Resonancia Magnética Nuclear

Introducción a la mecánica cuántica

Antiguamente los físicos solo tenían un forma de describir el comportamiento de la materia; la mecánica clásica. Un ejemplo de esta física son las leyes de Newton las cuales pueden saber con máxima precisión el comportamiento de un cuerpo con las variables precisas.

Sin embargo a principios del siglo XX se empezó a gestar la mecánica cuántica. Heisenberg enunció el principio de incertidumbre según el cual no se puede conocer de manera simultánea y precisa la posición y la velocidad de una partícula, por ejemplo un electrón.

Tiempo más tarde otros físicos desarrollaron la dualidad onda-partícula, donde se podía explicar el comportamiento de una partícula mediante una onda. En 1926 Schrödinger propuso la idea de interpretar al electrón como una onda que vibra alrededor del núcleo. Nace así la mecánica ondulatoria. Según esta todos los sistemas cuánticos se pueden definir mediante una función de onda, esta está definida por una serie de números cuánticos como por ejemplo el spin (la propiedad que nos interesa para la RNM) el cual sería una especie de giro sobre sí mismo de la partícula.

Resonancia Magnética Nuclear

Fue descubierta en 1974 por Felix Bloch y Edward Mills Purcell y las primeras imágenes clínicas con esta técnica se obtuvieron  en 1977.

Esta técnica utiliza unos imanes súper potentes y unas frecuencias de radio (radiación electromagnética). El elemento más importante de las IRNM (imágenes por resonancia magnética nuclear) son unos imanes fijos con forma cilíndrica. La intensidad del campo magnético se mide en teslas. La intensidad de los imanes de la RMN es de unos 3T (unas 100.000 veces más intenso que el campo magnético de la Tierra). Estas grandes potencias se consiguen.

Volviendo con los protones que se ven afectados por el campo magnético. Estos se orientan con el campo magnético. Además se pueden orientar de forma paralela (a favor del campo magnético) y de forma anti-paralela (en contar de un campo magnética). Por otra parte, existe una diferencia de energía entre las dos orientaciones siendo la orientación paralela la de menor energía y por tanto, la más estable. La orientación anti-paralela sin embargo requiere más energía. Así que, los protones tenderán a estar en el estado de menor energía. 

Finalmente entra en juego la última parte del proceso. En la máquina de RNM hay unas bobinas capaces de emitir ondas de radio frecuencia (no dañinas para el organismo) con una frecuencia determinada. Ya que la parte del cuerpo que queremos estudiar tienen un frecuencia de Resonancia (frecuencia de Larmor) y esta es fácil de calcular, la máquina emite un fotón (onda de RF ya que es lo mismo) con la frecuencia perfecta. Este fotón le mete un castañazo a nuestros mini-imanes (solo a los que tienen la misma frecuencia que el fotón)  y el protón lo absorbe con gran facilidad. Ya que el fotón ha golpeado al protón, este cambia su dirección de precesión hasta quedarse perpendicular con el campo magnético (como una peonza cuando se va inclinando mientras gira más rápido). Cuando la emisión de ondas cesa, los mini-imanes vuelven a su estado de menor energía (precesando alrededor del campo magnético), emitiendo así un fotón (con la misma frecuencia) el cual es captado por la máquina de RNM.

El siguiente paso es utilizar otras bobinas magnéticas (en las tres direcciones principales x,y,z) que tienen un campo magnético diferente en los extremos (bobinas de gradiente). Haciendo así que la frecuencia de resonancia no sea igual en la cabeza y en el pecho (por ejemplo) permitiendo identificar así determinadas partes del cuerpo ya que los átomos de estas partes tienen una frecuencia de resonancia particular.

En resumen; las peonzas del cuerpo se alinean con el campo magnético súper-potente. Con el segundo campo magnético se consigue que los mini-imanes de esa zona tengan una frecuencia de Larmor diferente, permitiéndonos identificar la zona. Finalmente los fotones lanzados ayudan a nuestras peonzas a tumbarse por un periodo de tiempo; cuando la RF cesa, las peonzas vuelven a girar de manera normal (estado de menor energía) y emiten un fotón (de la misma frecuencia) que se capta por la máquina.

Obtención de las imágenes

Toda esta información se envía a un ordenador generando así imágenes consecutivas de los tejidos las cuales nos permiten estudiar la evolución del tejido.

¿Por qué la RNM es un proceso cuántico?

La primera razón de porque es un proceso cuántico es que entra en juego una propiedad cuántica. El spin.

También es un fenómeno cuántico porque los protones solo pueden absorber unas cantidades de energía determinadas. (P. de cuantización)

Por último, también se menciona la dualidad onda-partícula. Un ejemplo de esto es que las ondas RF y los fotones son dos caras de la misma moneda. 

Crisis de los Tulipanes de Holanda

La Tuliponía fue un período de crisis que se produjo en los Países Bajos en el siglo XVII. La crisis se provocó por el precio desorbitado de los tulipanes, desencadenando una crisis financiera.

El precio de los tulipanes empezó a crecer de forma muy rápida lo que provoco que todo el mundo comprase tulipanes para luego venderlos y ganar dinero.

Sin embargo el precio de los tulipanes decayó en picado haciendo que todo el mundo que había invertido en tulipanes se arruinase.

Lo que provocó que toda la economía de Holanda se fuese al garete.

Enfoque Botánico

El tulipán se cultiva en todo el mundo por su enorme variedad de colores, además porque representa una gran diversidad de tamaño y forma de las flores.

Existen distintas variedades de tulipanes, como por ejemplo:

-Tulipanes precoces de flor doble: comprende a los tulipanes de 25 a 40 cm de altura, con flores dobles, frecuentemente de 6 a 10 cm de ancho y floración entre principios y a mediados de la primavera.

-Tulipanes híbridos Darwin: se encuentran entre los tulipanes de flores más grandes y vistosas. Es una planta originaria de Asia Central.

Es una planta que aguanta bien en interiores cuando es invierno aunque agradece que la sitúes en el exterior cuando hace buen tiempo.

-Tulipanes Rembrandt: los tépalos presentan una "ruptura" del color básico, en estrías (parecidas a las llamas de fuego) de colores diferentes. Esta coloración está causada por la infección de un virus que se puede transmitir por áfidos. Por esta razón, las variedades de este tipo se cultivan y multiplican separadamente de las restantes variedades de tulipán.

-Tulipanes papagayos: Miden de 45 a 60 cm de altura y son similares a los tulipanes de flor sencilla, aunque los tépalos se encuentran retorcidos, o sus bordes encrespados con forma muy peculiar. Florecen desde mediados de la primavera.

El tulipán es una planta bulbosa y perenne que se cultiva con el fin de la producción de la flor para ser cortada y para la producción de bulbos secos para más tarde venderlos.

El comercio internacional de flor cortada tiene un valor global aproximado de 11000 millones de euros. Lo que hace que sea una actividad económica bastante importante.

El país que más bulbos de tulipán produce es los Países Bajos. Producen unos 4000 millones de bulbos anualmente. De los cuales la mitad se utilizan para el mercado de la flor cortada y la otra mitad para el mercado de bulbos secos.

También suelen exportar tulipanes a otros países como EE.UU o España.

Bibliografía:

·          Wikipedia

Enfoque Económico

Probablemente el primer desastre económico de la historia se produjo en Holanda a principios del siglo XVII por culpa de unas pequeñas e inofensivas plantitas; los tulipanes.

Como ya sabemos, la conocida crisis de los tulipanes de Holanda fue la primera burbuja económica de la historia. Ocurrió en una de las mejores épocas de Holanda.

En esa época el tulipán era una expresión de riqueza y estatus asique la mayoría de los habitantes empezó a comprar tulipanes. A esto se sumó que los horticultores no pudieron controlar el cambio de los tulipanes monocromáticos a tulipanes con dos o más colores.

Esa exclusividad y rareza que aportaban los diferentes colores de los tulipanes hizo que la población empezase a interesarse por dichas plantas.

A demás de todo lo anterior en 1636 hubo una gran crisis demográfica lo que causó que no hubiese tanta mano de obra y que por consiguiente que el precio de los tulipanes aumentase.

Todo esto provocó que en el siglo XVII el precio de los tulipanes empezó a crecer a gran velocidad

A causa del aumento de la demanda de los tulipanes, pronto se dieron cuenta de que había un importante problema.

Se dieron cuenta de que los tulipanes eran un producto de temporada debido a que desde que se plantaba un tulipán hasta que florecía pasaban unos 7 años. Provocando que las existencias de tulipanes se agotasen.

Sin embargo no tardaron mucho tiempo en encontrar una fácil solución a ese inconveniente.

Lo que hicieron fue que empezaron a vender los bulbos de los tulipanes antes de plantarlos negociándose incluso el precio y la cantidad.

Como todo el mundo empezó a comprar bulbos de tulipanes el precio de éstos empezó a subir rápidamente lo que impulsó que todo el mundo empezase invertir en este negocio.

Incluso los habitantes dejaron los trabajos estables que tenían para dedicarse a la compra y venta de bulbos de tulipán.

Y no era de extrañar ya que la gente conseguía unos beneficios increíbles con la compra y venta de dichos bulbos.

Tal fue así la ganancia que provocaba este mercado que incluso empezó a cotizar en el mercado de valores, generando unas ganancias de incluso el 500%.

Aun hoy en día se conservan registros de intercambio de lujosas mansiones por una sola flor; incluso se llegaron a intercambiar diamantes por un tulipán.

 En 1623 un solo bulbo de tulipán podía llegar a valer 6000 florines neerlandeses (cuando el sueldo medio de un neerlandés era de unos 150 florines). Record mundial de venta de un tulipán, bautizado con  Semper Augustus.

Cuando en 1636  se declaró una epidemia de peste bubónica que acabó con la mayoría de gente neerlandesa.

La muerte de la mayoría de población de Holanda hizo que escasease la mano de obra. Tal fue así la fiebre, que se llegó a crear un mercado de futuro de bulbos de tulipanes aun no plantados.

Pese a que en 1610 se prohibió el comercio con están plantas las personas siguieron comerciando con los bulbos, especialmente entre particulares. 

Los compradores se hipotecaban para adquirir estas flores, y llegó un momento en el que solo se vendían tulipanes si se abonaba el precio de los tulipanes en el acto de compra.

La falta de garantías de éste mercado y la incapacidad de las personas para pagar sus deudas provocó que se dejase de comerciar tulipanes.

La falta de compra de bulbos de tulipanes por parte de la gente hizo que el precio se desplomase.

Debido a que el precio de los tulipanes estaba bajando rápidamente impulso a que los habitantes vendiesen todos los bulbos que poseían, haciendo que todo el mundo que había invertido en éste negocio se arruinase.

Provocándose así una de las mayores crisis de la historia moderna y dejando en bancarrota al país entero.

Aclaración:

Esta crisis se basa en la ley de la oferta y la demanda.

Como todo el mundo empezó a comprar tulipanes la oferta disminuyó y esto hizo que el precio de estos aumentase.

El precio se desplomó debido a la venta masiva de los bulbos. Haciendo que la oferta superase a la demanda por lo que el precio del bulbo cayó en picado.

Bibliografía:

·          Wikipedia

·          EcuRed

·          Tulipomanía

·          Economipedia

·          Quienlodiaria.com

Enfoque Relaciones Internacionales e Histórico

Los franceses se gastaban cantidades ridículas en la adquisición de las flores.

Sin embargo, nadie en Europa había oído hablar de los tulipanes.

La primera referencia que nos llega de esta flora asiática procede de Anatolia (actual Turquía), el puente entre Asia y Europa. Aquí tiene connotaciones religiosas. En el próspero imperio otomano decoraban las paredes de los palacios y mezquitas de Estambul con decorados de tulipanes. En una tierra donde las imágenes de Alá están prohibidas, el tulipán era la decoración preferida de las vidrieras, cerámicas, etc.

El gran sultán Mohamed II lucía una capa con preciosos bordados de tulipanes.

La referencia más antigua de la presencia de esta flor en Turquía es de hace 1000 años. Era una flor silvestre que crecía en las montañas y había emigrado a través de las antiguas rutas del comercio con el misterioso Oriente, pero, ¿cómo llegó a Europa para sembrar semejante caos?

El embajador de un emperador austriaco, que fue enviado a Constantinopla, envió una carta que decía:

``En primavera, en los jardines de los nobles de aquí, hay unas flores rojas maravillosas´´.

Regresó a Austria con unos bulbos de esta extraña planta, a la que llamó ``durban´´, de ahí el nombre de tulipán. Pero se equivocó. El ``durban´´ es un tipo de turbante que se colocaba la gente de allí para protegerse del sol.

En Europa, el tulipán se dio a conocer en unas revistas científicas llamadas servarios.

Clusius (botánico de la época) vio una pequeña ilustración en un libro de un tulipán. Clusius vino a Holanda en el otoño de 1593, y creó los jardines donde plantó los tulipanes. Así fue como el tulipán fue introducido en Holanda.

Guardó su famosa colección, y no renunciaba una sola flor o bulbo. Pero, una noche, alguien desenterró su colección y la robó. Holanda salió ganando con su pérdida, ya que los ladrones dieron a conocer el semejante tesoro que estaba oculto en el jardín de Clusius.

Este negocio disparatado de los tulipanes, coincidió con la expansión de la nueva fe calvinista por los Países Bajos.

Los holandeses, con los años, aprovechándose de la gran ventaja que les proporcionaba la enorme experiencia de los cultivadores pretéritos, han reconstruido el negocio de las flores. En la actualidad, controlan el 70% del mercado actual de bulbos. Tienen la sala de subastas de flores más grande del mundo. Millones y millones de plantas y flores se venden allí diariamente e internacionalmente.

Bibliografía:

·        https://youtu.be/VD8-Fo2loXI     1ª parte

·        https://youtu.be/ZL9OPhXQkKs    2ª parte

·        https://youtu.be/wbt0YTiyElc     3ª parte

·        https://youtu.be/foZrHvFHOKs    4ª parte

·        https://youtu.be/V2Lb6rEpQR8    5ª parte

El Gato de Schrödinger

Hoy os traigo unos de los experimentos más sencillos de entender de la física pero que a su vez explica conceptos bastante complicados de esta misma.


Hacía el 1935 el físico austriaco Erwin Schrödinger propuso un experimento mental en el que proponía que los físicos del momento imaginasen a un gato encerrado en una caja con una ampollas de veneno.
la tapa de la ampolla de veneno estaba hecha de un material radioactivo que tenía un 50% de posibilidades de desintegrarse y dejar que el veneno mate al gato y otro 50% de probabilidad de que el material radioactivo no se desintegre y que por tanto el gato no muera.

Lo que Erwin Schrödinger quería explicar con este experimento imaginario es que sino abrimos la caja no sabemos si el gato esta vivo o muerto y por tanto se encontraba vivo y muerto a la vez.

A este fenómeno se le llama superposición.



Como ya habréis notado este experimento ha simple vista no tiene nada que ver con la física.
Pero lo que el físico quería explicar con este experimento es por ejemplo el comportamiento de los electrones.

En este caso las ecuaciones de Erwin Schrödinger nos dan la probabilidad de que el electrón se encuentre en un estado o en otro.
El problema viene cuando queremos determinar la posición exacta del electrón.
Como sus ecuaciones solo nos dan probabilidades no podemos decir exactamente donde se encuentra esa partícula. Por tanto se dice que esta en todos lo estados a la vez, es decir se encuentra en un estado de superposición.



Sin embargo fue Albert Einstein quien se opuso a esta teoría y que afirmaba que Dios no jugaba a los dados. Sin duda unos de las mayores equivocaciones de Einstein.

Espero que os halla gustado este breve pero interesante articulo.
Así que hasta la semana que viene.

¿Qué es el Bosón de Higgs?

Hace un siglo más o menos había una pregunta a la que los físicos no le daban respuesta. ¿Por qué algunas partículas elementales tienen mucha masa y otras no?

Para poder dar respuesta a la pregunta primero hay que saber lo que es una partícula elemental.

• Las partículas elementales no son más que partículas que no están formadas por partículas más simples como el electrón el fotón o el neutrino.

Era una pregunta a la que los físicos no eran capaces de dar solución hasta que en 1964 el físico británico Peter Higgs postuló una teoría que daba solución a esta pregunta.

Esta teoría hacía referencia a un campo energético que ocupaba todo el universo y que estaba compuesto por pequeñas partículas elementales muy especiales y desconocidas hasta el momento. Lo que Peter Higgs predijo es que la interacción de las partículas elementales con este campo indicaba la masa de dicha partícula.

Hoy en día este campo energético recibe el nombre campo de Higgs (debido a su descubridor) y a las partículas elementales que lo componen son llamadas bosones de Higgs.

La interacción de otras partículas elementales con este campo es lo que hace que estas partículas tengan más o menos masa; si interaccionaban mucho con el campo de Higgs tenían mucha masa y si interaccionaban poco o nada con dicho campo (como es el caso del fotón) no tenían masa.

¿Pero existe realmente el bosón de Higgs, esta partícula tan curiosa?

Sí, la primera vez que aparecieron fue en el Big Bang cuando partículas súper energéticas ocupaban todo el espacio-tiempo. Cuando las partículas se separaron unas de otras el sistema se enfrió; sin embargo la peculiar característica conocida como masa aún no existía por tanto todas las partículas podían viajar a la velocidad de la luz.

10 billonésimas de segundo después del Big Bang cuando el sistema estaba lo suficientemente frío, se materializó por primera vez el campo de Higgs y por tanto los bosones de Higgs.

Ahí fui cuando por primera vez se observó la peculiar característica de la masa.

¿Pero cómo consiguieron observarlo?

Lo que hicieron fue acelerar dos partículas subatómicas a grandes velocidades (mediante el uso de imanes gigantes) y las hicieron chocar generando un "Big Bang" en miniatura.

Al ir esas partículas a tan alta velocidad la energía liberada en ese choque es capaz de reproducir la energía liberada en el Big Bang y por tanto es capaz de generar los bosones de Higgs.

Además esta partícula fue la culpable de que a Peter Higgs le otorgasen un Premio Nobel de Física cuando por primera vez el 4 de julio de 2012 se observó el bosón de Higgs en el LHC o acelerador de adrones en el CERN (la organización europea para la investigación nuclear).

Sin duda un descubrimiento increíble.

Bueno espero que os haya gustado este post y hasta la semana que viene.

¿Qué es la dualidad onda-partícula?

Como ya sabemos el sonido solo se puede transmitir mediante un medio, ya sea el aire, el agua, o en un medio material como puede ser una barra de hierro o un tablón de madera.

Pero, ¿La luz como se transmite?
Esto siempre ha sido un gran debate científico a lo largo de la vida.
Pero primero aclaremos conceptos:

• Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en el que se produce hay el medio que rodea ese punto.

      Las ondas materiales (todas menos las                                   electromagnéticas) requieren un medio elástico para               poder propagarse.

• Definimos partícula como una masa que ocupa un volumen tan pequeño en el espacio que decimos que es puntual (es decir, no ocupa ningún volumen, simplemente está en un punto del espacio)

      Aunque hay partículas que carecen de masa como el             fotón.



Pero, ¿Cómo una partícula puede no tener masa?

Según Albert Einstein y su famosa ecuación E=mc² la masa no es más que una agrupación de energía por tanto una partícula puede no tener masa pero sí tener energía.

Había científicos que apoyaban la teoría ondulatoria como Christian Huygens pero otros científicos como Albert Einstein decían que eran una partícula a la cual le pusieron el nombre de fotón la cual no tienen masa.



Entonces, ¿Qué teoría era la correcta?

Tras el experimento de la doble rendija realizado en el 1801 por Thomas Young, se afirmó que la teoría ondulatoria era correcta, por tanto se podía explicar el comportamiento de la luz como una onda.

El experimento consistía en lo siguiente: se habían pasar rayos de luz a través de una pared con dos rendijas paralelas y el resultado era que se observaba un patrón de difracción, es decir que las ondas se anulaban unas a otras y formaban un patrón muy curioso.




Pero fue Heinrich Hertz quien demostró que la luz se comportaba como una partícula mediante el efecto fotoeléctrico el cual consistía en la emisión de electrones por un material al incidir sobre él una radiación electromagnética(luz visible o ultravioleta, en general)

Los fotones del rayo de luz tienen una energía característica determinada por la frecuencia de la luz. Si un electrón absorbe la energía de un fotón y éste último tiene suficiente energía el electrón es arrancado del material, en cambio si la energía del fotón es demasiado baja, el electrón no tiene la posibilidad de escapar de la superficie del material.



Esto significaba que algo extraño estaba pasando ya que las dos teorías parecían ser correctas.

 

Los científicos no sabían lo que pasaba hasta que en el siglo XIX Louis-Victor de Broglie formuló que toda la materia tiene comportamiento de onda y de partícula y postuló que los objetos muy masivos no se pueden comportar como una onda; sin embargo los objetos poco masivos se suelen comportar como una onda o como una partícula depende del marco de referencia del observador.




Muchas gracias por leer este post y hasta la semana que viene.

¿Que es un agujero negro?

Durante mucho tiempo se han hecho muchas teorías sobre los agujeros negros, ¿Pero que son los agujeros negros?.

Los agujeros negros son nada más y nada menos que los sistemas más poderosos que conocemos hoy en día y los cuales podrían acabar con el universo fácilmente.

El agujero negro de la galaxia NGC 4889 es uno de los más grandes observados hasta la fecha con una masa de 20 mil millones de masas solares, es decir, 20 mil millones de veces la masa del Sol que ya de por sí es bastante grande.

Pero diréis...  Esto que has dicho está muy bien pero todavía no se lo que es un agujero negro. Tranquilos ahora os lo explicó.
Como ya sabemos según la ley de la gravitación de Isaac Newton todo cuerpo con masa atrae otros cuerpos sin masa o con una masa menor, como nos pasa a nosotros en la Tierra.

Nosotros nos quedamos pegados a la Tierra por esa fuerza (la gravedad) y como comprobamos a diario si tiramos un objeto cualquiera hacia arriba este tiende a caer, pero y si os digo que hay una velocidad a la que si tiramos un objeto a dicha velocidad es capaz de superar la atracción gravitatória y salir al espacio.

Esa velocidad es conocida como velocidad de escape y en la Tierra es de 11,2 km/s, lo que equivale a 40.320 km/h.

¿Pero que pasa si esa velocidad de escape es mayor a la velocidad de la  luz en el vacío?

Pues que como ya sabemos nada viaja más rápido que la luz en el vacío por tanto es físicamente imposible escapar de un agujero negro.
Mejor dicho es imposibles escapar de un agujero negro una vez pasado el horizonte de sucesos.

 ¿Pero qué es eso del horizonte de sucesos?
 Pues no es nada más que una línea en la que la velocidad de escape del agujero negro es mayor de 300.000m/s (la velocidad de la luz).

Por tanto ni la luz es capaz de escapar de la atracción gravitacional del agujero negro asique no se puede saber lo que pasa después del horizonte de sucesos debido a que la luz no es capaz de salir del agujero negro no podemos ver lo que pasa una vez cruzado el horizonte de sucesos.

Pero algunos diréis que muchas veces he visto en la televisión o en películas que alrededor de un agujero negro hay mucha luz.
Y no es mentira que al rededor de un agujero negro haya mucha luz.

Pero si habías dicho que ni la luz es capaz de escapar de su tirón gravitacional (De ahí su nombre de agujero negro) Y si, es verdad he dicho que la luz no puede escapar de un agujero negro, pero sólo si cruza el horizonte de sucesos, pero porque tiene la luz que cruzarlo, porque no quedarse orbitando alrededor de él como hace la Tierra al rededor del Sol.

Y eso es lo que pasa, que la luz se queda orbitando alrededor del agujero negro y por eso es por lo que hay mucha luz alrededor de un agujero negro.

Además otra característica de los agujeros negros muy especial es que al ser tan masivos son capaces de distorsionar el espacio-tiempo, pero eso es otro tema a tratar.

Muchas gracias por leer este post y hasta la semana que viene.
Adiós.