Bacterias radiactivas para atacar el cáncer

Enfoque convierte fuerza de la inmunosupresión a tumores en debilidad.

Bacteria Listeria lleva compuesto de renio-188 (rojo), puede administrar dosis sostenidas de radiación a las células pancreáticas cancerosas.

Dos cosas peligrosas juntas pueden hacer un medicamento para uno de los cánceres más difíciles de tratar. En un modelo de ratón con cáncer de páncreas, investigadores han demostrado que bacterias pueden administrar radiación mortal para los tumores -la explotación de la supresión inmune-, que normalmente hace que la enfermedad sea tan difícil de resolver.

Menos de una de cada 25 personas diagnosticadas con cáncer de páncreas estarán vivas cinco años después. La quimioterapia, cirugía y radioterapia son generalmente ineficaces, sobre todo porque la enfermedad a menudo se ha diseminado a otros órganos, incluso antes de que se detecte.

El trabajo, que se describe en las Proceedings of the National Academy of Sciences, comenzó cuando Ekaterina Dadachova del College of Medicine Albert Einstein en Nueva York pensó en la combinación de dos formas de combatir el cáncer. Estudiaron cómo isótopos radiactivos se pueden utilizar como armas contra el cáncer, y su colega Claudia Gravekamp ha estado estudiando si bacterias debilitadas se pueden utilizar para llevar compuestos que provoquen que los glóbulos blancos en la sangre de un paciente ataquen el cáncer. "Pensé que tal vez podríamos combinar la potencia de la radiación con el poder de bacterias", expone Dadachova.

La bacteria Listeria monocytogenes se encuentra a veces en los alimentos, y puede causar una infección grave, pero por lo general es eliminada por el sistema inmune. Aprovechando el hecho de que las células cancerosas tienden a suprimir la reacción inmune para evitar ser destruidas, los dos investigadores y sus colaboradores decidieron desarrollar una capa de Listeria con anticuerpos radiactivos e inyectarla en ratones con cáncer de páncreas que se había extendido a múltiples sitios. Después de varias dosis, los ratones que habían recibido las bacterias radiactivas tenían 90% menos de metástasis en comparación con ratones que habían recibido una solución salina o sólo radiación. "Esa fue la primera vez que vimos un efecto tan grande", expone Gravekamp.

El sistema inmunológico elimina rápidamente Listeria a partir de tejido sano, comenta Gravekamp, ​​pero las células tumorales inhiben el sistema inmunitario y permiten que Listeria permanezca. Esto significa que las células tumorales recibirán una exposición continua, pero salvará las células normales, agrega.

Efectos inexplicables

Pero Elizabeth Jaffee, oncólogo de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, que ha utilizado Listeria no radiactiva en ensayos con humanos para cánceres avanzados, incluyendo el cáncer de páncreas, dice que algunas de las observaciones en el documento son difíciles de explicar, en particular, cómo Listeria debilita la metástasis y porqué es eficaz contra el tumor primario.

Otros investigadores se preocupan de que los órganos sanos pueden recibir cantidades excesivas de radiación. James Abbruzzese, oncólogo del Centro Anderson MD para el Cáncer de la Universidad de Texas en Houston, dice que los niveles de radiación registrados en el hígado y otros órganos son sumamente elevados, y que le hubiera gustado datos más claros sobre como la radiación ataca los tumores.

La estimación de niveles de dosis entre animales y seres humanos no siempre es sencilla, pero considerando los contadores de Dadachova, los niveles de radiación están por debajo de lo que se considera el umbral de seguridad para los seres humanos, y los pacientes con cáncer de páncreas tienden a ser menos propensos a enfermedades de la radiación porque no han recibido quimioterapia por lo general.

Joseph Herman, oncólogo especialista en radiación de la Universidad Johns Hopkins, dice que le hubiera gustado haber visto los resultados de otros tipos de tumores. Y aunque el estudio no encontró signos de daño en los tejidos una semana después del tratamiento con altas dosis de Listeria radiactivo, Herman cree que los efectos de la radiación pueden tardar más tiempo en aparecer.

Aún así, explica Herman, el enfoque podría presentar una opción que pocos abordan. "La ventaja es que es una forma de matar las células cancerosas en un cáncer que la terapia no ha sido muy eficaz", añade. "Es muy emocionante, pero necesita ser más validado."

Referencia:

• Monya Panader, "Radioactive bacteria attack cancer", Nature.

Categories: Ciencias, Medicina

¿Hay alguien allí? la búsqueda de conciencia en un cerebro lesionado

Créditos: Mark Lythgoe, Chloe Hutton/Wellcome Images/CC

Terry Wallis mostró sólo muestras fugaces de conciencia durante 19 años después de haber sufrido una lesión cerebral en un accidente de tráfico. Luego, en 2003, a los 39 años, comenzó a hablar. Comenzó con "mamá", y luego "Pepsi", pero pronto fue formando oraciones y manteniendo breves pausas al final de la conversación.

Con demasiada frecuencia, los pacientes como Wallis quedan abandonados en hogares de ancianos, donde nadie se molesta con la fisioterapia o incluso para detectar atisbos de conciencia recuperada, explica Joseph Fins, un especialista en medicina ética en el Weill Cornell Medical College.

Lo anterior esta en desacuerdo con un creciente cuerpo de investigación que muestra que muchos pacientes sin signos externos de conciencia conservan cierto grado de ella. "Empezamos a ver los pacientes que parecían estar en estado vegetativo, pero no lo estaban", agrega Fins. "Ellos estaban empezando a mostrar una capacidad de respuesta, rompiendo las reglas conocidas."

En caso de Wallis, los escáneres cerebrales revelaron evidencia de que su cerebro se había reconectado en cierta medida para compensar la lesión. Aunque tales recuperaciones dramáticas son extremadamente raras, un estudio de 2009 realizado por investigadores belgas encontró que el 41 por ciento de los pacientes del hospital y en rehabilitación con un diagnóstico de estado vegetativo poseían en realidad una conciencia mínima. "Es como una luz parpadeante, que se pierde a menos que usted busque sistemáticamente", explica Fins.

En una conferencia en la Universidad de Duke, los investigadores examinaron la tecnología emergente que podría ayudar a los médicos a detectar tales parpadeos. En los últimos años, los neurocientíficos han desarrollado escáneres cerebrales de resonancia magnética funcional y otros métodos para evaluar la conciencia. En algunos casos, esta tecnología ha permitido comunicación rudimentaria con pacientes atrapados en un cuerpo que no responde. En el futuro, algunos científicos creen, pueda ser posible decodificar directamente los pensamientos de estos pacientes.

Conseguir que estos métodos sean adecuados es crucial, ya que aumenta la presión a utilizar decisiones médicas, incluyendo si o no dar por terminado el soporte vital, y las batallas legales que a veces sobrevienen. Hay una serie de casos judiciales en curso en Canadá que involucran pacientes y el final de la vida vegetativa o mínimamente consciente, describe Adrian Owen, neurocientífico de la Universidad de Western Ontario. "Estoy absolutamente seguro de que fMRI va a jugar un papel esencial en uno o más de estos casos en los próximos 12 meses."

No deje que lo entierren vivo. (EE.UU. número de patente: 81437, Fecha de edición: 1868)

En cierto modo, la tecnología ha creado estos trastornos en primer lugar. James Bernat, neurólogo de la Escuela de Medicina de Dartmouth explica que antes del desarrollo de respiradores de presión positiva en la década de 1950, tres de los sistemas corporales esenciales -circulatorio, respiratorio y nervioso- tenían que estar en funcionamiento para mantener la vida. Los respiradores cambiaron todo, permitiendo a las personas con cerebros muy dañados mantenerse con vida indefinidamente.

Pero un cerebro muy dañado no es necesariamente inconsciente. La investigación reciente nos dice con toda claridad que la conciencia humana no es binaria. Puede existir en grados, aparece y desaparece, incluso cuando el cuerpo no responde.

Y que evoca un antiguo terror. En el siglo 18 en Inglaterra, hubo una serie de casos altamente publicitados de personas que se recuperaban luego de que aparentemente se ahogaban creando una obsesión popular en torno a que un cuerpo podría resucitar a pesar de la apariencia externa de la muerte, comenta Jeffrey Baker, médico e historiador de medicina en Duke. También en el pasado se suscitaron temores de ser enterrados vivo. Las familias pagaban asistentes para sentarse con el cuerpo de un ser querido, o compraban "ataúdes de seguridad" aparejados con banderas y campanas que podían ser operados desde el interior.

Hoy todavía estamos aterrorizados de ser dados por muerto demasiado pronto. Y todavía esperamos que la tecnología haga sonar la alarma.

Una demostración ampliamente divulgada surgió en un artículo de Science en 2006 por Owen, que estaba entonces en la Universidad de Cambridge. Su equipo utilizó resonancias magnéticas para buscar signos de conciencia en una víctima británica de 23 años luego de un accidente de tráfico. Los investigadores dijeron a la mujer que se imaginara a sí misma jugando al tenis o caminando por su casa. En las personas sanas, estas dos actividades imaginadas producen diferentes patrones de actividad cerebral, y lo mismo puede decirse de este paciente. Owen y sus colegas argumentaron que había tomado la decisión de seguir sus instrucciones.

Otros investigadores se mostraron escépticos. Algunos sugirieron que la actividad en el cerebro de la mujer era más que una respuesta refleja a las instrucciones habladas, más que un signo de la conciencia. En la conferencia, Owen dijo que sigue en pie su interpretación original y argumentó que el trabajo posterior lo ha respaldado. Un estudio realizado en 2007 con voluntarios sanos, por ejemplo, encontró que los distintos patrones de actividad cerebral desaparecen como la conciencia se desvanece bajo anestesia general. Si la actividad es automática, como los críticos sugirieron, debería haber persistido, reitera Owen.

Su equipo ha utilizado el mismo método de resonancia magnética funcional para detectar evidencia de conciencia en un hombre canadiense que, según los médicos, había permanecido en estado vegetativo desde hace 12 años tras un accidente de tráfico. "Las probabilidades de que dos pacientes en dos continentes tenga el mismo patrón es poco probable", explica Owen. "Pero siguen siendo sólo dos pacientes."

Owen también describe una nueva forma de evaluar la función mental en pacientes que no responden. Se trata de escanear el cerebro de una persona al ver un clip de 8 minutos de una película de Alfred Hitchcock. Cuando las personas sanas hacen esto, diversas partes del cerebro sincronizan su actividad en determinados momentos en el clip. Owen sostiene que si los pacientes con lesiones cerebrales muestran patrones similares, podría ser un signo revelador de función cognitiva residual.

La comunicación con los pacientes que mantienen un cierto grado de conciencia es el siguiente paso en la evolución de esta tecnología, y un puñado de equipos de investigación ya están trabajando en ello.

En un estudio de 2010 dirigido por Owen y Steven Laureys, que dirige el Coma Science Group de la Universidad de Lieja en Bélgica, un paciente que no responde físicamente respondió preguntas sí-no, imaginando jugar al tenis para indicar "sí" y caminando por su casa para indicar "no." Cuando el patrón de tenis se presentó en su exploración fMRI, los investigadores dedujeron que quería decir sí, cuando vieron el patrón de casa asumieron que quería decir no.

"Sólo en el último año hemos pasado a una situación en la que estamos haciendo preguntas que pueden ser usadas para mejorar la vida de alguien de una manera sencilla", comenta Owen. Incluso los actuales métodos de comunicación fMRI, que sólo permiten respuestas de sí o no, pueden permitir a un paciente indicar si siente dolor o si su habitación está demasiado caliente o demasiado fría, por ejemplo.

Pero un simple comunicación de sí o no probablemente no es suficiente para permitir a los pacientes participar en decisiones sobre su atención. Por eso, los médicos necesitan saber que un paciente ha entendido las elecciones y tiene la capacidad de razonar.

En la conferencia, Owen describe un método experimental para evaluar la razón en pacientes que no responden . En un estudio en NeuroImage: Clinical: su equipo puso a prueba una nueva tarea mediante fMRI en un paciente, pidiéndole crear una imagen mental de cualquier cara o una casa en respuesta a una serie cada vez más complicada de declaraciones acerca de cuál de los dos debe aparecer en frente de la otra. "No sólo podemos demostrar que se puede razonar, sino que también deja de ser capaz de razonar cuando se pone muy difícil, de la misma manera que el resto de nosotros lo hacemos", opina Owen.

La desventaja de todos estos métodos de resonancia magnética funcional es que requieren una gran máquina y no se pueden hacer en una cama de hospital. Como resultado, el número de pacientes que se han beneficiado hasta ahora se limita a un puñado de personas que han participado en estudios de investigación.

Varios grupos de investigación han desarrollado métodos alternativos basados ​​en EEG, que requiere sólo una tapa del electrodo para grabar señales desde el cerebro. Pero mientras que los datos de EEG son más fáciles de conseguir, son también mucho más difíciles de analizar. En el último día de la conferencia, ocurrió un intercambio de cartas procedentes de la revista The Lancet, en respuesta al  documento publicado el por el equipo de Owen  quien el año pasado describió una versión EEG de su tarea fMRI para la detección de la conciencia. Otro equipo de investigación, que incluyó a Weill Cornell y Nicholas Schiff, uno de los mayores expertos en trastornos de la conciencia, re-analizaron los datos (que Owen y colegas compartieron), y llegaron a la conclusión de que el análisis estadístico fue fatalmente defectuoso.

"Si usted sigue este método, va a terminar con falsos positivos", explica Schiff durante una entrevista, lo que significa que la prueba es errónea para detectar conciencia en algunos pacientes inconscientes. Owen está en desacuerdo con vehemencia. "Lo rechazamos, absolutamente", opina sobre el análisis de Schiff. Ambos coincidieron en que el EEG es mucho más complicado de fMRI para analizar, ya que requiere un análisis más estadístico y los supuestos más arbitrarios pueden influir en el resultado final.

La más alucinante charla en la conferencia provino de Jack Gallant con un equipo científico convertido en neurocientíficos de la Universidad de California, Berkeley. Galán es un hombre de intensidad optimista y transmisor rápido. Se encendió a través de demostraciones de modelos computacionales que su equipo ha desarrollado para estudiar cómo se codifican los diversos tipos de información en el cerebro. "Éste utiliza la asignación de Dirichlet latente", dijo en un momento dado. "Créeme, ni siquiera quiere saber cómo funciona." Incluso algunos de los neurocientíficos en la audiencia parecía asentir con la cabeza.

En los últimos años, el laboratorio de Gallant ha demostrado que es posible la reconstrucción de imágenes fijas y clips de vídeo a partir de los patrones de actividad provocados en el cerebro de la persona que los ve. Si Gallant puede ver lo que está haciendo su corteza visual, se puede decir, más o menos, lo que estamos viendo.

Mapa del cerebro conceptual. Créditos: James Gao y Alex Huth

Más recientemente, se han movido en reinos conceptuales. Un documento de diciembre en la revista Neuron describió sus primeros intentos de estudiar cómo el cerebro codifica la información semántica -el concepto de un perro-, por ejemplo, y el entendimiento de que un perro es una especie de animal, y un animal es una especie de cosa. Gallant cree que este trabajo podría conducir a las máquinas que pueden decodificar el contenido de nuestros pensamientos.

"Si se pudiera construir una interfaz de máquina cerebro podría decodificar el lenguaje interior, el pequeño hombre o mujer en su cabeza que habla con usted todo el tiempo, sería superar a cualquier otro dispositivo de decodificación del cerebro que se haya construido", añade. "No sólo sería inútil construir otra cosa."

Tal dispositivo podría tener profundas implicaciones éticas y legales, sobre todo si se permite a algunos pacientes a participar en las discusiones sobre su cuidado y las decisiones de fin de vida.

La detección de la conciencia y los pensamientos de decodificación son emocionantes, pero los pacientes que más se podrían beneficiar de esta tecnología -los que están al borde de la conciencia- es son una pequeña minoría de personas que padecen trastornos de la conciencia. Pacientes en estado vegetativo y de mínima conciencia son algunos de los grupos más postergados en nuestro sistema de salud, de acuerdo con varias personas que hablaron en la conferencia.

Ken Diviney, un hombre de Virginia, tiene un hijo; Ryan de 24 años de edad. Ryan está en un estado de conciencia mínima después de una paliza sin sentido fuera de una tienda de conveniencia en 2009, narró una historia desgarradora de como cuida a su hijo frente a la apatía de los médicos y las compañías de seguros. Diviney dijo que una vez llamó al 911 desde la UCI porque no podía conseguir un médico para tratar el rápido aumento de la fiebre de Ryan. Para proporcionar asistencia a largo plazo para su hijo, él y su esposa renovaron la planta baja de su casa, equiparon con una cama especial y otros equipos que su compañía de seguros no pagaría. Renunció a su trabajo, y ahora pasa sus días haciendo terapia física con Ryan para mantener sus músculos flexibles y preservar la densidad ósea, cepillarle los dientes cada dos horas para evitar las infecciones que amenazan su vida tales como la neumonía. Anhela saber si Ryan va a mejorar.

De manera tranquila Diviney lleva visiblemente el peso de su responsabilidad para con su hijo. "Tengo un propósito", dijo. "Maldito sea ese propósito, pero lo tengo."

La experiencia de los Divineys "no es único, de acuerdo con las aletas, están escribiendo un libro basado en entrevistas con decenas de familias cuyos seres queridos permanecen en estado vegetativo o mínimamente consciente. Una vez que alguien pierde el conocimiento por tiempo indefinido, los hospitales y las aseguradoras parecen tener nada que ver con ellos, dice Fins. "He oído la misma historia una y otra vez", opina Diviney.

Eso es una farsa, y no uno solo que la tecnología pueda arreglar.

Referencia:

• Greg Miller, "Is Anybody in There? Searching for Consciousness in an Injured Brain", Wired.

Categories: Ciencias, Medicina, Neurociencia

Debian 7.0 "Wheezy"

Luego de meses de desarrollo, el proyecto Debian ha presentado su versión estable más reciente: 7.0 con nombre clave "Wheezy". A pesar que no incorpora notables innovaciones; recibiendo una actualización de paquetes agregando estabilidad.

Dentro de las características más sobresalientes de esta versión destaca el soporte multiarquitectura, el cual permitirá a los usuarios de Debian instalar paquetes diseñados para diferentes arquitecturas en una misma computadora. Lo cual hace posible a partir de ahora instalar paquetes diseñados tanto para 32 bits o 64 bits en una computadora sin tener problemas de dependencias.

El instalador de Debian ha mejorado en su soporte de accesibilidad al permitir desde la instalación el soporte de síntesis de voz. En este sentido ha extendido su soporte a 73 idiomas y en más de una docena de ellos puede emplearse síntesis de voz.

Incorpora varias herramientas para poder preveer acceso a nubes privadas y un conjunto completo de codecs para asegurar la reproducción multimedia de cualquier formato.

Soporta la instalación y arranque usando UEFI para PCs de 64 bits aunque no cuenta con soporte para arranque seguro (UEFI Secure Boot).

En cuanto a los programas que incluye están:  Icedove y Iceweasel 10, LibreOffice 3.5.4, GIMP 2.8.2, GNOME 3.4, KDE 4.8 y Xfce 4.8 entre otros 36,000 paquetes listos para usar.

Descarga:
Debian 7.0

Categories: GNU/Linux, Software Libre

Cristales de Tiempo podrían cambiar las teorías sobre el tiempo

Físicos tienen previsto crear un "cristal del tiempo", un objeto teórico que se mueve en un patrón de repetición sin utilizar la energía, en el interior de un dispositivo llamado trampa de iones. Créditos: Hartmut Häffner

En febrero de 2012, el físico Frank Wilczek, el ganador del Premio Nobel, decidió hacer pública una idea un tanto extraña y vergonzosa, que le preocupaba,. Por imposible que pareciera, Wilczek había desarrollado una prueba aparente de  los "cristales de tiempo" -estructuras físicas que se mueven en un patrón repetitivo, como diminutos relojes de redondeo, sin gastar energía o concluir-. A diferencia de los relojes u otros objetos conocidos, los cristales del tiempo derivan su movimiento no de la energía almacenada, sino de una ruptura de la simetría del tiempo, lo que permite una forma especial de movimiento perpetuo.

"La mayoría de la investigación en la física es una continuación de las cosas que han pasado antes", explica Wilczek, profesor en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. Esto, es "una especie fuera de lugar."

La idea de Wilczek se une con una débil respuesta de los físicos. Él, un brillante profesor conocido por desarrollar teorías exóticas que más tarde entraron en la corriente principal, incluyendo la existencia de partículas llamadas axiones y aniones, además del descubrimiento de una propiedad de las fuerzas nucleares conocidas como libertad asintótica (por la que compartió el Premio Nobel de Física en 2004) . Pero el movimiento perpetuo, considerado imposible por las leyes fundamentales de la física, es difícil de admitir. ¿El trabajo constituye un avance importante o posee una lógica defectuosa? Jakub Zakrzewski, profesor de física y óptica atómica en la Universidad Jagellónica de Polonia, escribió una perspectiva de la investigación que acompaña la publicación de Wilczek, donde escribe: "Simplemente no lo sé."

Ahora, un avance tecnológico ha hecho posible a los físicos poner a prueba la idea. Planean construir un cristal del tiempo, no con la esperanza de que este movimiento perpetuo vaya a generar una fuente inagotable de energía (como los inventores se han esforzado en vano de hacer por más de mil años), pero puede contribuir a una mejor teoría del tiempo mismo.

Un concepto loco

La idea surgió a Wilczek mientras preparaba una conferencia de clase en 2010. "Estaba pensando en la clasificación de los cristales, y entonces, se me ocurrió que es natural pensar en el espacio y el tiempo juntos", dijo. "Así que si usted piensa en cristales en el espacio, es muy natural también para pensar en la clasificación de la conducta cristalina del tiempo."

En la materia cristaliza, sus átomos se organizan espontáneamente en filas, columnas y pilas de una red tridimensional. Cada átomo ocupa un "punto de la red", pero el equilibrio de fuerzas entre los átomos no les permite habitar el espacio entre ellos. Debido a que los átomos de repente tienen un discreto, no continuo, conjunto de opciones para que puedan existir, se les denomina cristales para romper la simetría espacial de la naturaleza - la regla habitual de que todos los lugares en el espacio son equivalentes. Pero ¿qué pasa con la simetría temporal de la naturaleza - la regla de que los objetos permanezcan estables a través del tiempo?

El ganador del Premio Nobel el físico Frank Wilczek ha desarrollado teorías extravagantes que eventualmente entran en la corriente principal. "Por supuesto que no todo lo que hago funciona", agrega.

Wilczek reflexionó sobre la posibilidad. Con el tiempo, sus ecuaciones indican que los átomos pueden formar un enrejado con una repetición regular en el tiempo, volviendo a su disposición inicial sólo después de intervalos discretos (no continuos), se rompe la simetría del tiempo. Sin consumo o producción de energía, cristales del tiempo serían estables, en lo que los físicos llaman su "estado fundamental", a pesar de las variaciones cíclicas de la estructura que los científicos dicen que se puede interpretar como movimiento perpetuo.

"Para un físico, esto es realmente un concepto loco para pensar en un estado fundamental, que es dependiente del tiempo", comenta Hartmut Haffner, físico cuántico de la Universidad de California en Berkeley. "La definición de un estado fundamental es que esta en energía cero. Pero si el estado es dependiente del tiempo, implica que los cambios de energía o algo están cambiando. Algo se mueve alrededor."

¿Cómo puede algo moverse y mantenerse en movimiento por siempre, sin gasto de energía? Parece una idea absurda -una ruptura importante de las leyes aceptadas de la física-. Pero los papeles de Wilczek en mecánica cuántica y clásica sobre cristales del tiempo (este último co-escrito por Alfred Shapere de la Universidad de Kentucky) sobrevivieron a un panel de revisores expertos y se publicaron en Physical Review Letters, en octubre de 2012. Wilczek no pretende conocer si existen objetos que rompan la simetría del tiempo en la naturaleza, pero de forma experimental trata de hacer uno.

"Es como dibujar objetivos y esperar flechas para golpearlos", comenta. "Si no hay una barrera lógica tal comportamiento sucederá, por lo que espera se lleve a cabo."

La gran prueba

En junio, un grupo de físicos dirigido por Xiang Zhang, un ingiero especializado en nanotecnología en Berkeley y Tongcang Li, físico e investigador de post doctorado en el grupo de Zhang, propuso la creación de un cristal del tiempo en forma de un anillo persistente basado en rotación de átomos cargados, o iones. (Li dijo que había estado contemplando la idea antes de leer la investigación de Wilczek.) El artículo del grupo se publicó con Wilczek en la revista Physical Review Letters.

Desde entonces, un solo crítico -Patrick Bruno, físico teórico en la Instalación Sincrotrón Europea de Radiación en Francia -ha expresado su desacuerdo con la literatura académica. Bruno piensa que Wilczek y compañía erróneamente han identificado un comportamiento dependiente del tiempo en objetos con estados energéticos excitados, en lugar de sus estados fundamentales. No hay nada sorprendente acerca de objetos con excedente de energía que se mueven de manera cíclica, con el movimiento de descomposición en el cual disipe energía. Para ser un cristal del tiempo, un objeto debe exhibir movimiento perpetuo en su estado fundamental.

El comentario de Bruno y la respuesta de Wilczek aparecieron en la revista Physical Review Letters de marzo de 2013. Bruno demostró que un estado de energía más baja es posible en un sistema modelo que Wilczek había propuesto como un ejemplo hipotético de un cristal cuántico de tiempo. Wilczek considera que aunque no es ejemplo de un cristal de tiempo, no concibe el error al "poner en tela de juicio conceptos básicos."

"He demostrado que el ejemplo no es correcto", reitera Bruno. "Pero no tengo ninguna prueba general, hasta ahora, por lo menos."

El debate probablemente no se liquidará el punto de vista teórico. "La pelota está realmente en las manos de nuestros colegas experimentales", comparte Zakrzewski.

Un equipo internacional dirigido por científicos de Berkeley están preparando un elaborado experimento de laboratorio, aunque puede tomar "entre tres y el infinito" años en completarse, dependiendo de los fondos o dificultades técnicas imprevistas, describe Haffner, el investigador co-principal con Zhang. La esperanza es que los cristales de tiempo impulsen la física más allá de las leyes precisas, pero al parecer imperfectas para la mecánica cuántica y abrir el camino a una teoría más grande.

"Estoy muy interesado en ver si puedo hacer una nueva contribución a raíz como Einstein", agrega Li. "La mecánica cuántica no es completa."

Para construir un anillo de Ion

Una ilustración del experimento cristal del tiempo previsto. Los campos eléctricos se utilizarán para acorralar a los iones de calcio en una "trampa" 100 micrones de ancho, donde formarán un anillo cristalino. Los científicos creen que un campo magnético estático hará que el anillo gire. Créditos: Hartmut Häffner.

En la teoría de la relatividad general (el conjunto de leyes que rigen la gravedad y estructura a gran escala del universo) de Albert Einstein, las dimensiones del tiempo y el espacio se entrelazan en la misma tela, conocido como el espacio-tiempo. Pero en la mecánica cuántica (las leyes que gobiernan las interacciones en la escala subatómica), la dimensión temporal se representa de una manera diferente a las tres dimensiones del espacio - "una asimetría preocupante y estéticamente desagradable", define Zakrzewski.

Los diferentes tratamientos de tiempo pueden ser una fuente de incompatibilidad entre la relatividad general y la mecánica cuántica, por lo menos uno de los cuales debe ser modificado para que haya una teoría que abarque toda la gravedad cuántica (ampliamente visto como un objetivo importante de la física teórica). ¿Qué concepto de tiempo es la correcta?

Si los cristales del tiempo son capaces de romper la simetría del tiempo de la misma manera que los cristales convencionales rompen la simetría espacial, se puede decir "que en la naturaleza dos cantidades parecen tener propiedades similares, y que en última instancia, deben reflejarse en una teoría", comparte Häffner. Esto sugeriría que la mecánica cuántica no es suficiente, y que una mejor teoría cuántica podría tratar el tiempo y el espacio como dos hilos de la misma tela.

El equipo de Berkeley intentará construir un cristal del tiempo mediante la inyección de 100 iones de calcio en una pequeña cámara rodeada por electrodos. El campo eléctrico generado por los electrodos acorralará a los iones en una "trampa" 100 micrones de ancho, o más o menos la anchura de un cabello humano. Los científicos deben calibrar con precisión los electrodos para suavizar el terreno. Debido a que las cargas iguales se repelen, los iones se manifestarán en el espacio de manera uniforme alrededor del borde exterior de la trampa, formando un anillo cristalino.

Al principio, los iones vibrarán en un estado excitado, pero los láseres de diodo, como los que se encuentran en los reproductores de DVD se usarán para dispersar gradualmente lejos la energía cinética extra. Según los cálculos del grupo, el anillo de iones debe acomodarse en su estado fundamental cuando los iones sean enfriados por el láser de alrededor de una mil millonésima de grado sobre el cero absoluto. El acceso a este régimen de temperatura a largo plazo podría haber sido obstruido por el calor que emana la trampa de fondo de electrodos, pero en septiembre, una técnica de avance para la limpieza de contaminantes de la superficie de electrodos habilitó una reducción de 100 veces el calor de fondo en la trampa de iones. "Eso es exactamente el factor que tenemos que hacer llegar esta experiencia", opina Häffner.

A continuación, los investigadores cambiarán el campo magnético-estático en la trampa, lo que en su teoría dice debería inducir a los iones para comenzar a girar (y seguir haciéndolo indefinidamente). Si todo va según lo previsto, los iones se desplazarán en torno a su punto de partida, a intervalos determinados, formando un entramado repitiendo regularmente en el tiempo, rompiendo de esta forma la simetría temporal.

Para ver la rotación del anillo, los científicos emplearán uno de los iones con un láser, efectivamente marcado por ponerlo en un estado electrónico diferente a los otros 99 iones. Se mantendrá brillante (para revelar su nueva ubicación) cuando los otros estén oscurecidos por un segundo láser.

Si el ion brillante está girando el anillo a una velocidad constante, los científicos demostrarán, por primera vez, que la simetría de translación de tiempo puede ser rota. "Realmente va a desafiar nuestro entendimiento", añade Li. "Pero primero tenemos que demostrar que realmente existe."

Hasta que eso ocurra, algunos físicos seguirán siendo muy escépticos. "Personalmente, creo que no es posible detectar el movimiento en el estado fundamental", describe Bruno. "Ellos pueden ser capaces de hacer un anillo de iones en una trampa toroidal y hacer algo de física interesante con eso, pero no van a ver su reloj cada vez que hace tictac como ellos dicen."

Referencia:

• Natalie Wolchover, "Time Crystals’ Could Upend Physicists’ Theory of Time", Wired.

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Estrella masiva doble es la última prueba de la teoría de la gravedad de Einstein

Pulsar y enanas blancas giran en espiral hacia la otra a una velocidad predicha por la relatividad general.

Dos estrellas orbitan entre sí en una órbita que ajusta cada vez más a lo predicho por la relatividad general -según el cual las estrellas pierden energía emanando ondas gravitacionales (espirales azules en la impresión de este artista)-. Créditos: Luis Calçada / ESO.

La teoría de la gravedad de Albert Einstein ha pasado su prueba astrofísica más estricta, prediciendo correctamente cómo un par de estrechas órbitas pertenecientes a estrellas densas están en espiral una hacia la otra.

Los resultados descartan una subclase de teorías de la gravedad, relata John Antoniadis, del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, y sus colegas en Science.

"Este sistema ofrece una rara oportunidad para limitar muchos modelos que no pertenecen a la teoría de Einstein sobre la gravedad", comenta Alan Kostelecký, físico teórico en la Universidad de Indiana en Bloomington, quien no participó en el estudio.

El dúo estelar comprende una estrella de neutrones -restos ultradensos de la explosión de una supernova- y el remanente compacto de una estrella similar al Sol, conocida como una enana blanca.

Como un reloj

Ryan Lynch, miembro del equipo, de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, descubrió la estrella de neutrones con Robert C. Byrd de Green Bank Telescope en West Virginia. La estrella se clasifica como un pulsar, porque a medida que gira rápidamente emite ondas de radio que barren el cielo con un reloj regularidad -cerca de 25 veces por segundo-.

Lynch y otros colaboradores identificaron entonces una enana blanca envejeciendo en la misma ubicación que el pulsar, mediante la observación con Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral en Paranal, Chile, luego calcularon las masas de ambas estrellas, que eran cruciales para probar la teoría de la gravedad. El púlsar, inclina la balanza dos veces sobre la masa del Sol, siendo la estrella de neutrones más masiva jamás medida.

La relatividad general predice que los objetos celestes que orbitan entre sí producen ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo, conocidas como ondas gravitacionales. El efecto es demasiado pequeño para tener consecuencia detectables en objetos que no son extremadamente masivos y en órbitas cercanas. Pero debido a que estos dos estrellas son tan masivas y separadas por una distancia relativamente pequeña (sólo dos veces la distancia entre la Tierra y la luna), se espera irradia una cantidad sustancial de energía en forma de ondas gravitacionales.

Las ondas gravitacionales todavía no se han detectado directamente. Sin embargo, la energía causante de las olas es provocada por la órbita de dos estrechos colaboradores estelares reducirían su monto específico, de acuerdo con la relatividad general. Ese efecto, documentado por primera vez en un par de estrellas -un púlsar y una estrella de neutrones que están en órbitas más separadas y menos extremas en su peso- obtuvo el Premio Nobel de Física en 1993.

Para el par recientemente descubierta, la relatividad general predice que el período orbital es de 2.46 horas que disminuye en ocho millonésimas de segundo año. Esa pequeña disminución es justo lo que Antoniadis y sus colaboradores han descubierto, usando tres grandes antenas de radio en la Tierra para medir las variaciones en el tiempo de llegada de las ondas de radio del púlsar.

Los físicos esperan que la relatividad general se rompa en algún nivel, porque es incompatible con la mecánica cuántica, señala Lynch. "Pero los resultados de nuestro estudio muestran que tendremos que mirar aún más difícil encontrar el momento en que sucede", añade.

El hallazgo descarta un grupo de teorías alternativas de la gravedad, según el cual la órbita de la pareja estelar debería reducirse mucho más rápido que lo predicho por la relatividad general, afirma Antoniadis.

El físico Clifford Will de la Universidad de Florida en Gainesville, dice que el equipo ha reducido el número de posibles alternativas a la relatividad general. Sin embargo, piensa que Antoniadis y sus colegas "exageran un poco las implicaciones de los resultados para probar la relatividad general", y señaló que todavía hay muchas teorías que deben probarse con los nuevos datos.

Referencia:

• Ron Cowen, "Massive double star is latest test for Einstein’s gravity theory", Nature.

Categories: Astronomía, Ciencias, Física