ComunicaciónLa comunicación entre el pilotovenezolano Ernesto Viso y su equipotécnico durante la carrera contribuyópara que el vehículo llegara en lacuarta posición en la categoríaIndyCar del 6 de abril de 2008.

Grandes equivocacionesHasta los grandes científicos y pensadores se puedenequivocar cuando, al estar convencidos de sus ideas yverdades, no tienen lugar para aceptar nuevas propues-tas. Por ejemplo, William Thomson, Lord Kelvin (1824 -1907), famoso físico y matemático británico, declarabaque la radio no tenía futuro, que los rayos X resultaríanuna farsa y que las máquinas voladoras más pesadasque el aire eran imposibles.

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Internet se estáconvirtiendo en la plazadel pueblo de la villaglobal del mañana.Bill Gates(EEUU, 1955)

El truenoEs el ruido que se genera cuando seproduce un rayo, y es un fenómenode la naturaleza que siempre ha susci-tado inquietud y temor.

Fascículo 18

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Las redesFisicosas

Subyacente a las comunicaciones está el importante concepto de redes.Por ejemplo, nos comunicamos a diario con una red familiar (padres,cónyuge, hijos, primos), de amigos, o en su forma más sofisticada, laInternet, con una red de redes internacional. También hemos oído hablarde redes tan disímiles como las redes de proteínas, las neuronales, redessociales , bancarias, viales y redes de rutas aéreas.En su esquema más simple, una red es una serie de nodos interconectadospor enlaces que representan alguna relación entre ellos; puede estarconectada a otra red o contener a su vez subredes.A pesar de la gran variedad de redes, un análisis detallado de cómo seorganizan los nodos con diversos grados de conexión a otros nodos,muestra que tienen muchas propiedades en común, obedeciendo leyeso relaciones sencillas que permiten, por ejemplo, predecir lasprobabilidades de encontrar nodos con grados de conectividaddeterminados , predecir la forma de crecimiento de la red o determinarel número de enlaces promedio entre nodos.A los físicos les interesa, en particular, estudiar la estructura de las redesy cómo cambia en el tiempo, la integridad de ellas ante la desapariciónde algunos nodos o enlaces, de qué modo se originan subredes y cómoesta dinámica afecta la eficiencia de la funcionalidad de la red como untodo.Las aplicaciones a la biología, a la medicina, sociología y a la tecnologíason numerosas. Se ha probado que dos personas cualesquiera en la Tierraque no se conocen pueden comunicarse con un mensaje de correoelectrónico que haya pasado a través de sólo cinco a siete personas amigasintermedias en promedio. Estos datos son aplicables, por ejemplo, alestudio de la propagación de enfermedades de transmisión sexual.

Isbelia Martín (Universidad Simón Bolívar, Caracas)Claudio Mendoza (IVIC/CeCalCULA)

Fuente: www.cmth.bnl.gov/~maslov/networks.htm

Estudiando redes de interacciones entre proteinas en células de lalevadura se ha determinado la función de ciertas proteinas misteriosas

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El reactor nuclear de PipeLa física en la historia

l reactor venezolano No.1 (RV-1) es el único reactor nuclearque ha tenido el país hasta el presente. Está ubicado enel Centro de Física del Instituto Venezolano de Investiga-

ciones Científicas –IVIC– en los Altos de Pipe, una zona mon-tañosa en el kilómetro 11 de la Carretera Panamericana en víahacia Los Teques, capital del Estado Miranda.El RV-1 fue adquirido en 1955 por el gobierno del entoncesgeneral Marcos Pérez Jiménez (1952-1958). Para ello, el Dr.Humberto Fernández Morán (1924-1999) –ilustración–, quienhabía fundado el Instituto Venezolano de Neurología eInvestigaciones Cerebrales en los Altos de Pipe, firma un conve-nio entre Venezuela y Estados Unidos bajo la iniciativa del pro-grama “Átomos para la paz”. Estados Unidos donó 300.000dólares para la construcción de dicho reactor y el resto fuecompletado por el gobierno venezolano. El costo total fue deun millón de dólares.El RV-1 fue diseñado y construido por la General NuclearEngineering Corp., y es de tipo piscina con una potencia de3 a 5 megavatios. Usa combustible de uranio enriquecido al20%, con un flujo de neutrones térmicos de 2,2 x 1013 y unflujo de neutrones rápidos de 6 x1013. Llegó a su nivel críticoo de equilibrio el 12 de julio de 1960, bajo la supervisión deFidel Alsina Fuertes (1912- 1999?), físico argentino contratadopor el IVIC.En 2003, el reactor se convirtió el en una planta de irradiaciónde rayos gamma (Pegamma), la cual permite esterilizarproductos médicos, quirúrgicos, farmacéuticos y alimenticios,entre otros.

Prueba y verás

oma dos tiras de papel iguales, de 5 cm x27 cm, sostén cada una en cada extremo delos labios, de manera que estén una frente a

la otra. Sopla, sopla continuamente para tratar deseparar las tiras, y ¡te sorprenderás de que se unan!De igual manera, si sostienes una hoja de papel decuaderno justo debajo de los labios y soplassostenidamente sobre la parte superior, te asombraráque el papel se levanta.Si eres más osado, perfora un vaso plástico con unagujero de 6 mm de diámetro. Coloca el vaso sobreun pedacito de papel y sopla continuamente dentrode él. Mientras sigas soplando podrás levantar elpapel con el vaso, como si estuviera pegado. Todoello ocurre porque el aire en movimiento ejercemenos presión que el aire estático, y esta diferenciade presión crea una fuerza de empuje conocida comoel efecto de Bernoulli, el cual, en los casos anteriores,une o levanta los papeles. Este efecto se aplica enlas alas de un avión, diseñadas de tal manera que elaire que pasa por encima fluye con mayor velocidadque el aire que pasa por debajo, generando unadiferencia de presión que levanta al avión.

Parque Tecnológico de Mérida

Sopla, sopla y verás

Yajaira Freites, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas, Caracas

La física de las comunicaciofundación EMPRESAS POLAR > física a diario > fascículo 18

Ermanno Pietrosemoli, Universidad de Los Andes, Mérida

l gran salto en la eficiencia de lascomunicaciones ocurrió gracias alos avances de la física, en especial

de los conocimientos sobre electricidad.Aunque la electricidad y el magnetismoeran conocidos desde la antigüedad, nofue sino hasta el siglo XVIII cuando seempezaron a analizar los fenómenos eléc-tricos gracias a los trabajos de los italianosGalvani y Volta. El físico danés Oersted porcasualidad descubrió que el paso de unacorriente eléctrica desviaba la aguja deuna brújula, demostrando así la interre-lación entre los fenómenos eléctricos ymagnéticos. Esto dio pie al desarrollo deltelégrafo, el primer medio de telecomu-nicación moderno, que tuvo un enormeimpacto en todas las esferas de la actividadhumana. La rapidez con la que se difun-dieron las redes telegráficas en el siglo XIXno ha tenido parangón hasta la apariciónde Internet en el siglo XX.

Los primeros intentos de cruzar el Atlánticocon cables submarinos fueron un rotundofracaso, hasta que el físico británico LordKelvin analizó matemáticamente la propa-gación de la onda eléctrica en un cable degran longitud, y especificó los requeri-mientos para que la transmisión fuera exi-tosa. En 1867 Maxwell, otro gran físico bri-tánico, logró sintetizar todos los fenóme-nos eléctricos y magnéticos conocidos ensu época en sólo cuatro ecuaciones, apartir de las cuales se pueden derivar todaslas fórmulas de electricidad y magnetismo.Al realizar esta portentosa síntesis, predijola existencia de ondas electromagnéticasde las cuales la luz visible era un casoparticular. Todas las ondas electromagné-ticas se propagarían a la velocidad de laluz y, a diferencia de las ondas hasta enton-ces conocidas, no requierían de ningúnsoporte físico pudiendo propagarse en elaire y aún en el vacío, en este último casoa 300.000 km/s. Veinte años más tarde, elfísico alemán Hertz demostró, por primeravez, la propagación de las ondas de radio,corroborando las predicciones de Maxwell.

Guglielmo Marconi, un joven físico italianode veinte años, empezó a experimentarcon mecanismos para aumentar el alcancede las transmisiones de radio. En 1895 lo-gró transmitir a 3 km. Posteriormente semudó a Inglaterra y logró transmitir a dis-tancias cada vez mayores. Sus intentos porhacerlo entre Inglaterra y Norteamérica legranjearon la conmiseración de los físicosteóricos, quienes acertadamente hacían

notar que las ondas de radio seríanbloqueadas por la curvatura terrestre enun trayecto de esa distancia. Sin embargo,Marconi continúo tozudamente en su em-peño y, en 1901, logró demostrar la trans-misión intercontinental. La explicación deesta incongruencia es la existencia de unacapa ionizada en la alta atmósfera que re-fleja las ondas de radio permitiendo alcan-ces más allá de la línea de vista. La nece-sidad de la transmisión inalámbrica fuedemostrada durante el naufragio del Tita-nic en 1912, a partir del cual todos los gran-des barcos fueron dotados de aparatos deradio para comunicaciones de emergencia.La movilidad es la gran ventaja que ofrecela radio respecto a las comunicaciones querequieren de un cable.

La transmisión de voz directamente porondas electromagnéticas fue el resultadodel trabajo de numerosos investigadoresentre los que destacan Elisha Gray, AntonioMeucci y el escocés Alexander Bell, siendoeste último el único que cosechó los bene-ficios económicos del invento del teléfonogracias a su mejor conocimiento del siste-ma de patentes. Apenas cinco años des-pués de la instalación de la primera empre-sa telefónica del mundo en EstadosUnidos, se instaló una en Caracas en 1883.

Los esfuerzos para mejorar los sistemas decomunicaciones estaban limitados por ladificultad de establecer un modelomatemático que describiera algo tan intan-gible como la transmisión de información.

Satélite de comunicación

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Laurence J. Peter (Canadá, 1919 - 1990)

Este dilema fue abordado por ClaudeShannon quien en 1948 propuso definirla información en términos más restrictivosdespojándola del contenido semántico,introduciendo una definición de informa-ción con base en el grado de incerti-dumbre en el receptor respecto a lo quese está transmitiendo. Este modelo permiteexpresar cualquier mensaje, sea un textoescrito, un trozo musical, una fotografía ouna imagen en movimiento, como unaserie de símbolos elementales que sólotienen dos valores posibles, 1 o 0, deno-minados bits, que determinan unívo-camente los requerimientos del sistemapara la transmisión o el almacenamientode cualquier mensaje.

La comunicación entre máquinas planteaun nuevo desafío, ya que hay que esta-blecer una serie de reglas muy minuciosasque consideren todas las posibles even-tualidades que pueden ocurrir durante latransferencia de información. Esteconjunto de reglas se denomina Protocolode Comunicación. Existe una infinidad deprotocolos de comunicación, cada unoadaptado a necesidades específicas, peroel grupo de protocolos conocidos comoTCP/IP sentó las bases para el estable-cimiento de la Internet, la red mundialque interconecta millones de computado-ras en todo el mundo. Tim Berners-Lee, unfísico que trabajaba en el laboratorio CERNde altas energías en Suiza, inventó en 1991un protocolo, el World Wide Web, quehizo a la Internet accesible a usuarios sinconocimientos técnicos, permitiéndolesacceder fácilmente a cualquier tipo deinformación contenida en la inmensa redde redes. Los teléfonos celulares modernoscontienen también computadoras muysofisticadas que les permiten ser verda-deros centros de comunicación mediantesu conexión a la Internet. La Internet eshoy en día indispensable en los camposde la educación, la salud, el entretenimien-to y la productividad, y ha impactadofuertemente las organizaciones políticasy de otra índole, a través de mecanismoscomo el del gobierno electrónico, la bancaelectrónica, etc.

Uno de los aspectos más preocupanteshoy en día es el de la seguridad de las re-des de comunicaciones. Nuestra depen-dencia de Internet nos hace más vulne-rables a los ataques de personas y organi-zaciones inescrupulosas que puedenintervenir nuestras comunicaciones,cambiar su contenido o simplementeimpedir nuestro acceso a las mismas. Lafísica cuántica ofrece un mecanismo paragarantizar la privacidad de las comuni-caciones a través del concepto del “enredo”de las partículas elementales. Éste permiteverificar la integridad de un mensajeindependientemente de la distancia de laque proviene, obviando además lanecesidad de compartir una clave entre eltransmisor y el receptor. Esta última es lalimitación principal de los sistemas deprotección de información tradicionales.Una vez más, ¡la física al rescate!

La revolución digital no hubiera sido posi-ble sin los trabajos de un trío de físicos,Shockley, Brattain y Bardeen, que en elmismo año y en el mismo laboratorio don-de trabajaba Shannon, sentaron la basede la electrónica moderna al demostrar elfuncionamiento del primer transistor. Eltransistor y su descendiente directo, elcircuito integrado, permitieron el desarro-llo de las computadoras electrónicas y dela miríada de dispositivos digitales quenos rodean. Pronto se hizo evidente quela utilidad de las computadoras trasciendeal mero cálculo, y que su desempeño seincrementa notablemente cuando se lesdota de la posibilidad de comunicarseentre sí.

nesLa ventaja de los mediosmodernos de comunicación esque te permiten preocuparte porlas cosas en todo el mundo.

Frank James (Chicago Tribune)

La Internet es mucho más ahora que los resultadosdeportivos y el correo electrónico. Es el lugar dondepodemos conducir nuestra democracia, y hacerle llegargrandes cantidades de datos a muchas personas.

Topología de Internet

RETO¿Por qué se mide en nudos lavelocidad de los barcos?

Solución: http://www.fundacionempresaspolar.org

l entrenador (coach) de un equipo de football americano pue-de comunicarse con el mariscal de campo (quarterback) paradarle las instrucciones necesarias hasta que el segundo reloj

de 40 segundos le falten 15.Por otro lado, el año 1954 fue especial para la Organización NASCAR(Asociación Nacional de Carreras de Autos de Serie) ya que porprimera vez se logró la cobertura televisiva a través de un programallamado " Wire Wheels". Así mismo fue el primer año en que un pilototuvo comunicación de doble vía con su equipo durante una carreraque sigue formando parte del equipamiento de estos vehículos decarrera.En el caso del football americano, la comunicación se basa en redesde acoplamiento (MESH) originalmente desarrolladas para aplicacio-nes militares. Estas redes proporcionan comunicaciones encriptadas(cifradas) de muy alto rendimiento y que pueden crecer. Es impor-tante destacar que estos equipos de comunicación deben sercertificados por la Liga Nacional de Football Americano (NFL) yaque los mismos deben bloquear la conversación durante el lapsode juego en que ésta no se debe efectuar.Todas las radios funcionan según bandas de frecuencias quegeneralmente denominamos: onda media, onda corta, FM (VHF),etc. Estas bandas son divisiones del espectro radioeléctrico que porconvención se han hecho para distribuir los distintos servicios detelecomunicaciones.Según el Sistema Internacional, la frecuencia se mide en hertz (Hz),en honor a Heinrich Rudolf Hertz (Alemania, 1857-1894). Un hertzes aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo,

1Hz = 1 ocurrencia/1 segundo.La frecuencia tiene una relación inversa con el concepto de longitudde onda, la distancia entre dos crestas consecutivas: a mayorfrecuencia menor longitud de onda y viceversa. La frecuencia f esigual a la velocidad v de la onda dividida por la longitud de onda λ.

La física en... los satélites de comunicación

No te has preguntado cómo una antena parabólica que está fija sobreun techo puede recibir decenas de canales de televisión de un satélite?Así como la Tierra gira sobre su eje una vez al día, también gira la

antena. ¿Cómo es que estando fija respecto a la Tierra recibe permanen-temente la información del satélite?La respuesta está en que los satélites de comunicación dan vueltas alrededorde la Tierra en órbitas llamadas geoestacionarias. Estos satélites son pues-tos en una órbita especial de manera que giran alrededor de la Tierra conla misma velocidad angular (y en el mismo sentido) que un punto en elEcuador. De esta manera ese satélite siempre está sobre el mismo puntodel Ecuador terrestre y, por esa razón, nuestra antena parabólica siempreestá alineada con el satélite. Así mismo la estación terrestre (que transmitela señal) siempre está apuntando al satélite que retransmite la señal devuelta a la superficie terrestre.Esta órbita geoestacionaria se encuentra a 35.786 kilómetros de alturasobre el plano ecuatorial (latitud 0º), y colocándolos en diferentes longitu-des tenemos satélites para distintos lugares de la Tierra.

Parque Tecnológico de Mérida

Satélite y antena siempre alineados

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Deportes

Rogelio F. Chovet

Comunicaciones en los deportes

El piloto venezolano Ernesto Viso (Vehículo Nº 33 en la foto) alcanzó, eldía 6 de abril 2008, el cuarto lugar en el Gran Premio de San Petersburgo(Florida, EEUU) y correspondiente al circuito de la categoría IndyCardonde también utilizan estos sistemas de comunicación.

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Ignacio Ferrín, Universidad de Los Andes, Mérida

Arno Penzias (Alemania, 1933 )

La existencia de la radiación de fondoestableció la validez del modelo delUniverso en expansión.

Origen y evolución del Universono de los grandes logros del sigloXX ha sido el modelo sobre el ori-gen y evolución de nuestro Univer-

so, cuyo estudio seguirá dominando lacosmología en las próximas décadas. Sebasa en la teoría del Big Bang, la cual enun-cia que el Universo comenzó hace aproxi-madamente 14 millardos de años con unagran explosión cósmica que lanzó materiaen todas las direcciones. Describe la subsi-guiente expansión, el origen primordialde los elementos livianos (hidrógeno, helioy el litio), el eco de la explosión en la formade una radiación de fondo y la formaciónde estructuras a gran escala.El origen del modelo se remonta, a co-mienzos de los años 1920, a lasdemostraciones matemá-ticas de los cosmó-logos Alexan-

der Friedmann (Rusia), Georges Lamaître(Bélgica), Howard P. Robertson (EEUU) yArthur G. Walker (Inglaterra) sobre el carác-ter dinámico del Universo, regulado por lafuerza de gravedad de la teoría generalde la relatividad de Einstein. Recibe undecisivo apoyo en 1929 con las observa-ciones astronómicas de Edwin Hubblesobre las galaxias en movimiento recesivo.En 1964, el Big Bang queda finalmenteestablecido con el descubrimiento de laradiación de fondo cósmica, el eco de laexplosión inicial, por Arno Penzias y RobertWilson de los Laboratorios Bell de EstadosUnidos.

Claudio Mendoza, IVIC/CeCalCULA

Retos del siglo XXI

Sin embargo, observaciones recientes sobrela radiación de fondo llevadas a cabo por lassondas espaciales COBE y WMAP han dadoa relucir evidencias sobre la expansión delBig Bang que tienen a los físicos rascándosela cabeza. Por ejemplo, al comienzo de laexplosión, la expansión fue descomunal,algo así como un instante de “inflación”, cuyoorigen y características no han sido preci-sados del todo. Más aún, el inventario demateria que el Universo debería tener esmucho mayor del que observamos y, encontra de nuestra intuición, la expansión enla actualidad tiende a acelerarse. Explicarestas observaciones, y compaginarlas conlas propiedades fundamentales de la materia

determinadas con los nuevos acelera-dores, va a estar dentro de

los grandes retos delpresente siglo.

Imagen de las fluctuaciones de la radiación de fondo cósmica observada en 2003 por la sonda espacial WMAP.De ella se puede estimar que la edad del Universo es de alrededor de 13,7 millardos de años, que la geometríauniversal es plana, que la cantidad de materia radiante es mínima y que la expansión se está acelerando.

El truenol trueno, ruido que se genera cuando se produce un rayo, es un fenómeno de la naturalezaque siempre ha suscitado inquietud y temor. Su explicación no es sencilla por cuantodepende de varios factores al mismo tiempo. Aún así, se manejan algunas explicaciones

para este fenómeno, la más clara y entendible es la que mantiene que la causa del trueno es lanecesidad del aire de expandirse rápidamente como consecuencia del violento calentamientopor el relámpago, y su posterior contracción en un intervalo de tiempo muy corto.La enorme energía del rayo calienta un estrecho canal de aire a más de 50.000 ºC. Esto se hacetan rápidamente (se calcula que en unas pocas millonésimas de segundo para cada sección dela descarga) que el canal de aire caliente no tiene tiempo de expandirse adecuadamente mientrasse calienta, produciéndose una gran presión en el canal la cual puede ser mayor de 100 atmósferas.La presión luego genera una perturbación sonora que percibimos como un trueno.

Ángel Delgado, Universidad Pedagógica Experimental Libertador, Caracas

Curiosidades

El tiempo geológico es un concepto extremadamente difícil de comprender para lamayoría de los seres humanos, al igual que los métodos aplicados por los geólogos

para medirlo... Un verdadero trabajo detectivesco que nos permite reconstruirla historia de la Tierra a partir del estudio de las rocas, tanto las

expuestas en superficie como las alcanzadas en profundidadmediante perforaciones. Así, las rocas ígneas antiguas y

las rocas metamórficas nos dan pistas sobre el origen yevolución temprana de la Tierra. Las rocas sometidas a

procesos de deformación nos ayudan a comprender laformación de las cadenas de montañas y desarrollo decuencas, y las rocas sedimentarias con sus fósiles nosproporcionan evidencias para reconstruir los eventosocurridos en la superficie terrestre durante los últimosmiles de millones de años.

Sabiendo que en una columna sedimentaria no alterada,las rocas más antiguas se encuentran en la base, el geólogo

puede descubrir la secuencia de eventos ocurridos.

Los Fósiles, ¿qué nos dicen estas criaturas desde los confinesdel tiempo? Nos ayudan a correlacionar las secuencias de rocas

de diferentes áreas y determinar la edad relativa de esas rocas.edad de algunos tipos de rocas, y de los eventos que las han afectado,

puede ser calculada a partir de la cantidad de elementos radioactivos y losproductos de su decaimiento presentes en los minerales contenidos en las rocas. Lasparejas más utilizadas son uranio-torio, potasio-argón y rubidio-estroncio. Elprimero es el isótopo radioactivo y el segundo el isótopo estable. Este método esparticularmente útil para conocer la edad de las rocas que no contienen fósiles.En Venezuela, en el Escudo de Guayana al Sur del Río Orinoco, encontramos rocasígneas e ígneometamórficas cuyas edades, del orden de 3 000 millones de años, secuentan entre las más antiguas de la Tierra.

Planeta Tierra: el tiempo geológico

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Inírida Rodríguez, Universidad Central de Venezuela, Caracas

Detectores de neutrinosLas siete maravillas de la física

os neutrinos son partículas muy poco masivas, a lo sumo 200.000veces más livianas que el electrón, no tienen carga eléctrica y suinteracción con la materia es realmente débil. Se produjeron por

primera vez al comienzo del Universo justo después de la explosión delBig Bang. Hoy en día, son productos de las reacciones nucleares en elinterior de las estrellas, en eventos astronómicos explosivos como lassupernovas, en las lluvias de rayos cósmicos en la atmósfera terrestre y,en nuestro entorno, en aceleradores y reactores nucleares. Debido a sudébil interacción con la materia, los neutrinos nos traen informaciónprístina, sin contaminación de todo el Universo que por supuestoqueremos estudiar.Para ello se han construido unos gigantescos tanques de agua bajo tierracuyas paredes internas están completamente forradas de detectores(tubos fotomultiplicadores de Cherenkov) para atrapar la escasa luz queemite la materia al chocar con un afortunado neutrino. En el caso delobservatorio del Super-Kamiokande en Japón, el tanque se construyóen una mina abandonada a 2 700 m bajo tierra, tiene 40 m de diámetro,40 m de altura, 50.000 toneladas de agua y 13.000 fotomultiplicadores.Uno de los problemas más importantes que se han resuelto con estosobservatorios se relaciona con el flujo de neutrinos que viene desde elinterior del Sol, que es mucho menor (un tercio) del que proponen losmodelos teóricos, y por el cual Raymond Davis y Masatoshi Koshibarecibieron el Premio Nobel de Física en 2002. La explicación de esadiferencia fue finalmente comprobada ese mismo año con lasobservaciones del Observatorio de Neutrinos de Sudbury, Canadá.

Claudio Mendoza, IVIC/CeCalCULA

Fotomultiplicadores (13 000) en el tanque delobservatorio de neutrinos del Super-Kamio-kande, Japón, antes de llenarse de agua.

Era Paleozoica

Era Mesozoica