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5 de abril de 2010

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

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.

Los ocho descubrimientos de la física que han cambiado nuestra mente

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.

Los ocho descubrimientos de la física que han cambiado nuestra mente

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

Lea también:



1 de octubre de 2007

Especial: Astronomía - Astrónomos descubren un hueco colosal en el universo.

Un grupo de astrónomos halló un hueco colosal en el universo.



El vacío cósmico, que se extiende a lo largo de mil millones de años luz, no contiene galaxias, estrellas, agujeros negros y ni siquiera la misteriosa materia oscura que está por doquier, anunció un equipo de la Universidad de Minnesota.

Los astrónomos sabían desde hacía tiempo que hay sectores del universo sin nada, uno de los cuales está cerca de nuestra Vía Láctea, apenas a dos millones de años luz.

Pero lo que el equipo de Minnesota descubrió, utilizando dos tipos diferentes de observaciones astronómicas, fue un vacío mucho mayor que el que hubiese podido imaginar.

"Esto es mil veces más grande que lo que hubiésemos esperado", observó el profesor de astronomía Lawrence Rudnick, autor del informe que será publicado por el Astrophysical Journal. "No está claro que tengamos todavía el término preciso. Esto es una verdadera sorpresa".

Rudnick examinaba una encuesta celestial del Observatorio Nacional de Radioastronomía, que básicamente toma fotografías radiales de una vasta expansión del universo.

Pero un sector del universo tenía radiofotos que sugerían hasta un 45% menos de materia, dijo Rudnick. El resto de la materia podía explicarse como estrellas y otros cuerpos cósmicos entre el lugar de observación y el vacío, que se encuentra entre 5.000 y 10.000 millones de años luz de distancia.

Rudnick después revisó las observaciones de la radiación de trasfondo de microondas cósmicas y encontró un lugar frío. La única explicación, conjeturó, es que carece de materia.

Podría ser una paradoja estadística, pero eso es menos probable que un hueco gigante, dijo James Condon, astrónomo en el Observatorio Nacional de Radioastronomía. Condon no formó parte del equipo de Rudnick pero está siguiendo la investigación.

"Parece algo que se debe tomar en cuenta", dijo Brent Tully, astrónomo de la Universidad de Hawai y tampoco integrante del equipo, pero que estudia el vacío más próximo a la Tierra.

Tully dijo que los astrónomos podrían hallar algunas pocas estructuras cósmicas en el hueco, pero que de todos modos estaría casi vacío.

Los huecos en el universo probablemente ocurren cuando la gravedad de áreas con mayor gravitación jala materia de zonas menos densas, explicó Tully. Después de 13.000 millones de años "están perdiendo la batalla frente a las mayores concentraciones de materia", agregó.

Fuentes:

PanActual.com

27 de septiembre de 2007

La primera molécula de materia y antimateria, creada en laboratorio.
Permitirá penetrar en el núcleo del átomo y conseguir una poderosa arma destructora.

Físicos norteamericanos han creado en laboratorio la primera partícula de materia y antimateria, que en el futuro permitirá penetrar en el núcleo del átomo y posiblemente desarrollar un láser aniquilador de rayos gamma, el arma soñada por los autores de ciencia ficción. Lo han conseguido uniendo dos electrones y dos positrones en una molécula llamada dipositronio, que libera dos veces más energía en forma de rayos gamma cuando se desintegra. Por Eduardo Martínez.


Allen Mills y David Cassidy (izda.) Universidad de California.

Físicos norteamericanos han creado en laboratorio una molécula de materia y antimateria que, si bien había sido predicha por la teoría, nunca había sido observada. Se trata de una molécula de dipositronio, compuesta de dos electrones y dos positrones, en la que el positrón es el equivalente antimaterial del electrón.

El positronio es un átomo exótico que, una vez creado, se desintegra en menos de 142 milmillonésimas de segundo y se transforma en fotones de alta energía llamados también rayos gamma.

Lo que consiguieron Allen Mills y David Cassidy, de la Universidad de California (Riverside), tal como se explica en un comunicado de esta universidad, es atrapar positrones en una película de silicio y crear simultáneamente una cantidad suficiente de átomos de positronio para que se combinen y formen dipositronio, o moléculas de dos dos positronios, que liberan dos veces más energía en forma de rayos gamma cuando se desintegran. (Una molécula es una partícula formada por un conjunto de átomos ligados por enlaces covalentes o metálicos y su estudio forma parte de la física molecular.)

Este resultado constituye toda una proeza porque, normalmente, cuando una partícula se encuentra con su antipartícula, como es el caso del electrón y el positrón, forman una pareja que se disuelve enseguida dejando tras de sí otras partículas, como los fotones.

Para conseguir la supervivencia de estas partículas de materia y antimateria, los científicos utilizaron una fina película de silicio, que es la denominación química del mineral de cuarzo.

Primer intento

En un primer intento, cuyos resultados se publicaron en 2005, Allen Mills y David Cassidy, de la Universidad de California (Riverside), establecieron la hipótesis de que moléculas de positrones se podrían formar sobre la superficie del silicio.

Según la teoría, dos átomos de positronio pueden unirse para formar una molécula de dipositronio. Sin embargo, en 2005 este equipo de físicos no pudo crear cantidades detectables de dipositronio porque es muy difícil conseguir los suficientes átomos en el mismo lugar para que reaccionen y formen moléculas.

Dos años después, sin embargo, tal como explican en un artículo publicado en la revista Nature, han podido demostrar la teoría. Utilizaron nanocavidades de silicio para albergar positrones. Una vez en el silicio, los positrones fueron unidos a electrones y formaron átomos de positronio.

Debido a la superficie porosa del silicio, los átomos de positrones vivieron suficientemente para formar moléculas de dipositronio, integradas con dos átomos. Los dos electrones y dos positrones que forman el dipositronio están unidos casi de la misma forma que el hidrógeno molecular.

Superficie de silicio

La superficie del silicio desempeña un papel crucial para la formación de dipositronio, ya que estabiliza las moléculas absorbiendo la energía expulsada cuando se forma la molécula.

Tal como explica al respecto la revista Physicsworld, el dipositronio se detectó observando la aniquilación de electrón-positrón del silicio.

Al contemplar los rayos gamma que se generan durante la aniquilación, los físicos vieron una reducción en el tiempo de vida global del positronio en el silicio, lo cual interpretaron como una prueba de la formación de dipositronio.

Esta observación se consiguió calentando el silicio, que evitó que el positronio se pegara y redujera el número de moléculas de dipositronio. Con el calor del silicio, el tiempo de vida del dipositronio se prolongó.

Próxima etapa: condensado de positrones

El proyecto no termina aquí. La próxima etapa consistirá en utilizar una fuente de positrones más intensa para crear el condensado de Bose-Einstein (BEC) de positrones y el primer “láser de rayos-gamma de aniquilación”. La finalidad última es crear fuentes de rayos gamma de alta energía para estudiar la materia a escala del núcleo atómico.

Cassidy y Mills consideran posible combinar millones de átomos de positrones entre ellos que, al desintegrarse simultáneamente, estos condensados de átomos puedan generar un láser de rayos gamma que concentre una energía un millón de veces superior a la de los láseres actuales.

El condensado de Bose-Einstein es un estado de agregación de la materia que se da en ciertos materiales a muy altas o bajas temperaturas. La propiedad que lo caracteriza es que una cantidad macroscópica de las partículas del material pasan al nivel de mínima energía, denominado estado fundamental.

El condensado es una propiedad cuántica que no tiene análogo clásico. Debido al Principio de exclusión de Pauli, sólo las partículas bosónicas pueden tener este estado de agregación. Esto quiere decir que los átomos se separan y forman iones. A la agrupación de partículas en ese nivel se le llama condensado de Bose-Einstein.

El BEC de positrones podría conseguirse aumentando la densidad del positronio y enfriándolo a continuación, lo que permitiría utilizarlo para crear un láser de rayos gamma de aniquilación. Los rayos gamma de aniquilación tienen una longitud de onda muy corta, lo que significa que tal láser podría algún día usarse para estudiar objetos tan pequeños como el núcleo de un átomo.

Aplicaciones militares

Estos láseres aniquiladores de rayos gamma constituyen por otra parte el arma de destrucción con la que han soñado todos los autores de ciencia ficción. El propio profesor Cassidy ha señalado al respecto que la diferencia entre la potencia disponible en un láser de rayos gamma y un láser normal es la misma que existe entre una explosión nuclear y otra química.

Los positrones se encuentran frecuentemente en las erupciones solares, las emisiones X y gamma de los cuerpos celestes y este descubrimiento refuerza la idea de que el láser aniquilador de rayos gamma no es una utopía y que conseguirlo será únicamente cuestión de tiempo.

Cuando eso ocurra, el cañón láser de rayos gamma formará parte del arsenal de la disuasión y del armamento estándar de los soldados, por lo que es posible que David Cassidy y Allen Mills lleguen a ser tan famosos como los creadores de las primeras bombas atómicas.

Actualmente, la radicación gamma producida por la aniquilación de un electrón que encuentra a un positrón se utiliza en imagen médica: estos fotones gamma permiten estudiar el metabolismo de una parte del cuerpo humano con tomografía por emisión de positrones (TEP o PET scan).

Fuente:

Tendencias 21
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