Onda Gravitacional - Primera prueba de la Inflación del Universo

Recientemente se ha descubierto lo que podría ser una prueba que apoya la la Inflación Cósmica, es decir, una prueba que sustenta los argumentos de la expansión del universo en los instantes iniciales y que, además, podría resolver el problema del horizonte. Antes de embarcarnos más en este asunto vayamos a sus orígenes.

Todo se remonta a 1964, año en el que Arno Allan Penzias junto con Robert Woodrow Wilson descubrieron, por accidente, la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB). Gracias a este descubrimiento ganaron en 1978 el Premio Nobel en Física. El descubrimiento fue totalmente fortuito, ambos científicos buscaban imágenes de radio de determinados objetos en el universo en las cuales aparecía un ruido "de fondo" constantemente. Tras años de investigación se concluyeron que este molesto ruido "de fondo" era, en realidad, la prueba (e imagen) de un universo temprano. Observaron, en términos simples, una "foto de la infancia del universo" alrededor de 380.000 años tras el Big Bang:

Era muy uniforme, las variaciones eran muy escasas y puntuales, ésto entusiasmó tanto a los físicos que decidieron construir el telescopio C.O.B.E. (Cosmic Background Explorer) para obtener una mejor calidad en la "foto". Aún así, se decidió construir un telescopio todavía mejor que captara una mejor imagen, para ello se diseñó el W.M.A.P. (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) que se lanzaría en Junio de 2001. Pero a pesar de la calidad de la imagen a los científicos no les bastó, y por ello se lanzó otro telescopio que recogería una imagen prácticamente perfecta. Esto demostró que el universo tenía zonas con una densidad mayor que en otras, estas zonas con mayor densidad son en las que la fuerza de la gravedad aglomera la materia formando estrellas y galaxias, es decir, si el universo hubiera sido uniforme, las estrellas nunca hubieran existido. Puesto que el universo temprano era uniforme, no podemos ver nada en el periodo que va desde 0-380.000 años, esto se debe a que los fotones chocaban constantemente (como en una máquina de pinball). Fue tras esos 380.000 años desde el comienzo cuando el universo se expandió y enfrío lo suficiente como para que los fotones tuvieran la libertad de moverse prácticamente de forma soberana. Ésto plantea una pregunta, ¿qué ocurrió en ese intervalo de tiempo?, y más importante aún, ¿cómo respondemos a esta pregunta?  Aquí es donde entramos en el tema, para explicar la uniformidad del universo hasta este punto se propuso lo que conocemos como Inflación, esta propuesta postulaba que justo tras el Big Bang el universo se expandió increíblemente rápido, para que os hagáis una idea de la velocidad a la que ésto ocurrió se propone un tiempo de inicio de 0.00000000000000000000000000000001 s o 1x10^-35 s y terminó a los 0.00000000000000000000000000001 s o 1x10^-32 s tras el Big Bang. Ésto sería la explicación de esa uniformidad, al igual que tú cuando miras una foto en un álbum digital y, rápidamente, aumentas una zona, ves un color, una zona uniforme. Pero durante mucho tiempo la teoría de la Inflación se concibió como una "idea loca" creada para explicar un hecho que aún no comprendíamos (al igual que los mitos). Para averiguar si ésto realmente pasó debíamos observar una "imagen" de este periodo uniforme, sin embargo, como ya he explicado antes, es imposible, no podemos captar con nuestros sensores luz de ese periodo.  Pero, hay otras cosas que podemos detectar, del mismo modo que detectamos los agujeros negros en estado pasivo o planetas rocosos en otros sistemas, gracias a la gravedad, en concreto, gracias a las ondas gravitacionales. Sabemos que cuando alternamos una carga eléctrica se forma un campo, algo parecido ocurre con la masa, obtenemos fluctuaciones de la gravedad. Pues bien, el Big Bang también debió de producir estas ondas. Aquí nos encontramos con un problema, estas ondas son extremadamente débiles y muy difíciles de captar. Pero se sabe que, si en el momento de la Inflación todo se expandió rápidamente, las ondas de gravedad de ese momento estirarían y comprimirían toda la materia del universo infante, entonces podríamos ser capaces de detectar ese impacto de las ondas de gravedad en esa "foto" del universo. Para ello se necesitaría una foto tan clara que no solo detectara los puntos densos y ligeros o fríos y calientes, necesitaríamos detectar también la polarización de esa luz. Gracias a eso podríamos confirmar la Inflación (puesto que sabemos la forma en la que oscilaría). Y ésto es lo que los científicos han hecho y, ¿qué es lo que encontraron? - Exactamente lo que quería y buscaban.

Esta imagen es la que causa tanto entusiasmo en astrónomos y físicos, uno de los mayores descubrimientos que ha realizado la humanidad hasta ahora.

En esencia, esta imagen representa la polarización del fondo cósmico de microondas, ¿cómo?, pues muy simple, como bien es sabido los fotones pueden tener una "orientación" (esto tiene que ver con la dirección con la que el campo magnético de los fotones oscila). Lo que vemos en la imagen es, en realidad, la impronta que dejaron las ondas gravitacionales en la polarización de los fotones.

Fuente de laboratorio con una ATX

Hola buenas, este es mi primera entrada en este blog, me gustaría dedicarla a como he construido una de mis "herramientas" principales, una fuente de laboratorio, con un regulador de voltaje, hecha a partir de una fuente ATX y una serie de componentes. Esto no es un tutorial, tan solo una memoria de un proyecto que he decidido realizar. Puedo aseguraros de que sale enormemente más económica que comprar una nueva (300-400€) o de segunda mano (100-200€) Así que allá vamos.

Lo primero, una lista de materiales.

• 1x Fuente ATX (todas las de PC son ATX)
• 2x Resistencias 220 Ω
• 1x Led rojo 5mm
• 1x Led verde 5mm
• 1x Interruptor (o conmutador)
• 1x Pareja de borne macho-hembra negro
• 2x Pareja de borne macho-hembra rojo
• 1x Voltímetro LCD (o analógico)
• 1x Circuito integrado LM317/LM317T
• 1x Condensador electrolítico de 1µF
• 1x Condensador 0.1 µF
• 1x Potenciómetro 2 KΩ

Vamos a comenzar por el acondicionamiento de la fuente. La desmontamos y desoldamos, cortamos o guardamos los cables que no vamos a utilizar, yo he desoldado todos los cables excepto los del pin principal (el de 24) que es el que voy a utilizar. Guardamos los cables desoldados para después. A continuación los separamos por colores y nos hacemos una tabla con sus respectivos voltajes. En este caso para la mía son estos.

Una vez hecho esto podemos pasar a realizar los orificios para los cables y los componentes, se puede hacer de distintas formas, aquí os adjunto algunas.

En mi caso voy a reutilizar la carcasa de una vieja fuente que tenía (con la que además reparé la que voy a utilizar). Vamos a atornillar la parte trasera de la carcasa a la fuente nueva mediante 4 tornillos, para ello realizamos los agujeros.

Le realizamos los orificios del interruptor (en mi caso de tipo palanca y con rosca), para ello voy a utilizar una broca de 6mm, pero todo depende del tamaño de su conmutador. Ahora con una broca de 4mm los dos orificios para los led de "stand-by" y de encendido. Con la broca de 6mm los agujeros de los bornes y el lector LCD. Aquí os dejo el esquema de mi sobrecubierta.

Una vez hechos todos los orificios quitamos las rebabas y limamos un poco para que se ajuste a la perfección. Para poder montar y desmontar la sobrecubierta en caso de necesitar reparar alguna avería o incluso añadir mejoras he decidido realizar todas las conexiones con clemas.

Lo primero será instalar el interruptor o conmutador, lo situaremos conmutando el puente entre el la masa y el cable verde, cerrando y abriendo el circuito completo. Para ello soldamos los dos terminales del interruptor a el cable de masa (negro) y el verde. Debería quedar así;

 Ahora iremos con los indicadores luminosos, para comenzar soldamos las resistencias a los led. Siempre al positivo del led (patita larga). Una vez tengamos los dos led y las dos resistencias soldadas les añado con el soldador cuatro terminales, negro para la masa y rojo para el positivo.

Como el led rojo debe indicar "stand-by" buscamos un cable que, mientras está puenteada la fuente (verde + negro) sigue emitiendo voltaje. Comprobando con el voltímetro efectivamente se trata del morado, aunque ya venía indicado mediante las iniciales 5vsb.
 Bien, para el led rojo soldamos a la resistencia un cable negro y le añadimos una clema a la que unimos el cable morado (5vsb) y al extremo negativo del led soldamos un cable negro y añadimos una clema para unirlo con el cable de masa. Debería quedar así;

Como el led verde indica que la fuente está encendida o apagada necesitaremos que la corriente que le sea suministrada se corte cuando la fuente no está puenteada. Para ello nos vale cualquier cable que no sea el morado. Yo utilizaré el cable rojo, de 5V, así que realizamos el mismo proceso que para el led rojo solo que en este caso, a la clema del extremo positivo le uniremos el cable rojo, así;

Una vez soldados los leds vamos con los bornes, tenemos uno principal de masa (negro) que en mi caso se encontrará en la esquina inferior izquierda. Hay muchos modelos de borne, pero en general todos van con un tornillo y una tuerca, hay que cuidar de que este tornillo no haga contacto con la chapa de la sobrecubierta, produciría un corto o, en el peor de los casos, te podría electrocutar. Para ello aseguro antes la zona con un poco de pintura aislante. Instalamos los bornes Según su voltaje. Más abajo añadiré una guía de todas las conexiones.

Ahora viente el regulador de voltaje, ésto es la parte más complicada, ya que tiene un circuito integrado LM317/T. Vamos a comenzar analizando un poco el ajuste. Sabes que el LM317 tiene tres terminales, VIN que es el voltaje de entrada, ADJ que es el terminal de ajuste y un VOUT que es el voltaje de salida. El circuito necesita una resistencia variable para controlar el voltaje, esta resistencia se calcula en función del voltaje que deseéis y de otra resistencia R2, cuyo valor debéis fijar.

Rvariable = (VIN – 1,25).(R1/1,25)

Donde 1,25 es el voltaje mínimo que puede alcanzarse. Fijamos el valor de R1 en 240 Ω y el voltaje de entrada (VIN) en 12 v. 

Ahora, la pregunta del millón, ¿cómo puedo aumentar éste voltaje? Es muy simple, tenemos tres opciones;

1. Si tenemos un cable con mayor voltaje (depende de la fuente) podemos usar ése, sin embargo como en mi caso el cable con mayor voltaje es de 12 V hay otras dos opciones.
2. Conectar dos fuentes en serie, si tenéis otra fuente que no os sirva de nada unís el terminal positivo de vuestro cable de voltaje más alto (12 V) al negativo de la otra fuente, obteniendo en el terminal de la fuente añadida la suma de los dos voltajes. En mi caso no poseo una segunda fuente.
3. Podemos improvisar, con un transformador AC-DC (presente en todos los móviles y aparatos eléctricos) una "fuente" para conectar en serie. En este caso yo he encontrado un transformador a 12 V y 0,5 A, por lo que perderíamos amperaje, pero eso no importa. Desarrollo esta idea a continuación;

Cogemos el transformador y las cortamos con la sierra de calar o cualquier objeto afilado los terminales que se conectan a la línea doméstica. Éstos deben ser conectados a la línea de 220 V, asegúrate de que estás trabajando con la fuente apagada, podría electrocutarte y matarte la intensidad de la línea. Yo he soldado los cables para alargar un poco el transformador. Ahora si tiene tierra, perfecto, si no, no pasa nada.

En mi caso he abierto la fuente y he soldado los terminales que van a línea detrás del conector de la fuente a la corriente doméstica. Después he pasado todo el cable por la fuente hasta la detrás de la sobrecubierta. Un dibujo para aclararos;

Una vez tenemos ya los 24 V, podemos seguir aumentando con el mismo proceso. Hemos doblado el voltaje con esto es suficiente. Ahora podemos calcular el valor máximo del potencíometro o resistencia variable.

Rvariable = (24 – 1,25).(240/1,25) = 4.386 Ω , como adquirimos un potenciómetro de 2 KΩ voy a reajustar la resistencia R1 para que me de un valor lo más próximo posible a 2 KΩ. Despejamos entonces R1 de la ecuación con los 2 KΩ

2.000Ω = (24 V – 1,25 V).(R1/1,25 V) ; ((2000 Ω)/(24 V - 1,25 V)).1.25 V = R1 ; R1 = 109,89 Ω

El valor comercial más cercano son 110 Ω o 100 Ω. En mi caso utilizaré 100 Ω.

Una vez que tenemos calculados los valores de las resistencias y el voltaje preparamos todos los componentes. Yo los voy a soldar en una plaquita de circuito, aunque vosotros podéis hacerlo al aire si no tenéis. Este será el esquema de cómo lo hemos de montar;

Los condensador o capacitor C1 de 0.1 uF se coloca para rectificar la señal y el condensador C2 se coloca para mejorar la respuesta a transitorios. [En proceso...]