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Un vistazo al mundo del microcosmos y sus posibilidades técnologicas.
Por: Luis Guillermo Restrepo Rivas.

COMPONENTES DE LA MATERIA

Según el modelo de la constitución de la materia más acreditado de la física, llamado Modelo
Estandar, toda la materia normal y estable de nuestro universoA se compone de 6 quarks, 6
leptones y las 12 antipartículasB de estas. Los 6 quarks se conocen más por sus nombres en
inglés: up, down, charm, strange, top y bottom. Los leptones son: electrón, muón, tau,
neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino de tau.

Los quarks up, charm y top poseen, cada uno, carga eléctrica igual a 2/3 de la del protón,
mientras que los down, strange y bottom poseen una carga eléctrica igual a 1/3 de la del
electrón. Los leptones electrón, muón y tau poseen cargas eléctricas iguales entre sí,
mientras que los neutrinos no tienen carga.

Exceptuando los neutrinos, que al parecer tienen masa cero, la menos masiva de estas
partículas es el electrón, mientras la más masiva es el quark topC cuya masa es 350000 veces
mayor que la del electrón. Las demás partículas tienen masas mucho menores que la del top.

¿ Hay componentes más pequeños que los quarks y leptones ?

La principal concepción actual sobre una estructura aún más básica del universo, a tamaños
del orden de 10-34 cm (tamaño llamado Escala de Planck) son las teorías de cuerdas o
supercuerdas, teorías muy matemáticas, donde se describen cuerdas abiertas y cerradas que
existirían -vibrando- en más de 10 dimensiones "enrrolladas". Existen al menos 6 variantes
de teorías de cuerdas, las cuales al parecer se pueden unificar en una sola denominada Teoría
M.

Fuerzas o interacciones de la naturaleza

Se considera que existen 4 interacciones en la naturaleza: electromagnética, fuerte, débil y
gravitacional (auque esta última no es propiamente parte del Modelo Estandar tradicional).

A cada interacción están asociadas partículas que la transportan, así: El portador de la
interacción electromagnética es el fotón. La interacción fuerteD es portada por el gluon,
mientras los portadores de la interacción débilE son tres partículas llamadas bosones: W


A En condiciones de muy altas energías (en ciertos objetos cósmicos y aceleradores de partículas) se generan
muchas combinaciones de las partículas fundamentales que duran cortos instantes.
B Partículas con carga eléctrica opuesta pero con las demás propiedades iguales.
C Cuya existencia se comprobó en 1995
D Responsable de la cohesión de las partículas componentes del núcleo atómico
E Que se manifiesta en la radiactividad

positivo, W negativo y Z cero. Como portador de la gravitación se ha supuesto una
partícula denominada gravitón.

El hecho de que sean 4 interacciones se considera que depede del nivel de energía. Así como
la interacción electromagnética históricamente se descubrió como dos diferentes: la
magnética y la eléctrica, que posteriormente la ciencia halló estrechamente relacionadas,
similarmente, a niveles de energía del orden de 100 Gigaelectrónvoltios, las interacciones
electromagnética y débil se unifican manifestándose como una sola, denominada
electrodébil. A energías del orden de 1015 Gigaelectronvoltios la interacción fuerte y la
electrodébil se deben manifestar como una sola en lo que se denomina gran unificación. A
energías de 1019 Gigaelectronvoltios la interacción gravitacional se debe unir también
manifestándose entonces una interacción única en el universo. Como esas altísimas energías
debieron existir en instantes muy cercanos a la Gran Explosión (ingl. Big Bang), se considera
que en el transcurso del tiempo, al enfriarse el universo e ir bajando sus niveles de
concentración energética, la intercación inicial única se fué manifestando como dos, luego
tres, y en el presente como cuatro interacciones.

NANOTECNOLOGIA

La nanotecnología es la disciplina que tiene por objeto la fabricación de máquinas de tamaño
atómico y molecular, para lo cual debe desarrollar los conocimientos científicos, la
tecnología, los procedimientos y las herramientas adecuadas a tal fin.

Se considera que el instigador de la nanotecnología fue el físico Richard Feynman, quien en
una conferencia en 1959, con la frase "Hay mucho espacio en el fondo" expresó su
convencimiento de que era técnicamente factible y útil fabricar aparatos a escala molecular y
atómica, y lanzó una especie de desafío científico y tecnológico para concretar ese sueño en
la práctica.

Después de Feynman, posiblemente K. Eric Drexler ha sido la persona más influeyente en la
tarea de concientizar tanto a la comunidad tecnológica como al público en general sobre las
posibilidades de la nanotecnología, y también en la recopilación y el desarrollo inicial de
muchas de los conceptos físicos fundamentales que necesariamente intervienen en la
realización práctica de esta disciplina

Los libros básicos de Drexler son Engines of Creation (publicado en 1986) y Nanosystems
(publicado en 1992). El primero de ellos de un carácter más divulgativo, y el segundo de
carácter técnico. Engines of Creation está disponible en Internet, para leerlo allí o bajarlo a
tu computador, en las siguientes direcciones:

http://www.foresight.org/EOC/
¡Error!Marcador no definido.
¡Error!Marcador no definido.
http://wfmh.org.pl/enginesofcreation/

Eric Drexler desea precisar el enfoque de la tecnología que propugna, hablando de
"nanotecnologia molecular", para distinguirla de otros posibles enfoques.

Tamaños de las máquinas miniatura

Las Minimáquinas y Micromáquinas contienen muchos millones de átomos y sus
tamaños son del orden de micrómetros (milésimas de milímetro). Son elementos del tamaño
de granos de polen. Las Nanomáquinas, contienen cientos de átomos y sus tamaños son
del orden de varios nanómetros (millonésimas de milímetro). En dimensiones del orden de un
nanómetro o menores, entramos en el reino de las Máquinas Cuánticas, donde los
fenómenos de tipo cuántico tienen preponderancia y serán los realmente aprovechados para
la realización de las tareas por dichas maquinitas.

Construcción de nanosistemas

Una posibilidad para fabricar elementos en nanotecnología es utilizar herramientas
destinadas inicialmente a la observación microscópica avanzada, como lo son: el
Microscopio de Barrido por Efecto Tunel (ingl: Scanning Tunneling Microscope), el
Microscopio de Fuerza Atómica (Atomic Force Microscope) y el Microscopio de Sonda de
Barrido (Scanning Probe Microscope). Se ha demostrado en la práctica cómo estos
instrumentos, o variantes de ellos, adicionalmente a su función como microscopios, pueden
utilizarse para mover átomos a voluntad y construir así algunas estructuras diseñadas.

Otra manera de construir nanosistemas es en aprovechar la tendencia natural al
autoensamblaje que tienen ciertas moléculas. Un ejemplo de esto es la formación de
pequeños esferoides, denominados "Liposomas", que se pueden formar gracias a que ciertas
moléculas de lipofosfatos poseen una forma cilíndrica con un extremo hidrófilo y el otro
hidrófobo, lo cual hace que al estar en un medio acuoso los extremos replelidos por el medio
tienden a enfrentarse, de manera que un grupo de tales moléculas puede terminar por
organizarse en esfera con los extremos hidrófilos hacia el exterior, en contacto con el medio
acuoso. Autoensamblajes como el descrito se basan en fuerzas de origen eléctrico, en tensión
superficial y fenómenos termodinámicos y afines (maximización de la entropía y
minimización de la energía potencial). Sinembargo, la biología, en el desarrollo de los
organismos utiliza un autoensamblaje diferente basado en la codificación genética presente
en el ADN. Existe la esperanza de que los avances en la comprensión y manipulación de
procesos genéticos algún día nos permitirán copiarle a la biología sus métodos de
autoensamblaje codificado para el desarrollo de nanosistemas complejos.

Mirando el horizonte de la computación

ACTUALIDAD Y FUTURO DE LA COMPUTACION

Miniaturización, computadores cuánticos, de ADN y ópticos

Actualmente son comunes los chips electrónicos (ej: microprocesadores de computador
personal) que contienen, en un área del tamaño de la yema del dedo índice, una cantidad del
orden de decenas de millones de transistores. Este es un estado en el avance de la
miniaturización electrónica,
sigue
aproximadamente una tendencia empíricamente detectada primero por Gordon Moore en
1965 (y llamada desde entonces la ley de Moore), quien analizó datos de producción de
chips y notó que la cantidad de elementos que la tecnología acomodaba dentro de un chip se
duplicaba aproximadamente cada 18 meses. Esa tendencia se ha mantenido hasta el presente.

la cual parece no detenerse. Este progreso

Si se mantiene esa tasa de incremento de la miniaturización, alrrededor del año 2020 se estará
llegando a que el rasgo o detalle mínimo que se puede grabar en un chip será del tamaño de
un átomo, tamaños en los cuales la electrónica se enfrentará con los fenómenos cuánticos en
una forma que hasta ahora no se ha experimentado. Aunque ya existen dispositivos
electrónicos que se basan fundamentalmente en fenómenos cuánticos, la manifestación y
aprovechamiento de este tipo de efectos "extraños", como la dualidad onda-partícula, la
indeterminación, la superposición de estados etc., a nivel tan fundamental, hará fundamentar
gran parte de la electrónica sobre la base de la mecánica cuántica. Algunos investigadores no
están e