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...

Grids para la ciencia...

En 1990 en el CERN, un grupo de físicos encabezado por Tim Berners-Lee construyó el primer cliente Web, llamado WorldWideWeb (WWW), y el primer servidor web, naciendo de esta manera el Internet. Internet ha alcanzado más de mil cien millones de usuarios y se prevé que en diez años, aumentará a 2.000 millones. Ahora la gente del CERN se ve envuelta en otro proyecto la computacion GRID...

Imagina muchos millones de computadoras (y no solo computadoras, también supercomputadores, estructuras de datos e instrumentos como teléfonos móviles, sensores meteorológicos y telescopios) en todo el mundo y pertenecientes a muchas personas e instituciones distintas; todas unidas en un potente supercomputador. Esto se conoce como la GRID, y fue propuesta por Ian Foster y Carl Kesselman a mediados de los 90.

Igual que la red eléctrica permite obtener energía en cualquier lugar y de forma transparente al usuario, se pretende que los Grids computacionales permitan obtener ”energía de computación” (ciclos de CPU, espacio en disco, ...) desde cualquier ubicación, utilizando para ello redes de comunicación públicas. Para esto, es necesario utilizar ciertas herramientas que cohesionen los recursos pertenecientes a uno de estos Grids, y proporcionen los mecanismos necesarios para que los usuarios puedan acceder al Grid, y para que los programadores puedan elaborar aplicaciones que sepan utilizar todos esos recursos disponibles.

La Grid está basada en cinco principios básicos:

1. Compartir recursos en forma transparente al usuario.


2. Seguridad de acceso.


3. Uso eficiente de los recursos.


4. Uso de las tecnologías de redes.


5. Estándares abiertos

La existencia de las tecnologías grid nacen para solucionar problemas sobre todo de índole científico. Muchas veces los investigadores se enfrentan a situaciones imposibles de resolver con la tecnología computacional existente. Una de esas situaciones se presenta en el campo de la física de altas energías específicamente este año 2010 cuando el acelerador de partículas de más alta energía del mundo el Large Hadron Collider (LHC) entre en operación nuevamente generará alrededor de 10 Petabytes de datos por año(lo cual equivale a 3 millones de DVDs), y cientos de físicos alrededor del mundo querrán tener acceso a ellos para analizarlos diariamente. Pero ante el nacimiento del grid surgen varias interrogantes, actualmente en debate: ¿será suficiente capacidad de almacenamiento y de procesamiento?, ¿es seguro poner a disposición de la grid mi computador?, ¿quién pagará por la computación grid?, ¿en cuánto tiempo será accesible la grid para la población en general?

La Computación Grid va más allá de una simple comunicación entre computadoras, y su objetivo final es convertirse en la red global de computadoras dentro de un enorme recurso computacional. Hasta ahora la unificación completa sigue siendo un sueño pero se han dado grandes pasos en esa dirección. En la realidad el Grid es un trabajo en progreso y la tecnología subyacente aún es un prototipo que está siendo desarrollado por cientos de investigadores e ingenieros de software alrededor del mundo. En la actualidad no existe un único Grid (como existe una unica Internet o una unica Web), por el contrario existen varios Grids en desarrollo, algunos púlicos, otros privados, localizados en diferentes regiones o paises algunos dedicados a un problema en particular y otros de propósitos generales.

Si deseas saber más acá te dejo algunos links que son de interés...

• "What is the Grid? A Three Point Checklist"


• The Grid Café


• Large Hadron Collider Computing Grid (página oficial)


• The anatomy of the grid


• The physiology of the grid

La ciencia: ¿ha cambiado tu manera de ver las cosas?

Cuando pensar cambia tu manera de ver las cosas, eso es filosofía.

Cuando dios cambia tu manera de ver las cosas, eso es religión.

Cuando un hecho cambia tu manera de ver las cosas, eso es ciencia.


Edge

Este fue la introduccion empleada en el ano 2008 por el portal edge.org para introducir la siguiente pregunta a su comunidad cientifica: ¿Qué ha hecho cambiar tu manera de ver las cosas, y por qué?

A manera general las investigaciones cientificas conllevan frecuentemente a cambios de paradigmas. Es bien conocido que la comunidad en general pensaba que la tierra era plana hasta Aristoteles, que el sol y la luna daban vueltan alrededor de la tierra hasta la llegada de Galileo, que el tiempo era una cantidad absoluta hasta que Einstein desarrollo su antiintuitiva y elaborada teoria de la relatividad. Los cambios de paradigmas frecuentemente mofidican nuestro sistema cultural.

Reconozco que el hecho que empezar este blog usando una pregunta planteada anteriormente no es original; pero mi intencion es estimular la reflexion y generar discusiones tanto entre las personas que trabajan en el medio cientifico como aquellas que impulsadas por su curiosidad se han acercado a ella. La idea es contar ¿cual fue la razon que los hizo enamorarse de la ciencia?, ¿que los hizo acercarse a la matematica, la fisica, la quimica y/o la biologia?, materias que demas esta decir son tan temidas por los estudiantes durante el bachillerato.

Bueno como no es justo pedirles que ustedes compartan conmigo sin dar nada a cambio, pues empezare yo por explicar que me hizo empezar la carrera de fisica: el darme cuenta que para entender el comportamiento en colectivo debia entender el comportamiento de los elementos individuales, pero sobre todo las relaciones que se establecen entre ellos, asi es como hemos ido de las moleculas a los atomos, a los protones, neutrones y electrones, y de los protones y neutrones a los quarks... Esto ha cambiado mi manera de ver las cosas para mirar los problemas desde una perspectiva colectiva.

Ahora ustedes, ¿que evento o descubrimiento cientifico ha cambiado su manera de ver las cosas?