Investigación y ciencia 306 - Marzo 2002

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MARZO 2002

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LOS CUADRANTES SOLARES EL CARBUNCO GAS INTERESTELAR

LA ENERGIA NUCLEARDE PROXIMA GENERACION

LA ENERGIA NUCLEARDE PROXIMA GENERACION

Microchips en vertical

La economa del juego limpio

La apertura del paso del Drake

Los orgenes de la informtica personal

Microchips en vertical

La economa del juego limpio

La apertura del paso del Drake

Los orgenes de la informtica personal


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Marzo de 2002 Nmero 306

SECCIONES3

HACE...50, 100 y 150 aos.

28PERFILES

Gino Strada:Ciruga de campaa.

30CIENCIA Y SOCIEDAD

El genoma humano,un ao despus...

Cosmologa, un universode antimateria... Ritmos

circadianos, el reloj deArabi-dopsis thaliana... El reloj

de los mamferos, ncleossupraquiasmticos.

36DE CERCA

Una cadena trfica inesperada.

El gas entre las estrellasRonald J. Reynolds

El medio interestelar,plagado de surtidorescolosales de gas calientey de enormes burbujasprocedentes de las explosionesde estrellas, no esprecisamente aburrido.

La economa del juego limpioKarl Sigmund, Ernst Fehr y Martin A. Nowak

Por qu anteponemos la equidady la cooperacin al egosmo? Este, a primeravista, parece ms racional. Cmo nacela generosidad darwinista? Bilogosy economistas se unen en la bsquedade una explicacin.

Microchips en verticalThomas H. Lee

Los ingenieros han descubierto cmo alojarmayor potencia de cmputo en losmicrocircuitos: construyndolos no slo a loancho, sino hacia arriba tambin.

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Edicin espaola de

SECCIONES83

CURIOSIDADES DE LA FSICATensiones superficiales,por Wolfgang Brger

86JUEGOS MATEMTICOSParadojas democrticas,por Juan M. R. Parrondo

88IDEAS APLICADASMscaras antigs,por Mark Fischetti

90LIBROS

Siglo XVIII... Fundamentacinde la matemtica... Supernovas

y modelos de universo.

96AVENTURAS PROBLEMTICAS

Dnde est la osa polar?,por Dennis E. Shasha

El carbunco y su capacidad letalWilly Hansen y Jean Freney

Desde haca medio siglo la enfermedad

carbuncosa se daba por desaparecida.Las esporas infecciosas de esta bacteria,que persisten durante decenas de aos, sonfciles de preparar, almacenar y esparcirsemediante aerosoles, cualidades que hacende ella una eficaz arma biolgica.

47 Los cuadrantes solaresDenis Savoie

Los cuadrantes solares han desempeadoun papel decisivo en la medicin del tiempo,

desde la antigedad hasta el Renacimiento,cuando se generalizaron los relojes.

52 Nueva generacinde la energa nuclear

James A. Lake, Ralph G. Bennetty John F. Kotek

Unos reactores nucleares nuevos, ms

seguros y austeros, satisfaran gran partede nuestras necesidades de consumoenergtico y adems combatiran elcalentamiento global.

72 La apertura del paso del DrakeAndrs Maldonado

Al crear un portal ocenico, el paso del Drakepermite la instauracin de la CorrienteCircumpolar Antrtica, que lleva al aislamientotrmico del continente. Como consecuencia,el desarrollo de grandes casquetes polaresy la formacin de agua profunda influyen sobreel sistema de circulacin ocenica global.

62 Los orgenesde la informtica personal

M. Mitchell Waldrop

Ni Gates, ni Jobs, ni Wozniak. Los cimientosde los modernos ordenadores interactivosse echaron decenios antes.

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INVESTIGACION Y CIENCIADIRECTOR GENERAL Jos M. Valderas GallardoDIRECTORA FINANCIERA Pilar Bronchal GarfellaEDICIONES Juan Pedro Campos GmezPRODUCCIN M.a Cruz Iglesias Capn

Bernat Peso InfanteSECRETARA Purificacin Mayoral MartnezADMINISTRACIN Victoria Andrs LaiglesiaSUSCRIPCIONES Concepcin Orenes Delgado

Olga Blanco RomeroEDITA Prensa Cientfica, S. A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (Espaa)Telfono 93 414 33 44 Telefax 93 414 54 13

SCIENTIFIC AMERICAN

EDITOR IN CHIEF John Rennie

EXECUTIVE EDITOR Mariette DiChristinaMANAGING EDITOR Michelle PressASSISTANT MANAGING EDITOR Ricki L. RustingNEWS EDITOR Philip M. YamSPECIAL PROJECTS EDITOR Gary StixSENIOR WRITER W. Wayt GibbsEDITORS Mark Alpert, Steven Ashley, Graham P. Collins, Carol Ezzell,

Steve Mirsky y George MusserPRODUCTION EDITOR Richard HuntVICE PRESIDENT AND MANAGING DIRECTOR, INTERNATIONAL Charles McCullaghPRESIDENT AND CHIEF EXECUTIVE OFFICER Gretchen G. TeichgraeberCHAIRMAN Rolf Grisebach

PROCEDENCIADE LAS ILUSTRACIONES

Portada: Nuclear EngineeringInternational

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Fuente

NASA GSFC Astrophysics DataFacility (radio infrarrojo [408MHz], hidrgeno a tmico,infrarrojo lejano, rayos X y rayosgamma); Roy Duncan (radioinfrarrojo [2,4-2,7 GHz]);T. Dame (hidrgeno molecular);

S. D. Price (infrarrojo);A. Mellinger (luz visible)C. Howk, B. Savage y N. Sharp(NGC 891); Don DixonJ. English, Canadian GalacticPlane Survey y Russ TaylorDon DixonR. J. Reynolds (arriba); NASAy D. Wang (imagen de rayos X),NASA/UIT (imagen ultravioleta)[centro]; K. R. Sembach y TheFuse Science Team (abajo)David ScharfJoe ZeffDavid ScharfNina FinkelJoe ZeffMatrix SemiconductorBrian CroninMuseo del Instituto Pasteur

Instituto PasteurSociedad Astronmica de FranciaRMN Herv Lewandowski (arriba,izquierda); G. Dagli Orti (arriba,derecha); R. Verseau (abajo,izquierda); Lyce Stendhal (abajo,derecha)Sociedad Astronmica de Francia(izquierda); P.L.S. (derecha)Pour la ScienceS. GrgoriCortesa de Nuclear EngineeringInternationalDon FoleyArizona Public ServiceDon FoleyFranck PrevelTom Draper Design; MITMuseum (simulador de vuelo)MIT Museum (Whirlwind, Sage,

Licklider); Compaq ComputerCorp. (Olsen y Anderson, PDP-1)Compaq Computer Corporation(PDP-8, VAX); Bootstrap Institute(Engelbart); Cortesa de XeroxParc; Doug Wilson (Gates yAllen); Ap Photo/AppleComputers, Inc. (Jobs); SteveCastillo (Wozniak); Reproducidode Popular Electronics, enero de1975, con permiso de GernsbackPublications, Inc. (portada);Cortesa de Vinton Cerf (Cerf)Cortesa de Apple Computer, Inc.(Apple I I, Macintosh); Cortesa deXerox Parc (Xerox Star); IBM(IBM PC); Microsoft Corporation(Windows 1.0); Elise Amendola(Berners-Lee)Eyewire

Andrs MaldonadoBryan Christie

COLABORADORES DE ESTE NUMERO

Asesoramiento y traduccin:

M. Rosa Zapatero: El gas entre las estrellas; Luis Bou: Microchips en vertical, Los orgenesde la informtica personal y Aventuras problemticas; Juan Pedro Campos: La economadel juego limpio; M. Jos Bguena: El carbunco y su capacidad letal; Jos Chabs:Los cuadrantes solares; Jrgen Goicoechea: Curiosidades de la fsica; Angel Garcimartn:Perfiles; J. Vilardell: Hace... e Ideas aplicadas

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Copyright 2002 Prensa Cientfica S.A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (Espaa)

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ISSN 0210136X Dep. legal: B. 38.999 76

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Difusin

controlada


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INVESTIGACIN Y CIENCIA, marzo, 2002 3

...cincuenta aos

MQUINAS LGICAS. La lgi-ca simblica, formulada en el si-glo XIX por el matemtico inglsGeorge Boole, se ha convertido enuna potente herramienta para tra-tar complicados problemas de ma-temticas y economa. Por ahoralas mquinas lgicas tienen un va-lor muy limitado, ya que la cien-cia se enfrenta a pocos problemasde naturaleza estrictamente lgicatan complejos como para requerirayuda mecnica. Puede que las re-des lgicas lleguen a ser cada vezms tiles en el funcionamiento de

las computadoras electrnicas gi-gantes. Surgen a menudo proble-mas cuando hay que decidir la me-

jor manera de preparar la mquinapara una tarea dada, y muchas ve-ces esos problemas son de ndolepuramente lgica. Las computado-ras del futuro incorporarn quizcircuitos lgicos a fin de que ta-les decisiones se tomen automti-camente. Martin Gardner

...cien aos

LAS TURBINAS SE IMPONEN.Sin lugar a dudas, estamosrealmente entrando en una eranueva en la evolucin del mo-tor de vapor, ahora que el va-por ha dejado de ser el origende todo movimiento. Conside-rando las necesidades de ser-vicio de las locomotoras, no esprobable que la turbina despla-ce alguna vez a las mquinasalternativas en esa clase de tra-bajo. Pero como mecanismo mo-

tor para la generacin elctricasus cualificaciones son de pri-mera, y habida cuenta de quela energa elctrica parece des-tinada a ampliar indefinidamentesu campo de aplicacin, el cre-cimiento de la turbina de va-por en conexin con la indus-tria elctrica est destinado aser rpido y general.

MAPA DEL CEREBRO SIMIES-CO. Puede que los pacientes

con trastornos nerviosos, especial-mente los que bloquean la accinmuscular, tengan motivos parabendecir el recuerdo de unos gran-des monos que han cooperado de-sinteresadamente, y sin haber sidoconsultados, con algunos cientfi-cos y mdicos britnicos en unosexperimentos privados. El estudiode los cerebros de los monos su-periores ha mostrado que su com-posicin se parece lo suficiente ala del cerebro de los seres huma-nos como para justificar la creen-cia en que tales investigaciones po-dran brindar conocimientos sobreste.

LOCURA AUTOMOVILISTA. Nose ha visto nada como el desarro-llo de la industria del automvil.Adems, en muy poco tiempo, steha pasado de su tosca concepcininicial a su estado actual, tan de-sarrollado. Es posible que el ao1901-1902 figure como uno de losms importantes en la historia delautomvil en Amrica del Norte.Es el momento propicio para un

nmero especial de ScientificAmerican dedicado al automvil.

NO ES HOGWARTS. Unos cien-tficos van a someter a los hijosde unas familias ricas a ciertosexperimentos alimentarios en unhogar infantil esplndidamenteequipado, la Escuela Hospital deChicago para nios nerviosos ydelicados, afirma el New York Me-dical Journal. Slo los acomoda-dos pueden permitirse enviar sushijos a esa escuela, que acoge alo sumo a quince nios y recibems solicitudes que las que esten condiciones de atender.

...ciento cincuenta aos

AVISO SOBRE LA VIRUELA. Untrabajo del doctor T. H. Buckler,mdico del asilo de Baltimore, ha-bla de la propagacin de la viruelamediante los billetes de banco. Elinterno de un hospital varilico,si desea un limn, enva un bi-llete saturado del veneno (y, po-siblemente, con el mareante olor

de la viruela) a un confitero,quien, ni que decir tiene, loadmite. Sera imposible conce-bir un mejor modo de propa-gar una enfermedad de la quese sabe cun infecciosa y con-tagiosa es.

ESCEPTICISMO NEBULAR.Pierre Simon Laplace crea queel sistema solar fue al princi-pio una vasta nebulosa, en unelevado estado calrico a causade las acciones qumicas. Nosoponemos [la redaccin] radi-

calmente a la hiptesis nebu-lar. Que este mundo hubieratenido originalmente un estadogaseoso querra decir, imag-neselo, que antes fue una masade gases en catica confusin,de ms de trece millones demillas de dimetro, lanzada ade-ms por el espacio como unbarco sin velas ni timones. Ta-les filsofos poseen unas extra-as ideas acerca del GobiernoDivino.

HACE. . .

Numero especial de 1902


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1. LA VIA LACTEA, nuestra galaxia,

tiene un aspecto muy diferente se-gn la frecuencia en que se la ob-

serve. Hace 50 aos, cuando los as-trnomos tenan que limitarse a la

luz visible, el gas que hay entre lasestrellas era simplemente una moles-

tia porque tapaba los objetos deinters, las estrellas. Hoy se piensa

que el gas podra ser tan importanteen la evolucin de la galaxia como

las propias estrellas. Estas tiras per-tenecen a un cartel preparado por el

centro espacial Goddard de la NASA.

El gas

entrelas estrellas


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El medio interestelar, lleno de surtidores colosales

de gas caliente, de vastas burbujas

procedentes de las explosiones de estrellas,

es mucho ms interesante de lo que se pensaba

Ronald J. Reynolds

CONTINUO DE RADIO(408 MHz)Revela los electrones enrpido movimiento, quese hallan sobre tododonde hubo supernovas

HIDROGENO ATOMICO(1420 MHz)Revela el hidrgenoatmico neutro de lasnubes interestelaresy del gas difuso.

CONTINUO DE RADIO(2,4-2,7 GHz)Revela el gas ionizadotemplado y los electronede alta energa.

HIDROGENO MOLECUL(115 GHz)Revela (por medio

del monxido de carbonoel hidrgeno molecularde las nubes fras.

INFRARROJO LEJANO(12-100 micras)Revela el polvo calentadpor la luz de las estrellasespecialmente en las regnes de formacin estelar

INFRARROJO MEDIO(6,8-10,8 micras)Revela las molculascomplejas de las nubesinterestelares y las estrerojas.

LUZ VISIBLE(0,4-0,6 micras)

Revela las estrellas cercnas y el gas ionizado tenlas regiones oscuras sonfras y densas.

RAYOS X(0,25-1,5kiloelectronvolt)Revela el gas calientede las ondas de choquede las supernovas.

RAYOS GAMMA(ms de 300megaelectronvolt)Revela fenmenos de altenerga, como las colisiode plsares y de rayoscsmicos.


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1Se crea unasuperburbujaa partir de un cmulode estrellas de granmasa.

2Una estrella ex-plota en super-nova y se formauna burbuja de gascaliente de bajadensidad.

3Puesto que lasestrellas de granmasa tienen untiempo de vida simi-lar, pronto estallarotra.

4Las dos buse unen. Lovientos estelafacilitan energlas burbujas.

Las vistas de arriba y de la pgina anteriorson un corte a travs de la Va Lctea.

La atmsfera dinmica de la galaxia


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5Una tercera es-trella explota.El medio interestelarempieza a parecerun queso suizo.

6Las tres burbujasse unen y abrenun paso para el gascaliente y la radiacin.

Parte del medio interestelar adopta la forma de nubes sueltasde hidrgeno atmico (HI) o de hidrgeno molecular (H2); el resto,en su mayor parte, permanece en forma de gas ubicuo ionizado (HII)o atmico. Se entremezclan trazas de otros elementos. La masa totales aproximadamente un quinto de la masa de las estrellas de la galaxia.

Composicinde la atmsferagalctica 15 120 8000 8000 ~106

200 25 0,3 0,15 0,002

150 200 1000 2000 6000

0,1 2 35 20 43

18 30 30 20 2

Componente

Temperatura (K)

Densidad del plano medio (cm3)

Espesor de la capa (parsecs)

Fraccin en volumen (%)

Fraccin en masa (%)

EN NUBES

H2 H I H I TEMPLADO H II TEMPLADO H II CALIENTE

ENTRE NUBES

El trmino medio interestelar traa antes a la mente una imagen como

la de la derecha: nubes glidas y grumosas de gas y polvo, en reposo,

cercanas al plano galctico. Hoy se admite que el medio es una atms-

fera proteica agitada por las explosiones de las supernovas. El gas

asciende por las chimeneas para luego caer en poderosos surtidores. Galaxia NGC 891 en luz visible


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Creemos que la Luna es un lugar, pero enrealidad es cientos de millones de luga-res, un archipilago de soledades. Se puedeir de los 100 grados bajo cero a los 100grados sobre cero con un pequeo paso.

Podramos gritar al odo de un amigo, que no nosoira. Sin una atmsfera que transmita el calor o elsonido, cada rincn de la Luna es una isla en unmar por donde no se puede navegar.

La atmsfera de un planeta hace que su superficiesea un todo unificado. Gracias a ella las condicio-nes fsicas, la temperatura por ejemplo, varan consuavidad. El impacto de un asteroide, la erupcin deun volcn, la emisin de gases por la chimenea deuna industria suelen tener efectos ms all del pe-queo lugar donde ocurren. Los fenmenos localespueden tener consecuencias globales. Esta propiedadde las atmsferas se ha ganado ahora el inters delos astrnomos que estudian nuestra galaxia, la VaLctea.

Durante muchos aos hemos sabido que una at-msfera muy delgada, el medio interestelar, envuelve

nuestra galaxia y llena el espacio entre los miles demillones de estrellas. Hasta hace poco pareca queera una reserva esttica de gas fro que esperaba ensilencio a condensarse en estrellas. Cuesta distinguirlocuando se mira al cielo en una noche estrellada. Encambio, hoy da sabemos que es una mezcla tempes-tuosa de una gran variedad de densidades, tempera-turas y ionizaciones. Las explosiones de las superno-vas producen burbujas gigantes, se arquean surtidoresy chimeneas sobre el disco espiral y desde ms allde ste caen nubes. Estos y otros procesos entrela-zan regiones remotas de nuestra galaxia tal y comolos fenmenos atmosfricos comunican las perturba-ciones de un confn de la Tierra a otro.

Los telescopios de superficie y del espacio mues-tran que la atmsfera de la galaxia es tan complejacomo la de un planeta. El medio interestelar, soste-nido por el empuje gravitatorio combinado de las es-trellas y de otros materiales galcticos, atravesadopor la luz estelar, por partculas de gran energa ypor el campo magntico, se agita, calienta, recicla ytransforma sin cesar. Como en una atmsfera, la den-sidad y temperatura mayores se dan en el fondo,que en este caso es el plano que define la mitad dela galaxia, donde la presin debe contrapesar el pesodel medio de arriba. Las concentraciones densas degas las nubes se crean cerca de ese plano me-

dio. De las subcondensaciones ms densas nacen lasestrellas.

Cuando las estrellas consumen su combustible nu-clear y mueren, las que tienen al menos tanta masacomo el Sol devuelven gran parte de su materia almedio interestelar. A medida que la galaxia envejece,pues, cada generacin de estrellas va contaminando elmedio con elementos pesados. Como pasa en el cicloterrestre del agua, a la evaporacin le sigue la pre-cipitacin, y el material se recicla una y otra vez.

All arriba en el aire

Pensar en el medio interestelar como en una ver-dadera atmsfera ayuda a unificar algunos de losproblemas ms candentes de la astrofsica. El pri-mero y ms importante es la formacin de las es-trellas. Aunque se conocen los principios bsicosdesde hace dcadas, se ignora con exactitud qu de-termina cundo las estrellas nacen del medio inte-restelar y a qu ritmo lo hacen. Los tericos expli-caban antes la creacin de las estrellas teniendo encuenta slo las condiciones locales de una nube degas aislada. Ahora tambin consideran las condicio-

nes de la galaxia entera.No slo influyen esas condiciones en la formacinde las estrellas, sino que la formacin de las estrellasinfluye a su vez en las condiciones galcticas. Loque una generacin de estrellas hace determina el me-dio donde las futuras generaciones nacern, vivirny morirn. El comprender este efecto de retroali-mentacin el efecto de las estrellas, especialmentede las ms calientes, raras y de mayor masa, en laspropiedades a gran escala del medio interestelar esotro de los grandes desafos para los investigadores.La retroalimentacin puede ser tanto positiva comonegativa. Por una parte, las estrellas de gran masacalientan y ionizan el medio y hacen que se hinchey salga del plano medio de la galaxia. Esa expan-sin aumenta la presin ambiente; comprime las nu-bes y puede llegar a hacer que se derrumben sobres mismas y se cree una nueva generacin de estre-llas. Por otra parte, el calentamiento y la ionizacinagitan tambin las nubes y es posible que de esaforma inhiban el nacimiento de nuevas estrellas.Cuando las estrellas mayores explotan destrozan in-cluso las nubes de las que se formaron; una retroa-limentacin negativa podra explicar por qu el co-lapso gravitatorio de las nubes que engendra lasestrellas es un proceso tan ineficaz. Lo normal esque slo un tanto por ciento pequeo de la masa to-

tal de la nube se transforme en estrellas.Un tercer enigma que debe dilucidarse es la fre-cuencia de los brotes, espordicos pero intensos, deformacin de estrellas. En la Va Lctea los dos efec-tos de retroalimentacin casi se contrarrestan, y lasestrellas nacen a un ritmo que no se acelera unas10 estrellas por ao en promedio. Sin embargo, enalgunas galaxias, como la galaxia en explosin M82,la retroalimentacin positiva se ha impuesto. Desdehace 20 o 50 millones de aos la formacin estelaren las regiones centrales de M82 est fuera de con-trol y procede diez veces ms deprisa que antes.Puede que tambin nuestra galaxia haya tenido bro-

8 INVESTIGACIN Y CIENCIA, marzo, 2002

RONALD J. REYNOLDS es catedrtico de astronoma dela Universidad de Wisconsin en Madison. Ha diseado yconstruido espectrmetros de alta sensibilidad para estudiarel gas ionizado caliente de la Va Lctea. Es el investiga-dor principal del Cartgrafo en H-alfa de Wisconsin (WHAM),el instrumento que en dos aos ha hecho el mapa del hi-drgeno de todo el cielo boreal.

El autor


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tes espordicos. Cmo surgen estos brotes estelaresy qu los apaga son preguntas que deben ligarse ala compleja relacin que hay entre las estrellas y latenue atmsfera donde nacen.

Finalmente, se debate acerca de la rapidez con laque la actividad atmosfrica va agotndose. La ma-yora de las estrellas las de menor masa que el Sol,que viven decenas e incluso centenares de miles demillones de aos no contribuyen a los ciclos de re-troalimentacin. Cada vez va quedando encerrada unaparte mayor del gas interestelar en esas estrellas delarga vida. Con el tiempo, todo el gas disponible dela Va Lctea se habr consumido y atrs slo que-darn despojos estelares. Con qu rapidez ocurrir estodepender de si la Va Lctea es una caja cerrada ono. Las observaciones ms recientes indican que estodava un sistema abierto que gana y pierde masacon su entorno csmico. Parece que le llueven del es-pacio intergalctico nubes de alta velocidad de un hi-drgeno relativamente impoluto que la rejuvenece.Mientras tanto, podra estar expulsando gas en formade un viento de alta velocidad que sopla desde la at-

msfera exterior; recuerda a cmo expele el Sol len-tamente masa por medio del viento solar.

Hidrgeno calientey fro sobre la marcha

Para abordar estos problemas, quienes estudiamosel medio interestelar hemos tenido que identifi-car primero los diversos componentes de que consta.Se dio el paso inicial, el anlisis de su composicinelemental, en los decenios de 1950 y 1960; se uti-liz para ello el espectro de la luz emitida por ne-bulosas brillantes, como la de Orin. Conforme alnmero de ncleos de tomos, el medio es en un90 % hidrgeno y casi en un 10 % helio, y de lo de-ms desde el litio hasta el uranio slo hay unatraza de un 0,1 por ciento.

Puesto que el hidrgeno es tan abundante, la es-tructura de la atmsfera de la galaxia depende prin-cipalmente de las formas que adopte. Las primerasobservaciones eran sensibles sobre todo a los com-ponentes neutros y fros. El trazador por excelenciadel material interestelar es la lnea espectral ms fa-mosa de la astronoma, la lnea HI a 1420 megahertz(21 centmetros) que emiten los tomos de hidrgenoneutro. Desde los aos cincuenta se ha estado ras-treando la distribucin de HI dentro de nuestra ga-

laxia. Reside en grumos y filamentos, con densida-des de 10 a 100 tomos por centmetro cbico ytemperaturas cercanas a los 100 kelvin, que a su vezestn sumergidos en una capa ms difusa, rala (al-rededor de 0,1 tomos por centmetro cbico) y ti-bia (unos pocos miles de kelvin). La mayor parte delHI se encuentra prxima al plano galctico medio yforma un disco gaseoso de unos 300 parsecs de es-pesor (1000 aos luz), la mitad ms o menos delgrosor del disco estelar principal, se que observa-mos en una noche oscura como Va Lctea.

El hidrgeno tambin se presenta en forma mole-cular (H2). Es dificilsimo detectarla directamente. La

mayor parte de la informacin relativa a esta mol-cula se ha inferido de las observaciones en radio dealta frecuencia de las molculas de monxido de car-bono. Donde exista monxido de carbono, existirhidrgeno molecular. Pareca que estas molculas es-taban confinadas en las nubes ms fras y densas, enlos lugares donde la luz de las estrellas, que rompelas molculas en sus tomos constituyentes, no puedepenetrar. Esas nubes densas son sitios activos de for-macin estelar, y se encuentran en una capa fina (100parsecs de espesor) situada en el mismsimo fondode la atmsfera galctica.

Hasta hace muy poco tiempo se haban visto di-rectamente las molculas de hidrgeno slo en los lu-gares donde la radiacin ultravioleta o el viento departculas de una estrella cercana las destruyen lasconvierte en tomos sueltos de hidrgeno. En estos

entornos el H2 brilla en una longitud de onda infra-rroja de 2,2 micras. En los ltimos aos, sin embargo,

los espectrgrafos orbitales el ORFEUS-SPAS, puestoen rbita por el transbordador espacial, o un satlitenuevo, el Explorador Espectroscpico Ultravioleta(FUSE) han observado hidrgeno molecular a lon-gitudes de onda ultravioletas prximas a las 0,1 mi-cras. Estos instrumentos buscan el hidrgeno ilumi-nado por estrellas lejanas y cusares: el H2 deja lneasde absorcin distintivas en los espectros ultravioletasde esos objetos. La ventaja de este mtodo es quepuede detectar hidrgeno molecular en regiones esta-bles de la galaxia, lejos de cualquier estrella.

Para asombro general, dos equipos, dirigidos res-pectivamente por Philipp Richter, de la Universidad


50 PARSECS50 PARSECS

2. LA SUPERBURBUJA CONIFORME Chimenea W4 (lneade puntos) se cre probablemente a partir de un cmulode estrellas que tenan una gran masa. En el centro seencuentra un filamento de gas con forma de V, como silo hubiera barrido la fuerza de las explosiones supernovay de las emanaciones estelares. Esta imagen es una com-posicin en falso color de mapas de radio e infrarrojodel gas fro de hidrgeno.


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de Wiscosin, y Wolfgang Gringel, de la Universidad deTubinga, han descubierto H2 no slo en los lugareshabituales las nubes de alta densidad localizadasdentro del disco galctico, sino tambin en regio-nes de baja densidad de fuera del disco. Esto es unmisterio, puesto que las densidades altas son nece-sarias para proteger las molculas de la agresin dela luz estelar. Es posible que haya una poblacin denubes fras mucho ms alejada del plano medio ga-lctico de lo que antes se crea.

Una tercera forma del hidrgeno es el plasma deiones de hidrgeno. Se supona que el hidrgeno ioni-zado estaba encerrado en unos cuantos lugares ais-lados y pequeos: en las nebulosas brillantes prxi-mas a estrellas luminosas y en los restos que dejanlas explosiones de las supernovas. El avance tcnicode los detectores y el advenimiento de la astronomaespacial han cambiado las cosas, y se han detectadodos nuevos componentes de la atmsfera de nuestragalaxia: el hidrgeno ionizado (HII) caliente (un mi-lln de kelvin) y el templado (10.000 kelvin).

Al igual que las molculas de hidrgeno halladas

recientemente, estas fases de HII se extienden hastamuy por encima de la capa de H I fro y crean ungrueso halo gaseoso alrededor de la galaxia entera.El calificativo de interestelar no parece ya apro-piado para describir esas regiones, las ms externas

de la atmsfera de nuestra galaxia. La fase ms ca-liente podra extenderse miles de parsecs desde elplano medio y enrarecerse hasta densidades cercanasa los 0,001 iones por parsec cbico. Es en realidadla corona de la galaxia, anloga a la atmsfera ca-liente y extensa de nuestro Sol. Como pasa con lacorona solar, de la mera existencia de la corona ga-lctica se sigue que ha de existir una fuente pocoordinaria de energa a la que le deba su alta tem-peratura. Parece que el quid est en las ondas dechoque de las supernovas y en los rpidos vientosestelares. El plasma templado, energizado por la ra-diacin ultravioleta extrema, coexiste junto con elplasma caliente. El peso de estas capas extensas au-menta la presin del gas en el plano medio, y esotiene un efecto considerable en la formacin de es-trellas. Parece que otras galaxias tambin tienen co-rona. El observatorio de rayos X Chandra ha descu-bierto hace poco una alrededor de la galaxia NGC4631 (vase la figura 5).

Generacin de burbujas

Tras identificar en el medio estas nuevas fases demayor energa, los astrnomos han vuelto a pre-guntarse cmo se comportan y se interrelacionan losdistintos componentes. No slo el medio interestelar


F

ormacin

d

eestrellas

Estrellas agonizantesEstrellas de gran masa

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ci

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MEDIO INTERGALACTICO

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Estrellas agonizantesEstrellas de gran masa

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MEDIO INTERGALACTICO

MEDIO INTERESTELAR

ESTRELLAS

3. EL RECICLAJE DEL GASen la galaxia es anlogo alciclo del agua en la Tierra.El medio interestelar cumpleel papel de la atmsfera. Hayprecipitaciones de estrellas,que ms tarde se evaporan;las de mayor masa proporcio-nan energa y agitan el me-dio. Y as como la Tierrapierde materia que va a pa-rar al espacio interplanetario(y a su vez la gana de ste),tambin la galaxia intercam-bia materia con el espaciointergalctico.


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va recorriendo un ciclo por mediacin de las estre-llas, sino que va pasando de la forma H2 a la HI ya la HII, y de fro a caliente, y vuelta a empezar.Las estrellas de gran masa son las nicas fuentes deenerga conocidas tan poderosas como para que ex-pliquen esta actividad. Un estudio realizado por Ralf-Jrgen Dettmar, de la Universidad alemana de Bo-chum, ha mostrado que las galaxias con una poblacinsuperior a la normal de estrellas de gran masa tie-nen atmsferas ms extendidas o infladas. No estdel todo claro el mecanismo en cuya virtud las es-trellas inyectan energa por toda una galaxia, aunquea menudo se piensa que se debe a la creacin degas ionizado caliente.

Parece que producen ese gas las ondas de choquede alta velocidad (100 a 200 kilmetros por segundo)que tras una explosin de supernova se expanden porel interior del medio interestelar. Dependiendo de ladensidad del gas y de la intensidad del campo mag-ntico presentes en el medio, la expansin esfrica dela onda de choque abrir una cavidad con un radiode entre 50 y 100 parsecs, una burbuja gigantesca.

El choque acelera una fraccin pequea de losiones y electrones hasta velocidades prximas a la dela luz. Estas partculas veloces los rayos csmi-cos son una de las formas en que la muerte este-lar alimenta (positiva y negativamente) el nacimientode estrellas. Los rayos csmicos incrementan la pre-sin del medio interestelar; las mayores presiones, asu vez, comprimen las nubes moleculares densas yaumentan la probabilidad de que se derrumben so-bre s mismas y formen estrellas. Al ionizar partedel hidrgeno, los rayos csmicos instan tambinreacciones qumicas que sintetizan molculas com-plejas, algunas de las cuales son los ladrillos de lavida tal y como la conocemos. Y como los iones seadhieren a las lneas del campo magntico, atrapanel campo dentro de las nubes; eso frena el ritmo alque el hundimiento de stas crea estrellas.

Si las burbujas calientes se creasen con una fre-cuencia suficiente podra ocurrir que se interconec-taran en una inmensa espuma. Esta idea fue pro-puesta en los aos setenta por Barham Smith y DonaldCox, de la Universidad de Wisconsin en Madison.Un par de aos ms tarde, Christopher F. McKee, dela Universidad de California en Berkeley, y JeremiahP. Ostriker, de la Universidad de Princeton, argu-mentaron que la fase caliente debera ocupar entreel 55 % y el 75% del espacio interestelar. Las fases

neutras y ms fras estaran confinadas en nubes ais-ladas dentro de esa red ionizada; es, en esencia, elorden de cosas inverso al tradicional, en el que elgas neutro domina y el ionizado queda encerrado enbolsas pequeas.

Las ltimas observaciones parecen apoyar esta sub-versin de las ideas ordinarias. La cercana galaxiaespiral M101, por ejemplo, tiene un disco circularde hidrgeno atmico gaseoso plagado de huecos,presumiblemente originados por estrellas de muchamasa. Tambin parece un queso suizo el medio in-terestelar de una galaxia que est a siete mil millo-nes de aos-luz. No obstante, la cantidad de gas ca-

liente y su influencia en la estructura de las atms-feras galcticas es motivo todava de mucho debate.

Chimeneas y surtidores

El Sol mismo parece estar dentro de una burbujacaliente, que se deja ver con los rayos X queemiten los tomos muy ionizados, de oxgeno porejemplo, que posee en cantidades de traza. Pareceque esta regin de gas caliente, la llamada burbujalocal, fue creada por una supernova cercana harun milln de aos.

Un ejemplo an ms espectacular se encuentra a450 parsecs del Sol, en la direccin de las constela-ciones de Orin y Eridanus. La estudiaron hace pocoCarl Heiles, de la Universidad de California en Ber-keley, y sus colaboradores. Origin la burbuja deOrin-Eridanus un cmulo estelar de la constelacinde Orin que pertenece a una elite: es una asocia-cin OB, es decir, un conjunto de estrellas de lostipos ms calientes y de mayor masa que hay, los Oy B (son de 20 a 60 veces ms pesadas que el Sol,

incluido en el tipo G, y de mil a cien mil veces msbrillantes). A lo largo de los ltimos diez millonesde aos, las impresionantes muertes de estas estrellasde corta vida, sus estallidos en forma de supernovas,han arrastrado el gas del ambiente a una capa fina,una cscara, en el borde de la burbuja. En la luz vi-sible la cscara aparece como un entramado poco lu-minoso de filamentos y rizos ionizados. El gas a unmilln de grados que rellena el interior desprende unresplandor difuso en rayos X.

En toda esa regin hay una creacin de estrellastempestuosa que no muestra ningn signo de debili-tamiento. La nube molecular gigante de la que sur-gi la asociacin OB sigue precipitando estrellas. Unade las estrellas O ms nuevas, theta1 C Orionis, estionizando una pequea parte de la nube es decir,est produciendo la nebulosa de Orin. Sin embar-go, con el tiempo las supernovas y la radiacin ioni-zante rompern por completo la nube molecular y di-sociarn sus molculas. El hidrgeno molecular seconvertir de nuevo en hidrgeno atmico y ioni-zado; la formacin de nuevas estrellas cesar. Puestoque este violento proceso de conversin aumentarla presin del medio interestelar, el fin de esta nubemolecular quiz d lugar al nacimiento de estrellasen alguna otra regin de la galaxia.

Las burbujas galcticas deberan levantarse del

plano medio de la galaxia con facilidad, del mismomodo que las burbujas trmicas se levantan sobre elsuelo caliente en la Tierra. Las simulaciones num-ricas, como las recientemente realizadas por Morde-cai-Mark MacLow, del Museo Americano de Histo-ria Natural de la Ciudad de Nueva York, y suscolaboradores, indican que las burbujas pueden atra-vesar en su ascenso el halo entero de la galaxia. Elresultado es una chimenea csmica; a travs de lamisma, el gas caliente expulsado cerca del plano me-dio por una supernova accede a la atmsfera supe-rior de la galaxia. All el gas se enfra y cae denuevo sobre el disco galctico: de esta forma la su-



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perburbuja y la chimenea se convierten en un sur-tidor a escala galctica.

Estos surtidores son posiblemente el origen de lacorona caliente de la galaxia, e incluso de su campomagntico. Segn los clculos de Katia M. Ferrire,del Observatorio de Midi-Pyrnes, la combinacindel movimiento ascendente con la rotacin del discode la galaxia acta como una dinamo; se asemeja alos movimientos interiores del Sol y de la Tierra quegeneran sus campos magnticos.

Los observadores, claro est, an han de confirmarla ubicuidad de la fase caliente o la existencia de lossurtidores. La burbuja de Orin-Eridanus llega a 400parsecs del plano medio y una superburbuja similarde Casiopea a 230, pero an les quedan a ambas porrecorrer entre 1000 y 2000 parsecs antes de alcanzarla corona galctica. Los campos magnticos y un gasms denso y fro podran dificultar o hacer imposi-ble que las superburbujas llegasen al halo. Pero en-tonces, de dnde habra salido la corona caliente?No se conoce otra explicacin verosmil.

Entibiarse

El plasma templado (10.000 kelvin) es tan miste-rioso como el caliente. Segn la concepcin tra-dicional del medio interestelar, no cabe duda de quela presencia en todo lugar de gas ionizado templadoes simplemente imposible. Ese gas debera concen-trarse en regiones muy pequeas del espacio, en lasnebulosas de emisin, as la de Orin, que rodeanestrechamente a las estrellas de masa ultragrande; destas slo hay una por cada cinco millones, y la ma-yor parte del gas interestelar (el hidrgeno atmicoy molecular) es opaco para sus fotones; el grueso dela galaxia, pues, no se vera afectado.

Sin embargo, el gas ionizado templado se extiendepor el espacio interestelar. El instrumento WHAM,en un rastreo reciente, lo ha encontrado incluso enel halo galctico, muy lejos de las estrellas O mscercanas. El gas ionizado presenta pareja difusin enotras galaxias. Esto es un completo misterio. Cmohan podido arreglrselas los fotones ionizantes paraperderse tan lejos de sus estrellas?

En las burbujas podra hallarse la respuesta. Si lassupernovas han vaciado partes considerables del me-dio interestelar, a los fotones ionizantes les ser po-sible viajar distancias largas antes de que los absorbael hidrgeno neutro. La asociacin OB de Orin es

un ejemplo excelente de cmo discurre el proceso.Las estrellas O se encuentran en una cavidad inmensacreada por supernovas ms antiguas. Sus fotones via-

jan ahora libres por la cavidad, golpeando las lejanasparedes de la burbuja y haciendo que sta brille. Silos surtidores galcticos o las chimeneas penetraranen el halo de la galaxia, no slo se explicara la co-rona caliente, sino tambin la constante presencia degas ionizado templado.

Una imagen reciente de la superburbuja de Casio-pea obtenida por WHAM parece dar algunas pistas:un rizo de gas templado se curva por encima de laburbuja a unos 1200 parsecs del plano medio. El per-


103,1 103,2 103,3

Longitud de onda (nanmetros)

LINEA DE OXIGENOLINEA

DE HIDROGENO

Intensidad

relativa

Longitud galctica (grados)

Altura(p

arsecs)

155 145 135 125150 140 130 120

500

0

1000

1500

5000 PARSECS

4. UN ENORME RIZO DE HIDROGENO ionizado templado di-buja un arco sobre el disco de nuestra galaxia. Se en-cuentra justo por encima de la Chimenea W4 (lnea de pun-

tos) que se ve en la figura 2. Un mismo cmulo estelarpodra ser el origen de ambas estructuras.

5. ENVUELVE EL DISCO de la galaxia NGC 4631 un plasmacaliente (azul y prpura), como ha detectado el Observa-torio de Rayos X Chandra. El telescopio de imgenes ul-travioletas muestra la presencia de estrellas de gran masadentro del disco (naranja ).

6. EL PLASMA CALIENTE rodea tambin a nuestra galaxia.El Explorador Espectroscpico del Ultravioleta Lejano de-tect esta lnea espectral de oxgeno muy ionizado en unanube gaseosa iluminada por un cusar. La nube est al me-nos a cinco kiloparsecs del disco.


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fil de este rizo se asemeja vaga-mente al de una chimenea, sloque an no ha penetrado en el haloexterior de la Va Lctea. La can-tidad de energa necesaria para pro-ducir esta estructura gigantesca esenorme mayor que la energa dis-ponible en las estrellas del cmuloque formaron la burbuja. Es ms,el tiempo requerido para generar elrizo decuplica la edad del cmulo,as que ha de ser el producto demuchas generaciones, de una seriede brotes sucesivos de formacinestelar que antecedieron al cmuloque vemos hoy da. Cada broteaport nueva energa y expandi laburbuja creada por el anterior.

Una y otra vez

El hecho de que regiones gran-

des de la galaxia se vean in-fluidas por el nacimiento de es-trellas de gran masa en unas cuan-tas zonas localizadas parece requerirque la formacin estelar est coor-dinada durante largos perodos detiempo. Bien puede ser que todocomenzase con una nica estrelladel tipo O o con un grupo de ellasdentro de una nube molecular gi-gante. La radiacin estelar, los vien-tos y las explosiones excavaranuna cavidad modesta en el mediointerestelar circundante. Durante elproceso es posible que la nube ma-dre se destruyese. Quizs esa per-turbacin desencadenara una for-macin de estrellas en otra nubeprxima, y as sucesivamente, hastaque el medio interestelar en esaesquina de la galaxia pareciese unqueso suizo. Las burbujas empe-zaran entonces a solaparse y aunirse en una superburbuja. Laenerga procedente de ms y msestrellas O cebara la expansin dela superburbuja hasta que su flo-

tacin natural la extendiese por en-cima del plano medio hacia el haloy se formase una chimenea.

La superburbuja es ahora una vade escape del gas caliente del in-terior hacia los confines superio-res de la atmsfera galctica; asse genera la extensa corona. Le-

jos de su fuente de energa, el gasde la corona se enfra lentamentey va condensndose en nubes, quecaen de nuevo al plano medio dela galaxia; de esta manera, con este

surtidor, se completa el ciclo y eldisco galctico se repone con nu-bes fras donde habr nuevas for-maciones de estrellas.

Parece que los componentes yprocesos principales de la atms-fera de nuestra galaxia estn iden-tificados, pero los detalles son aninciertos. Se avanzar a medidaque contine el estudio del ciclorecorrido por el medio: interven-cin de las estrellas, diferentes fa-ses del medio y relacin entre eldisco y el halo. Las observacionesde otras galaxias facilitan una vistade pjaro de lo que ocurre en elmedio interestelar.

Es muy posible que no se estnteniendo en cuenta algunos aspec-tos cruciales. Por ejemplo, son lasestrellas la principal fuente ener-gtica del medio interestelar? El

rizo que se alza sobre la super-burbuja de Casiopea se parece de-masiado a las prominencias que di-bujan un arco sobre la superficiesolar. Tales prominencias vienen in-ducidas por el campo magntico dela atmsfera solar. Es posible quela actividad magntica domine tam-bin la atmsfera de nuestra gala-xia? De ser as, la analoga entrelas atmsferas galcticas y las es-telares y planetarias podra ser anms oportuna de lo que pensamos.


FAR ULTRAVIOLET SPECTROSCOPIC EX-PLORER OBSERVATIONS OF O VI AB-SORPTION IN THE GALACTIC HALO.Blair D. Savage et al. en Astrophy-sical Journal Letters, volumen 538,nmero 1, pginas L27-L30; 20 dejulio de 2000.

GAS IN GALAXIES. Joss Bland-Haw-thorn y Ronald J. Reynolds en Ency-clopaedia of Astronomy & Astrophy-sics. MacMillan e Institute of Physics

Publishing, 2000.DETECTION OF A LARGE ARC OF IONI-

ZED HYDROGEN FAR ABOVE THE CASOB6 ASSOCIATION: A SUPERBUBBLEBLOWOUT I NTO THE GALACTIC HA-LO? Ronald J. Reynolds, N. C. Ster-ling y L. Matthew Haffner en As-trophysical Journal Letters, volumen558, n.o 2, pgs. L101-L104; 10 deseptiembre de 2001.

THE INTERSTELLAR ENVIRONMENT OFOUR GALAXY. K. M. Ferrire en Re-views of Modern Physics, vol. 73,nm. 4 (en prensa).

Bibliografa complementaria


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La ciudad de San Francisco se extiende so-bre unos 120 kilmetros cuadrados, el do-

ble, aproximadamente, de la superficie dela isla de Manhattan. Pero la produccineconmica de Manhattan deja chiquita a

la de San Francisco. Una de las principales razonesde tal disparidad es que las oficinas de California,un territorio ssmicamente activo, propenden a dis-persar a su personal y sus instalaciones casi a rasde suelo, mientras que en Nueva York las sedes delas empresas se apilan verticalmente, hacia el cielo.Al edificar a lo alto en lugar de a lo ancho los pro-motores no slo incrementan el valor de sus terre-nos, sino tambin la capacidad de trabajo de la ciu-dad en su conjunto.

Una estrategia similar, aplicada al mundo micros-cpico de los microcircuitos electrnicos, podra re-

juvenecer a una industria de semiconductores que estmostrando sntomas de senectud desde hace algntiempo. Resulta sorprendente que de los ms de cienmil billones de transistores que, segn Gordon E.Moore (uno de los fundadores de Intel), han sido fa-bricados hasta la fecha, prcticamente todos se ha-yan construido a ras del suelo, es decir, directa-mente sobre las superficies de cristales de silicio. Lapoblacin de transistores por microcircuito se ha idoduplicando con una regularidad asombrosa (ley deMoore le llaman a eso en el ramo) mediante la am-pliacin de la superficie de los chips y la reduccin

creciente del tamao de cada transistor. Pero, por asdecirlo, se construyen solamente galeras comercia-les, no rascacielos.

La situacin no tardar en cambiar. Para empezar,los fsicos nos dicen que la ley de Moore llegar asu fin cuando las puertas que controlan el flujo deinformacin dentro del microcircuito lleguen a ser deslo la longitud de onda de un electrn (en el sili-cio, del orden de 10 nanmetros); los transistores de-

jarn entonces de funcionar como tales. Por otra par-te, en el camino que media entre los dispositivosactuales punteros y dicho lmite fundamental se atis-ban muchos y amedrentadores obstculos de natura-

leza tcnica. La trayectoria del progreso ha empe-zado ya a declinar.

Por suerte, unos ingenieros hemos hallado recien-temente una va para esquivar algunos de tales obs-tculos, dar a la ley de Moore alientos renovados eincluso acelerar la generacin de mayor capacidad decmputo a menor costo. Hemos demostrado que sepueden hacer microcircuitos verticales con las mis-mas fbricas de semiconductores de hoy, los mismosmateriales para los chips y procedimientos de ela-boracin parecidos.

Unos microcircuitos tridimensionales podra lla-mrselos estereocircuitos o estereochips van aser ahora puestos a la venta por Matrix Semicon-ductor, empresa fundada en 1998 por el autor conP. Michael Farmwald, cientfico informtico, y MarkC. Johnson, experto en el diseo de microcircuitos.En la primera mitad de 2002 llegarn al mercadounos circuitos de memoria tridimensionales, los pri-meros ejemplares de una nueva generacin de chipsdensos y econmicos de la que se espera que hagaque los medios de grabacin digital resulten lo bas-tante econmicos y prcticos como para reemplazara la pelcula fotogrfica y las cintas de sonido. He-mos creado tambin, en los laboratorios de la Uni-versidad de Stanford y de Matrix, prototipos de apa-ratos que incorporan circuitos lgicos verticales. Parecehaber buenas razones para pensar que, incluso tra-tndose de microprocesadores, el techo es el cielo.

Las lindes de Planilandia

En nuestros das, los microcircuitos ms avanza-dos no son estrictamente bidimensionales. As,por ejemplo, el procesador Pentium 4 de Intel constade siete capas de conexionado, incrustadas en confi-guraciones de material aislante. Empero, las regionessemiconductoras activas yacen slo en el estrato basede silicio puro.

La industria ha ido hasta ahora arreglndoselas paracumplir la ley de Moore; en gran medida lo ha lo-grado perfeccionando el manejo de la oblea de sili-

Microchips en verticalLos ingenieros han hallado la forma de comprimir

mayor potencia de cmputo en los microcircuitos:construirlos no slo a lo ancho, sino tambin a lo alto

Thomas H. Lee



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cio. Las ciencias de materiales han inventado m-todos para crear cristales de silicio gigantescos, de30 centmetros de dimetro, que contienen menos deuna parte de impurezas en mil millones. Los robotsdisparan en las salas limpias dosis cuidadosamentecalibradas de ciertos iones sobre las obleas rebana-das de ese cristal. Las regiones que se convertirnen transistores gracias a esa activacin inica estndefinidas por la fotolitografa, que inscribe con luzy cidos las correspondientes configuraciones sobrela oblea (vase el recuadro En tres dimensiones: elmismo utillaje, pasos distintos). Para apiar cadavez ms transistores en una oblea es necesario uti-

lizar luz de una longitud de onda cada vez ms cor-ta. Se han reemplazado las lmparas de vapor demercurio por lseres excmeros que emiten en el ul-travioleta profundo e inscriben elementos de 130 na-nmetros; as se pueden poner ms de mil millonesde transistores en un chip. Nuevos perfeccionamien-tos deberan rebajar hasta 65 nanmetros el lmite yllegar, tal vez, a los 16.000 millones de transistores.

Pero a partir de tal punto la senda puede ser muyescabrosa. Estn empezando ahora a funcionar en ellaboratorio sistemas litogrficos que utilizan luz delultravioleta extremo, aunque plantean todava muchose importantes problemas.

Si la historia sirve de gua, es probable que se lo-gren eliminar tales estorbos; el incentivo econmicoes enorme. Pero como aumenta el nmero de obstcu-los, el ritmo de progresin puede verse considera-blemente frenado. La gua oficial que publica laSIA (Asociacin de Industrias de Semiconductores)

estima que la superficie de los chips crecer de un4 a un 5 por ciento anual; histricamente ese creci-miento ha rondado el 15 por ciento anual. La re-duccin peridica de un 30 por ciento del tamaodel elemento mnimo va a producirse ahora cada tresaos en lugar de cada dos. Pero incluso a este pasoms tranquilo son muy grandes las probabilidades deque la ley de Moore tropiece con los lmites funda-mentales entre 2010 y 2020.

Hay un factor importante que se ha mantenido mso menos constante: el precio del suelo de semicon-ductor, entre 4 y 5 mil millones de euros por hec-trea. Por qu no han tomado los promotores de ese


1. APILADAS VERTICALMENTE, estas clulas de memoriapuede almacenar ocho bits de informacin en la mismasuperficie que normalmente se asigna a un solo bit. Conestos microchips tridimensionales se pretende reducir drs-ticamente el coste de la memoria digital.


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suelo la decisin, aparentemente obvia, de edificarhacia lo alto? La razn ms sencilla es que los tran-sistores son ms rpidos y ms fiables cuando seconstruyen a partir de los tomos perfectamente ali-neados de una oblea cortada de un solo cristal de

silicio.En cuanto se recubre esa oblea semiconductora conxido aislante o hilo metlico no hay forma cono-cida de recuperar la regularidad cristalina que estdebajo. Vendra a ser como atinar con el motivo deun suelo entarimado despus de haberlo cubierto conuna alfombra. El silicio depositado sobre una super-ficie no cristalina tiende a quedar completamente de-sordenado, en estado amorfo. Sometido a un trata-miento trmico adecuado se logra que forme diminutasislas (grnulos) de material monocristalino, pero enlas fronteras entre los grnulos las ordenadas hilerasde tomos chocan bruscamente y forman cualquierngulo entre s. Los contaminantes pueden acumu-larse en estas barreras y cortocircuitar cualquier tran-

sistor o clula de memoria situada en medio. Du-rante muchos aos, los dispositivos basados en sili-cio amorfo o en polisilicio (abreviatura de silicio po-licristalino) han sido tan malos, que nadie habapensado seriamente en utilizarlos para cosa alguna,como no fuese para las clulas fotovoltaicas.

En los primeros aos ochenta, sin embargo, un pre-maturo temor a que la ley de Moore estuviera pr-xima a dejar de cumplirse sirvi de acicate para unaserie de tentativas de fabricar microcircuitos tridi-mensionales, chips donde los transistores no se ex-tendieran horizontalmente, como puentes, sino que le-vantaran torres de silicio. En Stanford, James F.Gibbons y otros se valieron de haces de lser paramejorar la calidad de las pelculas de silicio depo-sitadas sobre sustratos no silceos. Otros trataron deapilar, unos sobre otros, chips bidimensionales ordi-narios. Lamentablemente, el primer mtodo era de-masiado lento y el segundo demasiado caro para queresultasen econmicamente competitivos. La fabrica-cin tradicional de microcircuitos sigui por la mismava de antes y los ingenieros dejaron de pensar en

los circuitos verticales.

Nuevos usos para viejas herramientas

En 1997, Farmwald y yo empezamos a explorarnuevamente la posibilidad de construir chips tri-dimensionales; nos percatamos de la existencia dedos tcnicas clave, ya desarrolladas con otros fines,que ofrecan la posibilidad de que tales estereocir-cuitos fuesen, por vez primera, verdaderamente prc-ticos. Una de ellas era un procedimiento para depo-sitar polisilicio de modo tal que cada islote de siliciomonocristalino fuese lo bastante grande como paraalbergar un gran nmero de clulas de memoria ode transistores. La segunda, no menos importante,consista en un procedimiento para alisar cada capade nuevo material de suerte que la torre no crecieratorcida sobre el chip.

Hemos de agradecer a la industria de las pantallasplanas el primero de esos avances. Logr construirmillones de transistores a partir de una pelcula del-gada extendida sobre un sustrato grande y amorfo (elvidrio, en su caso; otros materiales, en el nuestro).Los transistores de pelcula delgada pueblan hoy laspantallas de los ordenadores porttiles. Parte del se-creto consiste en depositar el silicio a unos 400 oCen forma de una pelcula extraordinariamente lisa

(pero no cristalina, sino amorfa), y a continuacinhornear uniformemente la lmina entera durante unospocos minutos a ms de 500 oC. De este modo lapelcula de silicio amorfo se convierte en una de si-licio policristalino, con regiones cristalinas regularesde una micra de dimetro o ms. Aunque los pane-les de las pantallas de cristal lquido requieren unsolo estrato de transistores, las mismas mquinas quehacen esos paneles pueden fabricar tambin disposi-tivos con mltiples capas.

El segundo avance fundamental, la pulimentacinqumico-mecnica, fue un fruto de los laboratoriosde investigacin de IBM de finales del decenio de

THOMAS H. LEE fue diseador de circuitos de AnalogDevices en 1990, tras doctorarse en el M.I.T. En 1992 in-gres en Rambus, donde desarroll circuitos analgicos dealta velocidad para chips de memoria. Sus trabajos se in-corporaron tambin a microprocesadores de Advanced Mi-cro Devices y Digital Equipment Corporation. En 1994 en-tra a formar parte del departamento de ingeniera elctrica

de la Universidad de Stanford, donde ha centrado sus in-vestigaciones en circuitos de comunicaciones a gigahertz.Es conferenciante de dos sociedades profesionales y lafundacin Packard le ha concedido una de sus becas deinvestigacin. Le han sido otorgadas 14 patentes en losEE.UU., entre ellas cuatro para la construccin y fabrica-cin en masa de circuitos integrados tridimensionales.

El autor

Resumen/Microcircuitostridimensionales

La complejidad de los microcircuitos basados en elsilicio, de la que depende la industria informtica,se topar pronto con limitaciones fsicas fundamen-tales si, como dice la ley de Moore, siguecreciendo a un ritmo constante. La sustitucin delsilicio por otros tipos de material semiconductor se-ra enormemente cara.

Los ingenieros han dado hace poco con una formade prolongar la ley de Moore, e incluso de acele-rar el ritmo del progreso notablemente. Han dise-ado y producido a gran escala chips de mltiplescapas, en los que las partes semiconductoras yano estn confinadas en un solo plano, sino quetambin se extienden en sentido vertical.

Est previsto que este mismo ao lleguen al mer-cado los primeros productos que incorporarn mi-crochips tridimensionales, en concreto unas tarjetasde memoria que, al ser ms baratas que las ac-tuales, se podrn usar en la fotografa digital opara grabar sonido.


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3

21

3 4 5

4 5 6 7 8

Se proyectanconfiguraciones de luzultravioleta sobre una obleade silicio recubierta con unmaterial fotosensible

Se elimina el materialfotosensible que recibiluz; se graban en huecolas regiones desprotegidasatacndolas con gases

Se proyectan iones sobrela oblea para doparel silicio remanentey crear as los transistores

La oblea es recubiertade dielctrico(aislante) o de metal(conductor)

Un pulido mecnico-qumicoalisa la superficie de laoblea con una precisinde 50 nanmetros

Se dopa el siliciomediante implantacinde iones para creartransistores

La fotolitografa y elproceso de grabadose efectan igual queen los chips planos

EL PROCESO SE REPITE CUATRO VECES O MAS PARA AADIR INTERCONEXIONES METALICAS U OXIDOS AISLANTES

Se aaden tres capasnuevas: polisilicio,metal de tungstenoy, luego, ms polisilicio

Se repite lafotolitografa paracrear regiones activasde polisilicio

Se graban las clulasde memoria y lasinterconexionesmetlicas; se aadeaislante

Se eliminan lasprominencias medianteun pulido qumico-mecnico

Se aporta una capade material infusible;quemndola es comose almacena un biten la memoria

EL PROCESO SE REPITE NUEVE VECES PARA APILAR OCHO CELULAS DE MEMORIA

FABRICACION DE UN CHIP TRIDIMENSIONALNuevas etapas crean, con los mismos materiales y utillaje, microcircuitos tridimensionales con muchos transistores de polisilicio apilados verticalmente

RETICULO (MASCARA)

LENTE

OBLEA DE SILICIOPREPARADA

Materialfotosensible

Dixidode silicio

Nitrurode silicio

Sustratode silicio

FABRICACION DE UN CHIP BIDIMENSIONAL

EN TRES DIMENSIONES: EL MISMO UTILLAJE, PASOS DISTINTOS


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1980. Por entonces, los diseadores de microcircui-tos consideraban arriesgado depositar dos o tres ca-pas de metal sobre la oblea de silicio porque cadaestrato nuevo haca que apareciesen ms montculosy vallecillos que ponan difcil el mantener enfoca-das las configuraciones fotolitogrficas.

Con el fin de eliminar las irregularidades de cada

capa, se adapt al caso un ardid del que los fabri-cantes de lentes se valen para pulimentar espejos. Latcnica bsica se emple ya en todos los procesa-dores Intel 80486: cada vez que se aade un nuevoestrato de silicio, de metal o de xido aislante, laoblea se coloca boca abajo sobre una muequilla. Se-guidamente, se hacen girar en sentidos opuestos lamuequilla y la oblea, accionadas por unos vstagos,al tiempo que pasa entre ambas una lechada de abra-sivos y reactivos qumicos alcalinos. Al cabo de unospocos minutos de pulimentacin la oblea queda plana,con una tolerancia de 50 nanmetros, y convertidaen un sustrato ideal para el procesamiento ulterior.

Gracias a los perfeccionamientos del pulimentado qu-mico-mecnico son corrientes los diseos de micro-circuitos con siete u ocho capas de metal. Parece queel principal factor que pone el lmite al nmero deestratos que se van aadiendo es la paciencia.

Basndonos directamente sobre estas dos tcnicasbidimensionales, hemos construido circuitos tridi-mensionales. Recubramos obleas ordinarias de sili-cio con muchas capas sucesivas de polisilicio (amnde las capas metlicas y aislantes necesarias), pu-liendo tras cada etapa hasta que la superficie que-dara bien plana. Aunque los electrones no se des-plazan con tanta facilidad en el silicio policristalinocomo en el monocristalino, en los trabajos de in-

vestigacin se han logrado producir transistores tri-dimensionales con una movilidad electrnica igual aun 90 % al 95 % de la que se tiene en los transis-tores bidimensionales.

La pila vertical de dispositivos ofrece una manerade esquivar los graves obstculos que amenazan conhacer descarrilar a la ley de Moore. A medida quelos chips de dos dimensiones siguen extendindosea modo de una galera comercial, cada vez resultams difcil mantener la imagen litofotogrfica enfo-cada en los bordes. Y los hilos, largos para la es-cala del dispositivo, que conectan en los micropro-cesadores tradicionales las secciones ms alejadas,


2. LAS CAPAS DE POLISILICIO que forman la colmena declulas de memoria (izquierda) estn interconectadas me-diante vas (columnas de la derecha), las cuales, a suvez, se hallan interconectadas por hilos de tungsteno (es-tructuras brillantes).


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causan demoras que reducen el rendimiento y com-plican el diseo.

La incesante reduccin de tamao de los circuitosplantea otros problemas. Para los transistores es fun-damental la fina capa aisladora que se extiende bajoel electrodo de control. En los microcircuitos de dosdimensiones ms avanzados, esta capa aislante dedixido de silicio mide slo tres nanmetros al-rededor de dos docenas de tomos de espesor. Detransistor a transistor, ese espesor no debe variar enms de uno o dos tomos. La industria afronta ru-tinariamente este problema porque es ms fcil for-mar pelculas superfinas que excavar canales ultra-estrechos. Pero tal vez no exista una manera prcticade lograr que estas pelculas aislantes sean todavamucho ms delgadas, porque el flujo de electronesdebido al efecto tnel cuntico hace que vayan siendopeores aislantes a medida que adelgazan. Es veros-mil que algn otro material tenga que reemplazar ano tardar al dixido de silicio, pero est por vercul sera.

Han sido muchos los nuevos diseos de microcir-

cuitos propuestos para abordar estos problemas. Lamayora se basa en sustituir por completo el siliciocon diversos materiales exticos: polmeros orgni-cos, fullerenos de carbono, compuestos de cobre, ma-teriales ferroelctricos o aleaciones magnticas. Ahorabien, el abandono del silicio entraa desperdiciar untesoro de conocimientos fruto de ms de 50 aos deestudio y de una inversin de unos 100.000 millo-nes de euros.

El proceso de diseo electrnico tridimensional, porel contrario, no recurre a nuevos tomos y saca par-tido de las enormes inversiones realizadas por la in-dustria en el instrumental de la pulimentacin qu-mico-mecnica y de la fabricacin de pelculas delgadas.Por ser tan onerosa la produccin y procesamientode los lingotes de silicio ultrapuro, el costo del si-licio es en gran medida proporcional a la superficie(y no al volumen) consumido. As pues, la electr-nica vertical puede reducir los costos de fabricacina la dcima parte, o menos, en comparacin con loschips tradicionales. Y conforme se vayan aadiendoms capas la densidad de los dispositivos tridimen-sionales debera crecer, al menos, con tanta rapidezcomo dice la ley de Moore.

La fotografa digital y ms

Tradicionalmente, los fabricantes de semiconduc-tores han detectado y eliminado los fallos de unmtodo nuevo produciendo chips de memoria antesde sacar microcircuitos ms complejos, de tipo l-gico por ejemplo. Las memorias son vastas forma-ciones de clulas de una gran sencillez; con ellas,pues, hay que darse menos maa y no son tantos losproblemas.


3. LA LEY DE MOORE dice que la complejidad de los mi-crochips se multiplica por un mismo factor cada ao, peroese progreso perdi velocidad en torno a 1990, mientrasse haca por inventar sistemas fotolitogrficos que gra-baran en el silicio estructuras cada vez ms pequeas(arriba). Aunque las modificaciones estructurales multi-plicaron el tamao y el nmero de puertas en el Pentium4, es probable que la ley de Moore se frene ms toda-va cuando los sistemas fotolitogrficos pasen de la luzultravioleta a los rayos X, mucho ms difciles de enfo-car. Sin embargo, aumentando la complejidad vertical delos circuitos se puede conseguir la misma capacidad decmputo a un costo mucho ms reducido (abajo).

1,20

1,00

0,8

0,6

0,40

0,2

0,0

0,25 0,18 0,15 0,13

Preciomayoristaporch

ip(endlares)

Precisin de los sistemas litogrficos (en micras)

MEMORIA FLASH ORDINARIA(BIDIMENSIONAL)

MEMORIA TRIDIMENSIONAL

DE MATRIX

108

107

106

105

104

Nmerodetransistoresporchip

103

FUENTES: VLSI Research, Inc.; Integrated Circuit Engineering Corporation; Intel

1970 1978 1986

Ao

1994 2002

MICROPROCESADOR INTEL

Sistemas de litografa

Aline

adoresdecontacto

Aline

adoresdeproximidad

Aline

adoresdeproyeccin

Prim

erosdispositivosdepaso

yrep

eticindelneaG

Primerosdispositivosdepaso

yrepeticindelneaI

Dispositivosdepasoyrepeticin

avanzadosdelneaI

Dispositivosdepasoyrepeticin

enelUVprofundo

Dispositivosdepaso

yrepeticinavanzados

delneaG

PENTIUM III

PENTIUM 4

PENTIUM PRO

PENTIUM

80486

80386

80286

8086

8080

4004

PENTIUM II

CADA AVANCE EN LA FABRICACION DE CHIPS...

... REBAJA EL COSTE UNITARIO


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Eso mismo es lo que va a hacer Matrix; ms en-trado el ao, presentaremos un chip de memoria tri-dimensional cuyas clulas forman torres de ocho pi-sos (vase la figura 4). A diferencia de las memoriasRAM de los ordenadores personales, estas nuevas uti-lizan clulas de memoria de extrema sencillez. Casirecuerdan ms a una pelcula fotogrfica, indelebleuna vez impresionada. La idea es que sean un me-dio econmico para la fotografa y la grabacin desonido digitales. Este primer microchip de estructuravertical, con sus 512 millones de clulas de memo-ria, posee capacidad suficiente para almacenar ms deuna hora de sonido de alta calidad (mediante com-presin de datos) y un par de cientos de fotografas(compuesta cada una, aproximadamente, por un mi-lln de pxeles). Con el tiempo tal capacidad au-mentar y el costo por unidad descender. Hemos de-mostrado ya que son factibles los dispositivos de 12pisos de altura. Todo indica que los microcircuitosde 16 capas estn perfectamente a nuestro alcance.

En el laboratorio hemos puesto en servicio circui-tos tridimensionales mucho ms complejos: chips de

RAM esttica, puertas lgicas, hasta memorias EPROMborrables. Aunque se encuentran en los primeros es-tadios de desarrollo, estos bloques constructivos b-sicos son todo cuanto se requiere para remodelar entres dimensiones un circuito plano cualquiera, se tratede memorias RAM dinmicas, memorias no voltiles,transceptores inalmbricos o microprocesadores. Pues-tos de pie, los transistores de estos circuitos podrn

ser sumamente pequeos porque sus canales se harncon pelculas delgadas y sern diez veces ms preci-sos que los canales definidos por la luz ultravioleta.

Como sucede con todos los avances de la inge-niera, en esta nueva tcnica de fabricacin hay tam-bin limitaciones y soluciones de compromiso. Unafraccin de las clulas de memoria o de los transis-tores de un microcircuito vertical quedar a caballosobre las fronteras que separan los grnulos de po-lisilicio; seguramente fallarn. Tendremos que usarrutinas de deteccin y correccin de errores, comoen los discos compactos de msica, y tambin darcon procedimientos que desven las seales cuandose topen con sendas defectuosas. Los mtodos decomputacin tolerantes de los fallos, aunque son bienconocidos, no se han incorporado a los propios mi-crochips. En la mayora de los contextos planos es-tas tcnicas son demasiado farragosas e innecesarias;felizmente, gracias a las reducciones de costos quese consiguen con las tres dimensiones estos mtodosde reparacin van a ser econmicamente factibles

justo cuando empiezan a necesitarse.

Tambin en la velocidad habr algn tipo de tran-saccin. Los modernos transistores de pelcula delgadafuncionan ms o menos a la mitad de velocidad quelos dispositivos monocristalinos, si bien la diferenciaes menor cuando se comparan circuitos completos por-que los componentes empaquetados en tres dimensio-nes requieren lneas de conexin claramente ms cor-tas. Numerosos investigadores estn buscando la formade reducir todava ms la diferencia.

Aparte de estas consideraciones especiales, los es-tereochips han de afrontar esencialmente las mismasdificultades que la electrnica plana corriente; si cier-tos problemas apareciesen antes sera, sencillamente,porque se habra acelerado la ley de Moore. El proble-ma ms agudo para los dispositivos espaciales densospuede ser el calor, debido a que, en proporcin, lasuperficie de disipacin es menor. En un micropro-cesador moderno la densidad de potencia supera ya


MICROPROCESADOR BIDIMENSIONAL(ATHLON, DE ADVANCED MICRODEVICES

CIRCUITO LOGICO TRIDIMENSIONAL(PROTOTIPO EXPERIMENTAL)

MEMORIA DE ACCESO ALEATORIO(IBM, 256 MEGABITS)

MEMORIA VOLATIL TRIDIMENSIONAL(MATRIX SEMICONDUCTOR)

Sustratode monosilicio

Aislantes Conductoresde aluminio

Polisilicio Incrustacionesde tungsteno

Silicio dopadocon iones

Oxidosde aislamiento

Siliciuro

NO ESTA A ESCALA

4. LA ESTRUCTURA INTERNA de los chips tridimensio-nales difiere llamativamente de la estructura de las me-morias y microprocesadores tradicionales, que son pla-nos. En los microcircuitos ordinarios, sean lgicos o dememoria, todos los transistores se encuentran confina-dos en una sola capa de silicio. En los microcircuitos tri-dimensionales, los transistores o las clulas de memoriase forman dentro de mltiples estratos de silicio.


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a la de los quemadores de una cocina tpica. Laineficacia de las estrategias que se siguen hoy paradisipar con la debida rapidez tan gran cantidad decalor la reduccin de las tensiones de funciona-miento o la activacin selectiva de porciones de uncircuito quiz limite el rendimiento de los circui-tos tridimensionales densos, a menos que se apliquentcnicas ms avanzadas de enfriamiento. Por fortuna,los microrrefrigeradores ms recientes logran ya re-tirar 200 watt por milmetro cuadrado con un con-sumo de slo un watt. As pues, las limitaciones tr-micas no constituyen todava un impedimentofundamental.

Cierto es que hay lugar para muchos perfecciona-mientos. El cerebro humano, con su refrigeracin l-quida y unas dimensiones que superan considerable-mente las de cualquier circuito tridimensional quepueda concebirse en nuestros das, disipa slo unos25 watt; un microprocesador Pentium 4 consume unos80. Aunque no podemos descartar la posibilidad deque la incapacidad para resolver el problema del ca-lentamiento pueda en ltima instancia imponer durasrestricciones a lo que puedan hacer los circuitos tri-dimensionales, la historia lleva a pensar que los gran-des incentivos econmicos que estn en juego harnque se d con situaciones imaginativas.

Si se lograse que la vigencia de la ley de Moorese prolongara algunos aos ms de los previstos,las consecuencias seran de gran alcance. Durante30 aos los fabricantes de microcircuitos se han es-forzado sin cesar en grabar estructuras cada vez mspequeas en un solo plano. Parece inevitable que enel futuro la escala de los microcircuitos vaya siendo

menor tanto horizontal como verticalmente. Las tc-nicas requeridas son a la vez posibles y prcticas,sin olvidar los beneficios, demasiado importantes paradejarlos de lado.


MULTIPLE LAYERS OF CMOS INTEGRATED CIRCUITS USINGRECRYSTALLIZED SILICON FILM, Victor W. C. Chan et al.,en IEEE Electron Device Letters, vol. 22, n.o 2, pginas77-79; febrero de 2001.


5. EL ALMACENAMIENTO PERMANENTE de bits en estechip tridimensional de memoria se produce cuando se des-truyen sus infusibles (puntos oscuros en el centro ), ope-racin que establece una conexin entre las mitades deun circuito.


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vienen elementos de cooperaciny de competicin. Modelan seme-

jante situacin los llamados juegosde bienes pblicos.

Es dulce la venganza

En uno de los juegos de bienespblicos ms sencillos parti-cipan cuatro jugadores. El expe-rimentador da a cada uno veinteeuros, y han de decidir, con inde-

pendencia los unos de los otros,cunto invertirn en un fondo co-mn. El experimentador dobla elfondo comn y lo distribuye entrelos cuatro miembros del grupo.

Si cada jugador contribuye consus veinte euros, todos doblan sucapital. La cooperacin es muy ren-table. Pero la tentacin de retenerla propia contribucin es grande. Un

jugador egosta no pondra nada,porque de cada euro que inviertaslo cincuenta cntimos volvern a

su cuenta. (El experimentador do-bla el dinero, pero luego se dividepor cuatro entre los jugadores.) Elexperimentador se asegura de quelos jugadores entienden perfecta-mente esto preguntndoles que cal-culen con cunto acabara cada unosi, digamos, Alicia pone 10 euros,Roberto y Carolina slo cinco y Da-niel nada en absoluto. Tras estospreparativos se juega de verdad. Sitodos siguiesen la estrategia racio-

nal egosta predicha por los econo-mistas, no se invertira nada y na-die mejorara sus veinte euros departida. La gente no juega as enla realidad; la mayora invierte almenos la mitad de su capital.

Si el mismo grupo repite el juegodiez veces, los individuos segui-rn invirtiendo alrededor de la mi-tad de su capital durante las pri-meras rondas. Pero hacia el finalla mayora no invertir ya nada.Este declive desde un nivel alto

de cooperacin se interpretaba an-tes como un proceso de aprendi-zaje: los jugadores aprenden la es-trategia egosta a las malas, a golpede decepciones. Pero sta no puedeser la explicacin correcta, ya queotros experimentos han mostradoque la mayora de los jugadoresque se incorporan a grupos nue-vos, con otros jugadores a los queno conocan de antes, vuelven aempezar con contribuciones gran-des. Cul es la justificacin deeste comportamiento?

Los experimentos que hemos he-cho uno de nosotros (Fehr) y Si-mon Gchter, de la Universidadsuiza de St. Gallen, muestran queel juego de bienes pblicos sufreun giro espectacular si se aade unanueva opcin: la de castigar a losotros jugadores. En estos experi-

mentos los jugadores pueden mul-tarse unos a otros al final de cadaronda, pero slo con un coste. SiAlicia quiere ponerle a Daniel unamulta de un euro, deber ella pa-gar 30 cntimos. El euro y los 30cntimos vuelven al experimenta-dor. El costo hace que el castigosea injustificable desde el punto devista egosta (Alicia reduce su ca-pital y no gana nada a cambio). Noobstante, la mayora de los juga-dores se muestran muy dispuestosa, y hasta ansiosos por, multar aquienes vayan quedndose cortos ensus contribuciones. Parece que to-dos anticipan que ser as; inclusoen una partida con una sola rondahay menos abstenciones de lo usual.Lo ms significativo es que, si el

juego se repite un nmero de ve-ces fijado de antemano y conocido,la voluntad de contribuir no decae.Muy al contrario: las contribucio-nes al fondo comn suben con eltiempo, y en las ltimas rondas msdel 80 % de los miembros del grupo

invierte todo su capital; es llama-tiva la diferencia con el resultadodel juego sin castigos.

En un juego repetido, los juga-dores pueden considerar el castigocomo una inversin astuta e inte-resada en la educacin de otros ju-gadores: se ensea a los aprove-chados a contribuir para beneficiocomn. Incurrir en costos para pe-nalizar a los agarrados puede pro-porcionar beneficios a largo plazo.Pero una variacin reciente del



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juego de los bienes pblicos mues-tra que ese criterio econmico esslo un aspecto secundario. En ellase juntan numerosos grupos de cua-tro jugadores. Tras cada ronda selos redistribuye de manera que novuelvan a coincidir dos de ellos.No cambia la pauta de los casti-gos (ni el alto nivel de las inver-siones): se penaliza con tanta se-veridad a los aprovechados comocuando todo el mundo permaneceen los mismos grupos; las inver-siones tambin empiezan altas ypueden subir. Este resultado esasombroso, ya que se ha eliminadoel rdito de la educacin. Comoantes, recibir una multa hace queel jugador aumente sus inversio-nes venideras, pero ese aumentonunca beneficia a quien impone lamulta. No obstante, muchos juga-

dores se muestran muy inclinadosa castigar a los abstencionistas. Pa-rece que los participantes experi-mentan un placer primigenio enponerles las cosas en su sitio a losaprovechados. Se muestran ms in-teresados en vengarse personal-mente que en aumentar su rendi-miento econmico total.

Por qu hay tantos jugadoresdispuestos a pagar el precio de cas-tigar a los listos sin sacar benefi-cio material alguno de ello? Eleconomista evolutivo Herbert Gin-tis, de la Universidad de Massa-chusetts, ha demostrado que esaconducta podra ofrecer ventajasadaptativas. En su modelo, los gru-pos sociales con un porcentaje decastigadores superior a la mediason ms capaces de superar gue-rras, pestes, hambrunas y otros de-sastres por el estilo, que amena-cen al grupo entero con la extincino la dispersin. En esas situacio-nes se quiebra la cooperacin en-tre agentes con intereses propios

porque es muy improbable que hayainteracciones futuras entre los miem-bros del grupo. Los castigadoresdisciplinan a los agentes que obe-decen a intereses propios, por loque resulta harto ms probable quesobreviva el grupo. Los individuosque castigan no son, claro, cons-cientes de este mecanismo evolu-tivo. La venganza, sencillamente,les sabe dulce.

La gente espera que haya equi-dad y solidaridad dentro de la ma-

yora de los grupos, sea de niosen un campamento de verano o de

jefes de la Mafia. En ltima ins-tancia, los criterios morales deter-minan una parte esencial de la vidaeconmica. Cmo pudo la evolu-cin crear semejantes formas deconducta social? Esta es una cues-tin central de la teora darwinista.Puede que parezca difcil de casarla abundancia de actos altruistasque aprovechan a quienes los re-ciben, pero les cuestan a los do-nantes con la idea del gen ego-sta, segn la cual la evolucinacta slo, en su nivel bsico, parapromover los genes ms aptos enobtener su propia proliferacin. Losbeneficios y los costes se midenen la moneda biolgica final: elxito en la reproduccin. No esprobable que se extiendan entre la

poblacin genes que reduzcan esexito.

Generosidad darwinista

El estrecho parentesco entre losindividuos explica el enormegrado de cooperacin de los in-sectos sociales. Pero la coopera-cin humana se da tambin entrequienes no estn emparentados;nace de los lazos econmicos, node los genticos. No obstante, losbilogos han mostrado que nume-rosos tipos altruistas de compor-tamiento hallan explicacin entrminos de xito biolgico. Otrossostienen que interviene una se-gunda forma de evolucin, una evo-lucin de las ideas, o memes[vase El poder de los memes,de Susan Blackmore, INVESTIGA-CIN Y CIENCIA, diciembre de 2000.]

Quiz parezca que reducir el al-truismo a consideraciones de costey beneficios, especialmente si seoriginan en necesidades biolgicas,

revela insensibilidad. Muchos pre-ferimos pensar que nuestras ac-ciones generosas proceden de nues-tro carcter noble. Nos sentimosmejor si ayudamos a otros y com-partimos algo con ellos. Pero, dednde viene ese bienestar interno?Tiene una funcin biolgica. Co-memos y copulamos porque goza-mos con ello, pero tras el placerse alza el programa evolutivo quenos ordena que sobrevivamos yprocreemos. De manera semejante,

las emociones sociales la amis-tad, la vergenza, la generosidad,la culpa nos acicatean a lograrxitos biolgicos en redes socialescomplejas.

Hace un par largo de siglos losfilsofos David Hume y Jean Jac-ques Rousseau recalcaron el papelcrucial de la naturaleza humanaen las interacciones sociales. Loseconomistas tericos, por el contra-rio, prefirieron durante mucho tiem-po estudiar su egostaHomo oecono-micus. Dedicaron singular empeoa teorizar sobre el modo en queun individuo solitario un Ro-binsn en alguna isla desiertaescogera entre diferentes gruposde bienes. Pero no somos robin-sones. Pertenecemos a un linaje so-cial con 30 millones de aos dehistoria. Y en las interacciones so-

ciales nuestras preferencias distana menudo de ser egostas.Los patrones ticos y los siste-

mas morales difieren de una cul-tura a otra, pero podemos presu-mir que se basan siempre encapacidades universales que tienenraces biolgicas, de la misma for-ma que miles de lenguajes diferen-tes se basan en un instinto lin-gstico universal. A Hume yRousseau apenas si les sorprende-ra. Hemos llegado a una etapa enque podemos formalizar sus ideasmediante modelos de la teora de

juegos, modelos susceptib les deanlisis matemtico y comproba-cin experimental.


FAIRNESS VERSUS REASON I N THE UL-TIMATUM GAME. Martin A. Nowak,Karen M. Page y Karl Sigmund enScience, vol. 289, pgs. 1773-1775;

8 de septiembre, 2000.COOPERATION AND PUNISHMENT IN PU-

BLIC GOODS EXPERIMENTS. Ernst Fehry Simon Gchter, en American Eco-nomic Review, vol. 90, n.o 4, pgs.980-994; septiembre 2000.

IN SEARCH OF HOMO ECONOMICUS:BEHAVIORAL EX PE RI ME NT S I N 15SMALL-SCALE SOCIETIES. Joseph Hen-rich, Robert Boyd, Samuel Bowles,Colin Camerer, Ernst Fehr, HerbertGintis y Richard McElreath, en Ame-rican Economy Review, vol. 91, n.o2, pgs. 73-78; mayo 2001.



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Afinales de octubre de 2001, tres cohetes Katiuska,

lanzados por los talibanes en represalia porlos bombardeos estadounidenses, alcanzaron el

mercado de la pequea ciudad de Charikar, en terri-torio controlado por sus enemigos de la Alianza delNorte. En el ataque murieron dos personas y 25 re-sultaron heridas. Las vctimas, todas civiles, entre lasque se encontraban muchas mujeres y nios, fueronllevadas a toda prisa por una bacheada carretera hastaAnabah, en la profunda garganta del valle de Panjshir.All, a 60 kilmetros de Kabul, se encuentra el nicohospital del norte de Afganistn equipado con todoslos pertrechos de la medicina moderna: sala de urgen-cias, instalaciones de radiologa, dos quirfanos total-

mente equipados con suministro de oxgeno, un labo-ratorio clnico, esterilizadores, banco de sangre, unidadde cuidados intensivos y cuatro salas con camas para70 pacientes.

En un pas sin apenas electricidad, servicio tele-fnico y agua corriente, el hospital, un pulcro edifi-cio blanco de una planta, parece un espejismo re-cortado contra el impresionante teln de fondo de lacordillera del Hindu Kush. En las fachadas ostentaun emblema de tres bandas rojas, distintivo de la or-ganizacin internacional de ayuda Emergency, unaONG con sede en Miln.

El pequeo hospital de Anabah no pasa inadver-tido para el resto del mundo. Pocas horas despus,un hombre corpulento, rudo, un poco desaliado, debarba cana, aparece en la televisin italiana. GinoStrada, cirujano jefe del hospital, de 53 aos, co-fundador de Emergency, est clasificando a los he-ridos para llevarlos al quirfano.

Strada era antes especialista en trasplantes de co-razn y de pulmn, pareca destinado a una vida con-fortable, pasaba temporadas como cirujano visitanteen las universidades de Stanford y Pittsburgh. Esa

vida qued transformada para siempre en 1988, cuandoquiso experimentar por s mismo cmo se propor-ciona la asistencia mdica en el tercer mundo. Undestino de cinco aos en el Comit Internacional dela Cruz Roja lo llev a Afganistn, Pakistn, Per,Bosnia, Etiopa, Djibuti, Somalia, a los campos derefugiados camboyanos en Tailandia. Poco satisfechode la calidad de la asistencia ofrecida por el Comit,se estableci por su cuenta. Con la ayuda de Teresa,su mujer, y de un grupo de amigos fund Emergency.La asociacin se dedica a proporcionar una asisten-cia sanitaria comparable a la que l conoca en Milno Palo Alto en los puntos conflictivos del globo.

Levantar hospitales en sociedades diezmadas por

aos de guerra requiere una habilidad que va msall de saber cerrar suturas. La labor de Emergencyen Afganistn ilustra las dificultades que encuentradoquiera que vaya. En 1999, Strada y sus colegasvolaron en un destartalado helicptero sovitico desdeDushanbe, en Tajikistn, hasta el norte de Afganistn,y de all siguieron en camin para entrevistarse conel depuesto presidente afgano Burhanuddin Rabbaniy el jefe de las fuerzas militares de la oposicin,Ajmed Shah Massud (asesinado el 9 de septiembrede 2001 con unas bombas detonadas por suicidas).Los lderes de la Alianza del Norte dieron su con-sentimiento a la propuesta de construir el hospitalde Anabah. La necesidad del establecimiento era in-soslayable.

Strada y sus colaboradores de Emergency remoza-ron una academia de polica abandonada; se valieronde viejas cajas de municin soviticas para el techoy de tubos de carros blindados para las caeras. Elequipamiento del hospital requiri 21 das de trasladoen camin desde Tajikistn. Se construy de modoque fuera completamente autnomo; alberga sus pro-pios generadores elctricos e incluso una sala paraque jueguen los nios (que constituyen ms de untercio de los pacientes). Tambin se dispusieron seispuestos de primeros auxilios en el frente de la Alianzadel Norte y aprestaron seis vehculos todo terreno

para que sirviesen de ambulancias. El hospital, desdesu inauguracin en diciembre de 1999, ha tratado yaa ms de 8400 personas, la mayora vctimas civilesde las minas antipersonales y de las bombas. La mor-talidad de los pacientes se cifra en un envidiable 3,5por ciento. Desde el comienzo de los bombardeos an-gloamericanos del otoo pasado, Emergency ha sidouno de los escasos grupos de ayuda internacional quehan permanecido en Afganistn sin interrupcin. Y apesar del conflicto, Strada no ha renunciado a losplanes de expansin. Estamos montando nuevos de-partamentos de obstetricia, pediatra y ciruga oftal-molgica, dice.

PERFILESMarco Cattaneo y Sergio Pistoi

GINO STRADA: Ciruga de campaa

INVESTIGACIN Y CIENCIA, marzo, 2002

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Investigación y ciencia 306 - Marzo 2002