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viernes, 4 de marzo de 2011

GEOMETRÍA FRACTAL


La palabra FRACTAL está acuñada del adjetivo latino fractus . El correspondiente verbo latino frangere significa "romper": para crear fragmentos irregulares. Por tanto se entiende "fragmentado" (como en fracción o refracción), fractus también debería significar "irregular", ambos significados se conserva en el fragmento. Hoy se conoce tanto la geometría fractal de la Naturaleza, como la artificial.
En pocas palabras, algunas ideas intuitivas de lo que se entiende normalmente por un fractal, es que técnicamente, los fractales son conjuntos cuya dimensión es fraccionaria. ¿Qué quiere decir? Centrándonos en lo que se puede representar en el plano, y teniendo en cuenta que una recta (o una línea curva) tiene dimensión 1, y el plano dimensión 2, un fractal sería un intrincado subconjunto del plano que no llega a tener superficie no nula, pero que tampoco la longitud es útil para medirlo, pues la longitud de cualquier trozo no trivial del fractal es infinito. Así, ni la longitud (medida 1-dimensional) ni la superficie (medida 2-dimensional) sirven como método útil para efectuar mediciones en el fractal; para ello, puede ser necesario, por ejemplo, utilizar una medida (log 4/ log 3)-dimensional.
De todas formas, es bastante común que, aunque sepamos que algún objeto es un fractal, desconozcamos cuál es su dimensión. En la práctica, los fractales suelen tener estructuras que se repiten por doquier y a cualquier escala (auto similitudes), ya sea de manera exacta o con un aspecto similar: si nos aproximamos al fractal y lo miramos de mucho más cerca como con un potente zoom de una cámara volvemos a ver trozos del fractal que nos recuerdan lo ya observado antes. Y esto, tanto como queramos.
Quizá alguno se haya preguntado por qué en los datos sobre países no suele aparecer la longitud de su costa. Simplemente, ¡porque no tiene sentido! Para medir la costa de un país tendríamos que establecer, en algún sentido, con qué detenimiento medimos. No es lo mismo medir sólo aproximadamente en un mapa, a dedicarse a medir con cuidado la longitud de golfos y cabos, prestar atención a los contornos rocosos, los granos de arena, etc.; dependiendo de nuestro afán, íbamos a obtener cantidades completamente diferentes. También es un fractal la superficie de la tierra, con sus diferentes elevaciones y depresiones, de hecho, se suelen utilizar estructuras fractales para lograr representaciones gráficas realistas de montañas. Así, tampoco tendría sentido decir cuál es la superficie de un país, pero esto tiene remedio: podemos medir la proyección sobre la esfera de radio el de la tierra.




Un fractal es una forma geométrica en bruto o fragmentada que puede ser subdividido en partes cada una de ellas, aproximadamente, en una copia reducida de tamaño del conjunto. Los fractales son generalmente auto-similares e independientes de la escala.
Hay muchas estructuras matemáticas que son fractales, por ejemplo, triángulo de Sierpinski, copo de nieve de Koch, curva de Peano, conjunto de Mandelbrot, y atractor de Lorenz. Benoît B. Mandelbrot da una definición matemática de los fractales como un conjunto cuya dimensión estrictamente excede la dimensión topológica. Sin embargo, no satisfecho con esta definición, excluye algunos conjuntos que podrían ser considerados fractales. Según Mandelbrot, quien inventó el término:
Sí, los fractales describen muchos objetos del mundo real, tales como nubes, montañas, costas, raíces, ramas de árboles, los vasos sanguíneos y los pulmones de los animales, tal vez la estructura del propio universo ... (Todas las estructuras no se ajustan a las formas geométricas simples). También puede describir muy bien los fenómenos naturales, tales como la filtración de líquidos en los materiales porosos (como los suelos), la distribución en el tiempo de las inundaciones fluviales, el movimiento browniano, y muchos más.

viernes, 21 de enero de 2011

LA ANTIMATERIA

LAS TORMENTAS ELÉCTRICAS FABRICAN ANTIMATERIA

Enero 11, 2011: Haciendo uso del Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma, de la NASA, los científicos han detectado haces de antimateria producidos por encima de las tormentas eléctricas en la Tierra, un fenómeno nunca antes observado.

Los científicos creen que las partículas de antimateria fueron creadas dentro de las tormentas eléctricas en un Destello de Rayos Gamma Terrestre o DRGT, por su sigla en idioma español (Terrestrial Gamma-ray Flash o TGF, en idioma inglés), asociado a los relámpagos. Se estima que diaramente se producen alrededor de 500 TGF en todo el mundo, pero la mayoría de ellos no son detectados.

"Estas señales son la primera evidencia directa de que las tormentas eléctricas pueden crear haces de partículas de antimateria", dijo Michael Briggs, quien es miembro del equipo que opera el Monitor de Destellos de Rayos Gammadel Telescopio Fermi, en la Universidad de Alabama, ubicada en Huntsville. Briggs presentó este descubrimiento el pasado lunes en una conferencia que se llevó a cabo durante la reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense, en Seattle.

El telescopio Fermi está diseñado para monitorizar los rayos gamma, que constituyen la forma más energética de luz. Cuando la antimateria que golpea a este telescopio colisiona con una partícula de materia normal, ambas partículas son inmediatamente aniquiladas y transformadas en rayos gamma. El GBM ha detectado rayos gamma con energías de 511.000 electrónvoltios, lo cual indica que un electrón ha encontrado su contraparte de antimateria, un positrón.

Aunque el GBM del Fermi fue diseñado para observar eventos de alta energía en el universo, también está proporcionando valiosas contribuciones para entender este extraño fenómeno. El GBM monitoriza constantemente el cielo entero así como la Tierra que se encuentra por debajo de él. El equipo del GBM ha identificado 130 TGF desde el lanzamiento del telescopio Fermi, el cual tuvo lugar en el año 2008.

"En órbita desde hace menos de 3 años, la misión Fermi ha demostrado ser una increíble herramienta para explorar el universo. Ahora aprendimos que también puede descubrir misterios mucho más cerca de nosotros", dijo Ilana Harrus, quien es científica del programa Fermi en la base de operaciones de la NASA, en Washington.

"Aunque Fermi no podía ver la tormenta, la nave espacial estaba magnéticamente conectada a ella", explicó Joseph Dwyer, quien trabaja en el Instituto de Tecnología de Florida, en Melbourne, Florida. "El TGF produjo electrones y positrones de alta velocidad, los cuales viajaron sobre el campo magnético de la Tierra hasta colisionar con la nave espacial".

El haz continuó viajando más allá del telescopio Fermi hasta llegar a un lugar, conocido como punto espejo, donde su movimiento dio marcha atrás y golpeó de nuevo al Fermi, apenas 23 milisegundos más tarde. En cada ocasión, los positrones del haz colisionaron con los electrones de la nave espacial. Las partículas se aniquilaron mutuamente, emitiendo de este modo los rayos gamma detectados por el GBM localizado a bordo del Fermi.

Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que los TGF son producidos por los intensos campos eléctricos en las cercanías de la parte superior de las tormentas eléctricas. Si las condiciones son las adecuadas, dicen, el campo se vuelve lo suficientemente fuerte como para producir una avalancha ascendente de electrones. Estos electrones de alta energía, que alcanzan velocidades cercanas a la de la luz, despiden rayos gamma cuando son desviados por las moléculas de aire. Usualmente, estos rayos gamma son detectados como un TGF.

Sin embargo, la cascada de electrones produce tantos rayos gamma que logra que electrones y positrones sean eyectados fuera de la atmósfera. Esto ocurre cuando la energía transportada por un rayo gamma se transforma en un par de partículas: un electrón y un positrón. Son estas partículas las que alcanzan la órbita del telescopio Fermi.

La detección de positrones demuestra que muchas partículas de alta energía están siendo eyectadas fuera de la atmósfera. De hecho, los científicos ahora creen que todos los TGF emiten haces de electrones y positrones. Un artículo que describe este hallazgo fue aceptado para su publicación en la revista de investigación Geophysical Research Letters (Cartas de Investigación en Geofísica).

"Los resultados proporcionados por el telescopio Fermi nos llevan un paso más cerca en el camino para entender cómo es que funcionan los TGF", dijo Steven Cummer, de la Universidad Duke. "Aún falta descifrar qué es lo que hace especial a estas tormentas eléctricas y el papel específico que juegan los relámpagos en el proceso".


Crédito y contacto:

Funcionaria Responsable de NASA: Ruth Netting

Editor de Producción: Dr. Tony Phillips

Más información

Página oficial del Telescopio Fermi —de la NASA (en idioma inglés)

¿Son peligrosos los TGF para los pasajeros aéreos? —Ciencia@NASA

La misión Firefly estudiará los destellos de rayos gamma terrestres —Ciencia@NASA