Un equipo de la Universidad de Cornell dirigido por el profesor de Ingenieria David Muller ha superado su propio récord anterior de 2018, presentando la imagen más nítida de un átomo.

Con un detector de matriz de píxeles de microscopio electrónico (EMPAD) junto sofisticados algoritmos de reconstrucción 3D se ha alcanzado asíi alcanzado un régimen que va a ser efectivamente un límite máximo para la resolución.

Límite máximo

La imagen ultraprecisa con una precisión de picómetro (una billonésima de metro) se ha logrado con un detector está ligeramente desenfocado, difuminando el haz, para capturar la mayor variedad de datos posible. Luego, estos datos se reconstruyen a través de algoritmos complejos. Tal y como explica Muller:

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Con estos nuevos algoritmos, ahora podemos corregir todo el desenfoque de nuestro microscopio hasta el punto de que el factor de desenfoque más grande que nos queda es el hecho de que los átomos mismos se bambolean, porque eso es lo que les sucede a los átomos a una temperatura finita. Cuando hablamos de temperatura, lo que en realidad estamos midiendo es la velocidad promedio de cuánto se mueven los átomos.

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Esto podría ser particularmente útil para obtener imágenes de semiconductores, catalizadores y materiales cuánticos, incluidos los que se usan en la computación cuántica.

Los investigadores posiblemente podrían volver a superar su récord utilizando un material que consta de átomos más pesados, que se tambalean menos, o enfriando la muestra, pero la mejora ya no sería especialmente significativa.

Los sistemas diseñados para detectar deepfakes (videos que manipulan imágenes de la vida real a través de inteligencia artificial) pueden ser engañados, como sugiere este estudio.

Los investigadores han demostrado que los detectores se pueden derrotar insertando ejemplos de contradictorios en cada cuadro de video. Los ejemplos contradictorios son entradas ligeramente manipuladas que hacen que los sistemas de inteligencia artificial, como los modelos de aprendizaje automático, cometan un error.

Atacando los puntos ciegos

En los deepfakes la cara de un sujeto se modifica para crear imágenes realistas y convincentes de eventos que nunca sucedieron. Como resultado, los detectores de deepfake típicos se enfocan en el rostro en los videos: primero lo rastrean y luego pasan los datos del rostro recortado a una red neuronal que determina si es real o falso.

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Por ejemplo, el parpadeo de los ojos no se reproduce bien en los deepfakes, por lo que los detectores se enfocan en los movimientos oculares como una forma de detectar que el vídeo es falso.

Sin embargo, si los creadores de un vídeo falso tienen algún conocimiento del sistema de detección, pueden diseñar entradas para apuntar a los puntos ciegos del detector y evitarlo.

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Los investigadores crearon un ejemplo de confrontación para cada rostro en un cuadro de video. Pero si bien las operaciones estándar, como comprimir y cambiar el tamaño de un video, generalmente eliminan los ejemplos contradictorios de una imagen, estos ejemplos están diseñados para resistir estos procesos. El algoritmo de ataque hace esto estimando sobre un conjunto de transformaciones de entrada cómo el modelo clasifica las imágenes como reales o falsas. A continuación, se inserta la versión modificada de la cara en todos los fotogramas de vídeo. Luego, el proceso se repite para todos los fotogramas del video para crear un video deepfake.

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Para mejorar los detectores, los investigadores recomiendan un enfoque similar a lo que se conoce como Adversarial Machine Learning o entrenamiento adversario: durante el entrenamiento, un adversario adaptativo continúa generando nuevos deepfakes que pueden eludir el detector actual de última generación; y el detector sigue mejorando para detectar los nuevos deepfakes.

Un dispositivo barato para detectar los niveles de plomo en el agua corriente es el hito que ha desarrollado esta niña de 12 años para alzarse con la distinción de ser la mejor científica joven de Estados Unidos.

Su nombre es Gitanjali Rao.

Agua corriente

El dispositivo está concebido con nanotubos de carbono que envía los resultados de las mediciones del agua al teléfono móvil a través de Bluetooth. Después de ver a sus padres probando con unas rudimentarias tiras si el agua de su casa era segura, Rao decidió inventar un aparato que diese resultados mucho más fiables.

El detector ha sido bautizado como Tethys, por la diosa griega del agua dulce, es portátil. Rao explicó que Tethys funciona en base al "dopaje", que en este caso consiste en introducir elementos o compuestos químicos dentro de los nanotubos.

Usé cloruro para dopar los nanotubos. Cuando el detector se sumerge en agua con plomo, las moléculas de este metal se ven inmediatamente atraídas al cloruro.

Con su proyecto, Rao fue la ganadora del Desafío Científico Joven 2017, un concurso nacional de ciencia organizado por la empresa 3M y la organización educativa Discovery Education. Rao planea invertir el dinero del premio en producir nanotubos de carbono dopados permanentemente con cloruro que puedan instalarse en un grifo.

Teóricamente, se ha sostenido que los neutrinos (unas partículas sin carga y apenas masa) eran capaces de interaccionar con el núcleo completo de un átomo (y no solo con los neutrones y protones separadamente).

Ahora, el detector de neutrinos más pequeño del mundo ha identificado esta interacción.

Una teoría de 40 años

Un grupo internacional de investigadores lo ha confirmado experimentalmente en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, Estados Unidos, ha empleado el detector de neutrinos más pequeño del mundo (la Fuente de Neutrones por Espalación del Laboratorio Nacional Oak Ridge) para demostrar experimentalmente este mecanismo de interacción, registrando la llamada dispersión elástica coherente neutrino-núcleo (CEvNS, por sus siglas en inglés).

El detector fue reforzado con más de 12 metros de hormigón y grava para bloquear interferencias con otras partículas. De este modo, se confirma la teoría propuesta por el físico teórico Daniel Z. Freedman en 1974.

Según Juan Collar, coautor del estudio y profesor de Física en la Universidad de Chicago:

Las cosas se complican cuando se tiene en cuenta que los núcleos más pesados que utilizamos, aquellos para los cuales este tipo de interacción se hace mucho más frecuente, son también en los que el desplazamiento nuclear producido es más pequeño.

Las aplicaciones de esta herramienta podrían ser muy diversas, en campos como las telecomunicaciones o la búsqueda de minerales, por ejemplo; y también es de gran relevancia en la búsqueda directa de materia oscura.

Cabe recordar que, de toda la materia del universo visible, solo un 4% es materia normal, como la materia de la que están formadas todas las cosas que conocemos. Un 23% está hecho de materia oscura (invisible), que los físicos intuyen que existe pero no saben lo que es. El 73% restante, es decir, casi toda la materia del universo, es energía oscura, que también es invisible.

De toda la materia del universo visible, solo un 4% es materia normal, como la materia de la que están formadas todas las cosas que conocemos. Un 23% está hecho de materia oscura (invisible), que los físicos intuyen que existe pero no saben lo que es. El 73% restante, es decir, casi toda la materia del universo, es energía oscura, que también es invisible.

Ahora, un detector, el más aislado de influencias externas de todo el mundo, aspira a localizar parte de este universo esquivo: concretamente, la existencia de la materia oscura.

XENON1T

Bajo una montaña de Itali se encuentra el XENON1T. Con una masa total de unos 3.200 kilos, XENON1T es el detector más grande de este tipo jamás construido. Este último detector de la familia XENON ha estado en operación científica en el laboratorio subterráneo del Gran Sasso (Italia) desde el otoño de 2016.

Su forma es la de un gigantesco tanque cilíndrico de metal lleno de agua ultra pura para proteger al detector en su centro y un edificio de tres pisos de altura, transparente, donde se encuentran los detectores.

El detector central XENON1T, una cámara de proyección de tiempo de xenón líquido (LXeTPC), se localiza en las entrañas de un criostato en el medio del tanque de agua, totalmente sumergido con el fin de protegerlo tanto como sea posible de la radioactividad natural en la caverna.

Pero éste no es suficiente nivel de aislamiento, porque todos los materiales en la Tierra contienen pequeños rastros de radioactividad natural.

Una interacción de partículas en xenón líquido conduce a pequeños destellos de luz. Esto es lo que los científicos de XENON están registrando y estudiando para inferir la posición y la energía de la partícula que interactúa, y si puede ser o no materia oscura. Tal y como explica Elena Aprile, profesora de la Universidad de Columbia y portavoz del proyecto:

La mejor noticia es que el experimento continúa acumulando datos excelentes, lo que nos permitirá probar muy pronto la hipótesis WIMP (unas partículas hipotéticas que podrían explicar el problema de la materia oscura) en una región de masa y sección transversal con átomos normales como nunca antes.

Días después de hablar del Gran Supercolisionador de Hadrones, una obra faraónica consagrada a objetivos de alta ciencia, esencialmente incomprensible para los ciudadanos de a pie, hoy toca introducirnos en otro aparato que bien podría formar parte la ignota tecnología de los alienígenas de la película Planeta Prohibido o los heechee de la saga de novelas de Pórtico.

Os hablo del Super-K o el Super-Kamiokande. El mayor observatorio de neutrinos del mundo. Esta gigantesca estructura está situada a 1.000 metros bajo tierra, en la mina de Mozumi, en Japón. Tiene un cuerpo cilíndrico de 40 metros de altura por 40 metros de anchura, y en su interior hay 50.000 toneladas de agua pura rodeadas de unos 11.000 tubos fotomultiplicadores encargados de detectar la presencia casi fantasmagórica de los neutrinos.

Este estrambótico artefacto es necesario porque, como sabéis, los neutrinos son partículas muy esquivas. Aunque nuestro Sol es una fuente gigantesca de neutrinos (se crean durante los procesos termonucleares que se dan en las entrañas de las estrellas) y cada día llegan millones a la Tierra, nos atraviesan limpiamente como si en realidad no existieran.

El funcionamiento del Super-K, muy resumido, sería el siguiente. Al llegar al cilindro de agua, los neutrinos interactúan con las partículas presentes en el tanque y emiten una radiación azulada que es registrada por los tubos fotomultiplicadores. Este destelleno, conocido como radiación de Cherenkov, proporciona información sobre la dirección y la clase de neutrino que ha llegado.

La razón de que el detector deba estar a tanta profundidad, blindado y en galerías subterráneas, es que así se evitan las interferencias de otras partículas que colisionan con la atmósfera y el ruido cósmico.

De ese modo, el Super-K es como un gran observatorio que, sin embargo, no enfoca el cielo sino que se mantiene oculto bajo la tierra, cegado como un topo. Escrutadores del universo que, muy pronto, aumentarán sus virtudes gracias a los nuevos proyectos de construcción en el lago Baikal (Siberia) o el telescopio europeo de neutrinos que se construirá bajo el Mediterráneo.

Vía | Fogonazos