tanto

una tecnologiacutea demostrada que

se abandonoacute por su alto coste

en aquellos antildeos No obstante

la NASA ha comenzado a relanshy

zar proyectos de irlvestigacioacuten erl

reactores nucleares en el aacutembishy

to espacial [6 7L una fuente de

energiacutea compacta e intensa que

permitiraacute extender los liacutemites de

la exploracioacuten espacial y enviar

misiones tripuladas a lugares hasshy

ta ahora inaccesibles El desarrollo

de los reactores nucleares dedicashy

dos a la propulSioacuten espacial sin

embargo escapa a la pretensioacuten

de este escrito y presenta la entishy

dad suficiente como para motivar

un artiacuteculo exclusivo en el futuro

REFERENCIAS

[1] httpwwwelcielodelmescomcronologiaindexphp

[2] httpgeorgenet neVh ubblecassi ni_pdfpower pdf

[3] httpwwwfasorgnukespacebennett0706pdf

[4] httpwwwgrcnasagovNVWWRTRT200250005490thiemehtml

[5] httpwwwetecenergygovHistoryMajor-OperationsSNAP-Overviewhtmll

[6] httpwwwspacecomscienceastronomysolarsystemnuclearmars_000521html

[7] httpwwwspacecomnewsnasa_nuclear_020205html

ACTIVIDADES DE LA AARB ENERO - JUNIO 2009

bull El dla 22 de enero el socio Pashyblo J Martiacutenez ofrecioacute en la libreriacutea La Casa del Libro una conferencia tishytulada Arqueoastronomiacutea astronoshymiacutea en la Antiguumledad

bull El diacutea 29 de enero el socio Aacutenshygel Curras impartioacute en La Casa del Libro una conferencia que lleva por tiacutetulo Galaxias los ladrillos del Unishyverso

bull El diacutea 11 de febrero Ricardo Lago ofrecioacute una sesioacuten de planetashyrio por ordenador a los alumnos del lES Salvaterra do Mintildeo

bull Los diacuteas 10 Y 17 de febrero Francisco Novoa dirigioacute sesiones de planetario por ordenador en el Coleshygio Placeres de Pontevedra

bull El 19 de febrero una nueva conferencia en La Casa del Libro esta vez de mano de Esther Peacuterez que nos habloacute sobre LHe del 8ig 8ang a la fiacutesica de partiacuteculas

bull La semana del 2 al 6 de marzo Francisco Novoa Carmen Norniella y Ricardo Lago desarrollaron diversas actividades en el colegio Ma Auxiliashydora dentro del marco de la Semana de las Ciencias y el Antildeo Internacional de la Astronomiacutea

bull El jueves 5 de marzo se intentoacute hacer una observacioacuten puacuteblica en la Plaza do Rei que tuvo que ser aplashyzada por mal tiempo

bull El diacutea 6 de marzo Juan Lois ofrecioacute en el Colegio Ma Auxiliadora la conferencia Nebulosas y Galaxias

bull El 12 de marzo una nueva seshysioacuten de planetario por ordenador en el Colegio Salesianos de Cambados a cargo de Francisco Novoa

bull El 26 de marzo en el Colegio Amor de Dios Francisco Novoa ofrecioacute la conferencia Impactos de Cometas y Asteroides Y este mismo diacutea Juan Lois en La Casa del Libro habloacute sobre

Radioastronomiacutea ondas invisibles bull El 31 de marzo hubo una sesioacuten

de planetario por ordenador de mashynos de Francisco Novoa en el Colegio Amor de Dios

bull El diacutea 3 de abril hubo una obshyservacioacuten puacuteblica conjunta entre soshycios de AARB y Astrovigo en la Playa de Samil con motivo de las 1lt700 hoshyras de Astronomiacutea organizadas por el AIA-IYA09

abril los socios Francisco Novoa Julio Pereira Aacutenshygel Curras Carshymen Norniella Ricardo Lago y Pablo ~lartiacutenez ofrecieron a los alumnos y padres del lES Gondomar una charla seguishyda de una observacioacuten astronoacutemica desde el Mirador del Monte Alba

bull El 8 de mayo una nueva sesioacuten de planetario por ordenador esta vez en el CEIP A Doblada y a cargo de PabloJ Martiacutenez

bull El fin de semana del 9 de mayo y dentro del programa Vigo Camintildeo a Camintildeo de la Concejaliacutea de Medioshyambiente del Ayuntamiento de Vigo los socios Francisco Novoa Julio Peshyreira y Pablo Martiacutenez se desplazaron a las Islas Cies para una acampada y como monitores de una observacioacuten astronoacutemica nocturna

bull Los diacuteas 11 y 12 de mayo Ricarshydo Lago y Francisco Novoa ofrecieron en el Colegio El Castro la charla El Cielo de Vigo esta Noche

bull Tambieacuten durante este mes de mayo Julio Pereira impartioacute una charshyla en el Colegio Las Acacias

bull El fin de semana del 23 de mayo una nueva acampada en las Islas Cies dentro del Vigo Camintildeo a Camishyntildeo En esta ocasioacuten la meteorologiacutea impidioacute la observacioacuten y se recurrioacute a sesiones de planetario a cargo de Francisco Novoa y a charlas sobre telescopios y uso del planisferio por parte de Julio Pereira y Pablo Martiacuteshynez

bull Los diacuteas 30 de mayo y 13 de junio tambieacuten dentro del Vigo Cashymintildeo a Camintildeo varios socios de la AARB ejercen como monitores denshytro de las rutas en barco por la Riacutea de Vigo para observar las estrellas y constelaciones

bull Ademaacutes siempre que las conshydiciones meteoroloacutegicas y de Luna lo han permitido varios socios de la AARB siguen realizando observacioshynes astronoacutemicas desde lugares aleshyjados de la contaminacioacuten lumiacutenica como el Alto de Fontefriacutea el Parque Foresta l do vixlador etc Salidas de observacioacuten a las que todos estaacuteis inshyvitados y que se anuncian en el foro de la AARB en internet ( wwwastroshyriasbaixas orgforum ) al igual que el resto de actividades de la Agrupashycioacuten

w

EFEMERIDES ASTRONOMICAS

JUNIO - DICIEMBRE 2-009

E

LClng S55- Lat 42 27- 16 sep 200Q AO 22h Om Os (UT 20h)

OCTUBRE Diacutea7shy 3 horas despueacutes de la puesta de Sol la Luna

roza las Pleacuteyades Diacutea 12shy A las 1 00 TU la Luna a 1 6deg de Marte Diacutea 13shy 45 min antes del amanecer conjuncioacuten enshy

tre Saturno Venus y Mercurio

NOVIEMBRE Diacutea 4- 90 min antes del amanecer ocultacioacuten de

las Pleacuteyades por la Luna

Diacutea 17- Maacuteximo de las Leoacutenidas Se espera para este antildeo una gran actividad

DICIEMBRE Diacutea 14- La noche del 13 al 14 tendraacute lugar el maacutexishy

mo de actividad de las Gemiacutenidas Diacutea 21- Acercamiento Juacutepiter Neptuno Luna 2 hoshy

ras tras la puesta de Sol Diacutea 31- Entre las 1952 y las 2053 HI_ eclipse parshy

cial de Luna

JULIO Diacutea 14shy

AGOSTO Diacutea 6shyDiacutea 12shy

Diacutea 14shyDiacutea 27shy

A las 2h Mercurio en conjuncioacuten superioL

Conjuncioacuten Luna Juacutepiter y Neptuno

A las 11 30 h maacuteximo de las Perseidas Observables las noches del 11 al 12 (Maacutexishymo) y del 12 a113 A las 17h Juacutepiter en oposicioacuten A las 24h Antares a 010 de la Luna Ocultacioacuten visible desde este Canarias

SEPTIEMBRE Diacutea 2shy A las 18h Juacutepiter 2deg al Sur de la Luna Diacutea 17shy A las 7h Urano en oposicioacuten Diacutea 22shy A las 21 h Equinoccio de Septiembre

Comienza el otontildeo

I

NUESTRAS

CUacuteMULO GLOBULAR (M3) Autor Pablo J Martiacutenez Alemparte

Lugar Alto de Fontefriacutea Teacutecnica middot Caacutemara Nikon 050 a foco

primario en telescopio reflector 2007 000

OTOGRAFIAS

GRAN GALAXIA DE ANDROacuteMEDA (M3 1) Autor Pablo J Martiacutenez Alemparte Lugar Alto de Fontefriacutea Teacutecnica Caacutemara Nikon 050 a foco primario en telescopio reflector 2001 000

GALAXIA DEL GIRASOL (M 10 1) Autor Pablo J Martiacutenez Alemparte Lugarmiddot Xares (A Veiga) Teacutecnicamiddot Caacutemara Nikon 050 a foco primario en telescopio reflector 2001 000

UN PROBLEMA ARESOLVER El alcaide de una prisioacuten tuvo la ocushybola blanca Los concursantes debiacutean ocurrencia Se presentoacute al concurso rrencia de convocar un concurso extraer la supuesta bola blanca pero cumplioacute las condicione establpcidas trampa entre 105 reclusos con la proshynaturalmente nadie la topaba y quedoacute libre iquestCoacutemo lo consiguioacute mesa de conceder la libertad al acershytanteo Previamente introdujo en una En esto uno de 105 concursantes NOTA La solucioacuten en el proacuteximo nuacuteshybolsa 7 O bolas negras si bien en la sospechando lo que realmente estashymero convocatoria se deciacutea que habiacutea una ba ocurriendo tuvo un afortunada

SOLUCiOacuteN Al ENIGMA DEL NUacuteMERO ANTERIOR La eminencia era la madre

Telf 986266320

ALCALDiacuteA

o plan municipal de emprego (PME) 2008-2011 eacute unha aposta da Concelleriacutea de Promocioacuten Econoacutemica Emprego e Participacioacuten Cidadaacute do Concello de Vigo para promover o emprego estable e de calidade a todos os vigueses e viguesas

SERVIZOS DO PME 2008-2011 Servizo de asesoramento a persoas Emprendedoras (SAE) Obxecto eacute facilitar a infonnacioacuten e o asesoramento preciso a quen emprende Telf 986443749 saevigoorg Unidade de Dinamizacioacuten e Apoio aacutes Empresas (UDAE) Atende e apoiar aacutes pemes ITUacutecropernes cooperativas e autoacutenomosas que xurdan no marco do Plan de Emprego Municipal e calquera outra que amose interese por este servizo Telf 986443749 udaevigoorg middotServizo de Orientacioacuten laboral (SOL) Infonnacioacuten apoio e asesoramento middot nos procesos de busca de emprego das persoas desempregadas Telf 986266320 pmeoficina1vigoorg

PROGRAMAS ACTIVOS middotPrograma de insercioacuten laboral UTIL Facilitarlle aacutes persoas desempregadas con importantes problemas de renda os medios adecuados para mellorar a suacutea capacitacioacuten profesional e persoal mediante a realizacioacuten de actuacioacutens de mellora da cidade Rnanceamento exclusivamente municipal Telf 986263068 utiloficinavigoorg middotEscola Obradoiro Mar de Vigo IV A suacutea finalidade eacute a fonnacioacuten do alumnado nos contildeecementos e destrezas de cada unha das especialidades impartidas asiacute como as actitudes e comportamentos propios do mundo laboral Telf 986462090 mardevigovigoorg middotEscola Obradoiro Vigozoo Formacioacuten dos alumnos menores de 25 anos nas especialidades de Carpinteria metaacutelica Xardineria Albaneleriacutea co fin de adquirir os contildeecementos que lIes pennitan a incorporacioacuten ao mercado laboral Telf 986267783 escolavigozoogmaiacutelcom middotObradorio de emprego Vigo Ornamental Fonnacioacuten dos alumnos-traballadores nas especialidades de Carpinteriacutea metaacutelica e PVC Fontaneriacutea Solar Teacutennica e Albaneleriacutea en alternancia coa realizacioacuten de obras ou servizos de interese municipal Telf 986810232 ofiempregovigoorg middotPrograma Vligo Medio Natural O obxectivo xeral eacute fomentar a conservacioacuten o respecto e o goce do medio e aproveitar as oportunidades que ofrece o sector ambiental para mellorar a empleabilidade de distintos grupos de poboacioacuten Telf 986442113 vigomedionaturalvigoorg middotProxecto Imos Traballar Tratase de cubrir as necesidades en materia de emprego no Concello tanto dende o punto de vista de obter unha disminucioacuten das tasas de desemprego coma conseguir que o emprego xenerado sexa sostiacuteble e de caJidade

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Maacuteis informacioacuten no enderezo da paacutexina webPLRN wwwvigo org

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GALAXIA DEL GIRASOL (M 10 1) Autor Pablo J Martiacutenez Alemparte Lugarmiddot Xares (A Veiga) Teacutecnicamiddot Caacutemara Nikon 050 a foco primario en telescopio reflector 2001 000

UN PROBLEMA ARESOLVER El alcaide de una prisioacuten tuvo la ocushybola blanca Los concursantes debiacutean ocurrencia Se presentoacute al concurso rrencia de convocar un concurso extraer la supuesta bola blanca pero cumplioacute las condicione establpcidas trampa entre 105 reclusos con la proshynaturalmente nadie la topaba y quedoacute libre iquestCoacutemo lo consiguioacute mesa de conceder la libertad al acershytanteo Previamente introdujo en una En esto uno de 105 concursantes NOTA La solucioacuten en el proacuteximo nuacuteshybolsa 7 O bolas negras si bien en la sospechando lo que realmente estashymero convocatoria se deciacutea que habiacutea una ba ocurriendo tuvo un afortunada

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SERVIZOS DO PME 2008-2011 Servizo de asesoramento a persoas Emprendedoras (SAE) Obxecto eacute facilitar a infonnacioacuten e o asesoramento preciso a quen emprende Telf 986443749 saevigoorg Unidade de Dinamizacioacuten e Apoio aacutes Empresas (UDAE) Atende e apoiar aacutes pemes ITUacutecropernes cooperativas e autoacutenomosas que xurdan no marco do Plan de Emprego Municipal e calquera outra que amose interese por este servizo Telf 986443749 udaevigoorg middotServizo de Orientacioacuten laboral (SOL) Infonnacioacuten apoio e asesoramento middot nos procesos de busca de emprego das persoas desempregadas Telf 986266320 pmeoficina1vigoorg

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