El CERN dispara los rumores sobre el hallazgo de la 'partícula de Dios'

Podría anunciarse el 4 de julio en la conferencia ICHEP 

Instalaciones del detector ATLAS. | CERN

 El director general de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), Rolf Heuer, ha señalado que ya podría haber datos "suficientes" para hallar el bosón de Higgs. El próximo 4 de julio se celebra la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP 2012) en donde se presentarán los últimos resultados obtenidos en los experimentos ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y la comunidad científica ya especula con que, en ese encuentro, el CERN realizará el anuncio de un descubrimiento.

En un artículo en 'The Bulletin', Heuer ha indicado que "hallar el bosón de Higgs es una posibilidad real y que, a menos de dos semanas para que se celebre la conferencia ICHEP, la noticias de los experimentos son esperadas con ansiedad". Sin embargo, ha pedido a la comunidad científica que tenga "un poco más de paciencia".

El bosón de Higgs, conocido también popularmente como la 'partícula de Dios', es la última partícula del Modelo Estándar de la Física que todavía no ha sido descubierta, la que da sentido a la Física tal y como la conocemos. Es por el momento, la única explicación disponible sobre una cuestión tan fundamental como el origen de la materia en las partículas del Universo. No es posible detectar el bosón de Higgs de forma directa. Lo que buscan los detectores del LHC son las huellas que dejaría al desintegrarse.

Expectación ante el 4 de julio

La toma de datos para la ICHEP 2012 concluyó el lunes 18 de junio después de un "exitoso primer periodo" de funcionamiento del LHC durante este año, según ha explicado del CERN. Precisamente, Heuer ha señalado que es el "impresionante trabajo" que ha tenido el LHC en 2012 lo que "ha elevado las expectativas de cara a un descubrimiento".

El equipo de expertos que trabaja para la organización en Ginebra ha diseñado la actividad del LHC para el primer periodo de 2012 de manera que obtuviera la máxima cantidad de datos posibles antes de que se celebrara el ICHEP. De hecho, se han obtenido más datos entre abril y junio de este año que en todo 2011. "La estrategia ha sido un éxito", ha indicado el director general del CERN.

Además, ha recordado que aunque ATLAS o CMS muestren datos el próximo 4 de julio que supongan el descubrimiento de la partícula, "siempre se necesita tiempo para saber si es el bosón de Higgs buscado durante mucho tiempo -el último ingrediente que falta en el Modelo Estándar de física de partículas- o si se trata de una forma más exótica de esta partícula de que podría abrir la puerta a una nueva física".

Por otra parte, Heuer se ha mostrado "feliz" porque el Consejo ha aprobado los presupuestos del CERN para el año 2013. Además, la organización ha recibido la notificación de Rusia acerca de su futura asociación al CERN.

A principios de 2012 los responsables del CERN aseguraron que este año se tendrían resultados concluyentes sobre la existencia o no del bosón de Higgs, de la que los científicos de este organismo creen haber visto "señales" durante las mediciones y análisis de datos realizados durante 2011.

El LHC, un anillo de 27 kilómetros de circunferencia localizado a entre 50 y 150 metros bajo tierra, cuenta con cuatro detectores. De ellos, dos -ATLAS Y CMS- están dedicados a buscar de manera paralela, pero independiente, nuevas partículas, incluida la de Higgs.

Fuente:

El Mundo Ciencia

¿Cuánta electricidad consume el Gran Colisionador de Hadrones y para qué?

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es la construcción humana más titánica de la historia por sus implicaciones, el mayor esfuerzo de colaboración conjunta entre naciones y la inversión de los más sofisticados conocimientos científicos que poseemos en busca de respuestas importantes a preguntas importantes. Sin embargo, habida cuenta de lo que hace, debe pagar unas facturas de luz astronómicas.

Encerrado en un anillo de 26,9 km de largo enterrado en las proximidades de Ginebra, Suiza, el LHC está ampliando nuestros conocimientos de la física a base de acelerar dos haces de protones en direcciones opuestas a energías de 7 teraelectronvoltios, lo cual consume mucha electricidad.

A pleno rendimiento, el CERN, el laboratorio físico europeo que gestiona el LHC, consume una potencia de 180 megavatios, 120 de los cuales se los lleva el propio acelerador. El mayor consumo de electricidad del LHC está dedicado exclusivamente en el sistema criogénico, usado para congelar 7.000 imanes superconductores gigantescos a una temperatura justo por encima del cero absoluto, a fin de que sean verdaderamente eficientes.

Luego el sistema usa 27,5 megavatios para dirigir los haces de protones por un trayecto circular. Ahí entran en acción los 4 detectores principales, máquinas encargadas de leer las colisiones entre protones, que emplean 22 megavatios.

Así pues, en general, el CERN consume un equivalente a una pequeña ciudad, aproximadamente el 10 % de lo que consume la ciudad de Ginebra, así que la carga para la red de energía local no es muy importante y los riesgos de apagón son bajos. 

Con todo, la factura eléctrica debe de ser descomunal, y hay que sumarlo al gasto que ya supone el funcionamiento general del LHC: 2.800 millones de euros. Para ello, los físicos se ven obligados a cerrar el LHC en invierno, cuando el consumo es mayor.

Fuente:

Xakata Ciencia

Nuevo giro en misterio de la antimateria

Estadísticas de un 'descubrimiento'

• La Física de Partículas tiene una definición aceptada para un "descubrimiento": un nivel sigma cinco de certeza
• El número de desviaciones estándar, o sigmas, es una medida de cuán improbable es que un resultado experimental sea simplemente consecuencia del azar en lugar de un efecto real
• Del mismo modo, lanzar una moneda y obtener una cantidad de caras seguidas podría ser sólo producto del azar, más que un indicio de una moneda trucada
• El nivel "sigma tres" representa la misma probabilidad que sacar más de ocho caras consecutivas
• El sigma cinco, por otra parte, correspondería a sacar más de 20 seguidas
• Con la confirmación independiente por otros experimentos, los hallazgos de sigma cinco se convierten en descubrimientos aceptados

CDF fue uno de dos experimentos polivalentes en el Acelerador Tevatron cerca de Chicago.

Un equipo de físicos han dado un paso en sus esfuerzos para entender por qué el Universo está dominado por la materia, en lugar de su oscuro opuesto, la antimateria.

Un experimento estadounidense confirmó hallazgos previos que insinúan fenómenos fuera de nuestro entendimiento de la física.

Los resultados muestran que ciertas partículas de materia se deterioran de un modo diferente que sus contrapartes de antimateria.

Tales diferencias podrían ayudar potencialmente a explicar por qué hay en el cosmos mucha más materia que antimateria.

Los hallazgos de los científicos que trabajan en el experimento CDF fueron presentados en una reunión de Física de Partículas en La Thuile, Italia.

El CDF fue uno de dos experimentos polivalentes en el ahora extinto Acelerador de partículas Tevatron en Illinois.

Los físicos creen que el intenso calor del Big Bang debería haber forjado cantidades iguales de materia y su "imagen en el espejo", antimateria. Aún así, hoy vivimos en un Universo compuesto abrumadoramente de materia.

La antimateria es relativamente poco común, al ser producida en aceleradores de partículas, en reacciones nucleares o por rayos cósmicos. Llegar al fondo de a dónde fue toda esta antimateria sigue siendo uno de los grandes esfuerzos de la física de partículas.

Los resultados más recientes respaldan los hallazgos del experimento LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones, que se anunciaron en noviembre de 2011.

Hablando de partículas...

El LHCb es un enorme detector diseñado para examinar la violación CP.

Tanto el CDF como el LHCb han estado observando el proceso por el cual partículas subatómicas llamadas Mesón-D se deterioran -o transforman- en otras. Por ejemplo, las Mesón-D están hechas de partículas conocidas como Quarks encantados, y pueden desmoronarse en kaones y piones.

Nuestra mejor comprensión de la física hasta ahora, conocida como el Modelo estándar de Física de Partículas, sugiere que las complicadas cascadas de desmoronamiento de Mesones-D en otras partículas deben ser casi las mismas -menos de 0,1%- que una cadena similar de desmoronamientos de antimateria.

Pero el equipo del LHCb reportó una diferencia de un 0,8%, mientras que el equipo del CDF ha presentado ahora datos que muestran una diferencia de 0,62%.

Obtener una medida tan similar al LHCb fue "un poco sorpresiva" según el portavoz de CDF, Giovanni Punzi, porque fue un "resultado muy inusual".

Punzi dijo a la BBC que "el hecho de que dos experimentos separados hayan encontrado esto usando métodos diferentes -ambientes diferentes- es muy interesante".

El profesor Punzi, de la Universidad de Pisa y el Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia (INFN), expresó que es probable que esto "haga cambiar la opinión de mucha gente acerca de que sea apenas uno de esos efectos, a algo que será considerado una observación confirmada, debido a este resultado independiente".

¿Una nueva física?

Explicó que cuando los resultados del CDF y el LHCb se combinan, la significación estadística casi alcanza el nivel sigma cuatro de certeza. Esto equivale a aproximadamente una oportunidad en 16.000 de que la observación se reduzca a un capricho estadístico en la información.

La doctora Tara Shears, una física de partículas de la Universidad de Liverpool que trabaja en el experimento LHCb, dijo a la BBC: "Todavía no sabemos si estamos viendo las primeras señales de una nueva física o si estamos empezando a entender mejor el Modelo estándar de física de partículas.

"Lo que hemos visto es un indicio que vale la pena explorar. Y el hecho de que el CDF vea el mismo efecto que el LHCb es una confirmación de que realmente vale la pena".

Punzi se hace eco de estos puntos de vista: "Este efecto es definitivamente mucho más grande que nada que se haya pronosticado. Así que habrá discusiones entre los teóricos, preguntando: 'Es esto realmente una nueva física, o nos equivocamos con nuestros cálculos?'"

El dominio de la materia en el Universo es posible sólo si hay diferencias en el comportamiento de las partículas y las antipartículas.

Los físicos ya habían visto semejantes diferencias, conocidas como "Violación CP". Pero estas diferencias conocidas son demasiado pequeñas para explicar por qué el Universo parece preferir la materia a la antimateria.

Hay otro experimento que mostró una significativa "asimetría" de la materia sobre la antimateria. En junio de 2010, los físicos que trabajaban en el experimento DZero de Tevatron reportaron haber visto una diferencia de 1% en la producción de pares de partículas muones (materia) y pares de antimuones (antimateria).

El Tevatron fue cerrado en septiembre del año pasado, después de que el gobierno estadounidense rechazó una propuesta para financiarlo hasta 2014, pero los científicos continúan analizando datos recogidos hasta el mismo final de las operaciones.

Fuente:

BBC Ciencia

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El LHC descubre su primera partícula

El LHC descubre su primera partícula.

El acelerador de partículas más grande del mundo se ha cobrado su primera pieza oficial desde que comenzó a funcionar a finales de 2009. Un grupo de investigadores de este experimento acaba de anunciar el hallazgo de Chi-b(3P), la primera partícula subatómica nueva descubierta en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). El hallazgo, publicado en arxiv.org, es el aperitivo al gran descubrimiento que persigue esta máquina: el bosón de Higgs, que explicaría el origen de la masa de otras partículas que componen el átomo.

La Chi-b(3P) es una partícula cuya mención "deja helados" incluso a los físicos teóricos especialistas en interpretar los resultados del LHC. En este experimento, se hacen chocar protones a casi la velocidad de la luz dentro de un tubo al vacío de 27 kilómetros. Los protones están hechos de quarks que, al chocar, pueden producir partículas nunca antes observadas. Unas son elementales, es decir, indivisibles, como los quarks. Otras son compuestas, como es el caso de la enrevesada Chi-b(3P), que ha sido detectada y descrita por ATLAS, un equipo de cientos de científicos que analiza las colisiones.

Se trata de una versión "excitada" de una partícula ya observada

La nueva partícula es un bosón y está compuesta por dos quarks. Uno es de materia y el otro de antimateria, es decir, es idéntico pero con carga opuesta. La partícula sobrevive durante un instante unas mil billones de veces más corto que un segundo y después se desintegra. Es tiempo suficiente para que los científicos de ATLAS puedan estudiarla y averiguar más detalles sobre la llamada interacción fuerte, cuyo cometido es mantener unidos los componentes del núcleo atómico.

Al igual que el bosón de Higgs, la existencia de la Chi-b(3P) había sido predicha por los teóricos que construyeron el que, por ahora, es el modelo más convincente para describir el comportamiento de quarks, bosones y el resto de partículas elementales que construyen la materia. En 1975, otro acelerador descubrió dos versiones similares a la Chi-b(3P). El hallazgo actual corresponde a un estado "excitado" de la misma partícula, pero no supone un descubrimiento importante más allá de la anécdota de ser el primero que se hace en el LHC, según Juan García-Bellido, físico teórico de la Universidad Autónoma de Madrid.

"Hasta ahora, los descubrimientos recientes de nuevas partículas los había hecho el Tevatron", detalla García-Bellido. Se trata de un acelerador de partículas de EEUU que durante un tiempo rivalizó con el LHC en la caza del higgs pero que ha sido puesto en dique seco de forma definitiva este año. Esta sería la primera vez que el LHC detecta y confirma una nueva partícula, aunque, en este caso no sea fundamental, sino compuesta.

Ayudará a estudiar las fuerzas que mantienen unido el núcleo del átomo

El verdadero objetivo de la máquina es el bosón de Higgs, la última pieza que queda para confirmar que los modelos teóricos sirven para entender el universo. Hace unas semanas los investigadores de ATLAS y sus rivales de CMS observaron los primeros signos convincentes de la existencia de esta partícula. Los datos no eran suficientes para descartar que lo que parece el higgs sea en realidad un error estadístico. La hora de la verdad se espera para finales de 2012, cuando el LHC tendrá datos suficientes para decidir.

Fuente:

Público Ciencia

Expectación sobre la partícula de Higgs en el acelerador LHC

El descubrimiento está cada vez más cerca, pero aun no parece definitivo, según el anuncio de una conferencia al respecto convocada en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas.

Simulación por ordenador de una colisión de protones en el detector CMS en la que se genera el bosón de Higgs en el acelerador LHC.- LUCAS TYLOR / CMS

La caza del bosón de Higgs, objetivo número uno del gran acelerador de partículas LHC, junto a Ginebra, podría estar acercándose al final, y con éxito, aunque los físicos todavía no parece que puedan cantar victoria de modo rotundo y definitivo. El Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) ha anunciado una conferencia para el próximo martes en la que los responsables de los dos grandes detectores, Atlas y CMS, presentarán los análisis de los datos obtenidos en los últimos meses de colisiones de partículas en el LHC. Se ha levantado mucha expectación en la comunidad científica al respecto y tanto Atlas como CMS se mantienen herméticos respecto a los resultados que van a presentar, pero muchos esperan que se anuncie que el Higgs está acorralado, aunque no se tengan aún los datos acumulados necesarios para afirmar que ha sido descubierto.

El director del CERN, Rolf Heuer, ha comunicado a todo el personal del CERN que esos nuevos resultados suponen "progresos significativos" en la búsqueda del bosón de Higgs, pero que efectivamente no son suficientes como para afirmar su existencia o descartarla. Son análisis de bastantes más datos que los presentados este verano.

En la conferencia del martes, a primera hora de la tarde, la portavoz de Atlas, Fabiola Gianotti expondrá los últimos resultados de este detector y a continuación lo hará el portavoz de CMS, Guido Tonelli, con el otro. Tras las dos presentaciones, de media hora cada una, en el auditorio central del CERN, habrá otra hora de debate entre los físicos del laboratorio.

El bosón de Higgs está predicho en la teoría de física de partículas pero nunca se ha visto en un experimento y su importancia reside en que permitiría explicar por qué tienen masa las partículas que la tienen, completando el Modelo Estándar que describe las partículas elementales y las interacciones entre ellas. Los especialistas afirman que el LHC es suficientemente potente para descubrirlo o para descartar su existencia. De cualquier modo será un gran descubrimiento.

Fuente:

El Paìs Ciencia

Física: Sobre la materia oscura

La materia oscura —la sustancia misteriosa que creemos que representa alrededor del 80 por ciento de la materia del universo— sigue siendo un misterio inescrutable.

Los científicos han estado intentando durante décadas comprender y detectar la naturaleza de esta materia, lo que podría ayudar a descubrir cómo se iniciaron las galaxias. “No sabemos mucho acerca de la materia oscura”, afirma Stefan Funk, un astrofísico de partículas de la Universidad de Stanford.

A diferencia de la materia visible, la materia oscura no puede ser vista y es excepcionalmente difícil de detectar. Se mueve lentamente, lleva poca energía e interacciona muy lévemente con su entorno. Sin embargo, sí es conocido que cuando un pedazo de materia oscura es destruida, la explosión resultante origina un torrente de partículas de alta energía. Estas partículas pueden estar formadas de materia ordinaria —protones, neutrones, electrones y sus bloques elementales— y también de sus homólogos de antimateria.

La antimateria era abundante en los orígenes del universo, pero ahora es muy rara y sólo se crea en procesos extraños, como por ejemplo, la destrucción de materia oscura o en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC en inglés).

Así que los científicos, en la búsqueda de evidencias de materia oscura, ponen sus esfuerzos en hallar positrones —el análogo antimateria de los electrones— en estallidos de alta energía de las partículas conocidas como rayos cósmicos.

Otro inconveniente para los físicos, es el desconocimiento acerca del tamaño de la materia oscura. Sin embargo, sí se sospecha que la cantidad de energía transportada por un positrón está limitada por la masa de su fuente de materia oscura.

Inicialmente se pensó que se podría encontrar con relativa rapidez, un punto límite para el tamaño máximo de una partícula de materia oscura. Sin embargo, recientes estudios de la plataforma espacial Rusa-Europea conocida como PAMELA, han encontrado evidencias de lo contrario.

Algunos científicos cuestionaron estos resultados. Pero ahora, diferentes investigadores de Stanford parecen haber confirmado estos resultados en un estudio enviado a Physical Review Letters.

¿En qué acabará todo este jaleo? ¿Descubriremos algún hecho revelador gracias al LHC?

Vía | Los Ángeles Times
Imagen vía Hubble Space Telescope

Tomado de:

Xakata Ciencia

La 'máquina del Big Bang' estrecha el cerco sobre la 'partícula de Dios'

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Ginebra.

El mayor acelerador de partículas del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), está funcionando "extremadamente bien", pero todavía habrá que esperar hasta finales de 2012 para saber si existe la llamada 'partícula de Dios', es decir, el bosón de Higgs que explicaría uno de los misterios del Universo: por qué la materia tienen masa.

Así lo ha expuesto el director general del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra, Rolf Heuer, en la presentación de los resultados científicos del primer año de funcionamiento del LHC, conocido popularmente como la 'máquina del Big Bang', durante la Conferencia de Eurofísica sobre Física de Altas Energías, que reúne en Grenoble (sureste de Francia) a 700 científicos.

"La respuesta a la pregunta de Hamlet sobre el bosón de Higgs, ser o no ser, la tendremos al final del año que viene", bromeó Heuer, quien subrayó que no se puede esperar "demasiado y demasiado pronto", ya que se trata del primer año de trabajo de una máquina planeada para permanecer operativa dos décadas.

El LHC, un acelerador de partículas construido en un túnel circular de 27 kilómetros y situado bajo la frontera entre Francia y Suiza, está funcionando mejor de lo que cabía esperar.

En su interior se hacen chocar dos haces de protones que rozan la velocidad de la luz y se analizan las altísimas energías subatómicas que producen. El nivel de colisiones ha alcanzado en tres meses el objetivo fijado para todo el año 2011, es decir 70 millones de colisiones de partículas.

Sin embargo, aún será necesario multiplicar por diez la cantidad de datos estadísticos recabados para saber si existe o no la célebre 'partícula de Dios', agregó Heuer.

Misterios de la Física

"Estamos viviendo momentos muy emocionantes para la física de partículas" y no disponer aún de los datos que permitan despejar esa incógnita no es en absoluto una "decepción", añadió el director del CERN en una conferencia a la que asistieron, entre otros, los premios Nobel de Física David Gross (2004) y George Smoot (2006).

No hay "decepción por no haber encontrado pistas sobre algo que vaya más allá del Modelo Estándar de la física de partículas", que describe las relaciones entre las interacciones fundamentales conocidas entre partículas elementales que componen toda la materia.

"Estaría decepcionado si la máquina no funcionase", añadió.

Se trata del primero de los misterios físicos que intentan desvelar los expertos que trabajan con los datos que genera el acelerador y tanto probar la existencia del bosón como certificar que no existe sería un descubrimiento.

Si se llegara a encontrar el último elemento que falta en el denominado Modelo Estándar de la física de partículas -enunciado en la década de 1960 por el profesor Peter Higgs- se podría comprender por qué las masas de unas partículas elementales y otras son distintas.

Pero si la deseada partícula no apareciese, evidenciaría que el Modelo Estándar de la física de partículas está incompleto y abriría nuevas vías de pensamiento a los científicos.

Resultados revolucionarios

En paralelo, hasta finales de 2012, los responsables del CERN abundarán también en otros de los misterios a los que se consagran los físicos que trabajan con el LHC, considerado una de las mayores proezas científicas de la historia de la ciencia, aunque se espera que "el primer gran descubrimiento llegue el año que viene".

Entre ellos, determinar si existen más de tres dimensiones, comprender las diferencias entre materia y antimateria, saber si existe la supersimetría o determinar si es posible hacer arqueología cósmica y explicar mejor qué pasó durante el Big Bang, hace 14.000 millones de años.

En el tiempo que lleva funcionando el LHC (desde el 20 de noviembre de 2009, tras una avería inicial en 2008) se han comprobado propiedades de partículas ya conocidas, lo que ha permitido avanzar "ahora hacia un territorio inexplorado".

Una vez empiecen a llegar los primeros resultados científicamente revolucionarios, se podrá plantear la construcción de un nuevo acelerador, tarea que requeriría muchos años y financiación, visto que el actual LHC ha necesitado 20 años de trabajo, 4.000 millones de euros de financiación y la contribución de miles de científicos.

Fuente:

El Mundo Ciencia

La evidencia experimental de la existencia de los gluones

Brian Dorney, “In a World Without Color, Why do I believe in Gluons?,” Quantum Diaries, July 9th, 2011, nos recuerda la evidencia experimental que hay sobre la existencia de los gluones, las partículas elementales responsables de la interacción fuerte entre quarks. Los leptones (electrones y neutrinos) no tienen carga de color y no interaccionan fuertemente. Una ley de la Naturaleza prohíbe que las partículas con carga de color sean observadas de forma directa. Por ello, tanto los gluones como los quarks, las únicas partículas elementales con carga de color, se “hadronizan” formando chorros de partículas sin color (mesones y bariones que son partículas compuestas de quarks y gluones). Estos chorros permiten una observación indirecta de las partículas “coloreadas” y gracias a ellos los físicos experimentales dicen que observan quarks y gluones por doquier en los grandes aceleradores de partículas (como el LHC en el CERN y del Tevatrón en el Fermilab).

Esta tabla presenta todas las partículas elementales descubiertas hasta el momento (faltan las antipartículas de quarks y leptones). Los seis quarks están coloreados (la carga de color es algo parecido a la carga eléctrica pero tiene tres valores posibles en lugar de dos); como hay tres cargas de color posibles, hay en realidad 18 quarks diferentes. Igual que la carga eléctrica puede ser positiva o negativa, hay dos tipos de cargas de color llamadas color (rojo, verde, y azul) y anticolor (antirrojo, antiverde, y antiazul). Los gluones (“g” en la tabla) tienen un color y un anticolor de forma simultánea. Los quarks cambian de color cuando absorben y emiten gluones. La regla a recordar es fácil, el color se conserva; por ejemplo, un quark verde absorbe un gluón rojo-antiverde y se transforma en un quark rojo.

En la naturaleza, de forma libre, solo existen partículas neutras respecto a la carga de color (se dice que los quarks y gluones están confinados); estas partículas neutras se llaman hadrones. Hay dos tipos de hadrones, los mesones, partículas formadas por un quark y un aniquark (el quark tiene un color y el antiquark el anticolor correspondiente) y los bariones, partículas formadas por tres quarks cada uno con un color diferente (los tres colores se suman y dan como resultado un valor neutro de la carga de color). Cuando en el LHC del CERN una colisión protón-protón produce un par de quarks top de alta energía que se emiten en direcciones opuestas, estos se desintegran de forma casi instantánea en cascada de partículas de menor energía que se van desintegrando de forma sucesiva formando un chorro de partículas que se mueven en la dirección de movimiento del quark original; estas partículas son hadrones (mesones y bariones) y por eso se dice que el quark se ha “hadronizado.” La suma total de la energía y momento de estos chorros permite determinar la energía y momento del quark original que los produjo. Para un físico ver un chorro de partículas es casi lo mismo que ver un quark ya que sus propiedades se deducen de las del chorro.

El gluón, igual que el fotón, es un bosón vectorial, es decir, una partícula con espín 1; los quarks y los leptones son fermiones y tienen un espín semientero 1/2. Como hay tres valores para la carga de color, hay ocho gluones diferentes. ¿Por qué ocho y no nueve? Se podría pensar que los gluones deberían ser nueve: rojo-antiverde, rojo-antiazul, verde-antirrojo, verde-antiazul, azul-antirrojo, azul-antiverde, rojo-antirrojo, verde-antiverde y azul-antiazul. Sin embargo, hemos dicho que los gluones están cargados y las combinaciones tipo color-anticolor del mismo color (en cursiva) no están permitidas, pues darían un gluón neutro. Estas tres combinaciones en cursiva solo se pueden dar en combinaciones lineales a pares (superposiciones cuánticas); de las tres posibles combinaciones lineales solo se pueden dar dos de ellas, por que la tercera es combinación lineal de las otras dos. Por ejemplo, solo se pueden dar las combinaciones (rojo-antirrojo) - (verde-antiverde) y (rojo-antirrojo) - (azul-antiazul). Por cierto, vale cualquier combinación lineal posible y la habitual en la mayoría de los libros es (rojo-antirrojo) - (verde-antiverde) y (rojo-antirrojo) + ((verde-antiverde) - 2 (azul-antiazul), pero la razón es un mero convenio (que corresponde a usar las así llamadas matrices de Gell-Mann).

La evidencia experimental de los gluones es anterior al LHC del CERN y se obtuvo en el LEP (Large Electron-Positron Collider) del CERN. En este acelerador colisionaban electrones y sus antipartículas los positrones, que no tienen carga de color. La aniquilación de un par electrón-positrón produce un fotón que a su vez puede desintegrarse en un par quark-antiquark, como muestra el diagrama de Feynman de arriba, izquierda. Estos dos quarks libres se observan como chorros tras su hadronización (desintegración en partículas compuestas de menor energía que son neutras para la carga de color). La ley de conservación del momento angular dice que si los dos leptones colisionan de frente, con un ángulo de 180 grados, los dos quarks también deben dirigirse en direcciones opuestas y los dos chorros que resultan también tienen un ángulo de 180 grados; esta señal es muy fácil de detectar. Así se hizo en LEP y si así se hace ahora en los dos grandes experimentos del LHC, tanto CMS como ATLAS; abajo tenéis un evento con dos chorros en direcciones opuestas observado en el experimento CMS.

La explicación de esta figura es sencilla. Las dos líneas negras son la estimación de las direcciones originales de los quarks que produjeron los dos chorros y están separadas un ángulo de 180 grados. En el centro de la figura se encuentra el punto de colisión, donde colisionaron un protón contra otro protón en direcciones opuestas. El círculo interior (líneas en azul y punteadas) corresponde a los detectores de silicio que trazan pixel a pixel las trayectorias tridimensionales de las partículas cargadas que forman cada chorro; la línea punteada es una estimación del ángulo (en realidad en 3D es un cono) de cada chorro. La trayectoria de estas partículas cargadas está curvada por los campos magnéticos en los que se encuentran los detectores; la curvatura permite determinar el momento (energía) de la partícula, así como el signo de su carga (en la figura las partículas con carga positiva se curva en la dirección del reloj y las que tienen carga negativa en dirección antihoraria). Fuera del círculo central aparecen histogramas en rojo y en azul que corresponden, respectivamente, a los calorímetros electromagnéticos (ECal), que detectan electrones y positrones, y a los calorímetros hadrónicos (HCal), que detectan hadrones (mesones y bariones). Cada histograma representa la cantidad de energía depositada en los calorímetros y permiten reconstruir con precisión la energía de las partículas del chorro. Los rectángulos rosados distribuidos de forma circular en el exterior son los calorímetros que detectan muones (ya que estas partículas a alta energía recorren grandes distancias debido a la dilatación del tiempo de la teoría de la relatividad que incrementa su vida media). Esta figura muestra un evento en el que no se han producido muones.

Retornando a los diagramas de Feynman de más arriba (el de la derecha presenta el proceso e⁺e^- → qqg). Puede ocurrir que uno de los dos quarks en los que se desintegra el fotón emita un gluón. Como esta partícula también está coloreada, se producirá un chorro hadrónico y el evento en lugar de tener dos chorros, presentará tres chorros, pero no cualesquiera. La ley de conservación del momento obliga a que estos tres chorros se encuentren en el mismo plano, lo que hace que estos eventos presenten una señal muy distintiva. Si el gluón tiene suficiente energía, los tres chorros estarán bien separados y permitirán estudiar las propiedades del gluón con precisión. Gracias a este tipo de eventos se confirmó de forma definitiva la existencia del gluón a finales de los 1970 y principios de los 1980 en el experimento PETRA (Positron Electron Tandem Ring Accelerator) en DESY (Deutsches Elektronen Synchrotron), Alemania [1]. Las propiedades del chorro asociado al gluón coincidían con las predichas por la teoría de los quarks y gluones, llamada cromodinámica cuántica (QCD). Una propiedad importante del gluón es su espín, que es la unidad, a diferencia del espín de un quark que es semientero; si se suponía que el tercer chorro en estos eventos era un chorro debido a un quark se obtenía un desacuerdo con los experimentos porque el espín total de las partículas del chorro no daba el valor correcto [2]. El colisionador LEP confirmó el descubrimiento de los gluones y la validez de la QCD fuera de toda duda. Arriba os he presentado un evento con tres chorros (tri-jet) observado en CMS del LHC, que muestra dos chorros debidos a los quarks (ambos hacia abajo) y un chorro asociado al gluón (hacia arriba).

Los físicos (y los buenos aficionados) interesados en la historia de la física, disfrutarán con el artículo [3] de Paul Söding (DESY) sobre el descubrimiento del gluón, que incluye figuras de los eventos originales y detalla las técnicas utilizadas para verificar que el gluón realmente había sido descubierto.

[1] D.P. Barber, et. al., “Discovery of Three-Jet Events and a Test of Quantum Chromodynamics at PETRA,” Phys. Rev. Lett. 43: 830-833, 1979.

[2] P. Duinker, “Review of e+e- physics at PETRA,” Rev. Mod. Phys. 54: 325-387, 1982 (copia gratis en DESY).

[3] P. Söding, “On the discovery of the gluon,” Eur. Phys. J. H. 35: 3-28, 2010 (gratis en la revista).

Fuente.

Francis Science News

¿Qué es el bosón de Higgs?

Un video didáctico, y de muy corta duración que explica qué es el bosón de Higgs (o la partíciula de dios, para los más huachafos).

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¿Existe la nueva partícula del Tevatrón?

Muchos medios se han hecho eco del posible e inesperado descubrimiento de una nueva partícula elemental en el segundo acelerador de partículas más grande del mundo, llamado Tevatrón, situado en el Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab) en Batavia, cerca de Chicago, EE.UU. En Amazings.es nos ha deleitado con la noticia Arturo Quirantes en “A golpes de nucleón.” Algunos lectores quizás quieran un poco de información, algo más técnica, sobre esta noticia. Permitidme unos apuntes al respecto (quien quiera más detalles puede preguntarme en los comentarios). Os adelanto que en mi opinión la “nueva partícula” no existe y es sólo una fluctuación estadística en los datos.

¿Cómo funciona el Tevatrón?

En el Tevatrón se estudian las colisiones de protones contra antiprotones que recorren su túnel circular de 6’3 km de longitud y chocan entre sí con una energía total en el centro de masas de 1’96 TeV, que se lee teraelectrónvoltio o un billón de electrónvoltio; un electrónvoltio es la cantidad de energía que gana un electrón acelerado por una diferencia de potencial de un voltio y es una buena medida para la energía en reacciones químicas pero es muy pequeña para la energía en los grandes aceleradores de partículas. Por ejemplo, un protón tiene una masa de 0’938 GeV, que se lee gigaelectrónvoltio o mil millones de electrónvoltio, por lo que 1’96 TeV equivale a la masa de 2090 protones, una energía suficiente para producir un gran número de partículas elementales de baja masa en cada colisión.

En el Tevatrón hay dos grandes experimentos que estudian estas colisiones llamados CDF (Collider Detector at Fermilab) y DØ (DZero es el nombre del punto del túnel donde se encuentra este dectector). La noticia que ha llegado a los medios ha nacido en el experimento CDF, una mole de 5000 toneladas y 12 metros cúbicos que se encuentra en el punto BØ del túnel que empezó a estudiar colisiones protón-antiprotón en 1985 y cuyos detectores fueron actualizados por última vez en 2001 (Run II).

Los protones (y antiprotones) son partículas compuestas de quarks y gluones; por ello, en las colisiones protón-antiprotón lo que en realidad colisionan son sus constituyentes: quarks, antiquarks y gluones. La “nueva partícula” se ha descubierto al estudiar 4’3 /fb, que se lee inversos de femtobarn o milibillonésimas de barn, de colisiones protón-antiprotón en el experimento CDF. Los barn son unidades de área y miden el área eficaz que ofrece una partícula que colisiona con otra partícula. Para una colisión protón-antiprotón en el Tevatrón este área efectiva es de 80 mb, léase milibarn o milésima de barn. Podemos calcular el número total de colisiones protón-antiprotón que hay en 4’3 /fb como el producto 0’08 x 4’3 x 10¹⁵ = 344 billones de colisiones.

Hay que recordar que en el Tevatrón no colisionan un solo protón contra un solo antiprotón (sería casi imposible acertar porque su área eficaz de colisión es muy pequeña), sino un paquete (bunch) de muchos miles de millones de protones contra otros tantos antiprotones. Más aún, el túnel del Tevatrón es recorrido por unos 140 paquetes de protones. Como resultado, se producen del orden de 25 millones de colisiones protón-antiprotón por segundo. Sólo algunas de estas colisiones son almacenadas en disco duro gracias a un sistema de disparo (trigger) que almacena en disco sólo las colisiones que parecen más prometedoras.

La señal de la “nueva partícula”

La señal de la “nueva partícula” no se ha observado en todas las colisiones almacenadas , sino solamente en las llamadas eventos WW/WZ que se indican en la figura de arriba de forma esquemática. En las colisiones estudiadas un quark del protón y un antiquark del antiprotón producen dos bosones vectoriales W y Z, o un par de W (los bosones vectoriales W y Z son las partículas mediadoras de la interacción débil y son parecidas a un “fotón con masa”). Más aún, se han considerado sólo las colisiones en las que un bosón vectorial, W o Z, se desintegra en un par quark-antiquark de alta energía que produce sendos chorros (jets) de partículas de menor masa, y el otro W se desintegra en un leptón (electrón o muón) y un neutrino. El neutrino no se observa en el experimento directamente, sino que se observa como una pérdida de energía en la colisión.

Este tipo de colisiones son difíciles de estudiar porque medir la energía total de un chorro de partículas presenta cierta incertidumbre, pues hay que sumar la energía de todas las partículas de baja masa del chorro y cada una de ellas tiene una incertidumbre estadística y todas estas incertidumbres se suman entre sí. Por ello se estima que el error en el cálculo de la energía de un chorro es del orden del 1%. La medida de la energía de dos chorros y la de la pérdida de energía que indica la presencia del neutrino conduce a un error estadístico del orden del 3%. Este tipo de errores sistemáticos y estadísticos complican la interpretación de los resultados de las colisiones.

¿Cuántos eventos WW/WZ se han observado? En física de partículas, debido a la incertidumbre en la medida de los parámetros de la colisión, no se puede dar un número exacto de eventos, sólo una estimación. En los 4’3 /fb de colisiones estudiados se estima que se han observado 1582 ± 295 eventos (candidatos a) WW/WZ . Fíjate que la incertidumbre en este número es del orden del 18%. Estas colisiones ya fueron estudiadas en detalle en 2010 e indican que se produce un evento WW/WZ cada 18’1 ± 4 pb, léase picobarns o billonésimas de barn, de colisiones; la predicción según el modelo estándar es de 15’9 ± 1 pb. Por tanto, estas colisiones son compatibles con la hipótesis de que no haya ninguna nueva partícula “oculta” en estos datos y así se indicó en el artículo de agosto de 2010 que presentó este análisis.

Esta es la figura clave del artículo de agosto de 2010. En el eje horizontal aparece la masa equivalente a la energía del bosón W que se desintegra en los dos chorros (obtenida sumando la energía de ambos chorros por separado y denotada Mjj). En la parte (a) aparece el número de colisiones observadas que presentan una señal parecida a la de un evento tipo WW/WZ agrupadas (binning) en intervalos de 10 GeV en la masa (por ejemplo, la columna para Mjj=100 cuenta el número de eventos observados con 95 < Mjj < 105). Los 1582 ± 295 eventos tipo WW/WZ son muy pocos y hay que compararlos con la predicción teórica del modelo estándar (parte sombreada en verde). En la parte (a) de la figura, todos los eventos de fondo (background), eventos cuyo resultado final en los detectores se parece a un evento WW/WZ pero que se cree que no lo son, se muestran en la parte rallada de la figura. Su número depende de las estimaciones teóricas del modelo estándar. En la parte (b) de la figura se ha restado la contribución de la parte rallada y se presenta la parte verde como una línea continua y los eventos candidatos a WW/WZ observados como triángulos pequeños. Los datos observados tienen una cruz que indica la incertidumbre experimental estimada en teoría. Mira esta figura un rato; ¿te parece que haya algo especial alrededor de Mjj=150?

Algunos físicos teóricos vieron algo alrededor de Mjj=150, donde hay tres triángulos por encima de la línea continua. Esos tres triángulos parecen una simple fluctuación estadística si los comparamos con los triángulos alrededor de Mjj=50. Sin embargo, la inquietud de los físicos teóricos ha obligado a los físicos experimentales a realizar un nuevo análisis de los mismos datos de colisiones, que es lo que se ha publicado ahora en abril de 2011 y ha generado cierto revuelo mediático. Antes de nada me gustaría que volvieras a mirar la parte (a) de la figura de arriba, la zona indicada con un rallado en azul (QCD) y en gris (Top). Estas zonas ralladas corresponden a predicciones teóricas del modelo estándar que podrían sufrir alguna corrección en los próximos meses. Dicha corrección podría hacer que desapareciera la fluctuación alrededor de Mjj=150 o que creciera.

Los físicos experimentales de CDF han publicado un nuevo análisis de los mismos datos de colisiones que se resume en esta nueva figura, publicada en abril de 2011. Ahora los eventos WW/WZ se han contado (agrupado) de forma diferente, en intervalos de Mjj de solo 5 GeV, por eso parece que hay más datos experimentales aunque en realidad son los mismos. Fíjate que la escala vertical ahora es más pequeña. En esta nueva figura la línea roja es la predicción teórica según el modelo estándar para los eventos WW/WZ y la parte rallada es la incertidumbre teórica. En esta figura, la fluctuación alrededor de Mjj=150 se ve muy bien (quizás demasiado bien). Se trata de una fluctuación a 3’2 sigma, es decir, con una probabilidad del 99’75% de ser verdadera. Para mostrar mejor esta fluctuación se ha aproximado por una campana de Gauss (la línea azul). Podría parecer que un 99’75% de probabilidades de que esta fluctuación sea una “nueva partícula” y no un mero artefacto es una probabilidad muy alta, pero no es así. En física de partículas un descubrimiento requiere 5 sigma, es decir, una probabilidad de 99’99995%. La historia de la física de partículas está repleta de fluctuaciones a 3 sigma que se han quedado en eso tras un análisis posterior con más colisiones o con estimaciones teóricas más precisas.

La fluctuación observada en la figura de arriba con 4’3 /fb de datos de colisiones será estudiada este verano con casi el doble de colisiones (CDF ya ha recogido más de 7 /fb de colisiones). Además, dado el revuelo mediático que ha provocado, el otro experimento del Tevatrón, DZero, también publicará este verano su búsqueda de esta fluctuación. Y por supuesto, el LHC del CERN tampoco permanecerá callado al respecto. En mi opinión, a finales del verano de 2011 se publicará una confirmación o una refutación de esta fluctuación. No quiero ser abogado del diablo, pero yo creo que la fluctuación desaparecerá por más que me gustaría lo contrario.

¿Qué puede ser la “nueva partícula” si se confirma la fluctuación? Aunque se han oído rumores de que podría ser un tipo de bosón de Higgs, dichos rumores tienen muy poco fundamento. Lo que indican los datos es que se trataría de una “nueva partícula” que prefiere interaccionar con hadrones en lugar de con leptones, es decir, una partícula cromofílica o hadrofílica (también se podría decir leptofóbica). Esta “nueva partícula” más allá del modelo estándar sería la señal de la existencia de una nueva fuerza o interacción fundamental que habría que añadir a la interacción electrodébil y a la fuerte. Hay varias propuestas teóricas posibles (un bosón Z’ especial o un tecnopión), pero todavía es pronto para que redoblen las campanas. Muchos físicos teóricos están estudiando todas las alternativas posibles y en los próximos meses se publicarán muchas otras propuestas.

En resumen, ver algo en una fluctuación estadística es fácil (como el que mira una nube y ve un conejo), pero habrá que ser pacientes y esperar hasta este verano para confirmar si el Tevatrón ha observado una nueva partícula o todo esto es una falsa alarma. Y no seáis mal pensados, no se ha publicado este resultado porque el Tevatrón vaya a ser cerrado en septiembre de 2011; este tipo de resultados se publican muy a menudo y son el motor de las propuestas teóricas arriesgadas de los físicos, son los resultados que hacen que la física de partículas elementales sea fascinante.

Fuente:

Amazings

Una reacción nuclear en laboratorio del CERN desafía lo esperado

Un nuevo tipo de reacción de fisión observada en el laboratorio de física de partículas del CERN en Ginebra ha puesto de manifiesto graves deficiencias en la comprensión actual del núcleo atómico

Se esperaba que la fisión de mercurio-180 fuera una reacción “simétrica”, que resultaría en dos fragmentos iguales, pero produjo dos núcleos de masas muy diferentes, reacción “asimétrica” que plantea un reto importante para los teóricos.

La fisión nuclear consiste en la división de un núcleo pesado en dos núcleos más ligeros. De acuerdo con el modelo de la gota líquida, que describe el núcleo en términos de su cantidad macroscópica de tensión superficial y repulsión electrostática, la fisión debe ser simétrica. Algunas reacciones de fisión, sin embargo, son asimétrica, entre ellas muchas de las de uranio y sus elementos actínidos vecinos. Esto en cambio se puede entender usando el modelo de capas, en el que pueden ser creados, con cierta preferencia, fragmentos desiguales si uno o ambos de estos fragmentos contiene un número “mágico” de protones y / o neutrones. Por ejemplo, uno de los fragmentos producidos en muchas de las reacciones de fisión que involucran actínidos es el estaño-132, que es un núcleo “doblemente mágico” que contiene 50 protones y 82 neutrones.

En el más reciente trabajo, realizado por una colaboración de los físicos del CERN que utilizan la instalación ISOLDE de haz radiactivo, se investigó la interacción entre los componentes macroscópicos y microscópicos de la fisión nuclear. Se conoce como fisión beta retrasada un proceso de dos etapas en la que un núcleo beta padre se desintegra y entonces el núcleo hijo entra en fisión si se crea en un estado altamente excitado. Este tipo de reacción permite a los científicos estudiar las reacciones de fisión en los núcleos relativamente exóticos y fue estudiada por primera vez en el Laboratorio Flerov en Dubna, Rusia, hace aproximadamente 20 años, aunque las mediciones de Dubna no revelaron las masas de los fragmentos producidos.

Dispararle protones al uranio

El experimento en ISOLDE involucra el disparo de un haz de protones a un blanco de uranio y luego el uso de rayos láser y un campo magnético para filtrar iones de talio-180 entre la gran variedad de núcleos producidos en las colisiones de protones. Estos iones se implantan en una lámina de carbono, donde se someten a la desintegración beta, y luego se fisionan algunos de los átomos resultantes de mercurio-180. Los detectores de silicio colocados delante y detrás de la hoja permiten la medición de las energías de los productos de la fisión.

Los investigadores esperaban que la reacción de fisión fuese simétrica: el mercurio-180 se dividiría en dos núcleos de circonio-90, un resultado que se cría particularmente favorecido debido a que estos núcleos contienen un número mágico de neutrones (50) y un “semi-mágico” número de protones (40). Lo que encontraron, sin embargo, fue muy diferente. La energía de los productos de fisión registrada en los detectores de silicio no tuvo picos en un valor particular, lo cual sería el caso si se está produciendo un solo tipo de núcleos en las reacciones, sino que mostró dos picos distintos, en torno a los núcleos de rutenio-100 y el criptón-80.

El vocero de la colaboración Andrei Andreyev, de la Universidad de Lovaina, Bélgica (y actualmente en la Universidad del Oeste de Escocia), dijo que esta fisión asimétrica fue inesperada porque los fragmentos observados no contienen mimguna capa mágica o semi mágica. Su colega, el teórico Peter Möller de Los Alamos National Laboratory en los EEUU, de hecho había ideado un modelo del núcleo que predice que el mercurio-180 sufriría una fisión asimétrica. Pero no fue capaz de explicar por qué, después de haber trazado una superficie de energía potencial en tres dimensiones para la fisión del mercurio-180, y luego identificado un mínimo en esa superficie, pero no pudo identificar cuál de las tres variables era responsable de ese mínimo.

“Hermoso logro experimental”

Phil Walker, de la Universidad de Surrey en el Reino Unido, quien no es miembro de esta colaboración, describe la investigación como un “logro experimental hermoso” que tiene “un resultado teórico impresionante”. Él dice que el resultado será de interés, principalmente, para los académicos, pero considera que podría tener implicaciones prácticas. “Gran parte de la generación de energía depende de la fisión nuclear”, señala, “y si queremos hacer reactores más seguros y más baratos tenemos que ser capaces de confiar en la teoría básica del proceso de fisión. Yo diría que la teoría ha resultado ser muy deficiente, y necesita arreglos.”

Andreyev está de acuerdo. “I hope that as a result of our paper theorists will start to think about this problem and tell us what is happening,” he says. “Espero que, como resultado de de nuestro trabajo, los teóricos empiecen a pensar en este problema y nos digan qué es lo que está pasando”, dijo. “Por el momento no lo sabemos.”

La investigación aparece en la revista Physical Review Letters.

El autor de este artículo, Edwin Cartlidge, es escritor de ciencia con sede en Roma

Fuente: Physics World. Aportado por Eduardo J. Carletti

Tomado de:

Axxon (Argentina)

¿Y si meto la mano en el rayo de protones del LHC?

El Gran Colisionador de Hadrones es la construcción científica que juega con las más altas energías en todo el mundo. Acelera 300 billones de protones al 99.9999991% de la velocidad de la luz. Con semejante artilugio, surgen las preguntas científicas más profundas, las que más intrigan al ser humano.
Por ejemplo: ¿Existe el bosón de Higgs? ¿Qué son la materia oscura y la energía oscura? ¿Hay partículas supersimétricas? ¿Qué pasa si va un tío y mete la mano en el rayo?

Aunque te parezca mentira, con la ayuda de eminencias científicas de la Universidad de Nottingham, esta última pregunta es la que intentaremos esclarecer en el vídeo tras el salto. Somos así de profundos.

¡Jajajaja! No sé, no sé, no sé”, dice un científico.
“No lo sé, pero no es una buena idea, no te lo recomiendo”, dice otro.

Si las mentes más brillantes del planeta no saben qué ocurriría, créeme, no es recomendable hacerlo. Por desgracia, parece ser que no nos convertiríamos en el Doctor Manhattan.

Uno de ellos señala que el rayo posee la misma energía que un portaaviones moviéndose a 20 km/h, posándose de repente en la reducida superficie de la palma de tu mano. Parece ser que las posibles consecuencias van desde que los protones no interaccionen apenas con tu mano, pasando por hacerte un perfecto agujero en la palma, hasta hacerte explotar por completo.
Vamos, que ni idea.

Por otro lado, primero tendrías que abrir el metal, sortear electroimanes superconductores y soportar la fuga del refrigerante, a -271’3 C, por no hablar de que el rayo se mueve por el vacío. Se trata de una situación hipotética, ya que saltarían mil alarmas y todo se pararía.

En el vídeo se explican otras interesantes cuestiones, como por ejemplo, que una galaxia de antimateria la observaríamos exactamente igual a una de materia ordinaria. La única diferencia entre las partículas de un tipo u otro es la carga eléctrica, que es de signo contrario, pero la formación de galaxias y la luz que emitirían sería exactamente igual: sabemos que son muy probablemente todas de materia gracias al hecho de que no se observa radiación procedente de aniquilación de materia-antimateria, que sería observable en el espacio intergaláctico, ya que no está totalmente vacío.

Ya sabéis niños, no hay que meter la mano en el LHC. No da superpoderes.

Fuente:

Gizmodo

¿Es el Bosón de Higgs lo que necesita la física?

Ahora que el LHC, el gigantesco acelerador de partículas de Ginebra, lleva funcionando una par de meses; es momento de preguntarse qué es lo que esperamos que consiga este mastodonte franco-suizo.

Pese a que no es el motivo principal de la construcción del ciclotrón, cada vez que se habla de esta máquina, resulta inevitable hablar del tan cacareado Bosón de Higgs; renombrado de manera incongruente como Partícula de Dios por algunos periodistas demasiado sensacionalistas.
Es cierto que la determinación de la masa de esta partícula, o la demostración de su existencia al fin y al cabo; es uno de los experimento más importantes que se están llevando a cabo en el CERN, pero… ¿de verás sería tan maravilloso encontrar a este esquivo bosón? En realidad, este asunto no está tan claro.

Entendamoslo, el mecanismo de Higgs es un pegote mal puesto, un parche añadido al modelo estándar para poder explicar porqué algunas partículas tienen masa y otras no, es decir, la ruptura de simetría (una palabra que nos gusta mucho a los físicos) entre fermiones y bosones y porqué en las ecuaciones aparecen ciertos términos. Sin embargo, el bosón de Higgs no es la única solución posible a este problema, ni mucho menos la más elegante.

Fuente:

Amazing

"Si no se halla la partícula de Dios, es por que no existe"

Viernes, 14 de mayo de 2010

"Si no se halla la partícula de Dios, es por que no existe"

El físico galés Lyn Evans ha dirigido el Gran Acelerador de Hadrones (LHC) europeo, el mayor experimento de la historia, desde sus inicios hasta su puesta en marcha en 2009. Ahora lidera el comité científico que diseña el gran acelerador mundial de partículas del futuro, el ILC. Evans participa en Valencia en la primera reunión de este grupo de expertos en física de altas energías que acoge España.

Comandante del Imperio Británico y Científico del Año 2008 para la revista Nature, el galés Lyn Evans (Aberdare, 1945) es una autoridad mundial en aceleradores de partículas, no obstante se le considera el "padre" del Gran Acelerador de Hadrones (LHC) del CERN de Ginebra, el laboratorio europeo de Física de Partículas. Ha estado al frente de la mayor "máquina de descubrimientos" que se ha construido jamás desde su concepción como gran acelerador, en los años 80 del pasado siglo, y, desde 1994, como director del proyecto hasta su puesta en marcha definitiva en 2009 tras una averia que lo mantuvo en el dique seco varios meses. Ahora preside el comité científico que diseña el gran acelerador del futuro, el Colisionador Lineal Internacional (ILC), un proyecto mundial en el que se han implicado los principales centros de investigación de EE UU, Canadá, Japón, India, Corea, China y Europa. Evans participa en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC) de Valencia en la primera reunión que acoge España de este grupo que reúne a 30 científicos de alto nivel.

Después de la avería inicial parece que el LHC va bastante bien.
El accidente fue un momento difícil, porque aunque fue un pequeño incidente resultó un gran problema para una máquina tan compleja. Pero ahora todo está funcionado perfectamente, mucho mejor incluso de lo que esperábamos.

Hay mucha expectación sobre los resultados de las colisiones entre protones que se producen en el LHC. ¿Qué podemos esperar en el futuro más inmediato?
Creo que con el LHC va a suceder lo mismo que con el Hubble. Si recuerda, en sus inicios tuvo muchos problemas y, sin embargo, ahora vemos como desde el telescopio espacial nos están llegando resultados fabulosos. El LHC acaba de empezar a operar y los datos que se están observando en estos momentos sirven, esencialmente, para calibrar y para entender la máquina y sus detectores. Pienso que, poco a poco, empezaremos a ver esos resultados en la frontera de la física que esperamos del LHC, que posiblemente vengan quizás no este año, sino más bien en los próximos dos o tres años.

El Big Bang, la gran explosión de la que surgió el Universo, debería de haber producido la misma cantidad de materia que de antimateria, partículas con la misma masa pero distinta carga eléctrica, pero la observación astrofísica no ha hallado esas antipartículas ¿Podrá el LHC resolver este enigma?
Se ha diseñado para responder a esa simetría entre materia y antimateria. Hasta ahora, pese a todas las observaciones y teorías que existen, no acabamos de entender el balance y la proporción de materia en el Universo respecto a la antimateria. En los experimentos y observaciones que se han hecho, normalmente, cuando se parte de un estado neutro, se produce tanta materia como antimateria. Pensamos que el LHC será una oportunidad que contribuya a dilucidar esta cuestión.

¿Y arrojará luz sobre e la materia oscura, ese 25% del Universo que no vemos y sólo podemos inferir indirectamente a través de los efectos gravitacionales que causa en galaxias y estrellas?
Podría ayudar a comprender la naturaleza de esa materia oscura. Es decir, qué tipo de partículas la componen y su origen. Dentro de las teorías que van más allá del Modelo Estándar de física de partículas, existen los modelos de supersimetría que pueden ayudarnos a entender esa materia fría. La comprobación de estas teorías está dentro del potencial de observación del LHC.

En su punto de mira también está el saber si existe el hipotético bosón de Higss anunciado en el Modelo Estándar para explicar la pregunta no resuelta de por qué las partículas elementales tienen masa. ¿Confía en hallar esta llamada "partícula de Dios"?
La búsqueda del Higgs, efectivamente, es el objetivo prioritario del LHC. Si existe o no, el Gran Acelerador tiene potencial suficiente para observarlo o descartarlo. Lo que ocurre, es que, dependiendo de qué masa tenga el bosón, puede ser un proceso difícil e incluso lento el poder dar con él. Si su masa es pequeña, como todo parece indicar, necesitaremos de un tiempo de observación relativamente largo.

¿Le quita el sueño no dar con él?

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Levante

Los ocho descubrimientos de la física que han cambiado nuestra mente

Lunes, 05 de abril de 2010

Los ocho descubrimientos de la física que han cambiado nuestra mente

Desde el descubrimiento de una extraña forma de antimateria y la experimentación con nudos de luz hasta, por supuesto, la recreación de un pequeño Big Bang en el LHC, el mundo de la física, tan lejano para la mayoría de nosotros, ha aumentado su popularidad en los últimos meses con una serie de asombrosos y desconcertantes descubrimientos. Estos son algunos de los hallazgos más impactantes que han trastocado nuestra mente y que, posiblemente, cambiarán en un futuro no muy lejano la forma en la que conocemos el mundo:

1. La recreación del Big Bang en el LHC:
Indudablemente, es una de grandes noticias del año. La ciencia abrió el pasado martes una puerta a un grado superior de conocimiento al recrear en el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN) un pequeño Big Bang de laboratorio. El acelerador de partículas LHC, conocido como la «máquina de Dios», consiguió colisionar haces de protones a una velocidad 3,5 veces superior de la alcanzada nunca, desatando un proceso de energía de 7 TeV (teravoltios). Este experimento, posiblemente el mayor del siglo, puede permitirnos conocer en un par de años nuevos datos sobre cómo se originó el Universo y cómo está compuesta la materia.

2. La «sopa caliente» después del Big Bang:
Físicos del Laboratorio Nacional de Energía de Brookhaven, en Nueva York, lograron el pasado mes de febrero crear por primera vez una especie de «sopa» de materia250.000 veces más caliente que el centro de nuestro Sol -una temperatura absolutamente infernal- y que reúne condiciones similares a las que se produjeron justo después del Big Bang, la gran explosión que dio origen al Universo. Es la materia más caliente nunca creada en laboratorio. El experimento se logró haciendo chocar en un acelerador de partículas llamado Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), un hermano pequeño del europeo LHC, el núcleo de partículas de oro a velocidades super rápidas, de forma que se derrían los protones.

3. Los anillos de Borromeo:
Usando átomos de litio, un grupo de científicos de la Rice University en Houston (EE.UU.) ha recreado un antiguo símbolo matemático que se había visto ya en el siglo II en el arte budista afgano. El símbolo, llamado los anillos o el nudo de Borromeo, representan tres anillos unidos entre sí. Si alguno de ellos fuera retirado, el resto también se separaría. Los físicos ya habían predicho que las partículas deben ser capaces de formar esta misma disposición, pero nadie había sido capaz de demostrarlo hasta ahora. El experimento que lo confirma, anunciado el pasado mes de diciembre, llega cuarenta años después de que la teoría fuera formulada.

Efectos de la luz sobre la materia / Nicholas Kotov

4. La luz curva la materia:
Es fácil comprobar cómo la materia curva la luz, pero es mucho más raro encontrar el caso contrario, que sea la luz la que curve la materia. Hace tan sólo unos días, investigadores de la Universidad de Michigan (EE.UU.) comprobaron cómo cintas planas de nanopartículas -pedacitos de materia la mil millonésima parte de un metro de largo- expuestas a la luz se doblaban en espirales. Los resultados pueden ayudar a los ingenieros a diseñar nuevos compontenes para la óptica y la electrónica.

5. Un paso hacia la fusión nuclear:

La fusión nuclear - la fusión de núcleos atómicos que sucede dentro de las estrellas - es un objetivo buscado desde hace mucho tiempo en la Tierra. Si los científicos consiguen semejante hazaña, podríamos obtener una poderosa fuente de energía prácticamente inagotable y con muy pocas consecuencias ambientales. Un equipo de físicos logró un paso más hacia este objetivo en enero cuando anunciaron que habían construido un imán de levitación que recrea algunas de las condiciones que se creen necesarias para la fusión. Al suspender un imán gigante en forma de donut en el aire, los investigadores fueron capaces de controlar el movimiento de un gas extremadamente caliente de partículas cargadas dentro de la cámara exterior del imán. La densidad de este gas está cerca de lo que se necesita para la fusión nuclear, según los investigadores de la Universidad de Columbia.

6. Una nueva partícula de antimateria:
El equipo internacional de científicos que estudia colisiones de alta energía de iones de oro en el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) anunció a principios de marzo que había conseguido encontrar algo excepcional: la forma más extraña y éxotica de antimateria nunca vista hasta ahora, una antipartícula que podría haber existido en los primeros momentos del Big Bang. Se trata del antihipertritón, el núcleo del antihipertritio, que contiene un antiprotón, un antineutrón y una antipartícula lambda. Para conseguir este logro, los investigadores provocaron el choque de iones de oro en el colisionador.

El equipo diseñó hologramas recurriendo a la teoría de los nudos / Mark Dennis

7. Nudos hechos con luz:
¿Es posible hacer nudos con rayos de luz? La respuesta es sí. Un equipo de físicos de las universidades de Bristol, Glasgow y Southampton, en el Reino Unido, ha sido el responsable. La luz puede viajar en línea recta, pero a veces se retuerce en nudos. Los investigadores utilizaron un holograma controlado por ordenador para hacer girar haces de luz láser. Los hologramas fueron diseñados recurriendo a la teoría de los nudos -una especialidad de la matemática abstracta inspirada por los nudos que se producen en cordones y cuerdas-. Entender cómo controlar la luz de esta forma tiene implicaciones importantes para la tecnología láser utilizada en una amplia gama de industrias.

8. Un enredo fantasmal:
Una de las más extrañas predicciones de la teoría de la mecánica cuántica es que las partículas pueden quedarse «enredadas» incluso después de haber sido separadas en el espacio, de forma que cuando una acción se realiza sobre una partícula, la segunda partícula responde de inmediato. En junio de 2009, los físicos midieron por primera vez un nuevo tipo de sistema, dos pares separados de partículas que vibran.

Además de este listado, existe otro descubrimiento que, de momento, se queda tan sólo en una pregunta pero que, de confirmarse, podría suponer el más importante en muchos años en el mundo de la Física, un hallazgo que daría la vuelta por completo a los parámetros científicos que manejamos ahora. Un equipo de científicos, entre los que se encuentran investigadores de la Universidad de Florida (EE.UU.), ha encontrado la que puede ser la primera partícula de materia oscura. Las pruebas aún no son concluyentes, pero sí muy esperanzadoras. El detector CDMS (Cryogenic Dark Matter Search), construido en las profundidades de la mina Soudan, una antigua explotación de hierro en Minnesota, captó dos posibles partículas de este tipo, también conocidas como WIMPS, pero hay una oportunidad entre cuatro de que estas partículas sean simplemente «ruido de fondo».

Fuente:

ABC.es

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