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En el evento magnífico del eclipse solar total a través de Norteamérica el 8 de abril de 2024, se presenta un espectáculo asombroso e inolvidable para todos aquellos que se encuentran en su camino. Sin embargo, los eclipses no solo se valoran por su impacto visual; están en el corazón de la ciencia de vanguardia.

Los eclipses pueden revelarnos una gran cantidad de información sobre planetas distantes más allá de nuestro sistema solar, o exoplanetas. Desde que se detectó el primer exoplaneta en 1992, los astrónomos han descubierto más de 5,600 mundos orbitando estrellas que no son nuestro sol. Han utilizado una variedad de telescopios poderosos para observarlos.

Sin embargo, al igual que con el eclipse solar total, todavía hay un papel vital que desempeñar por parte de los astrónomos aficionados, a través de varios proyectos de ciencia ciudadana diseñados para ayudar con las observaciones de estos mundos distantes.

Un eclipse solar ocurre cuando la luna pasa entre la Tierra y el sol. Aunque el sol es 400 veces más grande que la luna, también está aproximadamente 400 veces más lejos. Es por eso que parece tener el mismo tamaño en nuestro cielo. Cuando ocurre un eclipse, la luna apenas bloquea al sol, dejando una hermosa característica llamada la "corona" (del latín para corona) alrededor del borde.

Algo similar sucede cuando miramos hacia una estrella distante con un planeta. Si todo se alinea justo, el exoplaneta pasará entre nosotros y su estrella. Esto se llama un tránsito. Sin embargo, porque el planeta es mucho más pequeño que su estrella, y están mucho más cerca el uno del otro de lo que están de nosotros, el planeta parecerá ser más pequeño que la estrella y no la bloqueará como ocurre con un eclipse solar total.

Estas estrellas están tan distantes que, incluso con nuestros mejores telescopios, aparecen como un pequeño punto de luz. Cuando ocurre un tránsito, ese pequeño punto de luz se atenúa un poco durante unas horas, luego vuelve a la normalidad.

Si el exoplaneta tiene una atmósfera, algo de luz estelar será filtrada a través de ella antes de llegar al telescopio. La luz estelar se puede dividir en diferentes colores, lo que te dice qué hay en la atmósfera. Esto se llama un espectro.

Cada elemento tiene un conjunto específico de colores que prefiere absorber y emitir. Por ejemplo, las antiguas lámparas de calle tenían un color naranja distintivo, característico del sodio, el metal con el que estaban llenas las lámparas. Si dividimos la luz de la lámpara de calle en un espectro, veríamos la firma del sodio.

De la misma manera, los compuestos químicos en la atmósfera del planeta imprimen sus firmas en la luz estelar filtrada a través de ellos. Esto permite a los astrónomos medir lo que hay en la atmósfera examinando su espectro.

La atmósfera de la Tierra dispersa la luz azul, haciendo que el cielo parezca azul, y lo que queda parece rojo. La luz roja restante es responsable de que el sol se vea rojo al amanecer y al atardecer y por el efecto de "luna de sangre", donde la luna se vuelve roja-naranja durante un eclipse lunar (cuando la Tierra pasa entre el sol y la luna). Si estuviéramos en la luna durante tal evento, podríamos usar la técnica del espectro para medir la atmósfera de la Tierra.

El Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA y el futuro telescopio espacial Ariel de la Agencia Espacial Europea (ESA) están entre los únicos instrumentos lo suficientemente sensibles para detectar y medir la atmósfera de un exoplaneta.

Caracterizar y comparar esas atmósferas puede decirnos mucho sobre otros sistemas planetarios. Hasta la década de 1990, solo teníamos un ejemplo, el sistema solar. Los astrónomos también estarán buscando "biomarcadores" en las atmósferas de esos planetas.

Los biomarcadores son las posibles firmas químicas de la vida. Por ejemplo, el oxígeno compone poco más del 20% de la atmósfera de la Tierra y es producido por las plantas. Al estudiar posibles biomarcadores en las atmósferas de exoplanetas, los astrónomos podrían encontrar evidencia de vida extraterrestre.
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Es probable que haya debate sobre algunos de estos resultados, sin embargo. El año pasado, un equipo de astrónomos anunció indicios tentativos de un químico llamado sulfuro de dimetilo en el espectro de un exoplaneta llamado K2-18b. En la Tierra, este químico es emitido por el plancton marino. Sin embargo, muchos astrónomos están esperando observaciones de seguimiento de este planeta antes de sacar conclusiones.

Un desafío restante en el estudio de exoplanetas es la incertidumbre en el momento de los eclipses o tránsitos. Interacciones con otros planetas y otros efectos pueden hacer que la órbita de un exoplaneta cambie con el tiempo. Si un tránsito es tardío, esto podría hacer que telescopios espaciales como JWST o Ariel esperen en vano a que suceda, desperdiciando un valioso tiempo de observación del telescopio. Si un tránsito ocurre temprano, el telescopio espacial podría perderlo por completo.

Exoplanet Watch y ExoClock son proyectos de ciencia ciudadana que permiten a miembros del público contribuir al estudio de exoplanetas. Los participantes pueden usar pequeños telescopios en sus casas, o controlar telescopios de forma remota a través de internet para observar tránsitos, luego procesar los resultados en sus computadoras. Al subir estos resultados, pueden ayudar a mantener a JWST y Ariel puntuales, colocándolos en una posición para hacer las observaciones que pueden transformar nuestro entendimiento del cosmos.

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El 20 de abril de 2024, SpaceX realizó una prueba muy esperada de su cohete Starship Super Heavy, marcando un paso crítico en su ambicioso programa espacial. A pesar de un final explosivo, la prueba proporcionó a SpaceX datos invaluables para refinar sus diseños y estrategias.

Starship es una piedra angular de la visión de SpaceX para la exploración espacial, destinada a facilitar misiones a Marte y más allá. El diseño del cohete se centra en la reutilización para hacer el viaje espacial más económico. Esta prueba específica fue parte de una serie destinada a perfeccionar la integración y funcionalidad del Starship y su propulsor Super Heavy.

El lanzamiento implicó preparativos complejos en la instalación de Boca Chica de SpaceX en Texas. Antes de la prueba, el prototipo de Starship, el Ship 29, se sometió a pruebas rigurosas de motores, incluida una secuencia de fuego estático doble, asegurando que todos los sistemas estuvieran operativos. Mientras tanto, el Booster 11, el componente masivo de la primera etapa, completó su propio conjunto de pruebas en la plataforma de lanzamiento orbital, centrándose en el rendimiento del motor y la integridad estructural. Estas pruebas fueron cruciales para evaluar la preparación del cohete y hacer los ajustes finales antes del vuelo.

El lanzamiento demostró avances tecnológicos significativos y la capacidad del equipo de ingeniería de SpaceX para manejar operaciones complejas y de alto riesgo. Aunque el cohete no completó su trayectoria de misión prevista, la prueba proporcionó información esencial sobre la aerodinámica del vehículo, el rendimiento del motor y las respuestas estructurales durante la secuencia de lanzamiento.

SpaceX continúa ampliando los límites de lo posible en tecnología aeroespacial, y cada prueba refina el camino hacia los viajes interplanetarios regulares. Las lecciones aprendidas de este evento informarán diseños y misiones futuras, subrayando el proceso iterativo inherente al desarrollo tecnológico de vanguardia.
Físicos crearon estados cuánticos topológicos largamente buscados, un avance potencial para solucionar los problemas de errores en las computadoras cuánticas. Estas partículas exóticas, llamadas nonabeliones o anyones no abelianos, podrían hacer que las computadoras cuánticas sean menos propensas a errores, lo que es un paso clave para superar el rendimiento de las computadoras convencionales más avanzadas.

El experimento se llevó a cabo en una máquina en Quantinuum, una empresa de computación cuántica en Broomfield, Colorado, originada de la fusión de la unidad de computación cuántica de Honeywell y una empresa emergente con base en Cambridge, Reino Unido. Los investigadores utilizaron el equipo más avanzado de la compañía, el H2, que puede producir campos eléctricos para atrapar 32 iones del elemento itrio sobre su superficie, cada uno capaz de codificar un qubit.

Los científicos aprovecharon la capacidad de mover los iones y hacerlos interactuar entre sí para crear una forma compleja de entrelazamiento cuántico, configurando un patrón de kagome —un diseño utilizado en cestería japonesa— en forma de dona. Este entrelazamiento representaba los estados de energía más baja de un universo virtual 2D, que son los estados que no contienen partículas en absoluto. Con manipulaciones adicionales, se pueden excitar estos estados, lo que correspondería a la aparición de partículas que deberían tener propiedades de nonabeliones.
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Físicos crearon estados cuánticos topológicos largamente buscados, un avance potencial para solucionar los problemas de errores en las computadoras cuánticas. Estas partículas exóticas, llamadas nonabeliones o anyones no abelianos, podrían hacer que las computadoras…
Para demostrar que los estados excitados eran nonabeliones, el equipo realizó una serie de pruebas, incluyendo mover los estados excitados para crear anillos de Borromeo virtuales, una estructura en la que ninguna de las tres anillas está conectada directamente, pero todas están interconectadas. Michael Manfra, físico experimental en la Universidad de Purdue, señala que, aunque los resultados son impresionantes, la máquina de Quantinuum no crea verdaderos nonabeliones, sino que simula algunas de sus propiedades. Sin embargo, los autores sostienen que el comportamiento de las partículas cumple con la definición de nonabeliones y podría formar una base para la computación cuántica.

Este avance se basa en una propuesta de hace 20 años del físico teórico Alexei Kitaev, ahora en el Instituto de Tecnología de California, sobre los qubits topológicos. Los físicos, incluido Manfra y equipos de Microsoft, han estado intentando crear estados de la materia que contengan naturalmente nonabeliones y que puedan servir como plataforma para los qubits topológicos. Microsoft ha adoptado los qubits topológicos como su enfoque preferido para desarrollar una computadora cuántica.

Los investigadores consideran que los nonabeliones en la máquina de Quantinuum son un paso inicial importante. "Para entrar en ese juego, para ser incluso un contendiente para una computadora cuántica topológica, el primer paso que necesitas tomar es crear tal estado", dice Ashvin Vishwanath, físico teórico en la Universidad de Harvard y coautor del estudio.
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Para demostrar que los estados excitados eran nonabeliones, el equipo realizó una serie de pruebas, incluyendo mover los estados excitados para crear anillos de Borromeo virtuales, una estructura en la que ninguna de las tres anillas está conectada directamente…
Explicación más desmenuzada

En el mundo de la física cuántica, uno de los fenómenos más esquivos y fascinantes acaba de ser observado: los anillos de Borromeo cuánticos, formados por partículas llamadas nonabeliones. Estas partículas no son como los átomos o moléculas que conocemos en nuestra vida cotidiana; existen sólo dentro de las complejidades de la teoría cuántica. Pero, ¿qué significa todo esto? Vamos a desglosarlo un poco.

Los anillos de Borromeo son un conjunto de tres anillos entrelazados de tal manera que si se remueve uno, los otros dos ya no están conectados. Imagina tres anillos de una cadena: normalmente, si sacas uno, los otros dos siguen conectados. Pero en el caso de los anillos de Borromeo, cada anillo sostiene a los otros dos, de modo que si se quita uno, el conjunto entero se desmorona. Este tipo de interacción es una metáfora perfecta para describir ciertas condiciones en la física cuántica donde las partículas están tan interconectadas que el comportamiento de una afecta fundamentalmente a las otras.

Este peculiar comportamiento fue creado dentro de un ordenador cuántico en Quantinuum, una empresa que surgió de la fusión entre una unidad de Honeywell y una startup en Cambridge, Reino Unido. Usaron su máquina más avanzada, que puede manipular y controlar partículas subatómicas llamadas iones. En la computación cuántica, a diferencia de la computación clásica que utiliza bits como la unidad más pequeña de datos (que pueden ser un 0 o un 1), se utilizan qubits. Los qubits pueden existir simultáneamente en múltiples estados (no solo 0 o 1, sino una superposición de ambos), lo que permite realizar cálculos a una velocidad y complejidad inalcanzables para los ordenadores clásicos.

Los investigadores de Quantinuum lograron un tipo de enredo cuántico, que es una interacción compleja entre partículas cuánticas (en este caso, iones), donde los estados cuánticos de los iones se entrelazan de manera que el estado de uno depende del estado de los otros, no importa la distancia que los separe. Esta capacidad de entrelazar partículas es clave para la computación cuántica porque permite una forma muy robusta y rápida de procesamiento de información.

Para lograr este entrelazamiento, utilizaron un patrón de kagome, que es un tipo de tejido japonés que forma estrellas de seis puntas superpuestas, y lo doblaron en forma de rosquilla. Esta configuración espacial particular es fundamental para simular las condiciones bajo las cuales los nonabeliones pueden existir y ser manipulados para realizar cálculos cuánticos.

Aunque estas partículas, los nonabeliones, fueron simuladas y no observadas directamente (pues existen solo como información dentro del ordenador cuántico), su comportamiento dentro de la simulación cumplió con las expectativas teóricas de cómo deberían actuar. Esto representa un paso significativo hacia computadoras cuánticas más estables y menos propensas a errores, una gran barrera en la actualidad para su desarrollo.

Aunque este logro es impresionante, queda mucho por hacer para entender completamente su eficacia y eficiencia en comparación con otros métodos de corrección de errores cuánticos. Sin embargo, el simple hecho de poder crear y manipular estas partículas en una plataforma controlada es un avance emocionante en la física y la computación cuántica. Es como haber descubierto una nueva especie en un océano inexplorado, sabiendo que esta podría ser la clave para futuros descubrimientos y tecnologías revolucionarias.

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