• La búsqueda de nuevas fuentes de energía:

FUSION

La fusión por confinamiento magnético podría ser una fuente de energía que resolviera en el futuro algunos de los problemas que presenta nuestro modelo energético. Especialmente los relacionados con la escasez de recursos, puesto que el combustible es virtualmente inagotable, y los relacionados con las emisiones contaminantes, especialmente las de gases de efecto invernadero que fuerzan el calentamiento global.

En esta línea de trabajo, se ha empezado a construir el sur de Francia el gran tokamak ITER (siglas inglesas de International Thermonuclear Experimental Reactor , que entrará en funcionamiento aproximadamente en 2016. El plasma es el estado físico en que aparece la materia cuando se calienta a cientos de millones de grados, los necesarios para que se alcance la fusión. En este estado, la materia tiene propiedades muy diferentes a las de los otros estados físicos (sólido, líquido y gaseoso) a los que estamos acostumbrados.

Plasmas importantes son las estrellas, el fuego, las auroras boreales, los rayos,... y los plasmas de fusión. La creación de plasmas de fusión consiste ni más ni menos que en recrear en la tierra algunos de los fenómenos que ocurren en las estrellas. En los plasmas, los iones cargados positivamente y los electrones, cargados negativamente, se mueven en libertad, colisionando unos con otros, y generando complejos comportamientos colectivos.

• Fármacos contra el cáncer.

DOCKING PROTEINAS

Todos los medicamentos incluyen en su composición una sustancia química llamada principio activo (a la que genéricamente denominaremos ligando) y que es responsable de la actividad de dicho medicamento. El resto de sus componentes, denominado excipiente, está constituido por sustancias inactivas cuya misión, entre otras, es asegurar que el principio activo llegue al lugar donde debe actuar. Estos lugares normalmente se encuentran localizados tanto en la superficie como en el interior de ciertas estructuras macromoleculares "receptoras" como son las proteínas y los ácidos nucleicos entre otros.

Al final de su viaje, un ligando ha de encontrar su centro activo y acoplarse a él. Este proceso, denominado docking, es bastante complejo y en él entran en juego una serie de procesos químicos gobernados por leyes físicas, entre ellas las que tienen que ver con la energía que se consume o libera en tal proceso.

El saber cómo ocurre esta unión, así como la caracterización y cuantificación de los distintos eventos que tienen lugar en tal proceso, es un área de investigación en creciente desarrollo, ya que este conocimiento nos aportará los elementos necesarios que nos permitirá, en teoría, diseñar moléculas con la estructura óptima necesaria para que su actividad sea no sólo mucho mejor, sino que además no produzca interferencias con otros centros activos no deseados, lo que daría lugar a los conocidos "efectos secundarios".

En la actualidad contamos con sofisticadas técnicas experimentales de cuyos resultados se extrae información tridimensional tanto de las proteínas como de los ligandos, es decir, cómo están situados sus átomos en el espacio y cuál es la disposición geométrica de la unión entre ambos. Por lo tanto, sabemos cómo se han unido las moléculas y cuánto vale esa unión. Si fuéramos capaces, a partir de esas estructuras tridimensionales y con las leyes físicas y químicas que conocemos, de reproducir los resultados experimentales, estaríamos en la posición de poder predecir, para cualquier otro ligando, cómo sería su unión y cuánto valdría, antes de hacer costosas pruebas farmacológicas.

• Simulación de materiales:

MATERIALES

Los materiales que queremos simular son vidrios y sistemas desordenados en general. El vidrio es un estado intermedio entre el sólido y el líquido. Desde el punto de vista microscópico son muy diferentes de los sólidos ordinarios, pues los átomos no se disponen en una estructura periódica. El estudio teórico de los vidrios ha encontrado también aplicaciones más allá de la Física de la Materia Condensada.

Por ejemplo, recientemente se han producido avances significativos, inspirados en la Física de los spin-glasses, en el campo de optimización combinatoria en Ciencias de Computación. Encontramos vidrios en los materiales magnéticos llamados spin-glasses, donde la disposición de los polos norte y sur de los "imanes atómicos" es rígida, pero aleatoria. También aparece comportamiento vítreo en gran número de materiales desordenados, como los superconductores. El desorden afecta profundamente a las propiedades magnéticas y de conducción eléctrica de materiales de magnetorresistencia colosal, que podrían ser la base de la siguiente generación de discos duros

Otro aspecto importante es que con las aplicaciones en Ibercivis en el área de Física de Materiales complejos, afrontamos un reto completamente nuevo en el área de la supercomputación distribuida.