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La fuerza débil (más fuerte que la gravedad) juega un papel vital en la explicación de los procesos que rigen el universo en una escala fundamental.

Una de las fuerzas más fuertes de la naturaleza, literalmente llamadas «fuerza fuerte», mantiene el universo unido al asegurarse de que los átomos no vuelen entre sí. A primera vista, las fuerzas fuertes y débiles pueden parecer opuestos polares, con sus efectos apenas perceptibles en la escala macroscópica. Sin embargo, es a nivel atómico que su influencia es innegable.

La fuerza fuerte mantiene la cohesión de los núcleos atómicos, un fenómeno de inmensa importancia en nuestro universo.

Sin embargo, en el reino intrincado de partículas y fuerzas, la influencia de la fuerza débil no puede ser ignorada. Esta fuerza tiene un rango extremadamente corto, incluso más corto que el tamaño de un nucleón, y su efecto disminuye rápidamente a medida que aumenta la distancia.

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¿Cuál es la 'fuerza débil'?

La fuerza débil es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Es responsable de la desintegración radiactiva observada en elementos radiactivos, donde un neutrón decae en un protón, electrones y un antineutrino. Esto se llama Beta Decay.

Este proceso implica la conversión de un quark en un quark ascendente, un cambio mediado por bosones. Los quarks y los bosones son partículas fundamentales que juegan roles cruciales en el comportamiento de la materia y las fuerzas en el universo. Los quarks son los bloques de construcción de protones y neutrones, que componen el núcleo. Los bosones básicamente median las fuerzas fundamentales. Específicamente, los bosones W y Z facilitan la fuerza nuclear involucrada en la descomposición radiactiva.

Básicamente, la fuerza débil afecta los bloques de construcción de la materia (quarks) que componen protones y neutrones. El equilibrio entre el número de protones y neutrones es esencial en un núcleo.

Tales reacciones están sucediendo continuamente al sol y otras estrellas; De hecho, esto es lo que los hace brillar.

La fuerza débil, además de su papel en la descomposición beta, también está involucrada en un proceso llamado captura de electrones. Ahí es donde el núcleo de un átomo agarra un electrón en órbita en presencia de protones y neutrones, lo que hace que un protón cambie en un neutrón. Aunque esta acción incluye el intercambio de bosones, partículas que llevan la fuerza débil, demuestra la interacción entre las partículas de material y estas partículas de bosones.

Aquí hay una forma divertida de pensarlo: imagina el átomo como una ciudad, con el núcleo como alcalde y el electrón como turista roaming. Si el alcalde (núcleo) 'captura' al turista (electrón), puede cambiar a uno de sus residentes locales (protón) a un tipo diferente de residente (neutrones). El proceso por el cual el alcalde interactúa con el turista y los residentes es facilitado por 'autobuses' (bosones).

Ideas astrofísicas

Las temperaturas y presiones extremas prevalecen en los núcleos de las estrellas. Las reacciones nucleares que ocurren en un núcleo estelar son impulsadas por condiciones tan intensas debido a la fuerte fuerza observada entre las partículas subatómicas.

Ilustración del sol (créditos: Rashevskyi Viocheslav/Shutterstock)

Estas reacciones contribuyen a la nucleosíntesis estelar: la formación de elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio.

La reacción responsable de producir energía en estrellas como el sol se llama reacción en cadena de PP o reacción de protones protón. Cuatro protones se fusionan para formar un núcleo de helio, liberando energía en forma de calor y luz durante el proceso. Los neutrinos, llamados «partículas fantasmales», no son solo el producto de la fuerza débil, sino que también pueden pasar fácilmente a través de los átomos sin interactuar realmente con ellos.

Estas partículas proporcionan información importante sobre los procesos internos de los cuerpos celestes. Como estas partículas subatómicas no interactúan con la materia circundante, son extremadamente valiosas para obtener información sobre el funcionamiento interno del Sol.

¿Cómo se estudia realmente la fuerza débil?

Acelerador de partículas en el CERN

El avance tecnológico juega un papel importante en la adquisición de información sobre la fuerza débil. Estudiar la fuerza débil requiere herramientas y experimentos sofisticados. El gran colider de hadrones (LHC) en el CERN es uno de esos instrumentos, lo que permite a los científicos recrear condiciones similares a las presentes justo después del Big Bang. Al colidir partículas a altas velocidades, los investigadores pueden estudiar las partículas producidas y obtener información sobre las fuerzas fundamentales en juego, incluida la fuerza débil.

El descubrimiento del bosón de Higgs dentro del LHC fue un hito para comprender el papel de la fuerza débil. Esta partícula, asociada con el mecanismo por el cual las partículas ganan masa, proporcionó evidencia adicional de la teoría de electroondas, que unifica la fuerza débil con el electromagnetismo a altas energías.

Unificación de fuerzas débiles y electromagnéticas

Uno de los logros más notables en el ámbito de la física de las partículas es la unificación de la fuerza débil y el electromagnetismo en un solo marco teórico: la teoría de electroweak. La teoría de electroweak presenta el concepto de ruptura de simetría espontánea, explicando cómo los bosones W y Z, inicialmente se cree que no eran masas, como los fotones, adquieren masa mientras preservan las simetrías fundamentales de la fuerza débil y el electromagnetismo.

Resumir

En conclusión, la descomposición de partículas elementales inestables, como los mesones, esencialmente inicia la fusión nuclear que ocurre en los núcleos de las estrellas.

Si bien la fuerza nuclear débil puede no poseer la presencia de la fuerza fuerte, su importancia no puede pasarse por alto. Desde su papel en la descomposición beta y la producción de neutrinos hasta su influencia en la nucleosíntesis en las estrellas, la fuerza débil juega un papel fundamental en la configuración del cosmos.

A medida que nuestra comprensión se profundiza y la tecnología avanza, continuamos retrocediendo las capas de esta fuerza sutil pero esencial, descubriendo los mecanismos que rigen el universo en sus escamas más pequeñas. La fuerza débil puede no exigir el centro de atención para los amantes cuánticos, pero sus contribuciones son de extrema importancia para todas las ramas de la física.

Referencias (haga clic para expandir)

1. Fabbri, L. (1 de julio de 2011). Desde el tensor de torsión para los espinores hasta las fuerzas débiles para los leptones. Revista Internacional de Física Teórica. Springer Science and Business Media LLC.
2. Fuerzas | Universo.
3. Fuerzas fundamentales.
4. Howe, AR, Grohs, E. y Adams, FC (2018, 20 de septiembre). Procesos nucleares en otros universos: variando la fuerza de la fuerza débil. Revisión física D. American Physical Society (APS).

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El JWST ya es reconocido por acceder a información que no se podía obtener antes. Ahora ha logrado determinar la temperatura de un exoplaneta. Los astrónomos consideran ampliamente el telescopio espacial James Webb (JWST) como el pináculo de los telescopios espaciales. El telescopio más grande y potente jamás lanzado al espacio, es el sucesor del telescopio espacial Hubble.

Muchos creen que con el JWST, podremos observar regiones más distantes del universo que nunca. Comprende varias cámaras y espectrómetros que pueden detectar radiación infrarroja. Algunos de estos instrumentos incluyen el espectrógrafo infrarrojo cercano (NIRSPEC), el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) y la cámara infrarroja cercana (NIRCAM).

Los científicos esperan obtener información que nos ayude a determinar cómo se veía el universo temprano, junto con la formación y evolución de las galaxias, y el nacimiento de estrellas dentro de gas y polvo nebuloso.

Sin embargo, otra misión esencial del JWST es investigar las atmósferas de los exoplanetas y determinar si los planetas observados tienen los ingredientes necesarios para aconsejar la vida.

El 27 de marzo de 2023, el JWST logró medir la temperatura diurna de un exoplanet rocoso, Trappist-1 b. En este artículo, veremos cómo el JWST logró esto.

La ilustración de un artista del planeta Trappist-1 B, con su lado siempre enfrentando a su estrella matriz. El JWST recientemente logró medir su temperatura (créditos: punteado yeti/shutterstock)

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Medir teóricamente la temperatura de un planeta

En teoría, podemos medir la temperatura de los cuerpos celestes utilizando una ley llamada Ley Stefan-Boltzmann. Esta ley relaciona la temperatura de un cuerpo con su flujo (una medida de la cantidad de luz que emite).

Entonces, para calcular teóricamente la temperatura de un planeta, necesitamos encontrar el flujo de su estrella principal (que se puede medir), la distancia entre ese planeta y su estrella, y el 'albedo' del planeta. El albedo es una cantidad que explica la fracción de la luz de la estrella reflejada en un planeta.

Un planeta con un albedo de 1 (uno) reflejaría perfectamente todo incidente de luz, mientras que uno con 0 (cero) albedo absorbería todo incidente de radiación en él.

Este diagrama muestra cómo la luz solar es reflejada y absorbida por las nubes y la superficie de la tierra. El albedo explica cuánto de esta luz solar se refleja. (Créditos: Valentinakru/Shutterstock)

Los astrónomos determinan la temperatura del planeta utilizando el valor de albedo del planeta y el flujo total de su estrella host.

Este método para calcular la temperatura del planeta es un enfoque simple y bastante crudo, ya que no tiene en cuenta los procesos y mecanismos físicos internos en la atmósfera del planeta, como su redistribución de calor. Tampoco considera el hecho de que el lado cercano y lejano del planeta en relación con la estrella tendrá diferentes temperaturas.

Sin embargo, podemos desarrollar modelos que tengan en cuenta el efecto de la atmósfera redistribuyendo el calor alrededor del planeta. Estos modelos también pueden explicar el impacto del bloqueo de las mareas, cuando un lado del planeta enfrenta la estrella para siempre, e incluso el color de la superficie del planeta (cuanto más oscuro sea, más radiación del espacio se absorberá).

Medir la temperatura de un planeta usando Miri

El JWST consta de varias cámaras y espectrómetros a bordo. Usando el instrumento de infrarrojo medio (MIRI), que consiste en una cámara y un espectrógrafo, se midió la temperatura de los días del planeta Trappist-1 B.

Este es un modelo del instrumento de infrarrojo medio (MIRI) presente en el JWST (Créditos: Wikimedia Commons)

El Miri realizó las observaciones fotométricas de Trappist-1 B justo cuando comenzó su eclipse secundario. Un eclipse secundario se refiere cuando un Exoplanet comienza a ir detrás de su estrella anfitriona, según lo visto por un observador como el JWST. El JWST tomó las observaciones usando el filtro F1500W del MIRI. Este filtro permite detectar la radiación infrarroja de longitudes de onda particulares, como las que los científicos esperan ver de los exoplanetas.

Como Trappist-1 B es un planeta, no emite ninguna luz propia. Sin embargo, brilla cuando se observa en el rango de infrarrojos. El MIRI es, por lo tanto, una herramienta de observación ideal para exoplanetas. Al detectarlo en infrarrojos, podemos encontrar su flujo o brillo.

El MIRI, utilizando el filtro F1500W, observó Trappist-1 B durante cinco casos diferentes de observaciones secundarias. Los datos de observación consisten en la medición de brillo del planeta en la radiación infrarroja. Luego, los científicos lo reducen y lo optimizan utilizando software de computadora y obtienen una 'curva de luz' del exoplanet.

Este diagrama da un ejemplo de una curva de luz. Este es el obtenido al observar el Exoplanet Trappist-1 C, mientras que sufre eclipse secundario. (Créditos: el telescopio espacial James Webb de la NASA)

La curva de luz muestra cómo disminuye el flujo infrarrojo cuando comienza el eclipse secundario. Antes de que comience este eclipse, el JWST registra el brillo del Star Trappist-1 y su Exoplanet Trappist-1 b. Sin embargo, a medida que el planeta comienza a moverse detrás de su estrella, está oscurecido desde la vista del telescopio. Aparece como una ligera disminución en el brillo observado por el JWST. Esta reducción en el brillo se produce como una pequeña caída en la curva de luz.

Para obtener la temperatura del planeta, los astrónomos primero miden esta disminución en el brillo, también llamada profundidad del eclipse, utilizando la curva de luz del Exoplanet. Encuentran el flujo del planeta durante el día usando este valor de profundidad. Los astrónomos luego usaron la ley de radiación de Planck para determinar la temperatura.

Utilizando este método, la temperatura de los días de la exoplaneta, Trappist-1 B, se estimó en alrededor de 503 K.

Temperatura y atmósfera de Trappist-1 B

Este diagrama proporciona una comparación de la temperatura de TRAPPIST-1 B medida utilizando el JWST con el obtenido utilizando modelos de computadora. También destaca la temperatura de la Tierra y Mercury (créditos: el telescopio espacial James Webb de la NASA)

Mientras tanto, los modelos de computadora muestran que si no tuviera una atmósfera con una distribución de calor adecuada, Trappist-1 B tendría una temperatura ligeramente superior a 500 K. Sin embargo, si Trappist-1 B tuviera una atmósfera que distribuye el calor de manera uniforme, su temperatura diaria se acercaría a 400 K.

La comparación de esos modelos parece implicar que Trappist-1 B es más probable que sea un planeta rocoso sin atmósfera. Si tuviera una atmósfera, el calor se extendería de manera uniforme, bajando su temperatura durante el día.

Esta hazaña del JWST es solo el comienzo. Su capacidad para encontrar un eclipse secundario es en sí mismo un logro masivo. Al medir la temperatura de un planeta, podemos descubrir si tiene una atmósfera, que es un paso esencial para determinar si un planeta podría albergar la vida.

Con más observaciones de otros planetas, aprenderemos más sobre las posibilidades de que la vida evolucione en otros planetas. Descubrir más sobre los orígenes de la vida es también una de las misiones de JWST. Los científicos esperan que esta nueva generación de observación pueda proporcionar más información sobre las propiedades de las atmósferas presentes en otras exoplanetas en el cosmos.

Referencias (haga clic para expandir)

1. Astronomía del sistema solar, conferencia número 8.
2. James Webb Space Telescope | Universidad de Arizona.
3. Instrumento de infrarrojo medio (MIRI) – James Webb Space Telescope.
4. James Webb Space Telescope Science.
5. Webb de la NASA mide la temperatura de un rocoso …
6. TP Greene. (2023) [2303.14849] Emisión térmica del tamaño de la tierra …

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El polvo de achicoria se obtiene de las raíces de una planta herbácea que se ha buscado para sus propiedades medicinales desde la antigüedad. Se agrega al café por razones financieras, pero la achicoria también se suma al sabor del café, al tiempo que reduce el contenido general de cafeína. Con el tiempo, las personas en algunas partes del mundo se han acostumbrado al sabor del café mezclado con achicoria y ahora prefieren la mezcla en lugar de el café puro.

Al recoger su café favorito en la tienda, ¿verifica para asegurarse de si es 100% café o mezclado con algo más? Muchos cafés y polvos de café instantáneos se mezclan con achicoria. El polvo de achicoria asado, por sí solo, también se puede elaborar como una bebida como café.

Entonces, ¿qué es la achicoria y por qué lo agregamos al café?

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¿Qué es la achicoria?

La achicoria (Cichorium Intybus) es una planta herbácea con flores azules que pertenecen a la familia de girasol Asteraceae. Se cultiva en muchas partes del mundo, principalmente en regiones templadas y semiáridas. Las hojas de otras especies de Cichorium se usan como verduras de hoja verde agregada a la ensalada y son conocidas por los nombres Radicchio y Endive.

La achicoria se ha utilizado desde la antigüedad como vegetales y en medicina tradicional para sus propiedades antioxidantes y antiinflamatorias. También se cree que protege el hígado, ayuda con la diabetes e inhibe los tumores. Las raíces y las hojas de achicoria se usan como vegetales y se valoran como una rica fuente de fibra, micronutrientes y fitoquímicos. Los gráficos son ricos en inulina, un carbohidrato de almacenamiento utilizado como nutracéutico.

Quizás el uso más comúnmente conocido de la achicoria hoy en día es un sustituto del café.

La achicoria (Cichorium Intybus) es una planta herbácea con flores azules o violetas (créditos: Nikolaydonetsk/Envato Elements)

Achicoria en café

Las raíces de achicoria asada se usan como sustituto de café sin cafeína debido a su sabor a café y sabor agradable después de la elaboración de la preparación. Sin embargo, no esperes la 'patada de cafeína', ya que no hay cafeína en la achicoria.

Para procesar la achicoria para la cerveza, las raíces se secan en un horno, asados ​​y luego se muelen. Este procesamiento cambia la composición bioquímica de las raíces de achicoria. La inulina de carbohidratos está caramelizada y se convierte en D-fructosa. Esta D-fructosa caramelizada hace que la cerveza de achicoria oscura, reduce la amargura de las raíces y agrega algo de dulzura.

La achicoria a menudo se mezcla con café debido a la similitud en el sabor y el color. Agregar achicoria reduce el contenido total de cafeína, al tiempo que le da un sabor leñoso y nuez. Una ventaja adicional es que la achicoria es más soluble en agua que el café. Por lo tanto, debe agregar menos achicoria que el café para obtener el mismo color marrón oscuro.

Sin embargo, la razón principal por la que se agrega la achicoria al café tiene que ver con mantener los márgenes altos.

La achicoria se puede encontrar tanto en el café instantáneo como en el café artesanal preenvasado. Entonces, si desea evitar la achicoria, deberá verificar específicamente los ingredientes en la bolsa de café u optar por las frijoles recién molidos.

Las raíces de achicoria asada se usan como sustituto de café sin cafeína debido a su sabor a café y sabor agradable después de la elaboración (créditos: elementos de fotopopova/envanato)

La achicoria es más barata que el café

La práctica de agregar achicoria al café comenzó en Europa y Estados Unidos en el siglo XVIII en tiempos de crisis económica cuando había escasez de suministro de café. Hacia finales del siglo XVIII, se prohibió la importación de café a Alemania. Durante este tiempo, las personas se cambiaron a beber cervezas de achicoria o una achicoria mezclada con café para adaptarse al suministro limitado de Java tradicional.

El café fue introducido en los Estados Unidos por los franceses a principios del siglo XVIII. El puerto de Nueva Orleans era un importante importador de café. Durante la Guerra Civil estadounidense, el puerto fue bloqueado y las importaciones de café sufrieron. Fue entonces cuando la gente de Nueva Orleans comenzó a mezclar achicoria con café. El café mezclado con achicoria se consumió ampliamente durante la Guerra Civil y la Gran Depresión cuando los suministros eran limitados y el dinero era corto.

Hoy, el café mezclado con achicoria ya no es común en Europa y los Estados Unidos, excepto en algunas regiones específicas. Sin embargo, la achicoria se prepara por sí sola se usa como un café sin cafeína.

Nueva Orleans es una región donde el café combinado de achicoria sigue siendo una tradición.

Sin embargo, en otros países, como en India, el café mezclado con achicoria sigue siendo común. Los consumidores de café de filtro del sur de la India prefieren sumar hasta un 20% de achicoria a su café porque le da a Filter Coffee un sabor diferente (léase: mejor) y un color más oscuro.

Sin embargo, la razón principal por la que se agrega la achicoria al café tiene que ver con mantener los márgenes altos. (Créditos: Adragan/Freepik)

Cuando aumenta el precio del café, se sabe que los fabricantes de café aumentan la proporción de achicoria en su café del 30% al 49% para proteger sus márgenes.

Las autoridades de regulación de alimentos limitan el contenido máximo de achicoria permitido en el café al 49% y requieren que dicho café mezclado no se etiqueta como 'café puro'. Aun así, no todos los fabricantes de café cumplen.

Las asociaciones de cultivadores de café en la India están retrocediendo la práctica de agregar achicoria al café porque afecta negativamente sus finanzas.

Conclusión

La achicoria se agrega al café principalmente para reducir los costos de fabricación. Sin embargo, cuando se agrega en pequeñas proporciones, agrega un sabor a nuez al café. Dado que no contiene cafeína, reduce el contenido general de cafeína de la mezcla de café. Aunque el café mezclado con achicoria se usó por primera vez en Europa, hoy en día los europeos prefieren tomar café puro o cervecerías de achicoria pura. Las mezclas de achicoria continúan siendo populares en regiones específicas de los Estados Unidos (como Nueva Orleans), así como en la India.

Referencias (haga clic para expandir)

1. Birsa, ML y Sarbu, LG (2023, 8 de marzo). Beneficios para la salud de los componentes clave en Cichorium Intybus L. Nutrientes. MDPI AG.
2. Puhlmann, M.-L., y de Vos, WM (2020, julio). Volver a las raíces: volver a visitar el uso del Cichorium intybus L. taproots rico en fibra de fibra. Avances en nutrición. Elsevier bv.
3. La historia de la mezcla de café de achicoria que Nueva Orleans …
4. Las compañías de café agregan achicoria en mezcla para proteger los márgenes.
5. ¿Qué es la achicoria?