Como salido de Numb3rs

La difusión molecular es el proceso de auto mezclado de las moléculas de un fluido a consecuencia de su movimiento térmico. Depende fundamentalmente de factores como la temperatura, el tamaño de las moléculas y su concentración. En este contexto "moléculas" no necesariamente tiene el significado habitual de conglomerados de átomos, sino que puede representar además pequeños volúmenes de fluido por ejemplo. La siguiente animación nos muestra como es el proceso de difusión.

La difusión molecular es descrita matemáticamente por las leyes de Fick, según la cual el transporte de moléculas se lleva a cabo desde una región de alta concentración a regiones de baja concentración. En el caso de una interacción atractiva entre las moléculas, las mismas tienden a coalescer, es decir, tienden a formar clusters si su concentración esta por arriba de un cierto nivel o threshold.

La aplicación de la difusión radica en el diseño de reactores químicos, catálisis, producción de semiconductores y también en la determinación de sitios con mayor actividad criminal...como salido de un episodio de Numb3rs, la serie de televisión en la cual el agente del FBI Don Epps trata de resolver los casos más complicados con la ayuda de su hermano Charlie (un genio matemático), que intenta aplicar las matemáticas para hallar la solución...



Esto no es una broma, en una de las últimas ediciones de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences Jeffrey Brantingham (profesor asociado en la cátedra de Antropología en la Universidad de Los Angeles y director del proyecto Modelado Matemático y Computacional del Crimen) presentó algunos resultados al respecto. Brantingham y sus colegas utilizan un par de ecuaciones (similares a las que describen la difusión molecular) a fin de explicar la formación de sitios con un máximo de crimenes.

Dichas ecuaciones predicen dos tipos de sitios principalmente: "supercrítico" y "subcrítico". El primero se forma cuando el número de crimenes en esa zona sobrepasa un cierto threshold, creando una especie de onda local de crimen (semejante al proceso de formación de clusters de moléculas). El segundo tipo ocurre debido la presencia de un factor detonante, por ejemplo la presencia de drogas (en nuestra analogía, un aumento en el factor temperatura implicaría un proceso de difusión más acelerado; y un aumento en la presencia de drogas aumentaría el número de actos criminales).

En la actualidad Brantingham y sus colegas brindan apoyo a la policia de Los Angeles, a fin de predecir los sitios con repunte en el número de crímenes. Una vez más se pone de manifiesto el alcance de la ciencia...

LHC pronto de vuelta...

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), “el mayor experimento científico de toda la historia”, es sin lugar a dudas el acelerador de partículas mas potente del mundo. El LHC se encuentra en un túnel de 27 kilometros de circunferencia en la frontera Franco-Suiza, cerca de la ciudad de Ginebra, Suiza. Este proyecto ha contado con la participación de más de 10000 científicos e ingenieros provenientes de más de 100 países.



Su objetivo principal es colisionar haces de protones, cada haz con una energía de 7 TeV (potencia máxima), para en principio descubrir el bosón de Higgs (o confirmar su inexistencia). Entonces bueno vayamos por partes, hagamos un paréntesis y hablemos del bosón de Higgs, que es el culpable de todo este esfuerzo económico y humano...

¿Qué es el bosón de Higgs?

Desde hace muchos años los físicos se han dedicado a descubrir la estructura de la materia, han ido desde las moléculas, a los átomos, a los núcleos atómicos, hasta llegar a lo que hoy se consideran partículas fundamentales: leptones (electrón, muón, tau y neutrinos), quarks y gluones (foton, bosones W y Z). Existe una teoría que reune todas estas partículas fundamentales y la interacción entre ellas, dicha teoría se denomina Modelo Estándar. Pero el Modelo Estándar tiene dos ligeros problemas: el primero es que no puede explicar la gravitación y el segundo es que no se ha encontrado un mecanismo que confiera la masa a las partículas elementales, es decir, está teoría no puede explicar por que algunas partículas tienen masa (leptones y quarks) y otras no (como el fotón).

Ese mecanismo sería la partícula de Higgs (partícula predicha por el Modelo Estándar) y, si realmente existe, se descubrirá en el LHC, ya que el mismo barrerá la región de energías en la cual se supone se encuentra el bosón. Lo interesante ocurriría si no se encuentra, lo cual implicaría que tendrá que haber otro mecanismo que confiera masa a las partículas, y debemos descubrir cual es. Pero para llegar a la conclusión de que el bosón existe (o no) pasarán varios años, se deberá tomar muchos datos para confirmarlo.

Por ahora, el LHC ha tenido algunos problemas para empezar a funcionar a su potencia máxima, como el accidente en el 2008 que lo dejó inoperante durante un año. Finalmente, en noviembre del 2009 se vieron las primeras colisiones de protones dentro del coloso europeo, y ese mismo año en diciembre se logró colisionar haces de protones con energías de 2.36 TeV (record mundial, en cuanto a energía de aceleradores se refiere). En la actualidad el LHC se encuentra apagado por razones de mantenimiento, pero se espera que para finales de este mes los protones esten circulando de nuevo por los túneles, esta vez con una energía de 3.5 TeV y tal vez en verano podamos subir a 10 TeV.

Ya veremos como marcha la situación...