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Una odisea espacial: Star Wars y la ciencia en el espacio

Autor
Categoría
Astronáutica
Astronomía
Biología
Física
Ingeniería
Fecha de Publicación
2016/12/22
Temas
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Uno podría pensar que la cantidad de cosas que se han escrito sobre Star Wars es inmensa (como la cantidad de trozos de Alderaan). Entonces, ¿por qué debemos leer algo más sobre esa maravilla épica fantástica, que la papada hecha hombre llamada George Lucas diseñó? Por uno de los motivos más nobles conocidos por la especie humana: trollear a alguien.
Pero en Etilmercurio sabemos que probablemente usted ya hizo cuanto test de conocimiento hay sobre Star Wars; sabe que Kashyyyk es el planeta natal de los wookies y que los mon calamari son una raza de guerreros muy respetados. Sabemos que usted reconoce a un corelliano por las líneas rojas de su pantalón y que sabe del santuario de cristales en Ilum. Sabemos que usted sabe, y sabemos que sabe que sabemos, pero queremos acercarle la ciencia necesaria para que los artefactos de la saga cinematográfica más importante de la historia de nuestro sistema solar puedan ser (algún día) realidad.

Sables de luz

El sueño de todo niño, niña (y adult@) fan de Star Wars. Una espada con la potencia para cortar lo que se ponga por delante, con colores brillantes y que haga ruiditos geniales. Pero la pregunta es, ¿es posible crear un arma de este tipo? Como hemos descubierto en el tiempo que llevamos divulgando ciencia para ustedes, ésta tiene respuesta para todo. Pero primero veamos la teoría detrás de los sables.
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Es... hipnotizante...
Estas armas, suficientemente pequeñas para usarse con una mano, deben tener una fuente de energía poderosa y compacta, con la que son capaces de traspasar metales como si fueran mantequilla. Sin embargo, un sable no puede traspasar a otro sable (o los duelos serían bastante aburridos). Poseen una longitud limitada (cercana al metro y medio) y pueden tener una amplia variedad de colores (azul, verde, rojo, blanco, amarillo, violeta, negro, entre otros).
La primera opción que se viene a nuestras mentes es que sean (tal como los conocemos en los países de habla hispana) sables láser. Sin embargo, esto no cumple con dos de los requisitos básicos: el láser no tiene una longitud fija (como lo comprueba cada verano el tontito con el láser en el Festival de Viña). Y, a no ser que se encuentren en un lugar con humo o polvo en suspensión, un láser es prácticamente invisible visto desde los lados.
Entonces, ¿con qué podemos hacer un sable de luz? ENTER THE PLASMA. El plasma es otro estado de la materia (¿Recuerda cuando le decían que la materia tenía tres estados? ¿Sólido, líquido y gaseoso? Bueno, se les olvidó mencionar el estado plasmático y como 12 más) al que se puede someter un elemento cuando se le calienta al extremo de aumentar o reducir el número de electrones de sus átomos en un proceso llamado ionización. Este estado también puede alcanzarse por otros medios, como poderosos campos electromagnéticos, láseres o generadores de microondas.
Aunque nos suene muy 100tifiko, todos conocemos y hemos visto aplicaciones del plasma en los tubos fluorescentes (esos que siempre titilan) y en las luces de neón. Estos plasmas poseen una baja energía calórica, debido a la baja densidad del gas en el que se generan. Sin embargo, podemos encontrar plasmas a altas temperaturas en equipos conocidos como «antorchas de plasma». En ellos, se hace pasar un gas ionizado a través de dos electrodos con un alto voltaje, lo que convierte el gas en plasma.
Pero, en este momento, usted debe estar diciendo: «Etilmercurio, ¿qué es eso? ¿Un sable láser para hormigas?». Por suerte, como el plasma está compuesto de partículas cargadas, puede ser manipulado mediante campos electromagnéticos. De hecho, algunas de las tecnologías más promisorias en el campo de la fusión nuclear se basan en el confinamiento del plasma. [1] Con eso tenemos solucionado el problema del tamaño. [Nota del Editor: no insertar tallas respecto del tamaño acá. No hacerlo]
El mismo campo electromagnético puede ayudarnos con el problema del choque entre sables. ¿Ha tratado de juntar alguna vez dos imanes por el lado de la misma polaridad? Lo mismo pasaría al chocar dos sables, ya que ambos poseen campos electromagnéticos que confinan el plasma.
Con respecto al color: éste dependerá del gas utilizado para crear el plasma. Si queremos un sable jedi, podemos usar cloro para tener un plasma azul. Si nos volvemos al lado oscuro, el helio se convertirá en plasma rojo. Y tenemos un abanico suficiente como para hacer la bandera LGBT (y más).
Finalmente llegamos al punto crítico: necesitamos una fuente de energía de alto voltaje para convertir el gas en plasma, que a la vez sea lo suficientemente pequeña para caber dentro de la empuñadura. Y después de aceptar todas nuestras suposiciones anteriores, ésta es la más inverosímil. Si bien nosotros no estamos tan cerca de crear una fuente de estas características (utilizando pistas de las películas, podemos calcular que la potencia requerida por el sable es de aproximadamente 28 kW [o 56 hervidores de agua funcionando al mismo tiempo]), aceptemos que los jedis tienen una tecnología mucho más avanzada que la nuestra.
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This battle station is fully operational

Creemos que todos han mirado las estrellas (o la galactea o el fondo del alma). Como explicamos anteriormente, esas bolas de plasma escupen radiación electromagnética mientras se morfan toneladas de hidrógeno para convertirlo en helio (y luego helio para convertirlo en carbono, carbono para convertirlo a neón…). La radiación electromagnética del Sol que llega a nuestro planeta es la encargada de mover el ciclo hidrológico, de alimentar energéticamente a las plantas para realizar fotosíntesis y darnos el bronceado fascinante que se transforma, usualmente, en cáncer de piel.
¿Cuánta energía llega a la superficie de la Tierra de esa bola caliente que nos quiere matar? Si medimos la energía en Joules (que sería la energía necesaria para mover un metro una masa de kilo sujeta a una fuerza de 1 Newton), esto es algo así como 10710^{7} Joules por segundo. En números para diputados: en un segundo, la energía que nos llega del Sol es casi la misma que se necesitaría para hacer funcionar un aparato de aire acondicionado para cada habitante homosapiens de la Tierra durante un año.
Son números gigantes, pero pueden serlo aún más. ¿Cuánta energía se necesita para destruir un planeta, digamos, uno como la Tierra? Sólo para ponerle un nombre, llamémoslo Alderaan. Y, sólo como referencia, pensemos que destruimos ese planeta con un rayo mortal (sí, así lo llamaremos… sólo como referencia). La energía requerida por el rayo mortal de la Estrella de la Muerte (la primera) es del orden de 102710^{27} J (algo así como la energía que el Sol genera en una semana). Puede sonar ridículo, pero para el universo eso no es una cosa de locos. Por ejemplo, hace aproximadamente 1.400 millones de años dos agujeros negros colisionaron a 40 mil millones de kilómetros de distancia, enviando ondas gravitacionales que fueron medidas por el observatorio LIGO (Large Interferometric Gravitational wave Observatory) en septiembre de 2015. Esas ondas fueron la consecuencia de un evento que disipó cerca de 510475 \cdot 10^{47} Joules). La potencia energética de ese evento fue 50 veces más grande que toda la que generan las estrellas visibles de nuestro universo.
Ahora, también es cierto que, al disparar su rayo mortal, la Estrella de la Muerte saldría disparada en dirección contraria a la del rayo y seguramente sería desintegrada por la impulsión. Así que esa estación espacial de combate totalmente operacional debe tener un sistema de compensación de retroceso de proporciones épicas, o la Alianza Rebelde no habría tenido que mover ni un Ala-X para destruirla.

That’s no moon

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Hace un tiempo, la misión Rosetta desplegó su «lander» Philae sobre el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko para estudiar sus propiedades (su composición, su geomorfología, su gravedad y los compuestos que lo conforman). Philae rebotó más de 1 kilómetro luego del primer impacto debido a la bajísima gravedad del cometa.
La Estrella de la Muerte también generaría una pequeña aceleración de gravedad que puede ser estimada. Suponiendo que la estructura hueca de 357 niveles y 120 kilómetros de radio sea de metal (digamos, aluminio), uno podría estimar la aceleración de gravedad que ésta generaría si suponemos que tiene una densidad uniforme (10% aluminio, 90% aire) y es esférica. Usando las Leyes de Newton (en realidad sus teoremas sobre la atracción de gravedad generada por cáscaras esféricas), la aceleración de gravedad en la superficie de la estación espacial sería algo así como un 5% de la que se siente en la Tierra. Esta aceleración incluso es diferente en diferentes lugares de la superficie de la Estrella de la Muerte, porque la densidad de material en realidad no es uniforme.
Esto nos muestra que, para que la estación espacial esté completamente operacional, es necesario un sistema de generación de gravedad. Para quienes nos digan que eso no existe actualmente, les presentamos el efecto de la rotación que genera pseudo-fuerzas (o lo que llamamos fuerza centrípeta, que un poderoso aliado es). Si no nos quiere creer, Jeff Williams en la ISS los saluda desde el espacio exterior.

Gravedad en exoplanetas

Una de las características de los diversos planetas en los que ocurre nuestra ópera espacial es que en la mayoría de ellos nuestros héroes y villanos no tienen problema alguno con la gravedad. Ya sea en el frío Hoth o en el desértico Jakku, todos parecen tener una gravedad muy cercana a la que tenemos en la Tierra. ¿Es esto posible?
Imaginamos que a estas alturas ya sabrán la respuesta. Un grupo de físicos españoles publicó en mayo de este año un paper [2] relativo a la gran cantidad de exoplanetas descubiertos en las últimas décadas, principalmente gracias al telescopio espacial Kepler, que ha descubierto casi la mitad de los más de 2000 exoplanetas que conocemos hoy. Mientras Kepler avista estos planetas observando la ligera disminución de la luz que producen al pasar frente a una estrella, otros telescopios miden el «bamboleo gravitacional» que estos planetas producen en la estrella. Este bamboleo entrega una estimación de la masa mínima del planeta.
Así, los autores clasifican los exoplanetas descubiertos en tres categorías: 1) con masas menores a la Tierra (por ejemplo, Marte), 2) una zona de transición con «súper Tierras», Neptuno y algunos planetas del sistema solar, 3) gigantes gaseosos con masas cientos de veces mayores a la de la Tierra. Sorpresivamente, la «zona de transición» tiene varios planetas análogos en nuestro propio sistema solar con gravedad superficial similar a la Tierra: Venus, Urano, Neptuno y Saturno. Si bien no existe claridad en la relación entre las masas de estos planetas y su diámetro (para una masa definida podemos tener diversos tamaños, dependiendo de la composición del planeta y su atmósfera), los modelos de formación de planetas entregan pistas y restricciones acerca de sus tamaños. De hecho, telescopios ya han comprobado la existencia de «súper Tierras» con formación rocosa, atmósfera y una gravedad cercana a la de nuestro planeta, por lo que en ésta, Star Wars no está tan lejos de la realidad. Los autores terminan el paper diciéndolo: «Por lo tanto, si mientras ve The Force Awakens el lector observa a Harrison Ford caminando en Takodana como si estuviera dando un paseo por el Hollywood Boulevard, no sea tan crítico. Después de todo, esto podría no ser tan incorrecto».

Hablando de planetas…

Estimado lector, para este punto, no nos crea a nosotros. Cŕeale a la NASA. El día del lanzamiento de Rogue One, el sitio web de la agencia espacial gringa nos entregó un listado con los tipos de planetas existentes en el universo Star Wars y sus posible símiles en el nuestro. Acá les hacemos un resumen al estilo Etilmercurio.

Planetas con doble sol

Tatooine. Hogar de los Skywalker. También el nombre de un planeta de nuestra galaxia, cuyo nombre técnico es Kepler-16b. Al igual que el hogar de Jabba the Hutt, este planeta está iluminado por dos soles.
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Acá sí que los santiaguinos no reclamarían por el horario de invierno.
El Tatooine de nuestra galaxia es del tamaño de Saturno, se encuentra a 200 años luz en la constelación Cygnus y en él tendríamos dos sombras. Después de una tormenta, aparecerían dos arcoiris y cada puesta de sol sería única, ya que las estrellas están constantemente cambiando su configuración. Ahora, con ese tamaño, probablemente se trate de un planeta joviano (gaseoso), así que la única forma de aterrizar por allí sería en uno de sus hipotéticos satélites naturales.

Mundos desérticos

Algo que parece ser del gusto de Lucas son los planetas desérticos. Al conocido Tatooine se le suman Jakku, Geonosis, Calama, Korriban y una montonera más. Y la existencia de estos planetas no está muy lejos de la realidad, según Shawn Domagal-Goldman, un astrobiólogo de la NASA. «Los planetas desérticos son posibles. Tenemos uno acá mismo en nuestro sistema solar (Marte). Creemos que los planetas desérticos en otros lugares pueden ser incluso más habitables que Marte». Además, comenta que la existencia de estos planetas puede ser más común de lo que pensamos y ser lugares calientes como Tatooine y Jakku, o fríos como Marte o Jedha.

Planetas de hielo

Al igual que con Tatooine, existe otro planeta del universo Star Wars que tiene su símil en el nuestro. Nos referimos al planeta helado Hoth. El 2006 se descubrió una «súper Tierra» helada, designada como OGLE 2005-BLG-390L, pero a los nerds científicos de la NASA les recordó tanto a la base rebelde que le dieron el nombre no oficial de Hoth.
Si bien el Hoth de nuestra galaxia es demasiado frío para albergar vida (aunque no es tan helado como Conce en invierno, lo sabemos), existen otros planetas o lunas en los que sí es posible la evolución de vida debajo de la capa de hielo. De hecho, la NASA se encuentra trabajando en una misión para buscar vida bajo la cáscara de hielo de Europa (la luna de Júpiter, no el continente donde va de vacaciones el zorrón de mi primo). Y la luna de Saturno, Encélado, también posee un océano bajo la capa de hielo que podría ser hogar de vida extraterrestre.
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Encélado. Nunca tan frío como la taza del baño en invierno. By NASA/JPL/Space Science Institute [Public domain], via Wikimedia Commons

Mundos acuáticos

No, no hablamos del clásico joligudense de Kevin Costner, sino de planetas cuya superficie está cubierta de agua líquida. En el universo Star Wars tenemos como ejemplo el hogar de los clones, Kamino. También se habla de Mon Cala (lugar de nacimiento de Gial «It’s a trap!» Ackbar) o el más recientemente conocido Scarif. Si bien hasta la fecha no se han encontrado planetas con agua líquida en su superficie, sí conocemos mundos con océanos bajo su superficie (ver el punto anterior) y esperamos que, en un futuro cercano, podremos identificarlos gracias al destello de sus océanos. De hecho, fue este destello el que, el 2009, nos permitió confirmar que Titán, la luna más grande de Saturno, está cubierta de grandes lagos de hidrocarburos líquidos.

Planetas bosque

Si bien los bosques de la luna de Endor que conocimos en El Retorno del Jedi, así como Takodana en El despertar de la Fuerza, contaban con una vegetación verde como la que encontraríamos en cualquier bosque del sur de Chile que no ha sido quemado por un turista israelí, la astrobiología piensa que la vida vegetal en otros mundos podría tomar otros colores. Por ejemplo, el planeta Kepler-186f orbita la hipotética zona habitable de su estrella, una enana roja (una estrella mucho más fría y más roja que el Sol) que emite sobre todo radiación infrarroja. Esto podría influir en la fotosíntesis de su hipotética vegetación, creando una paleta de colores muy alejada del verde de nuestro planeta (y probablemente muy cercana al negro, aunque este tema fue sujeto de debate en el comité editorial de Etilmercurio: algunos aún sueñan con la hegemonía del rojo).
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¿Paraíso comunista o infierno UDI?

Mi papá es un cyborg

Para los que han seguido la saga, sabrán que en el universo de Star Wars las amputaciones no se curan con homeopatía (spoiler: nada se cura con homeopatía, it’s a trap). En Mustafar, ese cálido planeta lleno de parrilladas, en un confuso incidente (que algunos insisten en llamar problemas de convivencia escolar), la joven promesa Sith (me corrigen por interno que ahora se dice «alt-Jedi») Anakin Skywalker perdió algunas de sus extremidades. Afortunadamente, llegó el mismísimo Benedicto XVI a rescatarlo e hizo un milagro: le otorgó un traje-prótesis con el que pudo caminar, jugar al cachipún y ahorcar gente a distancia, y todo eso controlado con su mente. Algunos años más tarde, este maravilloso padre le daría una oportunidad similar a su hijo luego de cortarle su mano en Bespin.
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‘TIS BUT A SCRATCH!
Actualmente, no sólo existen manos, brazos y piernas artificiales que se usan para reemplazar miembros perdidos (que se pueden construir en impresoras 3D EN SU PROPIA TRAM… casa); algunos de estos aparatos son controlados directamente por el sistema nervioso, recibiendo y ejecutando las órdenes motoras generadas por el cerebro. Falta tiempo e investigación para que estas prótesis cyber-físicas se masifiquen y funcionen adaptándose al cerebro de cada uno, pero vamos bien encaminados.
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Robots médicos

Los que siguen series de ciencia ficción marca Acuenta, me dirán que el tricorder sirve como dispositivo médico de bolsillo y blah blah blah beam me up Scotty, y cosas así. En el universo de Star Wars, incluso en la trilogía inicial creada en los años '70 se puede ver cómo la atención médica está en manos de robots. En la actualidad, si tienes un apellido vinoso, puedes acceder a cirugía robótica (cirugía asistida por robots) en los centros de salud pública privada más cercanos a tu mansión. Pero ya en 2016 se ha logrado la primera operación quirúrgica autónoma sobre tejido blando en pacientes vivos.

We are caught in a tractor beam!

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Nombres simpáticos para planetas es sólo una parte de lo que esta ópera espacial entrega a la inspiración de la ciencia. Si usted cree lo contrario es que no ha pensado mucho en el rayo tractor. «Aaaah, pero eso sí que es pura ciencia ficción», se podría pensar. Bueno, no. La idea del rayo tractor parte en la década de 1930 con el libro Spacehounds of the IPC, del padre del género de las óperas espaciales, Edward Elmer (sí, ELMER) Smith.
«Yaaaa, ¿pero cómo vamos a hacer eso si va en contra de las leyes de Newton?». Bueno, no. En realidad, son las mismas leyes de Newton las que hoy permiten generar rayos tractores de partículas. El ejemplo paradigmático es la pinza óptica [3], que se construye con un haz láser focalizado mediante un lente sobre una partícula plástica en un fluido. Al colocar el punto de mayor intensidad del láser sobre la partícula, ésta queda atrapada en el punto de máxima intensidad del haz debido a la refracción de la luz, lo que permite mover la partícula hacia donde uno lo desee. Sí, ya cachó: como un rayo tractor. Alguien con vigorexia pensará, luego de extenuantes sesiones de eso que llaman crosspit (sic), «Aaaaah, pero eso sólo funciona con partículas del orden del micrón y no con objet—». Bueno, no. Se pueden generar rayos tractores usando la presión acústica (sonido) para mover objetos [4]. O sea, podemos atraer con un rayo de sonido (no de luz) objetos livianos, o hacerlos levitar. Claro, se podría argumentar que son fuerzas casi despreciables. Eso era lo mismo que decían del efecto transistor y mire qué bien se ve esta página en su computador.

¡Escudos al máximo!

En un universo en el que las batallas entre destructores estelares, cazas, TIE, cruceros de batalla, etc. suelen terminar con explosiones (sí, de esas que van en contra de la física), sin duda se deben poner muchos esfuerzos en la tecnología que ayude a evitar tal final. Es por eso que prácticamente todas las naves poseen escudos deflectores que les entregan algún tipo de protección contra las armas enemigas. Para ser más exactos, existen dos tipos de escudos deflectores: 1) escudos de rayo o de energía, que protegen contra armas de energía como los blásters y cañones láser; y 2) escudos de partículas, que protegen contra ataques de armas físicas, como misiles de impacto y torpedos de protones, y además sirven para colisiones contra asteroides y otras naves.
¿Cuán posible es esta tecnología en nuestro universo? Resulta que bastante. Un grupo de estudiantes de Física de la Universidad de Leicester se tomó un descanso de la eterna parranda que viene acompañada con la carrera (?) para estimar la factibilidad de que un escudo de este tipo sea construido con tecnología actual. [5] Y las conclusiones a las que llegaron son prometedoras: asumiendo que el escudo es producido conteniendo plasma ajustado a una frecuencia que pueda deflectar ciertas ondas electromagnéticas (de manera similar a lo visto con los sables de luz), concluyeron que se requiere generar un campo magnético de una magnitud menor a 5 Teslas (donde un Tesla es la unidad de medición de la inducción magnética, no el genio al que todos admiramos).
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Por muy sexy que esto sea…
Si consideramos que el mayor campo magnético creado en la Tierra es de 91,4 Tesla, podemos asumir que con la tecnología existente (o en vías de desarrollo, como nosotros) se puede generar este campo en el espacio. «Pero [siempre hay un pero con ustedes], Etilmercurio, ¿no nos acaba de decir que este plasma bloquearía el paso de las ondas electromagnéticas? ¿No es acaso la luz visible una parte de esta radiación electromagnética? Por ende, ¿no es cierto que el escudo no permitiría que la luz pasara a través de él y los pilotos no podrían ver nada hacia afuera y probablemente morirían en una impresionante explosión espacial?».Bueno, sí. Pero este problema puede ser solucionado simplemente aplicando filtros ultravioleta a las ventanas. ¡Tanto que le gusta complicarse a usted, querido lector!

NOTA 1:

Algunos de nuestros lectores GUIÑO, GUIÑO estarán tentados a balbucear sobre la física inconsistente de Star Wars: que los sonidos en el espacio, que el fuego en el espacio, que la cacha de la espada en el espacio y demás. Es un buen punto, o lo sería, si la obra intentara ser una película de ciencia ficción y no una ópera espacial. En este género, las licencias creativas para construir el universo donde se desarrolla la acción tienen consistencia interna, permitiendo que se produzca la «suspensión de la incredulidad» necesaria para el disfrute de la obra cinematográfica. Cosa que no sucede, por ejemplo, con la física inconsistente de Madagascar, de la cual hablaremos más adelante.

NOTA 2:

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En nuestro nuevo ánimo de clickbaiters: ¿Qué elemento de la ciencia de Star Wars no tratamos y debimos haberlo hecho? Ojo, si piensa en física de explosiones, puede tomar número en su consultorio más cercano.

Referencias

1.
European Fusion Development Agreement. Confinamiento magnético [Internet]. Disponible en: https://www.euro-fusion.org/wpcms/wp-content/uploads/2011/11/energy_es.pdf
2.
Fernando J. Ballesteros, B. Luque. Walking on exoplanets: Is Star Wars right? Disponible en: https://arxiv.org/pdf/1604.07725v1.pdf
3.
Ashkin A, Dziedzic JM, Bjorkholm JE, Chu S. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Optics Letters. 1 de mayo de 1986;11(5):288.
4.
Démoré CEM, Dahl PM, Yang Z, Glynne-Jones P, Melzer A, Cochran S, et al. Acoustic Tractor Beam. Physical Review Letters [Internet]. 30 de abril de 2014 [citado 22 de diciembre de 2016];112(17). Disponible en: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.112.174302 J. McGuire, A, A. Toohie, A. Pohl. Shields Up! The Physics of Star Wars. Journal of Physics Special Topics [Internet]. noviembre de 2013; Disponible en: http://physics.le.ac.uk/journals/index.php/pst/article/view/678/486