NOTICIAS DAS CIENCIAS

Achado no ADN sorprende ao mundo: suxire que unha proteína foi clave para que os humanos falasen

A linguaxe defínenos como especie. Permítenos transmitir ideas, emocións e coñecementos a través de xeracións, diferenciándonos doutros primates. Pero, como xurdiu esta capacidade? Un novo estudo revela que unha pequena variación na proteína NOVA1, presente só en humanos, puido ser clave na evolución do fala.

Publicado en Nature Communications, este achado xerou un gran interese na comunidade científica. Os investigadores editaron xeneticamente ratos para portar a versión humana de NOVA1 e observaron cambios nas súas vocalizacións. Os ratos con esta variante emitían sons distintos, o que suxire que este cambio no ADN podería xogar un papel na aparición da linguaxe humana.

Os humanos comparten gran parte do seu ADN con outros homínidos, pero certas diferenzas fixéronnos únicos. Unha delas é a variante I197V de NOVA1, unha mutación que non está presente en neandertais nin denisovanos. Segundo os autores do estudo, este cambio puido ser parte dun evento de selección evolutiva en Homo sapiens, favorecendo o desenvolvemento de circuítos neuronais vinculados á comunicación.

O investigador Robert Darnell, autor do estudo, explicou que esta proteína é crucial para o desenvolvemento cerebral. Segundo Darnell, a variante en humanos afecta a regulación de xenes no cerebro e pode influír na forma en que procesamos a linguaxe.

Para probar o impacto deste cambio, os científicos modificaron xeneticamente ratos mediante CRISPR. Substituíron a súa proteína NOVA1 pola versión humana e analizaron as súas vocalizacións.

Os resultados foron sorprendentes. As crías de rato coa variante humana emitían sons diferentes ao chamar á súa nai. Ademais, os machos adultos renxían de forma distinta ao detectar a presenza de femias, un comportamento crave na súa comunicación​.

Tinción de NOVA1 no cerebro dun rato P21, resaltando rexións crave como codia, hipocampo, tálamo e cerebelo. Escala: 500 µm / Nature Communications

Aínda que este achado é importante, os científicos advirten que a linguaxe non depende unicamente dun xene. Factores anatómicos, redes neuronais especializadas e a interacción social foron esenciais na evolución do fala.

Investigacións previas vincularon outros xenes á linguaxe, como FOXP2, coñecido como o “xene da linguaxe” en humanos. Con todo, a variante de FOXP2 tamén estaba presente en neandertais, o que suxire que por si soa non explicaría a capacidade única da nosa especie para falar​.

Modelo da evolución do cambio no aminoácido 197 do xene NOVA1, destacando os ratos Nova1hu/hu xerados neste estudo / Nature Communications

O caso de NOVA1 é distinto, xa que a súa versión específica só atópase en humanos modernos. Isto reforza a hipótese de que, combinada con outros factores, esta variante puido facilitar a aparición do fala e a comunicación avanzada.Máis aló da evolución, estes estudos poden ter aplicacións médicas. Segundo o equipo de investigación, comprender como NOVA1 afecta o cerebro podería axudar no desenvolvemento de tratamentos para trastornos do fala e do desenvolvemento neurolóxico.Existe a posibilidade de que no futuro poida identificarse a quen necesitará intervencións no desenvolvemento da linguaxe.A

medida que avanza a xenética, descubrimentos como este achégannos cada vez máis a entender que nos fai humanos. Aínda que a ciencia aínda non ten todas as respostas, o estudo de NOVA1 abre unha nova xanela para explorar a evolución da nosa capacidade de falar.

FONTE: Eugenio M. fernández Aguilar/muyinteresante.com

O núcleo interno da Terra está a cambiar e é menos sólido do que se cría

Recreación do núcleo da TerraRecreación do núcleo da Terra / EM

A superficie do núcleo interno da Terra podería estar a cambiar e ser menos sólido do que se cría, tal e como demostra un novo estudo de investigadores da Universidade do Sur de California (USC) que detectou cambios estruturais preto do centro do planeta e foi publicado en Nature Geoscience.

Segundo explicou a USC, o estudo utilizou datos de formas de onda sísmicas (incluídos 121 terremotos repetidos de 42 lugares preto das Illas Sandwich do Sur da Antártida que ocorreron entre 1991 e 2024) para dar unha idea do que ocorre no núcleo interno. Cando os investigadores analizaron as formas de onda das estacións de receptores situadas preto de Fairbanks, Alaska, e Yellowknife, Canadá, un conxunto de datos de ondas sísmicas desa última estación incluía propiedades inusuais que o equipo non vira antes.

O catedrático de Ciencias da Terra na Facultade de Letras, Artes e Ciencias Dornsife da USC e investigador principal do estudo, John Vidale, dixo que os investigadores "non se propuxeron definir a natureza física do núcleo interno". O que finalmente descubriron é a evidencia de que a superficie próxima ao núcleo interno da Terra "sofre cambios estruturais".

O achado lanza luz sobre o papel que desempeña a actividade topográfica nos cambios rotacionaIs no núcleo interno que alteraron minuciosamente a duración do día e poden estar relacionados coa desaceleración actual do núcleo interno. Situado a 3.000 millas por baixo da superficie da Terra, o núcleo interno está ancorado pola gravidade dentro do núcleo externo líquido fundido. Ata o de agora, pensábase que o núcleo interno era unha esfera sólida.

O obxectivo orixinal dos científicos da USC era seguir trazando o proceso de desaceleración do núcleo interno. Pero mentres "analizaba sismogramas de varias décadas, os datos de ondas sísmicas destacáronse curiosamente do resto", dixo Vidale. "Máis tarde, deime conta de que estaba a mirar a evidencia de que o núcleo interno non é sólido".

Ao principio, o conxunto de datos "desconcertoume", subliñou. Non foi ata que o seu equipo de investigación mellorou a técnica de resolución que quedou claro que as formas de onda sísmicas representaban actividade física adicional do núcleo interno.

A actividade física explícase mellor como cambios temporais na forma do núcleo interno. O novo estudo indica que a superficie próxima do núcleo interno pode sufrir unha deformación viscosa, cambiando a súa forma e desprazándose no límite superficial do núcleo interno.

A causa máis clara do cambio estrutural é a interacción entre o núcleo interno e o externo. Sábese que o núcleo externo fundido é "turbulento", pero non se observou que a súa "turbulencia perturbase ao seu veciño, o núcleo interno, nunha escala de tempo humana", explicou o científico. Así, por primeira vez, con este estudo obsérvase que, probablemente, que o "núcleo externo perturba ao núcleo interno".

Vidale dixo que o descubrimento abre unha porta para revelar dinámicas previamente ocultas nas profundidades do núcleo da Terra, e pode conducir a unha mellor comprensión do campo térmico e magnético da Terra.

FONTE: elmundo.es/ciencia

Estes son os primeiros animais que saíron do mar para ir a terra firme: non son os que se pensaba

No principio, a vida desenvolveuse exclusivamente na auga e só posteriormente empezou a colonizar terra firme. Pero cales foron as primeiras criaturas que se aventuraron fóra do medio acuático non está aínda firmemente establecido. Ata o de agora, a teoría máis aceptada sostén que foron os artrópodos os pioneiros do medio terrestre, pero unha nova investigación desménteo categoricamente.

Os artrópodos son un grupo de invertebrados distribuídos por todo o planeta entre cuxos membros figuran os insectos e as arañas. Son animais cun gran éxito de adaptación e, por iso, proliferaron ao longo e ancho da superficie terrestre.

Moitos dos primeiros artrópodos que se coñecen tiñan duros caparazóns exteriores, o cal aumentaban as posibilidades de quedar preservados como fósiles en comparación con outros grupos animais. A abundancia existente destes restos levou a que os artrópodos sexan considerados os primeiros colonizadores terrestres, pero unha nova investigación púxoo en cuestión.

Os científicos estiveron estudando pegadas e rastros deixados por animais que se desprazaban pola terra hai máis de 500 millóns de anos e cren que foron feitas por moluscos. Este é outro gran grupo de invertebrados entre cuxos membros actuais figuran lapas, caracois e luras.

"O máis emocionante desta investigación é descubrir que os artrópodos poden non ser os primeiros animais en explorar estas contornas expostas ao aire na rexión intermareal", afirma Zekun Wang, paleontólogo do Museo de Historia Natural de Londres e autor principal do estudo.

"En cambio, os moluscos ou animais parecidos aos moluscos poderían ser os pioneiros destas primeiras incursións en terra que se remontan ao Cámbrico. Estes animais podían soportar polo menos 15 minutos de exposición ao aire, o que demostra que non só chegaban a terra e morrían inmediatamente, senón que podían pasar unha cantidade razoable de tempo fose da auga", engade.

Os fósiles mostran que hai uns 420 millóns de anos xa había animais que vivían fóra da auga, pero aínda non se comprende moi ben como se produciu a transición do mar á terra, feito que mantén intrigados aos científicos.

Os primeiros movementos probablemente comezaron cando os animais que vivían preto da costa aventuráronse temporalmente a terra firme antes de morrer ou regresar apresuradamente á auga. Pero é complicado saber máis sobre este período crucial, xa que os fósiles non adoitan conservarse ben nestas contornas costeiras, debido a que estiveron expostos á acción das ondas e aos fenómenos meteorolóxicos.

Figura 1. Trazas de fósiles mariño-marxinais subaéreos putativos do Cámbrico formados sobre substratos areosos non cohesivos. (a) Climactichnitas do Elk Mound Group, Blackberry Hill, EE. UU., con diques inestables e en colapso (ci, con pequenas estruturas cóncavas debaixo dos bordos exteriores, aínda non colapsados) con límites claros, así como descontinuidades (dei). Foto de Todd C. Gass. (b) Diplichnitas da Formación Nepean, Ontario, Canadá, con salpicaduras de sedimentos (sp). Foto de Robert B. MacNaughton. (c) Palaeobullia da Formación Bo, Peary Land, Groenlandia, con diques colapsados ​​(cd) de ancho variable. Foto de Ian D. Bryant. (d) Archaeonassa autocruzante da Formación Sellick Hill, Australia [28], con diques inestables que colapsan e surcos profundos (df). Foto de James G. Gehling. Barras de escala = 5 cm. / royalsocietypublishing.org

Diante da falta de restos animais, os científicos buscaron fósiles achados en rochas que estiveron expostas ao aire libre hai uns 500 millóns de anos. A fósiles-traza son pegadas da actividade biolóxica dos animais, que deixan rexistrado por onde se arrastraron estas criaturas.

"O noso primeiro paso foi identificar que tipo de animais formaron eses primeiros fósiles-traza que posiblemente se crearon en sedimentos expostos ao aire", di Zekun.

"Examinamos as pegadas de animais vivos e fosilizados, buscando patróns nos seus movementos que fosen característicos dun grupo en particular. Logo aplicamos isto ás pegadas fósiles e puidemos identificar que esas fendas probablemente foron producidas por moluscos".

"Logo realizamos algunhas simulacións por computadora para ver como os antigos animais movíanse a través dos sedimentos en ambientes que estaban na auga e expostos ao aire". Isto permitiu ao equipo distinguir entre a fósiles traza que se formaron baixa a auga e os que se formaron na terra, o que axudou a confirmar que os fósiles que estaban a observar formáronse por un molusco que se desprazou sobre a terra. Pero tamén permitiu aos científicos calcular canto tempo pasaban fóra da auga.

Ao principio, a contorna terrestre proporcionaríalle unha oportunidade para que os animais mariños escapasen dos depredadores ou accedesen a novas fontes de alimento con pouca competencia. Isto podería ser un salvavidas esencial que beneficiou aos individuos que lograron sobrevivir máis tempo fóra da auga. Co tempo, os moluscos, artrópodos e outros animais foron desenvolvendo características que lles permitiron pasar máis tempo fóra da auga. Finalmente, despois de decenas de millóns de anos, puideron sobrevivir no chan de forma permanente.

FONTE: Joan Lluís Ferrer/farodevigo.es

Descuberta unha galaxia xigante 32 veces máis grande que a Vía Láctea, bautizárona «Problema»

Os chorros de plasma brillantes de Inkathazo móstranse en vermello e amarelo. A luz das estrelas doutras galaxias circundantes pódese ver ao fondo / K.K.L Charlton (UCT), MEERKAT, HSC, CARTA, IDIA, CC BY

Poida que non o saibas, pero agora mesmo hai unha enorme festa cósmica ocorrendo moi, moi por encima das nosas cabezas. Os principais asistentes á festa son coñecidos como buracos negros supermasivos. Estes misteriosos obxectos poden ter masas de varios millóns ou miles de millóns de veces a do Sol e son tan densos que deforman o espazo-tempo ao seu ao redor.

Ata onde saben os astrónomos, todas as galaxias albergan un buraco negro supermasivo no seu centro. Nalgunhas galaxias, grandes cantidades de gas interestelar viran ao redor do buraco negro supermasivo e son absorbidas máis aló do horizonte de sucesos, esencialmente cara ao buraco negro. Este proceso crea unha enorme cantidade de fricción e enerxía, o que pode causar a “festa” da que falo: liberando grandes cantidades de luz en moitas cores e frecuencias diferentes ao longo do espectro electromagnético.

Nalgúns casos, o buraco negro mesmo expulsa chorros de plasma que se estenden millóns de anos luz a través do espazo intergaláctico. O gas de plasma está tan quente que é esencialmente unha sopa de electróns movéndose preto da velocidade da luz. Estes chorros de plasma brillan en frecuencias de radio, polo que poden verse cun radiotelescopio e, apropiadamente, chámanse galaxias de radio. Nun episodio recente do pódcast de astronomía The Cosmic Savannah, comparei a súa aparencia con dúas barras luminosas (os chorros de plasma) saíndo dunha bóla de masilla adhesiva (a galaxia). Os astrónomos supoñen que os chorros de plasma continúan expandíndose cara a fóra co tempo, medrando eventualmente ata converterse en galaxias de radio xigantes.

A ciencia coñece millóns de galaxias de radio de tamaño normal. Pero para 2020 só atopáronse unhas 800 galaxias de radio xigantes, case 50 anos despois do seu descubrimento inicial. Considerábanse raras. Con todo, unha nova xeración de radiotelescopios, incluído o MEERKAT de Sudáfrica, cambiou esta idea: no últimos cinco anos descubríronse unhas 11.000 galaxias xigantes.

O descubrimento máis recente dunha galaxia de radio xigante por MEERKAT é extraordinario. Os chorros de plasma deste xigante cósmico abarcan 3.3 millóns de anos luz de extremo a extremo, máis de 32 veces o tamaño da Vía Láctea. Son unha das investigadoras principais que fixo o descubrimento. Alcumámola Inkathazo, que significa “problema” nos idiomas isiXhosa e isiZulu de Sudáfrica. Isto débese a que foi un pouco problemático entender a física detrás do que está a ocorrer con Inkathazo.

Este descubrimento brindounos unha oportunidade única para estudar galaxias de radio xigantes. Os achados desafían os modelos existentes e suxiren que aínda non entendemos moito da complicada física do plasma en xogo nestas galaxias extremas.

O telescopio MEERKAT está situado na rexión do Karoo en Sudáfrica, está composto por 64 antenas de radio e é operado e xestionado polo Observatorio de Radioastronomía de Sudáfrica. É un precursor do Arranxo de Quilómetro Cadrado, que, cando comece as súas operacións científicas ao redor de 2028, será o telescopio máis grande do mundo.

Esta é a terceira galaxia de radio xigante que os meus colaboradores e eu descubrimos con MEERKAT nunha porción relativamente pequena do ceo preto do ecuador, de aproximadamente o tamaño de cinco lúas cheas, que os astrónomos chaman o “campo COSMOS”. Apuntamos MEERKAT cara a COSMOS durante as primeiras etapas das enquisas máis avanzadas de galaxias distantes xamais realizadas: a Exploración Extragaláctica Internacional en Escalas de Gigahercios (MIGHTEE).

O equipo de MIGHTEE, unha colaboración de astrónomos de todo o mundo, e eu publicamos por primeira vez o descubrimento das outras dúas galaxias de radio xigantes en COSMOS en 2021.

Detectamos Inkathazo máis recentemente nas miñas propias observacións de seguimento con MEERKAT do campo COSMOS, así como na enquisa completa de MIGHTEE.

Con todo, Inkathazo difire das súas compañeiras cósmicas en varios aspectos. Non ten as mesmas características que moitas outras galaxias de radio xigantes. Por exemplo, os chorros de plasma teñen unha forma inusual. En lugar de estenderse rectamente dun extremo ao outro, un dos chorros está dobrado.

Ademais, Inkathazo atópase no centro mesmo dun cúmulo de galaxias, en lugar de estar en relativo illamento, o que debería dificultar que os chorros de plasma medran ata tamaños tan enormes. A súa localización nun cúmulo expón preguntas sobre o papel das interaccións ambientais na formación e evolución destas galaxias xigantes.

 

Un mapa da idade espectral de Inkathazo. O cian e o verde mostran plasma máis novo, mentres que o púrpura indica plasma máis antigo / K.K.L Charlton (UCT), MEERKAT, HSC, CARTA, IDIA., CC BY

As capacidades excepcionais de MEERKAT están a axudarnos a resolver este enigma cósmico. Creamos algúns dos mapas espectrais de maior resolución xamais realizados para galaxias de radio xigantes. Estes mapas rastrexan a idade do plasma en diferentes partes da galaxia, proporcionando pistas sobre os procesos físicos en xogo.

Os resultados revelaron complexidades intrigantes nos chorros de Inkathazo. Algúns electróns dentro dos chorros de plasma reciben impulsos inesperados de enerxía. Cremos que isto pode ocorrer cando os chorros chocan con gas quente nos baleiros entre galaxias dun cúmulo. Isto dános pistas sobre o tipo de física do plasma que podería estar a ocorrer nestas partes extremas do Universo que non predixeramos anteriormente.

O feito de que revelásemos tres galaxias de radio xigantes ao apuntar MEERKAT cara a unha soa porción do ceo suxire que probablemente haxa un enorme tesouro destes xigantes cósmicos esperando ser descuberto no ceo austral. O telescopio é incriblemente poderoso e está nunha localización perfecta para este tipo de investigacións, polo que está idealmente posicionado para descubrir e aprender máis sobre as galaxias de radio xigantes nos próximos anos.

FONTE: quo.eldiario.es/Jacinta Delhaize, Universidade de Cidade do Cabo

A outra especie humana capaz de adaptarse e sobrevivir ao deserto hai 1,2 millóns de anos

Recreación do neno de Turkana, un dos Homo erectus máis famosos / Museo FIELD

 

Non cabe dúbida de que unha das principais razóns do éxito da nosa especie radica na capacidade de Homo sapiens para adaptarse practicamente a calquera ambiente ou clima. Algo que non comparte connosco a maioría das especies vivas, que adoitan depender dunhas condicións ambientais concretas que, de alterarse, condénanas a desaparecer. Pero non a nós. Desde as máis xélidas estepas ás tórridas selvas tropicais e desertos, os humanos arranxámosnolas para sobrevivir e seguir prosperando en todos os ambientes posibles. Pero cando xurdiu exactamente esa asombrosa capacidade de adaptación? É algo exclusivo de Homo sapiens ou xa a tiñan tamén as primeiras especies do xénero Homo?

Agora, un novo estudo recentemente publicado en Nature Communications atopou unha resposta. Homo erectus, un dos primeiros devanceiros humanos de Homo sapiens, xa era capaz de adaptarse e sobrevivir ás máis duras condicións do deserto hai polo menos 1,2 millóns de anos.

O achado suxire que as adaptacións de comportamento que lle permitiron tal fazaña incluían regresar repetidamente, durante miles de anos, a ríos e estanques específicos en busca de auga doce, así como desenvolver ferramentas especializadas. Os autores cren que esta capacidade de adaptación pode levar á expansión da área de distribución xeográfica desa antiga especie humana, a primeira con proporcións corporais similares ás nosas e o primeiro humano primitivo que foi capaz de emigrar fóra de África.

Varios descubrimentos de norte a sur da península suxiren que, lonxe de ser uns seres brutos e simiescos como se cría, estes homínidos extintos tiñan habilidades cognitivas comparables ás nosas

Ata o de agora, houbo un importante debate sobre cando os homínidos empezaron a ser o suficientemente adaptables como para sobrevivir en ambientes extremos, como desertos ou selvas tropicais. E investigacións anteriores a miúdo concluíron que só Homo sapiens, nós, tivemos no pasado esa capacidade de adaptación. O novo estudo, con todo, indica que non foi, en absoluto, así.

Os investigadores, en efecto, recompilaron datos arqueolóxicos, xeolóxicos e paleoclimáticos en Engaji Nanyori, no desfiladeiro de Olduvai en Tanzania, un sitio arqueolóxico clave para o estudo dos primeiros homínidos. E a evidencia revelou que Homo erectus xa era capaz de prosperar en ambientes extremadamente áridos hai máis dun millón de anos, moito antes de que xurdise Homo sapiens, a nosa especie.

"Actualmente extinto -explica Michael Petraglia, da universidade australiana de Griffith e coautor do estudo- Homo erectus existiu hai máis de 1,5 millóns de anos, o que o converte nun exitoso exemplo de supervivencia na historia da evolución humana". En comparación, a nosa propia especie, Homo sapiens, orixinouse ’só’ hai uns 300.000 anos.

"Ese éxito - di pola súa banda Julio Mercador, da Universidade de Calgary e autor principal da investigación- debeuse á súa capacidade de sobrevivir durante un longo período que estivo marcado por grandes cambios no medio ambiente e o clima".

Ferramentas de pedra de Engaji Nanyori / Julio Mercader

Utilizando análises xenéticas e bioquímicos, datación cronométrica, simulacións paleoclimáticas, modelización de biomas, reconstrucións da historia dos incendios, estudos paleobotánicos, conxuntos de fauna e evidencia arqueolóxica, Mercador e o seu equipo conseguiron reconstruír fielmente o ambiente da rexión nos tempos de Home erectus: unha contorna desértico, extremadamente árido e dominado por matogueiras.

Pero a pesar das duras condicións, Homo erectus resistiu, e ocupou repetidamente, durante moitos miles de anos, aquelas áridas paisaxes aproveitando as escasas fontes de auga. O cal suxire que estes humanos arcaicos xa posuían unha flexibilidade ecolóxica previamente atribuída só a especies humanas moi posteriores.

"O debate -asegura o coautor Abel Shikoni da Universidade de Dodoma, en Tanzania- centrouse durante moito tempo en cando o xénero Homo adquiriu a adaptabilidade para prosperar en ambientes extremos como desertos e selvas tropicais. Tradicionalmente, pensábase que só Homo sapiens era capaz de ocupar de forma sostida tales ecosistemas, mentres que os homínidos arcaicos considerábanse restrinxidos a áreas máis estreitas".

"Con todo -engade Petraglia-, a evidencia bioxeoquímica, paleoambiental e arqueolóxica que analizamos suxire que os primeiros Homo xa tiñan a capacidade de adaptarse a ambientes diversos e inestables desde o chan do Rift de África Oriental e as áreas montañosas de África hai xa dous millóns de anos. Este perfil adaptativo, marcado pola capacidade de resistir en zonas áridas, desafía as suposicións anteriores sobre os límites de dispersión dos primeiros homínidos e posiciona a Homo erectus como un xeneralista versátil e o primeiro homínido que capaz de superar as fronteiras ambientais a escala global".

FONTE: José Manuel Nieves/abc.es/ciencia

Un descubrimento que reescribe os libros de texto de física cuántica: crean un

O gato está nunha superposición de estados: vivo e morto ao mesmo tempo /  Midjourney/Eugenio Fdz.

Falar do gato de Schrödinger é mencionar un dos conceptos máis icónicos e debatidos da física cuántica. Está no top 10 da física cuántica. Esta idea, introducida polo físico austriaco Erwin Schrödinger en 1935, ilustra como unha partícula pode estar nun estado de superposición, é dicir, dous estados simultáneos, ata que obsérvase. Agora, nun avance que combina esta noción coas posibilidades da tecnoloxía moderna, un equipo de investigadores logrou recrear esta superposición nun sistema físico dentro dun chip de silicio, utilizando un isótopo de antimonio incrustado nun cristal. Este logro representa un paso significativo cara á comprensión e o control da física cuántica. Por se non quedou claro, o isótopo de antimonio fai as veces de gato.

O estudo, publicado recentemente en Nature Physics, detalla como se conseguiu manipular un sistema cuántico coñecido como o espín nuclear dun átomo de antimonio-123. Esta innovación non só achega a teoría cuántica a aplicacións prácticas, senón que tamén pon de relevo a capacidade da tecnoloxía de silicio, un material esencial na industria electrónica, para ser o soporte de fenómenos tan exóticos como os estados cuánticos. Vexamos en detalle que fai tan especial este logro e cales son as súas implicacións.

A idea do “gato de Schrödinger” xurdiu como un experimento mental para explicar o que parecía ser un paradoxo dentro da mecánica cuántica. En palabras simples, imaxinemos un gato encerrado nunha caixa cun mecanismo que podería matalo ou non, dependendo da desintegración dunha partícula radioactiva. Segundo as leis cuánticas, mentres non abramos a caixa, o gato está nunha superposición de estados: vivo e morto ao mesmo tempo.

Este concepto, aínda que abstracto, é clave para entender fenómenos como a computación cuántica e a teleportación cuántica, onde as partículas poden existir en múltiples estados simultaneamente. O que fai que o traballo actual sexa tan relevante é que os científicos levaron esta idea ao mundo físico, usando un sistema que pode ser medido e controlado con precisión. O equipo logrou crear un estado de superposición controlada dentro do espín nuclear do antimonio-123, mostrando que este tipo de estados cuánticos pode ser “conxelado” e manipulado nunha contorna sólida como o silicio.

Para lograr este avance, os investigadores combinaron varias técnicas avanzadas de manipulación cuántica. O chip de silicio utilizado contén átomos de antimonio-123, un isótopo que ten propiedades únicas en termos de espín nuclear. O espín é unha propiedade cuántica que pode imaxinarse como un pequeno compás interno que apunta en diferentes direccións, representando os estados posibles do sistema.

Mediante campos magnéticos externos e sinais de microondas coidadosamente deseñadas, os científicos lograron inducir e controlar estados de superposición nestes espíns nucleares. Segundo o artigo, o sistema alcanzou un nivel de precisión sen precedentes, que permite estudar como os estados cuánticos evolucionan e mantéñense no tempo. “A estrutura nuclear do antimonio-123, cun espín de I = 7/2, permite explorar configuracións cuánticas complexas nunha contorna altamente controlada”, explican os autores no seu traballo.

Este enfoque non só aproveita as propiedades naturais do silicio como material, senón que tamén resalta a súa compatibilidade coas tecnoloxías actuais de semiconductores, abrindo a porta a futuros dispositivos cuánticos integrados.

 

Representación do qudit nuclear de 8 dimensións do isótopo Sb-123 en silicio, incluíndo a súa contorna física e os estados cuánticos manipulados no experimento / Nature Physics

Este desenvolvemento ten implicacións profundas tanto na física fundamental como na tecnoloxía. En primeiro lugar, o feito de que o sistema estea baseado en silicio suxire que podería integrarse cos procesos de fabricación actuais de chips, facilitando a transición das tecnoloxías cuánticas do laboratorio ao mercado.

Por outra banda, este avance podería ter aplicacións directas en áreas como a computación cuántica, onde os qubits (a unidade básica de información cuántica) requiren estados de superposición estables e controlables. O traballo tamén ten relevancia no desenvolvemento de sensores cuánticos, dispositivos extremadamente sensibles que poderían detectar campos magnéticos ou gravitatorios cunha precisión sen precedentes.

O paper sinala que, aínda que o sistema presenta algunhas barreiras, como a necesidade de manter temperaturas extremadamente baixas, o seu deseño é prometedor para superar estes obstáculos no futuro. “O noso experimento demostra que é posible manipular estados cuánticos en sistemas sólidos con alta fidelidade, achegándonos a aplicacións prácticas”, destacan os autores.

Un aspecto particularmente emocionante do traballo é que ofrece unha vía para controlar a demanda os estados cuánticos. Isto significa que os científicos non só poden crear estados de superposición, senón tamén decidir cando colapsalos (é dicir, facer que adopten un estado definido). Esta capacidade é esencial para moitas aplicacións cuánticas, desde algoritmos ata comunicacións.

O equipo demostrou que era posible manter o estado cuántico durante un tempo suficiente para realizar medicións precisas. Ademais, lograron implementar un enfoque novo para "ler" o estado do sistema sen destruílo, algo que tradicionalmente foi un desafío na física cuántica.

Este control tamén permite explorar novas fronteiras da teoría cuántica, como a relación entre superposición e decoherencia, o fenómeno que fai que os estados cuánticos se desmoronen ao interactuar coa súa contorna. "O noso experimento demostra a preparación de estados cuánticos non clásicos con alta fidelidade e o seu control lóxico nun obxecto a escala atómica, abrindo aplicacións no procesamento de información cuántica e a corrección de erros cuánticos dentro dunha plataforma de semiconductores escalable e fabricable", indican os autores.

Aínda que o logro é impresionante, aínda hai moitos inconvenientes por superar. Un deles é a escala: actualmente, o experimento realizouse en condicións moi controladas, e levar este sistema a un nivel práctico requirirá superar problemas de escalabilidade e robustez.

Con todo, o potencial é innegable. Con avances continuos, poderiamos ver sistemas cuánticos baseados en silicio que transformen áreas como a criptografía, a simulación de materiais e a intelixencia artificial. En última instancia, este traballo representa unha ponte entre a teoría e a aplicación, levando as ideas cuánticas máis aló dos laboratorios cara a un mundo onde poidan cambiar as nosas vidas.

FONTE: Eugenio M. fernández Aguilar/muyinteresante.com

Nin fermións ni bosóns: as matemáticas modernas desafían décadas de ciencia e reviven estas partículas hipotéticas, as

A miúdo, a física teórica desafíanos con conceptos que parecen sacados dunha novela de ciencia ficción. Pero, que pasaría se che dixésemos que as partículas que coñecemos, fermións e bosóns, non son as únicas formas posibles de materia? Un recente estudo publicado en Nature por Zhiyuan Wang e Kaden Hazzard propón algo extraordinario: a existencia de "parapartículas", partículas que non encaixan en ningunha destas categorías tradicionais. A física de partículas podería dar un envorco.

Aínda que a idea de partículas máis aló dos fermións e bosóns non é nova, sempre se considerou pouco máis que unha curiosidade matemática. Con todo, o recente artigo non só revive este concepto, senón que o valida matematicamente en certos sistemas físicos.

Para comprender a importancia deste avance, necesitamos repasar a clasificación estándar das partículas. Desde as primeiras formulacións da mecánica cuántica, as partículas agrúpanse en fermións e bosóns segundo os seus comportamentos estatísticos. Os fermións obedecen o principio de exclusión de Pauli, o que significa que dúas partículas non poden ocupar o mesmo estado cuántico. Este principio é o responsable da estrutura da táboa periódica e de fenómenos tan comúns como a solidez dos materiais. Os bosóns, doutra banda, poden compartir o mesmo estado cuántico, o que fai posible fenómenos como a condensación de Bose-Einstein.

A pregunta sobre se poderían existir partículas fóra destas categorías non é nova. Greenberg e Messiah exploraron esta posibilidade en 1965, introducindo o concepto de parapartículas, que exhibirían combinacións intermedias de simetría entre fermións e bosóns​​. Con todo, estes conceptos foron considerados como curiosidades matemáticas sen relevancia física concreta. Isto cambiou nos anos 70, cando algúns estudos demostraron que, baixo certas condicións, as parapartículas parecían indistinguibles de fermións ou bosóns​. A investigación de Wang e Hazzard contraponse a esta suposición ao identificar un marco matemático no que as parapartículas poden xurdir con propiedades observables únicas.

En particular, Hartle e Taylor, en 1969, examinaron como estas partículas poden ser compatibles coa mecánica cuántica se se cumpre a lei de agrupación industrial, que esixe que sistemas suficientemente separados non interfiran entre si​. Estes estudos estableceron as bases para que traballos posteriores explorasen as condicións baixo as cales as parapartículas poderían ter un impacto observable.

Enrico Fermi y Satyendra Nath Bose. / Wikipedia

No seu artigo de 2025, Wang e Hazzard propoñen un marco teórico baseado en álxebras de Lie, a ecuación de Yang-Baxter e outras ferramentas matemáticas avanzadas. Este enfoque permitiulles formular unha teoría xeneralizada de "parastadísticas" aplicable a sistemas físicos específicos. Segundo os seus cálculos, as parapartículas poden xurdir como case-partículas en sistemas de materia condensada, como certos modelos de espines cuánticos​​.

O máis notable é que estas partículas presentan características únicas en comparación cos fermións e bosóns. Cando se intercambian entre si, os seus estados internos cambian de forma complexa, algo que non ocorre coas partículas tradicionais. Isto implica que a súa dinámica e estatística poderían conducir a propiedades novas en materiais e aplicacións tecnolóxicas.

Por outra banda, este descubrimento podería ter implicacións prácticas, especialmente no campo da información cuántica, mediante a manipulación dos seus estados internos​. Aínda que aínda estamos lonxe de aplicacións concretas, as posibilidades son intrigantes.

Para exemplificar este avance, os investigadores utilizaron modelos de sistemas cuánticos en dúas dimensións. Estes modelos son cruciais porque permiten observar directamente como as parapartículas compórtanse como excitacións dentro de materiais condensados. De maneira especial, enfocáronse en sistemas de espíns cuánticos, onde as partículas exhiben exclusión estatística xeneralizada e propiedades de intercambio nunca vistas antes.

Un elemento clave no estudo das parapartículas é o uso de redes cuánticas como a representada na figura. Nesta rede, cada punto negro corresponde a un qudit de 16 dimensións, mentres que os círculos abertos representan qudits auxiliares de 64 dimensións. Os triángulos coloreados indican interaccións de tres corpos entre os qudits nos seus vértices, e as plaquetas brancas e grises mostran interaccións de oito corpos. Por outra banda, a liña púrpura mostra un operador de parapartícula que actúa de maneira consecutiva sobre os puntos que percorre, permitindo modelar as propiedades estatísticas e dinámicas únicas destas partículas.

Un qudit é a xeneralización dun qubit en computación cuántica, que pode existir en máis de dous estados, algo que permite representar información cuántica en sistemas con dimensións superiores ás binarias.

Rede cuántica con qudits de 16 e 64 dimensións. Os triángulos mostran interaccións de tres corpos, e a liña púrpura representa un operador de parapartícula / Nature

O marco teórico de Wang e Hazzard inspírase en estudos previos que exploraron a natureza das simetrías e permutacións en sistemas de partículas. Por exemplo, en 1970, Stolt e Taylor clasificaron ás parapartículas en dúas grandes familias: parabosóns e parafermiçons. Estas categorías, á súa vez, divídense en ordes específicas segundo as súas propiedades de simetría​. Nas súas conclusións, argumentaron que aínda que as parapartículas poden xurdir matematicamente, a súa observación directa sería extremadamente difícil sen un marco experimental apropiado.

Este tipo de reflexións serve para entender mellor o progreso actual. Os avances matemáticos recentes superaron algunhas das limitacións que anteriormente dificultaban a validación experimental destes conceptos. Ao conectar estas ideas con sistemas de materia condensada, os investigadores actuais atoparon unha ponte entre a abstracción matemática e as posibles aplicacións físicas.

FONTE: Eugenio M. Fernández Aguilar/muyinteresante.com

ROZANDO O SOL!

En Noiteboa, mentres unha gran parte do planeta Terra ceaba cos seus seres queridos, un fito histórico estaba a fraguarse a uns 150 millóns de quilómetros das nosas casas: unha sonda batía o récord de achegamento ao Sol, chegando a 6,1 millóns de quilómetros da súa superficie (o que, en termos astronómicos, é case rozar a nosa estrela) a unha endiablada velocidade de 692.000 quilómetros por hora.

A proeza foi confirmada pola NASA despois de dous días sen comunicación coa nave, bautizada como Parker Solar Probe e lanzada en agosto de 2018. "Tras a súa aproximación máis próxima ao Sol, un récord, a sonda solar Parker da NASA transmitiu un sinal á Terra indicando que se atopa en bo estado e funciona normalmente", sinala Michael Buckley, do Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins, na nota que confirma que, efectivamente, un dos fitos da misión, o de case ’tocar’ a nosa estrela, cumpriuse.

A ’chamada’ da Parker Solar Probe produciuse xusto antes da medianoite do 26 de decembro, á primeira hora da mañá de onte venres en España. O silencio era algo esperado: a nave debía dar a volta por detrás do Sol para volver contactar cos equipos na Terra, algo que se esperaba que tardase uns dous días. Despois da confirmación de que todo foi ben, o equipo espera recibir o paquete completo de información do sobrevoo (os datos de telemetría detallados) estreando o aninovo, o 1 de xaneiro.

A nave, que soportou temperaturas de máis dun millón de graos Celsius, tivo que manter, con todo, os seus instrumentos a salvo desta calor ardente, xa que para o seu correcto funcionamento teñen que permanecer en ao redor de 29 graos centígrados. Toda unha proeza, xa que durante o seu voo ao Sol a nave tamén tivo que enfrontar temperaturas de 200 graos negativos.

FONTE: P. Biosca/abces/ciencia