Fusión nuclear

 
Durante el año 2022, en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California (EE.UU.) los científicos han logrado hacer una reacción nuclear de fusión produciendo más energía de la empleada. La singularidad del proceso consistió en que los investigadores han probado que son capaces de obtener energía de la fusión nuclear de forma controlada. Se trata de un paso indispensable para imitar las reacciones nucleares que ocurren en el Sol y las estrellas: conseguir, con materia abundante en la Tierra, la fusión de dos núcleos de átomos de hidrógeno. ¿Cómo lo hicieron? Los científicos dirigieron ciento noventa y dos láseres contra una cápsula de deuterio y tritio -ambos son isótopos del hidrógeno-, del tamaño de dos milímetros, como un grano de arroz. Como consecuencia de los rayos láser, el tritio y el deuterio se movieron hacia adentro; si se logra una implosión perfectamente esférica, llega un momento que el centro de la cápsula alcanza la suficiente densidad y temperatura -tres millones de grados centígrados- como para que se produzca la fusión nuclear y se libere más energía (tres megajulios) que la invertida (dos megajulios) en la ignición. 
El experimento es el comienzo de un camino que los técnicos esperan conduzca -dentro de unas décadas- a la construcción de centrales eléctricas comerciales que funcionen con la energía procedente de la fusión nuclear. Para no ser víctimas de un desenfrenado optimismo prematuro consideremos que sólo una cápsula ha ardido y que, para tener energía comercial, es necesario que muchas cápsulas ardan cada minuto. Señalemos también otro inconveniente. ¿Con qué materiales debe construirse el reactor? Los materiales tendrán que soportar, durante años, temperaturas de millones de grados, además de un bombardeo continuo de neutrones muy energéticos; porque ellos son los portadores de la energía. Bajo tales condiciones extremas cualquier materia se vuelve radiactiva. 
A pesar de todo, Marvin Adams, vice-administrador de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA) para Programas de Defensa de EEUU, patrocinadora principal del laboratorio, recordó que la fusión es un "proceso esencial en las armas nucleares modernas y tiene potencial para crear energía limpia en abundancia”. 
Señalemos por último que la investigación en fusión nuclear se desarrolla fundamentalmente por dos vías: hemos apuntado una, recordemos la otra, en la cual la Unión Europea ha invertido un gran presupuesto: la que se intenta realizar en el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER), que se está construyendo en Francia, y opera mediante el confinamiento magnético de plasma.

Rubisco

Las enzimas son grandes moléculas que contiene una célula. ¿Su tarea? Conseguir que las reacciones bioquímicas transcurran. Me voy a fijar en una enzima concreta, quizá la más abundante de toda la biosfera. Se trata de la que fija el dióxido de carbono atmosférico a las células vegetales. Sin ella las plantas no podrían sintetizar los azúcares, grasas y proteínas, moléculas construidas con átomos de carbono; y sin plantas no podríamos existir los animales, que nos alimentamos de ellas. 
La rubisco une al dióxido de carbono del aire, que previamente se ha disuelto en el agua, con una molécula de cinco carbonos que contiene la célula. Una serie de reacciones bioquímicas transforman al producto en glucosa; no es gratis -energéticamente hablando- la reacción pues para hacerla es necesario consumir energía -tres moléculas de ATP, expresado en jerga técnica— para pegar un único carbono. 
La rubisco, que efectúa la unión, es una de las enzimas más ineficientes de la naturaleza, tanto lo es que, para fijar el dióxido de carbono en la cantidad requerida para satisfacer las síntesis necesarias para mantener la vida célular, la mitad de las proteínas solubles que contienen los cloroplastos -los cubículos celulares donde se efectúa la fijación del carbono- son enzimas rubisco ¡nada menos!
Existe un proceso en las plantas que, al igual que la respiración, consume oxígeno y produce dióxido de carbono; se trata de la fotorrespiración; fenómeno que se produce debido a la falta de especificidad de la rubisco, que opera tanto con el dióxido de carbono como con el oxígeno molecular: la competencia entre ambas moléculas supone un inconveniente para la célula puesto que, cuando la enzima trabaja con el oxígeno, además de gastar inútilmente energía, libera parte del dióxido de carbono fijado previamente; en concreto, para sintetizar una molécula de glucosa, que tiene seis átomos de carbono, requiere fijar nueve carbonos. ¡Que ya es mucho desperdiciar! 
Especulemos. Si se modificase genéticamente la rubisco; para que su velocidad de ejecución, extraordinariamente pequeña, fuese comparable a la de otros enzimas, cientos o miles de veces superior, y para que se volviese más selectiva para el dióxido de carbono (y desdeñase al oxígeno): aumentaría la fotosíntesis de biomoléculas en el planeta y, suponemos, disminuiría la cantidad de dióxido de carbono atmosférico. ¡Atención! Los químicos ya han hecho modificaciones en otras rutas bioquímicas y… ¡nada ha sucedido!. El control de las rutas metabólicas es más complicado de lo que parece. 

Computación cuántica

El español Ignacio Cirac ha sido candidato al Premio Nobel de Física y esperamos que, más pronto que tarde, se lo concedan. ¿Su mérito? Hizo, con Peter Zoller, la descripción teórica del primer ordenador cuántico. 
Para familiarizarse con estas futuristas máquinas se requiere conocer siquiera someramente qué es el cúbit, la superposición de estados cuánticos y el entrelazamiento cuántico; conceptos que, como todo lo que se refiere a la física cuántica, resultan casi incomprensibles. Comentémoslos brevemente. 
Un cúbit -o bit cuántico- es la unidad mínima de información que maneja un ordenador cuántico. A diferencia de los bits de los ordenadores convencionales que tienen un único valor, cero o uno, los cúbits consisten en una combinación simultánea de cero y uno: mucho cero y poco uno, mucho uno y poco cero, lo mismo de ambos, o cualquier otra combinación posible de los dos números. Comparemos ambos ordenadores: uno cuántico con sólo treinta cúbits equivale a uno convencional que ejecuta diez billones de operaciones por segundo; otro con doscientos setenta cúbits tendría más estados base que átomos hay en el universo. 
Un objeto cuántico (un electrón) se supone que existe en todos sus posibles estados de forma simultánea (superposición de estados), pero, si hacemos una medida, obtenemos un único resultado. ¿Nada parece extraño? Observemos un experimento: un electrón se lanza hacia dos rendijas; si hacemos una medición detectamos que atraviesa una de ellas; pero si prescindimos de la medida se supone que pasa por las dos rendijas al mismo tiempo. ¿Sorprendido ahora?
El entrelazamiento cuántico entre dos objetos cuánticos significa que ambos constituyen un único objeto, incluso separados y estando uno en el otro extremo del universo; de tal manera que, al medir las propiedades de uno, condicionamos instantáneamente las propiedades del otro. Es posible enlazar dos partículas (electrones) de tal forma que su giro global (su espín) sea nulo; si observamos el giro de una es imposible de predecir si girará hacia la derecha o hacia la izquierda; pero sí podemos asegurar que si observamos que su giro es diestro la otra tendrá un giro zurdo, o viceversa. Esta correlación nos indica que las medidas realizadas en un objeto cuántico parecen influir instantáneamente en otro entrelazado con él, y sugieren que alguna influencia instantánea se propaga entre ellos, a pesar de su separación; no obstante, sabemos que no se transmite información entre ellos a una velocidad superior a la luz. ¿Incomprensible? Se ha comprobado en los laboratorios.

Barbitúricos

A muchos militares destinados en el Pacífico, durante la segunda guerra mundial, les dieron pastillas de barbitúricos para permitirles tolerar el calor y la humedad extremas: a nadie extrañará que muchos soldados regresaran a su hogar con adicciones. No sólo ellos padecieron los efectos adversos de los barbitúricos pues muchos médicos -por ignorancia de su peligrosidad- los recetaron a sus pacientes durante los años cincuenta y sesenta del siglo pasado. 
Barbital, fenobarbital, pentobarbital y tiopental (pentotal) son compuestos derivados del ácido barbitúrico; sintetizado por los químicos en el 1864, es el precursor de una numerosa familia de sustancias -los químicos ya han sintetizado más de dos millares- que actúan como fármacos. Los barbitúricos deprimen nuestro sistema nervioso central. Debido a su peligrosidad ya no se prescriben -como se hizo en el pasado- para la ansiedad (como sedantes o ansiolíticos) ni para el insomnio (como hipnóticos): otros medicamentos los han reemplazado; sin embargo, todavía se emplean en la anestesia, para el tratamiento de algunas migrañas, en la eutanasia o el suicidio asistido y para la pena capital. ¿En qué consisten sus efectos adversos? En las sobredosis mortales y en su potencial de adicción: se consideran más peligrosos que cualquier otra sustancia adictiva conocida. La abstinencia a los barbitúricos, que recuerda al delirium tremens que sufren los alcohólico, es más grave y puede resultar fatal.
Los bioquímicos conocen su mecanismo de acción. Los barbitúricos se unen al receptor del GABA -la principal molécula inhibidora de las neuronas del sistema nervioso humano-, potenciando su acción; y, además, bloquean los receptores del glutamato -la principal molécula excitadora de las neuronas del sistema nervioso humano-. A la acción conjunta -estimulan la inhibición e inhiben la excitación de las neuronas- se debe que produzcan mayores efectos depresores sobre el sistema nervioso que otros fármacos.
¿Qué argumentan quienes los usan con fines recreativos? Que les proporciona un subidón acompañado de euforia y relajación. Desgraciadamente aumenta la morbilidad entre estos imprudentes sujetos: pues hoy sabemos que, entre sus usuarios, uno de cada diez hombres y dos de cada diez mujeres acaban suicidándose; no hay más que recordar el trágico final de Marilyn Monroe, el icono del cine del siglo XX. El peligro aún puede ser mayor si a su ingestión se le añaden otras sustancias depresoras del sistema nervioso, como el alcohol, pues se potencia su acción sedativa, tanto como para padecer un fallo respiratorio letal quien los toma.