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Ciencia Fresca

La ciencia no deja de asombrarnos con nuevos descubrimientos insospechados cada semana. En el podcast Ciencia Fresca, Jorge Laborda Fernández y Ángel Rodríguez Lozano discuten con amenidad y, al mismo tiempo, con profundidad, las noticias científicas más interesantes de los últimos días en diversas áreas de la ciencia. Un podcast que habla de la ciencia más fresca con una buena dosis de frescura.

Baterías sin cobalto. Theia en el interior de la Tierra. Una nariz para oler los océanos. Antimateria y gravedad.

Se da el alto a las baterías con cobalto.
¿Sabías que la batería de tu teléfono móvil o portátil tiene un lado oscuro? Aunque las baterías de iones de litio (LIB) son fundamentales para dispositivos electrónicos y autos eléctricos, su producción implica ciertos problemas, como el uso de cobalto, un material con serios problemas ambientales y sociales vinculados a su extracción.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Tokio ha encontrado una alternativa revolucionaria al cobalto en las baterías de iones de litio. Usaron una combinación novedosa de elementos como litio, níquel, manganeso, silicio y oxígeno para los electrodos, todos los cuales son mucho más comunes y menos problemáticos que el cobalto.
El nuevo diseño no solo elimina la necesidad de cobalto, sino que también ofrece mejoras sorprendentes en la eficiencia de la batería. Las nuevas baterías tienen una densidad de energía un 60% más alta, lo que podría traducirse en una vida útil más larga. Además, pueden ofrecer 4,4 voltios, en comparación con los 3,2-3,7 voltios de las baterías típicas. Quizás lo más impresionante es su durabilidad: estas nuevas baterías pudieron cargarse y descargarse completamente durante más de 1.000 ciclos (aproximadamente tres años de uso y carga completa) perdiendo solo un 20% de su capacidad de almacenamiento.
Este avance es emocionante, pero el profesor Atsuo Yamada advierte que aún quedan desafíos por abordar para mejorar aún más la seguridad y la longevidad de estas baterías. Sin embargo, están seguros de que su investigación llevará a baterías mejoradas para una variedad de aplicaciones.
El impacto de este descubrimiento no solo es tecnológico, sino también ambiental, económico y social. Al encontrar una alternativa al cobalto, no solo se están mejorando las baterías, sino que también se están abordando cuestiones éticas relacionadas con la explotación laboral y el impacto ambiental en la República Democrática del Congo, donde se encuentra la principal fuente mundial de cobalto.
En resumen, esta innovación podría ser un paso gigante hacia un mundo más verde y más ético, permitiéndonos disfrutar de dispositivos electrónicos y transportes sostenibles sin el peso de la culpa asociada con el cobalto. Es un avance que va más allá de la mera tecnología, tocando aspectos fundamentales de cómo queremos vivir en armonía con nuestro planeta y entre nosotros.

Los restos de Theia yacen en el interior de la Tierra.
Antes del siglo XX, las teorías sobre el origen de la Luna abarcaban ideas como la fisión de la Tierra, la captura de un cuerpo celeste preexistente, y la co-formación junto con la Tierra a partir de una nebulosa primordial. Sin embargo, el descubrimiento de diferencias en la composición de metales y elementos volátiles entre la Tierra y la Luna empezó a sugerir un evento más violento en su origen. En 1980, esta noción tomó un giro significativo cuando los astrónomos William K. Hartmann y Donald R. Davis propusieron detalladamente la teoría del impacto gigante. Plantearon que un cuerpo del tamaño de Marte, llamado Theia, chocó con la Tierra, un evento catastrófico que eventualmente condujo a la formación de la Luna. Esta hipótesis cobró fuerza gracias a las muestras lunares traídas por las misiones Apolo, cuya composición isotópica mostraba sorprendentes similitudes con las rocas terrestres, apoyando la idea de un origen común.
Según el modelo del impacto gigante, este choque violento incrustó material de Theia en la mitad inferior del manto terrestre y lanzó escombros a la órbita que eventualmente se fusionaron para formar la Luna.
Un estudio reciente sugiere que la mayor parte de Theia fue absorbida por la joven Tierra, formando estructuras conocidas como LLVP (Large Low-Shear-Velocity Provinces), mientras que los restos del impacto contribuyeron a la formación lunar. Los científicos descubrieron los LLVP midiendo ondas sísmicas, cuyas velocidades varían según los materiales atravesados. El investigador Yuan, trabajando con colaboradores multidisciplinarios, modeló diferentes escenarios para la composición química de Theia y su colisión con la Tierra. Las simulaciones confirmaron que parte del manto de Theia se habría incorporado al de la Tierra, formando dos manchas distintas en el límite entre el núcleo y el manto, mientras que otros restos fueron despedidos al espacio exterior y se mezclaron y aglutinaron para formar la Luna.
El material de Theia que mezcló con el manto terrestre se aglomeró en dos burbujas distintas en lugar de mezclarse completamente con el planeta en formación. Las simulaciones indicaron que gran parte de la energía del impacto se concentró en la mitad superior del manto terrestre, dejando el manto inferior más frío de lo que se pensaba anteriormente. Esto permitió que las gotas de material rico en hierro de Theia se mantuvieran casi intactas mientras se asentaban en la base del manto. Los siguientes pasos en esta investigación incluyen examinar cómo la presencia temprana de material heterogéneo de Theia en las profundidades de la Tierra pudo haber influido en los procesos internos del planeta, como la tectónica de placas.

Una nariz para oler los oceános

Investigadores de la asociación química estadounidense describen el desarrollo de un dispositivo subacuático que captura moléculas liberadas al mar por organismos marinos. Esta captura concentra a las moléculas disueltas y permite el análisis de sus estructuras moleculares y sus potenciales propiedades como nuevos fármacos o medicamentos.
Muchos entornos marinos, algunos de los cuales podrían contener compuestos bioactivos únicos, están amenazados por la contaminación y el cambio climático. Es importante analizar qué sustancias de interés para los humanos pueden encontrarse en sus aguas antes de que esos entornos desaparezcan. Los investigadores, que incluyen a Thierry Pérez y a Charlotte Simmler, se propusieron crear un dispositivo que recolecte estos compuestos sin dañar los ecosistemas. Han fabricado un dispositivo impermeable, llamado el Registrador In Situ de Moléculas Marinas (I-SMEL), que utiliza filtros de distintos materiales similares a las almohadillas quita maquillaje para absorber las moléculas disueltas en el agua de mar. Dependiendo de las propiedades químicas de los materiales empleados, esos filtros podrán retener con preferencia ciertas moléculas de acuerdo con sus propiedades químicas. Por ejemplo, si los filtros contienen materiales cargados negativamente, recogerán y retendrán a moléculas que estén cargadas positivamente.
Este dispositivo ha sido probado en cuevas del mar Mediterráneo. El dispositivo concentró con éxito moléculas, algunas de las cuales eran desconocidas y prometedoras por su potencial actividad biológica. Ciertos metabolitos de las esponjas de mar estaban fueron significativamente más concentrados en los extractos obtenidos del agua de mar filtrada por el dispositivo que en las propias esponjas.
Otra aplicación del dispositivo I-SMEL es que permite la obtención de información de forma no invasiva sobre el estado de salud de los ecosistemas. Este estado de salud que se caracteriza por concentraciones en un rango normal, que habrá que determinar, de las sustancias producidas por los organismos marinos que lo componen.
Por el momento, el dispositivo necesita ser manejado por un buzo que se sumerja y nade con él. Los planes de desarrollo futuros a largo plazo incluyen modificar el dispositivo para permitir que funcione de manera autónoma, como un pequeño submarino, y permitir igualmente el acceso a aguas más profundas a las que un buzo no puede acceder.

La antimateria y la materia se comportan de la misma manera ante la gravedad.

La antimateria es, en muchos aspectos, el espejo de la materia regular. Sabemos que los átomos están formados por partículas más pequeñas, los protones y neutrones en el núcleo y los electrones formando una nube alrededor de ellos. Todas esas partículas tienen su contrapartida en antimateria, al protón se opone el antiprotón, una partícula que tiene su misma masa, pero carga eléctrica opuesta (negativa), all electrón se opone el positrón, que tiene la misma masa que un electrón pero con una carga positiva.

Según la teoría de la relatividad de Einstein, la masa es una fuente de gravedad, lo que implica que la antimateria debería ser afectada por la gravedad igual que la materia, pero esta hipótesis no había podido ser demostrada hasta ahora. Si la antimateria respondiera a la gravedad de manera diferente a la materia, tendría profundas implicaciones para nuestra comprensión del universo, incluyendo teorías sobre la expansión del universo, la energía oscura y la asimetría materia-antimateria.
Cuando dos partículas de materia y antimateria entran en contacto, se desintegran desprendiendo una enorme cantidad de energía. Dado que vivimos en un mundo de materia, medir la gravedad en la antimateria es muy difícil. Para lograr que la antimateria persista, se fabrican trampas magnéticas que las mantienen aisladas del contacto con la materia ordinaria. Así se ha logrado, no solamente mantener confinados positrones y antiprotones, sino que se ha conseguido asociarlos para crear átomos de antimateria equivalentes al hidrógeno: átomos de antihidrógeno.
El experimento ALPHA-g del CERN utilizó una trampa de antihidrógeno, verticalmente orientada, para liberar átomos de antihidrógeno acumulados y observar la influencia de la gravedad en su movimiento al escapar y aniquilarse. Los resultados muestran que los átomos de antihidrógeno se comportan de manera consistente con la atracción gravitacional hacia la Tierra, rechazando la idea de una “antigravedad” repulsiva.


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