¿de que esta hecho el vidrio blindado?

Llamamos coloquialmente cristal blindado al vidrio que se coloca en entidades bancarias, joyerías y determinados vehículos de seguridad, para proteger de impactos de bala a los que se coloquen tras este parapeto. El nombre técnico correcto es el de vidrio laminado de seguridad y está compuesto por varias láminas de vidrio entre las que se intercalan diversas capas de otros materiales. Generalmente está formado por tres capas: dos lunas de cristal grueso y duro entre las que se intercala una capa de plástico —generalmente polivinilo— o resina fundida. Aunque también es frecuente que se alternen varias capas de ambos materiales para aumentar su resistencia.Todas estas capas se funden entre sí, mediante una elevada presión que impida que se separen, en un proceso llamado laminación. La pieza única obtenida tiene un espesor que varía de 15 a 66 mm, de acuerdo con el nivel de protección que se requiera.

modelo estandar

Durante los años ochenta del siglo XX los físicos que trabajaban en partículas elementales vinieron a coincidir en que la materia consiste, por una parte, en tres pares de leptones (partículas muy ligeras o incluso casi sin masa) y sus antipartículas. Los ejemplos por antonomasia son el electrón y el correspondiente neutrino electrónico.

Por otra de tres pares de quarks y sus antipartículas, que son los que forman la llamada materia bariónica, como los protones o los neutrones. Para mantener los quarks unidos existe una fuerza, la llamada interacción fuerte, que se expresa en ocho clases de gluones. Para unir a los leptones entre sí y con los quarks está la interacción electrodébil que consiste en el fotón (para la parte “electro”) y tres partículas (bosones), W+, W– y Z0(para la parte “débil”).

La detección de las partículas W y Z en el bienio 1982-1983 y del quark cima (top)en 1995completaron la identificación experimental de los elementos del modelo estándar (a falta del bosón de Higgs). Los éxitos del modelo dieron lugar a las teorías de gran unificación (TGU), orientadas a unificar las interacciones fuerte y electrodébil, y a alentar los sueños de lograr una teoría de todo (TT).

Algunos físicos de partículas, especialmente Steven Weinberg, llegaron a afirmar que una vez que las “tripas” de las TGU (un juego de palabras en inglés entre “guts”, tripas, y GUTs, teorías de gran unificación) estaban en su sitio era de esperar que la TT definitiva fuese inminente. Sin embargo, un vistazo a los “modelos estándares” de la historia, si supusiesen un patrón por el que regirse, hace que este optimismo no esté del todo justificado.

Así, por ejemplo, el sistema de imponderables desarrollado por Pierre Simon de Laplace y su escuela a finales del XVIII y principios del XIX parecía capaz de describir todos los fenómenos conocidos en su momento en los mismos términos (aunque no en el mismo lenguaje): varios “leptones” (los “fluidos” sin masa mensurable de la electricidad, el magnetismo, el calor, la luz, etc.), un “barión” (las partículas de “materia común”) y fuerzas de atracción y repulsión. Muchos filósofos naturales anticipaban una teoría unificada que conectaría los distintos “fluidos” (leptones), un proyecto alentado por el descubrimiento del calor radiante y el electromagnetismo.

Pero las dificultades que suponían los avances en la teoría del calor, con la introducción de conceptos como el de entropía, la generalización de las leyes de conservación o la adopción paulatina del concepto de campo, hicieron que los fluidos imponderables se evaporasen.

Se dibujó entonces un nuevo modelo estándar basado en la unificación de la luz con el electromagnetismo, del calor con la energía cinética y el magnetismo con el movimiento vorticial, que pretendía basarse en un tipo de sustancia material, el éter, sujeta a las leyes de la mecánica. Así, la TGU más austera de las que surgieron, la desarrollada entre otros por William Thomson (Lord Kelvin), James Clerk Maxwell y Joseph John Thomson y llamada “átomo vorticial”, afirmaba que todos los fenómenos físicos se reducían a los movimientos de un medio incompresible, perfecto, que llenaba el espacio.

Este modelo de reduccionismo mecánico colapsó ante el descubrimiento experimental de nuevos fenómenos (electrones, rayos X, radiactividad) y las dificultades que aparecían en las teorías del calor (resueltas con la mecánica cuántica) y la electrodinámica (resueltas con la relatividad).

El descubrimiento del electrón y las especulaciones sobre la estructura atómica de finales del XIX y principios del XX sugirieron que la materia podía estar constituida por tres ingredientes: en el lenguaje actual diríamos un leptón negativo (electrón) un barión positivo (protón) y, tras el efecto Compton, un fotón neutro. Pero el estudio del núcleo atómico y de los rayos cósmicos entre las dos guerras mundiales y la construcción de aceleradores cada vez más potentes después de la segunda, pusieron de manifiesto la existencia de muchas más “partículas”. El enorme esfuerzo teórico y experimental para comprenderlas resultó en el modelo estándar de los años ochenta, culminado con el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012.

También existe la posibilidad de que el modelo estándar actual se desvanezca y su lugar lo tomen un número incontable de ultrapartículas vibrantes inimaginablemente pequeñas y nunca quietas, como las que propone la teoría de cuerdas, la candidata por antonomasia a TT. Con todo, es llamativo que las cuerdas recuerden de alguna manera, con los campos sustituyendo al éter, a los átomos vorticiales de Thomson.

.

superconductores

Los superconductores son un tipo especial de materiales que pueden conducir la corriente eléctrica casi sin ofrecer resistencia, y, por tanto, sin que se produzca una “pérdida” energética. Es decir, los metales son buenos conductores, tanto térmicos como eléctricos, pero estos se calientan al conducir un flujo de electrones, porque los átomos del metal vibran y chocan contra estos. Ofrecen resistencia y se pierde energía en forma de calor. Esto no es rentable en algunas ocasiones.

Hay varias teorías, modelos que ayudan a comprender mejor este fenómeno, pero son de gran complejidad.

Al disminuirla temperatura, también lo hace la resistencia del metal a la corriente eléctrica, por lo que, a temperaturas en torno al 0 K, algunos materiales se convierten en superconductores. Pueden ser diversos metales, si se enfrían lo suficiente (algunas aleaciones, o, incluso, compuestos de carbono).

Los materiales se suelen enfriar con helio líquido, lo que es bastante costoso. Por tanto, se está investigando con superconductores de “alta temperatura”, que superconducen a temperaturas tan “elevadas” como 77 K, pudiendo ser enfriados con nitrógeno líquido, mucho más barato.

Clasificación

Los superconductores, se pueden clasificar atendiendo a varios aspectos, como los materiales que los componen (puros o aleaciones, estructuras de carbono); la temperatura a la que son superconductores (temperatura crítica), en superconductores de alta o baja temperatura. La clasificación más utilizada es según su comportamiento físico.

Se distinguen dos tipos de superconductores:

• Superconductores de tipo I, que impiden que los campos magnéticos penetren en ellos, es decir, los apantallan (efecto Meissner). Son elementos puros con una temperatura crítica muy baja.

• Superconductores de tipo II, son supercondiuctores "imperfectos" que permiten que que los campos magnéticos penetren en su interior, pasando gradualmente del estado superconductor al normal. Entre ellos se encuentran aleaciones, sustancias cerámicas.

APLICACIONES:

Las aplicaciones de los superconductores son muy diversas, y, como estos materiales aún están siendo investigados, cada vez se van ampliando sus utilidades. Las líneas de investigación se centran en cómo conseguir disminuir la resistencia de los metales al paso de la corriente eléctrica, a la temperatura más elevada posible, para rentabilizar su obtención

Por tanto, se está tratando de encontrar nuevos materiales.

Las principales aplicaciones se encuentran relacionadas con sus propiedades magnéticas, siendo utilizados en campos tan dispares como el transporte o la medicina. Al ser enfriados y sometidos a un campo magnético,pueden llegar a levitar. Así, se trata de emplear en trenes de alta velocidad, en  países como Japón, pues esta levitación evita el roce con las vías y permite un aumento de velocidad (¡¡¡hasta 550km/h!!!). Este es el caso del tren Maglev de Shangai.

Se utilizan en medicina, para las resonancias magnéticas nucleares.

También, en Sistemas de Transporte de energía. Al ser casi nula la resistencia que ejercen, permitirían transportan electricidad a grandes distancias sin que ésta se disipe en el entorno en forma de calor.

Incluso se está tratando de trabajar con ellos para el almacenamiento de energía. Además pueden ser utilizados en medicina, para resonancias magnéticas nucleares, o en el estudio de moléculas (espectroscopia de resonancia magnética nuclear).

Como ocurre casi con todo en la ciencia actual, se trata de un mundo prometedor que está en expansión y que casi acaba de comenzar, por lo que sus aplicaciones podrían llegar hasta límites casi insospechados, si la investigación es la adecuada.

superfluidos

pasa muy a menudo en física, que nuestro sentido común nos engaña en condiciones extremas. Nosotros vivimos a una temperatura, presión y humedad que llamamos “normales” y nuestra intuición nos permite anticipar lo que pasará bajo estas condiciones. Sin embargo cuando varimos extramadamente estos parámetros cosas sorprendentes empiezan a ocurrir y nuestra intuición entra en conflicto con la realidad.

Esto es lo que pasa con los superfluídos, sustancias que enfríadas a temperaturas cercanas al cero absoluto se comportan de forma completamente anti-intuitiva. El ejemplo más claro (y el primero en ser descubierto) es el del Helio II. Cuando se enfría Helio por debajo de 2.17K (-271ºC aprox.) se produce un cambio de fase; parte del Helio se comporta de forma “normal” y el resto pasa al estado superfluído Helio II. Esta temperatura de cambio de fase es lo que se conoce como el punto Lambda del Helio.

Por debajo del punto Lambda, el Helio II desafía nuestro sentido común atravesando sólidos, subiendo paredes “porque sí”… Estas propiedades son un reflejo claro de la naturaleza cuántica de todo los que nos rodea. Cuando observamos con mucho detalle o en situaciones extrañas, nos damos cuenta que la naturaleza es realmente anti-intuitiva. Centrándonos en el Helio II, sus dos principales características es que no tiene ni entropía ni viscosidad, esto es, no absorve calor ni sufre rozamiento al moverse.

A priori estás dos características pueden parecer poca cosa, pero con el experimento adecuado encontramos resultados increíbles. El primero de ellos es el de atravesar superficie ultraporosas (muchos poros diminutos). Como vemos en el vídeo el Helio líquido normal no es capaz de atravesar la pieza de cerámica (microporosa), pero tan pronto como pasa a su fase superfluída (justo cuando deja de hervir) empieza a filtrarse helio y a vaciarse el recipiente. Esto se debe a que el Helio II no tiene viscosidad apreciable.

El siguiente experimento puede parecer similar, pero si observamos con detalle veremos que no solo es diferente sino incluso más maravilloso. En este caso el recipiente es de cristal y aunque parece que el Helio II vuelve a filtrarse, en realidad está subiendo por las paredes y deslizandos hasta la parte de abajo del contenedor, sin ninguna acción externa. La velocidad a la que este superfluido se mueve depende de la temperatura y puede pasar los 35cm/s.

El último de los fenómenos que pueden darse con el Helio II superfluído y el más espectacular es el conocido como efecto fuente. Se sumerge un tubo en forma de “U” dentro del Helio líquido, al calentarlo mediante un haz infrarrojo el Helio II asciende por encima del nivel normal creando una fuente sin fricción que durará tanto como dure el haz encencido. Esto es fruto de que el Helio II  no tiene viscosidad ni entropía y por tanto convierte la energía del haz en energía mecánica.

.

¿Qué es el cero absoluto?

El cero absoluto es la temperatura más baja posible. Teóricamente las partículas subatómicas perderían toda su energía, por lo que los electrones y protones se unirían en una “sopa cuántica”. Esta temperatura es de -273.15°C o bien 0° Kelvin. Lord Kelvin fue quien calculó el cero absoluto, y para ello se basó en el hecho de que cuando se enfría un gas, su volumen va disminuyendo en proporción a su temperatura. Es decir que cada grado de temperatura que baja el gas, también disminuye su volumen en un porcentaje especifico, de este hecho dedujo que a una temperatura de -273.15°C el volumen se haría cero, algo que posiblemente no pase en la práctica, sin embargo, ocurren muchas cosas curiosas al acercarse a esta temperatura. Hasta este momento, sigue siendo una temperatura teórica ya que ha sido imposible llegar a tan baja temperatura, sin embargo, si que se han alcanzado temperaturas tan bajas como 0.45° nanoKelvin (0.00000000045 Kelvin) en un experimento realizado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts con átomos de sodio en el 2003.

 En nuestro sistema solar se ha logrado detectar temperaturas tan bajas como -240°C en áreas que se encuentran en sombra permanente como son los cráteres situados en el polo sur de la Luna. En el universo la temperatura más baja registrada es en la Nebulosa del Boomerang a 5,000 años luz de nosotros, en la constelación de Centaurus, unos gases emitidos por una estrella moribunda se han expandido y enfriado rápidamente hasta 1° Kelvin. En general, las nubes de gas tienden a tener una temperatura alrededor de los 2.7° Kelvin debido a la radiación cósmica de microondas. Pero ¿qué es lo que sucede a temperaturas tan bajas? Bueno, a temperaturas cercanas al cero absoluto las partículas subatómicas van perdiendo su energía, y se van “combinando” o superponiendo formando de esta manera un “súper-átomo”, conocido como condensado Bose-Einstein.

 En este estado, la materia adquiere características asombrosas como la superconductividad (mucho mayor que la del oro y el cobre) y la superfluidez (el helio a bajas temperaturas se convierte en un liquido sin prácticamente nada de viscosidad). Al aproximarse al cero absoluto se pueden producir en algunos materiales ciertos fenómenos, como el condensado de Bose-Einstein, o algunos superfluidos como el helio II. En 1924, Albert Einstein y el físico indio Satyendranath Bose predijeron la existencia de un fenómeno denominado condensado de Bose-Einstein. En dicho estado, los bosones se agrupan en el mismo estado cuántico de energía. Este fenómeno se confirmó en 1995, y desde entonces se han investigado muchas de sus propiedades.

 A temperaturas muy próximas al cero absoluto se pueden formar superfluidos, o incluso frágiles moléculas que no existen a mayores temperaturas para su estudio, entre otros fenómenos. En la actualidad se puede encontrar una aplicación práctica en el acelerador de partículas LHC del CERN.4​ El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) alcanza una temperatura de 1,9 K. Los experimentos que se llevarán a cabo en este acelerador de partículas requieren la criogenización de ciertos circuitos para conseguir superconductores. Esto es posible gracias a la combinación de compresores de helio alimentados con nitrógeno líquido, el cual entra a los circuitos aproximadamente a 80 K (−193,15 °C) para ir bajando de temperatura en su transcurso por el circuito de los 3 compresores.5​ La temperatura más baja alcanzada en el LHC es de 1,8 K.5​