La derecha, la izquierda y el verdadero origen de la masa

Imagina que hay 2 observadores, uno en frente del otro que están mirando un reloj (con la cubierta trasera transparente) que se encuentra entre ellos. Uno de ellos le dice al otro: "Que reloj tan bonito, lástima que gire al revés", a lo que el otro responde: "¿Qué estás diciendo?, el reloj gira correctamente".

¿Cual de ellos tiene razón? Pues los 2 tienen razón, la respuesta depende del sistema de referencia que utilicemos. En este caso el sentido de giro del reloj (horario o anti-horario) es claramente una convención humana y depende de la posición del observador. 

Sin embargo, como Albert Einstein demostró en su teoría de la relatividad no pueden existir sistemas de referencia privilegiados, las leyes y magnitudes fundamentales del Universo deben ser las mismas para todos los observadores. Vamos a comprobar este principio de forma bastante sorprendente en una de las más fundamentales propiedades de las partículas elementales: el spin. 

Helicidad

Todas las partículas que forman la materia (llamadas fermiones) tienen un momento ángular intrínseco: el spin. El spin es un fenómeno intrínsecamente mecánico cuántico, es decir, no existe una analogía clásica totalmente correcta para definirlo, sin embargo, para nuestro propósito, se puede usar la analogía de la bola que gira sin incurrir en errores fundamentales: 

                                                                        

La flecha gris indica el sentido de movimiento y la roja el sentido de giro del spin de la partícula. Esta partícula se denomina partícula de helicidad derecha (por convención si ponemos el pulgar en el sentido de la flecha gris, el movimiento producido al plegar los dedos nos indica el sentido de giro del spin). En las partículas de helicidad derecha el sentido de giro del spin coincide con la dirección de movimiento (es decir, cuando proyectamos el vector spin sobre el vector impulso el resultado es positivo). A continuación representamos la misma partícula de helicidad derecha moviendose en sentido contrario:

                                                                        

Ahora el sentido del spin cambia pero la partícula sigue siendo la misma partícula de helicidad derecha (puedes comprobarlo poniendo el pulgar de la mano derecha en la nueva dirección de movimiento). Las partículas de helicidad izquierda son entonces las que giran en el sentido siguiente: 

                                                        

Todas las partículas que forman la materia (electrones, quarks, etc) se presentan en dos tipos: de helicidad izquierda (L) y de helicidad derecha (R).

Helicidad, relatividad y masa

Las partículas sin masa como el fotón viajan siempre, bajo cualquier sistema de referencia a la velocidad de la luz. Esto quiere decir que ningún observador puede "adelantar" a un fotón y "observar" que sucede con el sentido de giro de su spin. Por esto, en partículas sin masa, un fotón con helicidad R será siempre, bajo cualquier sistema de referencia un fotón con helicidad R y lo mismo sucede para un fotón L. 

Sin embargo, en las partículas con masa un observador puede en principio desplazarse a mayor velocidad que dicha partícula de forma que puede adelantarla y observar que sucede con el sentido de giro del spin. ¿Qué sucederá entonces? ¿Cambiará la partícula su sentido de giro dependiendo de donde se encuentre el observador?

Si así fuese entonces el spin no sería una propiedad intrínseca de la partícula. Lo que sucede es lo siguiente: el observador que adelanta a la partícula ve que esta se aleja de el en sentido contrario, por tanto observará que (para el) ha invertido su sentido de movimiento y por tanto su helicidad, sin embargo, el sentido de giro del spin no cambia, lo que cambia es su helicidad. Debemos darnos cuenta de que la partícula no ha cambiado en absoluto, se trata de la misma partícula. Esto se entiende mejor en la siguientes figuras:


                                       

En la primera figura el observador antes de adelantar a la partícula observa una partícula de helicidad R. Al adelantar a la partícula, el observador ve una partícula que se desplaza hacia atrás, osea de helicidad L, pero el sentido de giro del spin, que es la magnitud fisicamente medible no cambia, en las partículas con masa la helicidad no es medible por los experimentos, los experimentos no distinguen entre por ejemplo un electrón R o un electrón L, sin embargo, el sentido de giro del spin si es medible (por ejemplo observando si el electrón se desvía hacia un lado u otro en un campo magnético). 

Por tanto, no es posible distinguir entre un sistema de referencia u otro tal y como establece la relatividad, incluso puede interpretarse que la naturaleza ha duplicado (pero solo a efectos matemáticos) la naturaleza del electrón para que los principios de la relatividad sean válidos, es decir, para que no haya ningún sistema de referencia privilegiado. Visto esto, podemos afirmar que la masa es algo que nos permite decir si la helicidad de una partícula es algo fundamental e intrínseco de esta o no: en las partículas sin masa sí lo es pero en las partículas con masa no, en éstas últimas la propiedad relacionada que sí es intrínsica de la partícula y por tanto independiente del observador es la quiralidad.

La quiralidad

En las partículas sin masa la quiralidad y la helicidad son la misma cosa. Una partícula será R o L en cualquier sistema de referencia. Sin embargo, las partículas con masa tienen helicidad R o L y una quiralidad independiente también R o L, solo que esta última es independiente del observador.

La quiralidad es un concepto más abstracto que el de helicidad y más difícil de definir. En los fermiones por ejemplo, que son los constituyentes de la materia, la quiralidad está relacionada con el hecho de que si giramos por ejemplo al electron 360º invertimos el estado cuántico del mismo (es decir lo encontramos multiplicado por -1) y solo cuando lo volvemos a girar otros 360º volvemos a obtener el electrón en el estado cuántico original. La quiralidad nos dice en que sentido se desplaza la fase de la función de onda cuando rotamos el electrón, en los electrones de quiralidad R al girar el electrón la fase de la función de onda se desplaza hacia la derecha y en los de quiralidad L hacia la izquierda: 



Al contrario que con la helicidad una partícula puede tener quiralidad R o L y no tener su contrapartida R o L. Las partículas con quiralidad R y L son partículas distintas, de hecho, en el caso del electrón, la partícula de quiralidad L es la que comunmente llamamos electrón mientras que la partícula con quiralidad R se denomina anti-positrón. Por tanto, dentro del "grupo electrón" se pueden distinguir 4 partículas diferentes: 

1- El electrón: Quiralidad L, carga eléctrica -1, con carga débil
2- El anti-electrón: Quiralidad R, carga eléctrica +1, con carga débil
3- El positrón: Quiralidad L, carga eléctrica +1, sin carga débil
4- El anti-positrón: Quiralidad R, carga eléctrica -1, sin carga débil

                     
 electrón                   anti-electrón (representado en verde)             positrón (con mostacho)     anti-positrón (en verde y con mostacho)

La carga débil es a la fuerza nuclear débil lo que la carga eléctrica es al electromagnetismo. La fuerza electromagnética se produce por el intercambio de fotones mientras que la fuerza débil por el intercambio de partículas W y Z, por tanto, ni el positrón ni el anti-positrón sienten la fuerza débil ya que no tienen carga débil. Esto significa que la naturaleza discrimina entre partículas de quiralidad R y partículas de quiralidad L.

Quiralidad, el Higgs y la masa

Aunque parezca increíble estos 3 elementos están intimamente relacionados. Si nos fijamos en el electrón y el anti-electrón nos damos cuenta de que para casi cualquier experimento físico, ambas son partículas muy parecidas: tienen la misma masa y la misma carga eléctrica aunque tienen distinta carga débil.

Las partículas con propiedades muy similares pueden experimentar un fenómeno cuántico denomiando "oscilación", es decir, pueden oscilar la una en la otra, formando una especie de superposición cuántica de ambas partículas (vease la oscilación de los neutrinos por ejemplo). Esto es exactamente lo que le sucede al electrón: lo que nosotros denominamos electrón es una mezcla de un electrón y un anti-positrón. 

El electrón es realmente la mezcla de un electrón y un anti-positrón. NOTA: En los libros de texto normalmente se los denomina electron "left-chiral" y electrón "right-chiral" respectivamente. Aquí hemos alterado ligeramente la notación por razones pedagógicas.

Sin embargo, como dijimos, el electrón tiene carga débil y el antipositrón no. ¿Que pasa con la conservación de esta carga? Aqui es donde entra el campo de Higgs. El campo de Higgs se encuentra "condensado" en el vacío cuántico, es decir, es un campo que permea todo el espacio. La partícula de Higgs es la vibración del campo de Higgs (al igual que el electrón es la vibración del campo electrónico) y es una partícula de spin 0 (por tanto es un bosón) y con carga débil. Este campo interacciona con todas las partículas (excepto las partículas sin masa como el fotón), cuando un electrón se desplaza por el espacio interacciona con el campo de Higgs lo que intercambia la carga débil (y la quiralidad) del mismo con la del Higgs, haciendo posible la oscilación entre el electrón y el anti-positrón. Esta interacción produce un retraso o un desfase temporal en el movimiento de la partícula y es precisamente esta interacción lo que "crea" o produce lo que nosotros llamamos masa. Cuanto mayor es esta interacción, más lentamente se mueve la partícula lo que se traduce en que nosotros medimos una masa mayor y viceversa.

El electrón al desplazarse por el vacío cuántico interacciona con el campo de Higgs (las cruces en la figura) produciendo la oscilación electrón-antipositrón. Esta oscilación puede entenderse como un grado de libertad extra de la partícula lo que se traduce a efectos físicos en que la partícula se mueve más lentamente: la partícula tiene masa.

NOTA: Como hemos señalado repetidamente esta explicación es válida solo para los electrones, otras partículas adquieren masa de una forma diferente.

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Revolución Científica

El misterio de la luz del agujero de Andrómeda

La vecina galaxia de Andrómeda cuenta con un agujero negro que emite, en ocasiones, más luminosidad de la cabría esperar para su masa. ¿Por qué? De resolver este misterio astronómico se está encargando un equipo internacional de científicos entre los que se encuentran investigadores del Instituto de Ciencias del Espacio del CSIC.

Según publican los científicos en la revista Nature, existen fórmulas matemáticas que establecen cuál debe ser la luminosidad máxima de un objeto cósmico en función de su masa –conocida como la "luminosidad de Eddington"–. Por encima de este límite, por ejemplo, una estrella normal se descompondría. Para un agujero negro de masa una decena de veces superior a la del Sol, esta cifra es de 1x1032 vatios, un millón de veces mayor que la luminosidad del Sol. Sin embargo, el agujero negro de Andrómeda supera este límite en algunas ocasiones.

Esto ha llevado identificarlo como una fuente de rayos X ultraluminosa (ULX por sus siglas en inglés). Por lo general, se trata de emisiones intensas de rayos X que proceden de sistemas binarios formados por una estrella y un agujero negro que orbitan mutuamente entre sí a gran velocidad, y son consecuencia de las elevadas temperaturas que alcanza el gas de la estrella cuando cae hacia el agujero negro. Antes de ser engullida, esta materia crea un disco de acrecimiento alrededor del agujero negro y emite intensamente en rayos X. La luminosidad de este fenómeno depende de la masa del agujero negro, ya que cuanto más masivo sea, más potente será su campo gravitatorio y más materia será capaz de absorber, lo que le conferirá una mayor luminosidad. Dicho de otro modo, la ultraluminosidad del agujero en Andrómeda se debe al enorme banquete de estrellas que devora.

Los resultados obtenidos por esta investigación abren una nueva ventana de comprensión de los agujeros negros y su evolución en el universo.

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Muy Interesante

Experimentos: Equilibrios imposibles

Me llega este vídeo y parece mágico (no sé si yo podría hacerlo), pero la verdad es que se basa en un principio físico muy curioso, y en realidad es más fácil de lo que parece… no fácil, pero sí más fácil de lo que parece.

El vídeo:

El equilibrio tiene que ver con lo que se llama el “centro de masas” (parecido al centro de gravedad, disculpad que no entre en las diferencias). Se trata de el “punto medio de las masas” por decirlo rápidamente. Se puede considerar que es como si toda la masa del objeto estuviera concentrada en ese punto.

Si el objeto es homogéneo (de igual composición en todas partes) el centro de masas coincide con el centro geométrico. Por eso podemos sostener una bandeja vacía con un dedo colocándolo bajo su centro.

Saber si un objeto está en equilibrio es fácil, basta con que el centro de masas esté sobre la base (en la vertical). Si no es así, el objeto caerá.

Por eso, cuando vemos a alguien que sostiene un objeto apoyado en su centro de masas con un apoyo muy pequeño pensamos que un leve desplazamiento lo hará caer. Prueba con un palo, poniendo el dedo bajo el centro y verás como es así. Desde este punto de vista el ejercicio del vídeo sería tan difícil, que en la práctica sería imposible.

Pero si te fijas, los palos están curvados. De manera que los extremos están debajo del apoyo. En realidad el centro de masas de ese objeto está fuera del palo, en la mitad, pero por debajo.

Imagen: wikipedia

De esta forma el centro de masas al estar debajo del apoyo, nunca su vertical hacia abajo caerá fuera de la base… porque ya está debajo (!!) y el equilibrio es tremendamente estable, aunque no lo parezca.

Piénsalo de esta manera, para que el objeto caiga las bolas deben subir (!!) lo que va en contra de la gravedad.

Esta es otro montaje con la misma propiedad.

Siguiendo esta idea se hacen “sujetabolsos“. Aquí veis cómo son, no es para hacer publi y que compréis, no conozco a los vendedores. Conocida variante con dos tenedores para hacerlo en los bares.

Fijaos lo precario que puede ser el apoyo

Insisto, el centro de masas no coincide con el apoyo, está por debajo del apoyo. Eso es lo que hace el equilibrio tan estable.

No dejéis de hacerlo… y veréis qué divertido, y qué fácil.

El ilusionista hace creer que sólo el puede hacer lo que hace, el científico que cualquiera puede hacer lo que él hace… pero ambos hacen magia.

Fuente:

La ciencia para todos

¿Como se “pesa” una partícula?

En física de partículas hay partículas ligeras y partículas pesadas, un electrón con 0.5 MeV/c² sería una partícula ligera, el bosón de Higgs con 126 GeV/c² (126 000 MeV/c²) sería una partícula bastante pesada. Al protón lo encontraríamos en la mitad de estos dos con alrededor de 1 GeV/c². Pero, ¿de que masas estamos hablando, cuanto es en kilogramos? y más aun ¿cómo se miden?

Veamos el extremo inferior ¿cuanto ‘pesa’ un electrón? Si cogiéramos una balanza y consiguiéramos medir su masa veríamos que esta es de 9 10^-28 gramos o lo que es lo mismo 0.0000000000000000000000000000009 kg. Podéis ir a comprobar vuestra balanza en casa que seguro que no llega a esta precisión (si el manual dice lo contrario esta mintiendo). La medición más precisa que se ha realizado midió hasta los yoctogramos (un yoctogramo es 10^-24 gramos) y fue realizada por un equipo del Institut Català de Nanotecnologia. Por medio de un sensor formado por nanotubos consiguieron medir la masa de un átomo de Xenón (54 protones y 77 neutrones). Consiguieron medir su masa con precisión de un protón (1.7 yoctogramos). Esto es realmente impresionante, pero es aun mucho mayor que el electrón. 

Entonces, ¿cómo conseguimos medir el electrón que es mil veces menos pesado?

Para ello tenemos que recurrir a la más famosa ecuación de Einstein, la que nos dice que energía es igual a masa E=mc². Bueno, en realidad no ha esta ecuación sino a la más general:

donde E es la energía de la partícula, es el momento , m es la masa y c es la velocidad de la luz.  Si para una partícula conocemos cada uno de los valores (energía y momento) podemos usando la ecuación calcular su masa. Esto es lo que se hace en los detectores de partículas. Como ya vimos en la entradas anteriores (event displays I y event displays II) los detectores están diseñados para conseguir medir con gran precisión estos dos valores de forma que podemos calcular la masa como : 

para mayor información en como se miden E y , ver las entradas. Pero pondré un pequeño ejemplo de como se han medido las masas de la mayoría de los iones. Para ello lo más fácil sería utilizar un espectrómetro de masas (abajo). Este dispositivo se basa en el uso de campos eléctricos y magnéticos conocidos. Si introducimos una partícula cargada dentro de un campo eléctrico esta sufrirá una aceleración debido al campo. Si además suministramos un campo magnético su dirección se cambiará (física general). La curvatura de la trayectoria depende de la relación masa / carga, con lo que conocida su carga podemos obtener la masa con gran precisión.

 

Pero esto no funcionaría con una partícula como el bosón de Higgs o los bosones Z / W, estas partículas son inestables, viven muy poco tiempo y se desintegran rápidamente. No podemos producirlas y hacerlas pasar por un espectrómetro de masas a nuestra voluntad. Tampoco podemos utilizar la formula de arriba ya que su vida es tan corta que no permite medir su energía y momento. ¿Como se hace entonces? Bueno, para ello tenemos que aplicar las leyes de conservación. Sabemos que la energía y el momento se conservan en los procesos físicos. Buscaremos las partículas en las que se desintegró el bosón (o la partícula inestable que queremos medir). Estas partículas tienen que ser estables de otro modo nos encontramos con el mismo problema que antes. Para estos productos de desintegración, que llamaremos (1) y (2), mediremos su energía y momento.  Podremos entonces calcular la masa de la partícula inicial como :

así pues hemos obtenido la masa de la partícula inestable, a este valor se lo conoce como masa invariante. 

Así se reconstruyeron y descubrieron los bosones Z y W por ejemplo. En la actualidad el bosón Z se crea en grandes cantidades en el LHC. Su masa es conocida con gran precisión y también los productos de su desintegración. Si observáramos al bosón Z desintegrarse veríamos que el 3% de las veces se desintegra a dos electrones. Si consiguiéramos aislar los sucesos donde el bosón se ha desintegrado en electrones y calculáramos la masa invariante obtendríamos el gráfico de abajo. En los datos de las colisiones no es posible aislar completamente del resto las colisiones donde se ha producido un bosón Z. Hay procesos que pueden dar también dos electrones sin ser el resultado de la desintegración del bosón. Esto significa que si utilizáramos datos reales de colisiones en vez de una simulación como es este caso, el pico sería más difícil de distinguir.

 

Fuente: 

Hora Cero

Descubren una estrella gigante con el mayor campo magnético jamás observado

La estrella masiva más magnética vista hasta ahora está arrastrando una capa gigante de partículas cargadas atrapadas a su alrededor.

Esta estrella recién descubierta, NGC 1624-2, podría ayudar a arrojar luz sobre el papel que el magnetismo de las estrellas tiene en la evolución de las estrellas y sus galaxias.

NGC 1624-2, que se encuentra a unos 20.000 años luz de la Tierra, en la constelación de Perseo, tiene cerca de 35 veces la masa del sol. Su gran masa indica que posee una gran cantidad de combustible, lo que indica que es brillante y caliente, y, por lo tanto, es probable que se queme con relativa rapidez, después de una vida de unos 5 millones de años, o una décima parte del 1 por ciento de la actual edad de muestro sol.

Esta estrella masiva posee un campo magnético 20.000 veces más fuerte que el del propio sol y casi 10 veces más fuerte que el detectado en torno a cualquier otra estrella de gran masa.

“Los campos magnéticos de esta fuerza son extremadamente raros, sólo se sabe que existen en algunas estrellas con una masa mucho menor”, comento el autor principal del estudio Gregg Wade, un astrónomo del Royal Military College de Canadá. ”Encontrar un campo tan fuerte es ser muy afortunado.”

“Este campo magnético potente une y controla el viento estelar de partículas energéticas que fluyen de NGC 1624-2 arrastrándolo a una gran distancia de la estrella, 11,4 veces el radio de la estrella. El gran volumen de esta magnetosfera es notable. Esto es más de cuatro veces mayor que la de cualquier otra estrella masiva comparable, y en términos de volumen es unas 80 veces más grande.”

Aunque NGC 1624-2 es la más magnética de todas las estrellas masivas conocidas, algunas estrellas de masa intermedia tienen campos magnéticos tal vez dos veces más fuerte, dijo Wade. (Nuestro sol y otras estrellas similares están considerados como astros de baja masa.)

Además, este poderoso campo magnético de NGC 1624-2 podría palidecer en comparación con el que exhiben los magnetares – densos restos de estrellas muertas que son a menudo considerados como los objetos con mayor campo magnetico del universo.

El campo magnético de NGC 1624-2 es de aproximadamente 20.000 gauss en la superficie de la estrella. Un magnetar típico puede tener un campo en el orden de 10 billones de gauss, por lo que la fuerza del campo del magnetar es mucho más grande, unos 500 millones de veces mayor.

Sin embargo, la base estándar para comparar como de grande es un campo magnético implica al flujo magnético sobre todo el área de la superficie de la estrella, por lo que, en este caso, el flujo de NGC 1624-2 es casi 700 veces mayor que el de un magnetar típico.

En otras palabras, si NGC 1624-2 se derrumbase súbitamente hasta alcanzar el tamaño de un magnetar, conservando todo su magnetismo, tendría un campo magnético superficial de cerca de 10.000 billones de gauss.

El campo magnético de la estrella influye en la estructura interna de la materia dentro de NGC 1624-2, afectando a su vida desde el nacimiento hasta que finalice su existencia con una muerte violenta como una explosión de supernova. Sin embargo, los procesos fundamentales que producen los campos magnéticos de las estrellas masivas siguen sin comprenderse bien.

“Necesitamos observaciones de estrellas similares a NGC 1624-2 para enseñarnos lo que realmente está pasando”, dijo Wade.

La estrella es a la vez distante y se encuentra rodeada por el polvo. Para estudiar su luz en detalle, el equipo internacional de científicos observó esta estrella con el inmenso poder de recolección de luz del espejo del Telescopio Hobby-Eberly en el McDonald Observatory de la Universidad de Texas en Austin. Sus observaciones sugieren que la estrella está rotando muy lentamente, tomando unos 160 días terrestres en girar una vez sobre su eje. En comparación, el sol tarda cerca de 25 días.

“Creemos que la estrella es más lento porque tiene que arrastrar su viento que la rodea -ya que el viento está enlazado con el campo magnético”, dijo Wade. ”Esto es algo que tiene que ser probado, pero parece lo más probable.”

El equipo también midió la fuerza del campo magnético de la estrella usando el Telescopio Canadá-Francia-Hawaii en Mauna Kea en Hawai. Específicamente, observaron pequeñas variaciones en la dirección de la rotación de las ondas electromagnéticas absorbidas o emitidas por los átomos situados en el campo magnético.

“Un exceso de rotación de las ondas en el sentido de las agujas del reloj indican que el campo magnético está apuntando hacia nosotros, mientras que un exceso de rotación en sentido antihorario señalaría que el campo magnético se encuentra en la dirección opuesta a nosotros”, dijo Wade. ”Cuanto mayor sea el exceso, mayor será el campo magnético. Estos excesos son generalmente muy pequeños, y requieren muchas observaciones, además de un cuidadoso procesamiento de los datos para desentrañar la señal. Pero en el caso de NGC 1624-2, era obvio desde nuestras propia primeras observaciones de que un campo magnético muy fuerte estaba presente.”

Aun se necesita una mayor comprensión en como intervienen las estrellas masivas en la formación de otros soles o dan forma a las galaxias enteras. El poderoso campo magnético de NGC 1624-2 y sus efectos sobre su viento estelar bien pueden haber influido en el tasa de nacimiento de estrellas en la nebulosa donde nació y el clúster circundante “, dijo Wade. ”El magnetismo es un fenómeno esencialmente invisible incluso para la mayoría de los astrónomos y puede tener un impacto extraordinario”.

“La pregunta más importante que tratamos de responder es: ¿Cuál es el origen del magnetismo en las estrellas masivas?¿de dónde y cómo nacen los intensos campos magnéticos?” ”Creemos que esto debe suceder cuando las estrellas son muy jóvenes. Recientemente se ha sugerido que las colisiones estelares y las fusiones durante la formación de las estrellas puede ser responsables de estos efectos. Un próximo paso importante es investigar estas primeras etapas de la evolución así como examinar las propiedades magnéticas de los sistemas estelares binarios, ya que estos pueden representar ejemplos de sistemas que sufrieron encuentros al principio de su historia”.

Los científicos detallaron sus hallazgos en la edición del 11 de septiembre de la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.

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Espacio Profundo

Lo que necesitas para entender el bosón de Higgs en cinco preguntas

1. ¿Por qué es tan importante encontrar el bosón de Higgs?
 

Porque podría contener la respuesta a la siguiente cuestión: ¿cómo decide la naturaleza a qué partículas les asigna masa y a cuáles no? Todas las partículas elementales que forman la materia (seis leptones y seis quarks) tienen masa. Sin embargo otras como el protón, responsable de la fuerza electromagnética, no tienen masa. La presencia o ausencia de masa podría venir dada por el bosón de Higgs, cuya existencia se propuso en los años sesenta. 

“Confirmar la existencia del bosón de Higgs en el modelo estándar supondría haber comprendido el mecanismo por el cual las partículas adquieren masa, un mecanismo que en su versión más simple predice la existencia de –al menos– un bosón que cuando interacciona con las otras partículas (quarks, leptones y otros bosones), hace que estas adquieran masa”, explica Teresa Rodrigo, investigadora del Instituto de Física de Cantabria que participa en los experimentos del CERN.

2. ¿Qué es el campo de Higgs?
 

Para explicar por qué unas partículas tienen masa y otras no, el físico británico Peter Higgs (y simultánea pero independientemente, también Francois Englert, Robert Brout, Gerald Guralnik, Dick Hagen y Tom Kibble) postuló en los años 60 del siglo XX un mecanismo que se conoce como el “campo de Higgs”. Al igual que el fotón es el componente fundamental de la luz, el campo de Higgs requiere la existencia de una partícula que lo componga, que los físicos llaman “bosón de Higgs”. El campo de Higgs sería una especie de continuo que se extiende por todo el espacio, formado por un incontable número de bosones de Higgs. La masa de las partículas estaría causada por una especie de “fricción” con el campo de Higgs, por lo que las partículas más ligeras se moverían por este campo fácilmente mientras que las más pesadas lo harán con mayor dificultad.

3. ¿Quién acuñó el nombre de “partícula de Dios”?
 

Fue el Premio Nobel de Fïsica Leon Lederman, en el libro “Si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?”. Sin embargo muchos investigadores prefieren el apodo de "la partícula de la botella de champagne", haciendo alusión a la anécdota según la cual el físico David J. Miller ganó en 1993 una botella de champagne ofrecida por el ministro de ciencia británicoWilliam Waldegrave, que la ofreció como “premio” a quien fuese capaz de explicarle que era el bosón de Higgs.

4. ¿Por qué se usa el LHC para buscar el bosón de Higgs?
 

La confirmación o refutación de la existencia del bosón de Higgs es uno de los objetivos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), el mayor y más potente acelerador de partículas del mundo que opera la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) en la frontera franco‐suiza, cerca de Ginebra (Suiza). En el interior del anillo del acelerador del CERN colisionan protones entre sí a una velocidad cercana a la de la luz. Según los cálculos los bosones de Higgs deberían producirse en choques frontales entre protones de energías del orden de 20 TeV. Al fin y al cabo, cuanto mayor sea la energía de las partículas que chocan más masa tendrán las resultantes, según la famosa ecuación de Einstein E=mc2. No obstante, el bosón de Higgs no se puede detectar directamente, ya que una vez que se produce se desintegra casi instantáneamente dando lugar a otras partículas elementales más habituales (fotones, muones, electrones…) que sí son detectadas en el LHC.

5. ¿Por qué se habla de probabilidades en lugar de hablar de descubrimiento del bosón de Higgs? ¿Qué significan los “sigmas” de los que hablan los físicos?
 

El bosón de Higgs no puede observarse directamente porque si tiempo de vida es demasiado corto. Al final de su vida, decae y se transforma en otras partículas que son las que los detectores observan. Por ejemplo, en dos fotones. Pero otros muchos procesos también generan dos fotones, de modo que los científicos tienen que comparar el número de “eventos de dos-fotones” y compararlo con lo que se espera para una determinada partícula.
 

Para reclamar la paternidad de un descubrimiento, los físicos necesitan tener un exceso de colisiones significativas, lo que precisa de otra magnitud: la desviación estándar o el “número de sigmas”, que establece la significancia estadística de ese descubrimiento. Al hacer el anuncio sobre el bosón de Higgs, Fabiola Gianotti ha dicho: "Hemos observado señales claras de una nueva partícula en el nivel de cinco sigma en la región de la masa alrededor de 126 gigaelectronvoltios (GeV)”. El valor cinco sigma es el nivel mínimo aceptado por la comunidad científica para confirmar el descubrimiento de una partícula, e indica que la probabilidad de que lo que estemos viendo sea fruto del azar es más pequeña que unas pocas partes en diez millones (o que la confianza es del 99,99994%).

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Muy Interesante

La Tierra es un globo, que se me escapó…

Esto es una autentica locura. En uno de mis primeros posts en Amazings, trataba un asunto que todos nos hemos cuestionado alguna vez. ¿La masa total de la Tierra crece o decrece? Bien, según aquella respuesta, basada en dos de mis fuentes predilectas de información: Straightdope y The Naked Scientist, la masa de la Tierra crecía, puesto que la aportación espacial en forma de polvo “caido del cielo” superaba a las masas gaseosas que lograban escapar en lo alto de la atmósfera.

Sin embargo hoy me he topado con un artículo más actualizado en la BBC que defiende totalmente lo contrario. Según el doctor Chris Smith y el físico de la muy british Universidad de Cambridge, Dave Ansel, las 40.000 toneladas anuales de polvo espacial que nos caen literalmente encima no llegarían a compensar a las 95.000 toneladas de hidrógeno (y 1.600 toneladas de helio) que se escapan al espacio cada año.

¿El resulta? Súmalo tu mismo. La Tierra adelgaza 50.000 toneladas al año.

¡Curioso! El espacio matándonos a polvos, y el planeta pasando de todo soltando gases. ¡Qué digo yo que lo que podía soltar es CO2, que de ese tenemos de sobra! Pero no, no es ese el gas que nos abandona cual desodorante barato. El que huye al espacio es el hidrógeno, para muchos símbolo de la nueva economía que ha de llegar cuando los combustibles fósiles nos entierren en carbonilla hasta los sobacos (o cuando Ahmadineyad cierre el estrecho de Ormuz, que caerá primero).

Supongo que los economistas futurólogos estarán de los nervios. En plena crisis económica-ecológica, sin saber aún como conseguir hidrógeno de forma barata para nuestros coches venideros, y los científicos alertando ya de que se nos escapa al espacio “a puñaos”. ¡Menos mal que es el elemento más común del universo y no habrá recortes!

A mi me preocupa más la fuga de Helio. ¡Oh noble gas que nos pone voz de contribuyente en plena inspección fiscal cuando lo inhalamos! ¡Oh ligero vientecillo que eleva al cielo el globo de los niños que no saben hacer nudos en condiciones!

Te puede parecerte una tontería (de hecho lo de los globos infantiles ciertamente lo es) pero el helio es fundamental en electrónica, y no nos viene nada bien que se agote. Según he podido leer en este blog, nos quedan solo 25 años de helio. Así que dentro de poco tendremos que empezar a buscarle un sustituto.

¡O eso o montamos una policía de fronteras espacial que evite la fuga de este recurso tan injustamente menospreciado!

Sí, sí… riete con la ocurrencia. A lo mejor te crees que esto último (ponerle puertas al espacio) puede resultar técnicamente imposible, pero ya ves… controlar que la gente no use internet para intercambiar información libremente también es imposible, y ahí tienes a los políticos apoyando el cierre de Megaupload.

Tomado de:

Maikelnais Blog

Nuestro planeta está perdiendo peso

Cada año la Tierra pierde 50.000 toneladas de peso.

El reciente aterrizaje accidentado de la sonda espacial Fobos-Grunt renovó el interés por la creciente cantidad de basura planetaria que está ahora en la órbita de la Tierra. ¿Significa esto, entonces, que nuestro planeta está perdiendo peso?

El programa More or Less, de Radio 4 de la BBC, les pasó la pregunta a un grupo de académicos de la Universidad de Cambridge, en Reino Unido.

Hay razones que están causando que la Tierra simultáneamente gane y pierda peso con el tiempo, de acuerdo con Chris Smith, un microbiólogo médico.

Recurriendo a cálculos informales, Smith y su colega de la Universidad de Cambridge, el físico Dave Ansell, hicieron un balance general de lo que entra y lo que sale. Todas las cifras son estimadas.

Sube peso

De lejos, el mayor contribuyente a la masa terrestre son las 40.000 toneladas de polvo que cae del espacio, dice Smith.

"(El polvo) es básicamente los vestigios del sistema solar que nos engendró, ya sea asteroides que se rompieron o cosas que nunca terminaron formando un planeta y están vagando".

"La Tierra actúa como una aspiradora gigante, cuyo motor es la gravedad en el espacio, que atrae partículas de polvo", dice.

Otra razón mucho menos significativa para que el planeta se vuelva más pesado es el calentamiento global.

"La NASA calculó que la Tierra gana unas 160 toneladas al año porque la temperatura está subiendo. Si estamos añadiéndole energía al sistema, debe subir la masa", dice Smith, refiriéndose a la ecuación de Einstein según la cual la energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado.

Esto significa que, en total, cada año se añaden entre 40.000 y 41.000 toneladas a la masa del planeta.

Baja peso

Pero en general, Smith calcula que la Tierra -incluyendo el mar y la atmósfera- está perdiendo masa. Él señala una serie de razones.

Por ejemplo, el centro de la Tierra es como un reactor nuclear gigante que está perdiendo energía gradualmente, y esa pérdida de energía se traduce en una pérdida de masa.

Pero esto es una cantidad minúscula: él estima que no más de 16 toneladas al año.

¿Y cuánto aporta el lanzamiento de cohetes y satélites al espacio, como el Fobos-Grunt? Smith no lo tiene en cuenta, pues la mayoría volverá a la Tierra.

Pero hay algo más que está causando que el planeta pierda peso. Gases como el hidrógeno son tan livianos, que se están escapando de la atmósfera.

"Algunos físicos han demostrado que la Tierra está perdiendo unos tres kilogramos de gas de hidrógeno cada segundo. Eso quiere decir que cada año el planeta pierde unas 95.000 toneladas de hidrógeno".

"El otro gas muy liviano al que le está pasando esto es el helio, que está presente en mucha menor cantidad. Entonces, perdemos unas 1.600 toneladas de helio al año".

¿Deberíamos preocuparnos?

Tomando en cuenta las ganancias y las pérdidas, Smith calcula que la Tierra está perdiendo unas 50.000 toneladas cada año, que es poco menos de la mitad del peso del Costa Concordia, el crucero italiano que se hundió recientemente.

Claramente, comparado con el inmenso tamaño de la Tierra, esto es una diferencia mínima, una pérdida de 0,000000000000001%.

Puede ser una cantidad pequeña, ¿pero está el mundo en riesgo de quedarse sin hidrógeno?

"Vaciar los océanos tardaría billones de años y como el planeta tiene apenas unos 5.000 millones de años, llevaría mucho más de lo que llevamos nosotros en el planeta".

Tomado de:

BBC Ciencia

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