El blog de Antares: Física

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Solo un 5% de nuestro universo está constituido por materia ‘ordinaria’, la que supuestamente conocemos, pero incluso este pequeño porcentaje es difícil de rastrear. Hace décadas que los astrónomos buscan donde se esconden en el cosmos más de la mitad de los bariones, partículas como los neutrones y protones, y con la ayuda del observatorio espacial XMM-Newton de rayos X los han encontrado: en el ardiente gas intergaláctico.

Las misteriosas energía y materia oscuras constituyen, respectivamente, el 70% y el 25% del universo. El resto, la materia común que compone todo lo que vemos, desde las estrellas y galaxias hasta los planetas y nosotros mismos, representa tan solo un 5%.

Los astrónomos han calculado que ese es el porcentaje de materia ordinaria, formada básicamente por bariones (partículas con tres quarks como los neutrones y protones), a partir de las observaciones del fondo cósmico de microondas, la luz más antigua en la historia del cosmos originada unos 380.000 años después del Big Bang.

Los bariones perdidos estaban en el gas intergaláctico caliente que constituye cerca del 40% de la materia ordinaria

Las observaciones de galaxias muy distantes permiten seguir la evolución de esta materia durante el primer par de miles de millones de años del universo. Sin embargo, justo después más de la mitad desaparece.

"Los bariones perdidos son uno de los mayores misterios de la astrofísica moderna", explica Fabrizio Nicastro, autor principal de un estudio publicado esta semana en Nature y en el que se ofrece una solución al problema. "Sabemos que esta materia debe estar ahí fuera, la vemos en el universo temprano, pero luego la perdemos de vista. ¿Adónde se fue?".

Se estima que las estrellas y el gas interestelar frío –su materia prima– que impregna las galaxias no alcanzan el 10% de la materia común. Sumando el gas caliente difuso de los halos que rodean las galaxias y el todavía más caliente que rellena los cúmulos galácticos –las estructuras cósmicas más grandes que se mantienen unidas por la gravedad–, el porcentaje no llega al 20%.

Esta pequeña proporción no debe sorprender. Las estrellas, galaxias y los cúmulos galácticos se forman en los nudos más densos de la red cósmica, ese entramado de filamentos de materia oscura y ordinaria que se extiende por todo el universo. Aunque estas zonas son densas, también son raras, por lo que no son los mejores sitios para encontrar la mayor parte de la materia cósmica.

En busca de los bariones perdidos

Los astrónomos pensaron entonces que los bariones ‘desaparecidos’ debían estar en los ubicuos filamentos de la red cósmica, donde, sin embargo, la materia es menos densa, y por tanto, más difícil de observar. Utilizando diferentes técnicas, pudieron localizar una buena porción de este material intergaláctico, principalmente sus componentes fríos y cálido (gas a cientos de miles de grados), elevando el porcentaje total a un respetable 60%, pero dejando el misterio general sin resolver. ¿Dónde está el otro 40%?

El descubrimiento se realizó utilizando observaciones de un cuásar distante, una galaxia con un agujero negro supermasivo que devora materia y brilla

Fabrizio y muchos otros astrónomos de todo el mundo han seguido las huellas de los bariones restantes durante casi dos décadas, desde que los observatorios de rayos X como XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA) y Chandra de la NASA se pusieron a disposición de la comunidad científica.

Observando en esa franja del espectro electromagnético, fue cuando pudieron detectar gas intergaláctico realmente caliente, con temperaturas de alrededor de un millón de grados o más, que estaba bloqueando los rayos X emitidos por fuentes aún más distantes.

Para este estudio, los autores utilizaron XMM-Newton para observar un cuásar, una galaxia masiva con un agujero negro supermasivo en su centro que devora activamente materia y brilla intensamente desde los rayos X hasta las ondas de radio. Analizaron este cuásar, cuya luz tarda más de 4.000 millones de años en llegar a nosotros, durante 18 días entre 2015 y 2017, en lo que se convirtió en la observación de rayos X más larga jamás realizada de esta fuente.

Los astrónomos han utilizado el observatorio espacial XMM-Newton (abajo a la derecha) para encontrar el componente caliente del medio intergaláctico (en verde) observando un lejano cuásar (arriba a la izquierda). / ESA et al.

"Después de examinar los datos, logramos encontrar la señal del oxígeno en el gas intergaláctico caliente entre nosotros y el cuásar, en dos puntos diferentes a lo largo de la línea de visión", dice Fabrizio."Esto está sucediendo porque hay enormes reservas de material, incluido oxígeno, depositado allí, y justo en la cantidad que esperábamos, por lo que finalmente podemos completar el hueco que faltaba en el conjunto de bariones del universo".

Comienzan nuevas búsquedas

Este extraordinario resultado supone el comienzo de una nueva búsqueda. Se necesitarán nuevas observaciones de diferentes fuentes astronómicas para confirmar si estos hallazgos son verdaderamente universales, y para investigar más a fondo el estado físico de este material tan largamente buscado.

Fabrizio y sus colegas se plantean ahora estudiar más cuásares con XMM-Newton y Chandra en los próximos años. Sin embargo, para explorar completamente la distribución y las propiedades del llamado medio intergaláctico cálido-caliente, se necesitarán instrumentos más sensibles, como el Telescopio Avanzado para la Astrofísica de Alta Energía (Athena), que la ESA tiene previsto lanzar en 2028.

Para los próximos pasos en este campo se necesitará la mayor sensibilidad del telescopio Athena

"El descubrimiento con XMM-Newton de los bariones desaparecidos es un primer paso emocionante para caracterizar completamente las circunstancias y estructuras en las que se encuentran estas partículas", dice la coautora Jelle Kaastra del Instituto Holandés de Investigación Espacial.

"Para los próximos pasos necesitaremos la sensibilidad mucho mayor de Athena –añade–, que tiene como uno de sus objetivos principales el estudio del medio intergaláctico cálido-caliente, con lo que mejoraremos nuestra comprensión de cómo crecen las estructuras en la historia del universo".

"Estamos orgullosos de que XMM-Newton haya descubierto la señal débil de este evasivo material, escondido en una niebla caliente de un millón de grados que se extiende por el espacio intergaláctico a lo largo de cientos de miles de años luz", destaca Norbert Schartel, uno de los científicos que trabaja con este telescopio en la ESA, quien concluye: "Ahora que sabemos que estos bariones ya no están perdidos, no podemos esperar para estudiarlos con gran detalle".

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Hasta hace muy poco pensaban que era imposible, pero por primera vez un equipo internacional de expertos ha sido capaz de generar y medir un pulso láser de attosegundo –la trillonésima parte de un segundo– aislado y con polarización circular. Este logro, publicado en la prestigiosa revista científica Nature Photonics por el Grupo de Investigación en Aplicaciones del Láser y Fotónica de la Universidad de Salamanca (ALF-USAL) (España) en colaboración con científicos de Taiwán y Estados Unidos, supone tener un control de la luz más preciso y abre nuevas posibilidades de interactuar con la materia, con potenciales aplicaciones para campos muy diversos, como el desarrollo de fármacos y todo tipo de tecnología.

Representación gráfica del pulso láser de attosegundo aislado y con polarización circular. (Foto: DICYT)

“Hemos hecho ingeniería óptica”, explica a DiCYT el investigador del grupo ALF-USAL Carlos Hernández García, “porque la clave ha sido combinar dos técnicas ya existentes para lograr un resultado distinto”. Por una parte, está la generación de pulsos ultracortos (llamados así por su escasa duración, en el orden de los attosegundos) a partir de láseres infrarrojos, conseguida a principios de siglo. Por otra, utilizan también la generación de radiación láser de alta frecuencia con polarización circular, que combina varios haces de luz láser, una técnica desarrollada por los mismos investigadores durante los últimos tres años.

La polarización es la dirección en la que oscilan las ondas electromagnéticas que componen la luz. Un ejemplo cotidiano de su importancia son las gafas de sol polarizadas, que filtran reflejos indeseados de la luz ya que sólo dejan pasar aquella que oscila en una determinada dirección. Generalmente la polarización es lineal, horizontal o vertical, aunque “también la dirección del campo puede describir trayectorias elípticas o circulares al propagarse”.

Cuando se había intentado producir pulsos láser ultracortos con esta polarizaciones, nunca se había podido conseguir un solo pulso, si no una cadena de ellos. Haciendo un símil con una cámara de fotos, nunca se había logrado un solo disparo con un tipo de polarización distinta a la lineal; para lograrla era necesario emitir una ráfaga, un tren de pulsos de attosegundo.

No obstante, “la polarización circular no es más que polarización lineal que en cada instante del tiempo va cambiando de dirección”, apunta Carlos Hernández García. “Si sabemos producir pulsos con diferentes polarizaciones lineales, sólo tenemos que retrasar unos con respecto de otros para lograr la polarización circular. Ese es el fundamento de esta nueva técnica, que fusiona las otras dos y que nos permite producir un solo pulso láser con 'polarización a la carta'”.

“Hasta ahora tenías dos opciones: o aislabas pulsos de attosegundo con polarización lineal o tenías trenes de pulsos de attosegundo con polarización circular. Las dos cosas no podían ser, pero por fin hemos logrado aunarlas”, destaca Luis Plaja, líder del grupo ALF-USAL. “La novedad es que unimos dos mundos que hasta ahora eran diferentes”, añade.

Mientras que los investigadores de Taiwán se ocuparon de la parte experimental, la Universidad de Salamanca se centró en la simulación teórica que explica el fenómeno. “Conseguimos proponerles la receta de cómo hacer el experimento para obtener la polarización deseada con el pulso de attosegundo”, afirma Laura Rego, estudiante de doctorado que ha tomado parte activa en dichas simulaciones. La colaboración fue muy estrecha, con constantes intercambios de información.

Aunque se trata de investigación básica, existe un gran interés por el desarrollo de este campo, porque abre las puertas a muchas aplicaciones en varias disciplinas científicas. En particular, “hay materiales denominados dicroicos cuyas propiedades dependen de la polarización de la luz que interacciona con ellos”, señala Carlos Hernández García. Es decir, aunque tengan la misma composición química, se comportan de manera diferente en función del tipo de luz que incide sobre ellos.

En este caso, cuando la polarización es circular puede ser dextrógira si gira a la derecha o levógira si gira a la izquierda y esto cambia la respuesta de ciertas moléculas. “Podemos transmitir giros a los electrones de una molécula y esto es muy novedoso, es un grado más de control microscópico que no se podía conseguir hasta ahora con la polarización lineal”, comenta Luis Plaja.

En este sentido, es muy conocido el caso de las moléculas quirales, que tienen la misma composición química pero no son exactamente iguales, sino que una es la imagen en el espejo de la otra, igual que la mano izquierda y la derecha tienen una simetría diferente. En la historia de la ciencia esto ha tenido importantes repercusiones, como el caso de la talidomida, fármaco que hace décadas provocó el nacimiento de bebés con deformaciones congénitas. El compuesto era una mezcla de moléculas químicamente iguales, pero que en realidad eran diferentes por su quiralidad.

Por eso esta investigación puede tener repercusiones para la investigación química, farmacéutica y para muchos otros campos. “Sabemos que algunos de esos sistemas van a responder de manera distinta a la polarización de la luz y podremos estudiarlos y caracterizarlos mejor, estamos ante una nueva forma de interactuar con la materia”, destacan los investigadores.

Asimismo, “algunos materiales magnéticos son dicroicos”, así que contar con pulsos de luz de attosegundo con polarización circular supone tener una nueva herramienta para analizar y caracterizar sistemas moleculares y atómicos de todo tipo, así como interactuar con ellos, lo que tendrá “unas posibilidades tecnológicas que aún se nos escapan”, afirman los investigadores.

DICYT

En la electrodinámica cuántica (QED) el grupo U(1)em puede ser trivial, igual a SU(1), o no trivial, en cuyo caso las ecuaciones de Maxwell deben incluir un monopolo magnético de Dirac. En la teoría electrodébil (EW) el grupo SU(2)×U(1)Y se rompe en U(1)em gracias al mecanismo de Higgs; el origen de este U(1)em es una combinación del grupo U(1)Y, que puede ser trivial, y del subgrupo U(1) del grupo SU(2), que no es trivial y contiene un monopolo de ‘t Hooft-Polyakov. Por tanto, el grupo U(1)em tras la rotura de simetría electrodébil debe ser no trivial y el modelo estándar debe presentar un monopolo magnético electrodébil, llamado monopolo de Cho-Maison, que es una combinación de los monopolos de Dirac y de ‘t Hooft-Polyakov. En muchos libros se afirma, quizás a la ligera, que la teoría EW no predice ningún monopolo electrodébil porque en la rotura de simetría se puede hacer que U(1)em sea igual a U(1)Y, sin contenido alguno del subgrupo U(1) de SU(2); pero esta elección no es “natural” y no está justificada por ninguna razón física o matemática (salvo eliminar de forma explícita la existencia del monopolo). El monopolo electrodébil de Cho-Maison tiene una carga magnética (4π)/e, en lugar de (2π)/e como el monopolo de Dirac, porque su origen es el subgrupo U(1) de SU(2) que tiene periodo 4π en lugar de 2π. Usando una masa de 125 GeV para el bosón de Higgs, se estima que la masa del monopolo de Cho-Maison es de 3,85 TeV, sin tener en cuenta las correcciones cuánticas, que podrían subir esta masa hasta 6,72 TeV. La búsqueda de este monopolo con masa entre 4 y 7 TeV es la tarea emprendida por el experimento MoEDAL en el LHC que empezará a tomar datos en 2015 y se instalará junto a LHCb. Nos lo cuentan Y. M. Cho, J. L. Pinfold, “Electroweak Monopole Production at the LHC – a Snowmass White Paper,” arXiv:1307.8390, Subm. 31 Jul 2013.

El experimento MoEDAL será el séptimo experimento del LHC y se instalará junto al detector de vértices (VELO) del experimento LHCb, en el punto 8 de cruce de haces. Su objetivo es buscar nueva física que se manifieste como partículas altamente ionizadas, como el monopolo de Cho-Maison (cuya ionización es unas 5000 veces mayor que la producida por un protón moviéndose a la misma velocidad). Se espera que inicie la toma de datos en 2015 cuando el LHC opere en modo colisiones protón-protón a 13 TeV c.m. (o en el mejor caso a 14 TeV).

Los monopolos electrodébiles tienen una gran carga magnética y son absorbidos muy rápido por la parte más interior de los detectores ATLAS y CMS, lo que impide su detección cuando tienen una carga eléctrica o magnética muy alta. El experimento MoEDAL explorará una región más grande de posibles parámetros, de hecho, gran parte del rango de posibles masas del monopolo de Cho-Maison será explorado por MoEDAL.

El monopolo, como el bosón de Higgs, es una predicción del modelo estándar. Aún así, creo que no es exagerado afirmar que su descubrimiento sería más revolucionario.

Francis (th)E mule Science's News

La noticia “Primeros indicios experimentales de una nueva física más allá del modelo estándar,” Agencia SINC, 31 Jul 2013, ha colmado muchos medios. “Físicos de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) y del CNRS francés han predicho desviaciones en la probabilidad de una de las desintegraciones del mesón B que han sido detectadas en el acelerador LHC del CERN. Su confirmación será la primera prueba directa de la existencia de la “nueva física” [más allá del] modelo estándar de las partículas.” La predicción de Joaquim Matias y Javier Virto de la UAB, y Sébastien Descotes-Genon (CNRS / Université Paris-Sud) “ha sido confirmada el 19 de julio pasado en la conferencia internacional de física de partículas EPS 2013 de Estocolmo (Suecia); los resultados del análisis de LHCb apuntan a una desviación respecto a la predicción del modelo estándar de 4,5 sigmas.” Se han observado varias “desviaciones que muestran un patrón coherente que permite identificar su origen en una única fuente. Hay que ser prudentes, porque serán necesarios más estudios teóricos y más medidas experimentales para confirmarlo. Uno de los modelos de nueva física que podría explicar estos resultados sería el que postula la existencia de una nueva partícula llamada Zprima, pero podría haber muchos otros modelos compatibles.”

Lo primero, las fuentes. El artículo teórico es Sebastien Descotes-Genon, Joaquim Matias, Javier Virto, “Understanding the B→K*μ+μ- anomaly,” arXiv:1307.5683; la charla que presenta el nuevo resultado es Nicola Serra (LHCb collab.), “Studies of electroweak penguin transitions of b→sμμ,” EPS-HEP Conference, Stockholm, July 2013 [slides]; discute el resultado el propio Joaquim Matias, “Optimizing the basis of B→K* l+l- observables and understanding its tensions,” EPS-HEP Conference, Stockholm, July 2013 [slides]. Un poco de crítica en la blogosfera en Tommaso Dorigo, “A four-sigma evidence of new physics in rare B decays found by LHCb, and its interpretation,” A Quantum Diaries Survivor, July 24, 2013, y en Lubos Motl, “LHCb: 3- or 4-sigma excess of B-mesons’ muon decays,” The Reference Frame, Jul 25, 2013.

Los datos de ATLAS, CMS y LHCb indican que las desintegraciones de los mesones B se comportan como predice el modelo estándar. Sin embargo, en el análisis de un canal concreto de desintegración se pueden introducir múltiples parámetros (observables). Las reglas básicas de la estadística dicen que si se introducen muchos parámetros aparecerán desviaciones (en unos parámetros por exceso y en otros por defecto) incluso cuando el resultado combinado se ajuste muy bien a los datos.

En la desintegración a cuatro cuerpos B→K*μμ, con K*→Kπ, se puede introducir una plétora de observables (la palabra “plétora” no es una exageración mía, aparece en la primera frase del artículo arXiv:1307.5683). Sin entrar en detalles técnicos, Descotes-Genon, Matias y Virto introducen 8 observables llamados P1, P2, P4′, P5′, P6′, P8′, AFB y dΓ/dq² (de hecho, hay muchas otras posibilidades, como usar P3 en lugar de P8′, con más y con menos parámetros). Al analizar estos parámetros por separado con 1/fb datos de colisiones a 7 TeV c.m. obtenidas en 2011 en el experimento LHCb (en ATLAS y CMS es muy difícil hacer este análisis), algunos de ellos muestran grandes desviaciones respecto a las predicciones del modelo estándar (de hasta 4,5 sigmas locales). Todavía es pronto para gritar a los cuatro vientos el descubrimiento de “nueva física” y habrá que confirmar estas desviaciones con el análisis de los 2 /fb de datos de colisiones a 8 TeV c.m. obtenidas en 2012 en el experimento LHCb. Aún resultando pesado, quiero destacar que unas desviaciones son por exceso y otras son por defecto, pero se compensan y el resultado combinado es consistente con el modelo estándar.

¿Qué valor tiene un análisis por separado de ocho parámetros de una desintegración consistente con el modelo estándar? En opinión de Descotes-Genon et al., una primera señal de “nueva física” más allá del modelo estándar podría estar oculta en las desviaciones de varios parámetros si muestran un cierto patrón regular y no son debidas al azar. Estas desviaciones de varios parámetros consistentes entre sí podrían mostrar una primera señal de “nueva física” incluso cuando está oculta en el análisis combinado de la desintegración. Por supuesto, una desviación de un sólo parámetro no es suficiente, de hecho, si fuera muy grande, el resultado combinado debería mostrar dicha desviación. Lo importante es que “haya desviaciones que muestran un patrón coherente que permite identificar su origen en una única fuente.”

¿Qué desviaciones se han observado en LHCb? No hay desviación en P1 y P4′ (aunque tienen mucho error experimental) y hay desviaciones muy pequeñas en P6′ y P8′ respecto al modelo estándar. Hay una desviación por defecto en P2 con 2,9 y 1,7 sigmas en los bins segundo y tercero, resp., que viene acompañada de una desviación en AFB. Lo más llamativo (motivo de la noticia en muchos medios) es una gran desviación por exceso en P5′ con 4,0 y 1,6 sigmas en los bins tercero y segundo, resp. (ver la parte izquierda de la figura que abre esta entrada). En general todas estas desviaciones se pueden entender como que alguno de los dos parámetros de “nueva física” llamados δC7 y δC9 sea negativo (o que lo sean los dos), en lugar de ser nulos (como predice el modelo estándar); en concreto, el mejor ajuste a 1 sigma requiere δC7∈[-0,04, -0,01] y δC9∈[-1,2, -0,5].

En resumen, conforme se acumulen datos en los experimentos del LHC la búsqueda de “nueva física” se hará mucho más refinada y los análisis multiparamétricos serán bastante habituales, pero por ahora hay pocas colisiones analizadas, la señal observada es poco confiable y la interpretación del nuevo resultado que aparece en muchas noticias está sesgada por el intenso deseo de encontrar señales de “nueva física” hasta debajo de las piedras en las que está apoyado el LHC.

Por supuesto, cuando se analice estos parámetros con los 3 /fb de colisiones en LHCb acumuladas en 2011 y 2012, podrás leer una nueva entrada en este blog sobre este asunto. Espero equivocarme, pero creo que algunas de estas desviaciones desaparecerán.

Francis (th)E mule Science's News

El experimento PAMELA, instalado en un satélite, ha medido el flujo de positrones en los rayos cósmicos con energía de hasta 300 GeV. Durante el mínimo del último ciclo solar entre julio de 2006 y diciembre de 2009 se han observado 24.500 positrones, muchos más de los esperados. Este exceso apunta a una fuente astrofísica (quizás galáctica) que aún se desconoce. ¿Será la materia oscura? Por ahora nadie lo sabe, pero todo apunta a otra fuente exótica. El exceso también ha sido observado por AMS-02, en la Estación Espacial Internacional, cuyos datos tienen menor error pero casi coinciden con los nuevos datos publicados por PAMELA. ¿Qué será esa fuente exótica de positrones? Quizás habrá que esperar al telescopio espacial James Webb para descubrir la fuente galáctica de tipo astrofísico responsable de este exceso de positrones. El nuevo artículo técnico es PAMELA Collaboration, “The cosmic-ray positron energy spectrum measured by PAMELA,” arXiv:1308.0133, Subm. 1 Aug 2013.

PAMELA (a Payload for Antimatter Matter Exploration and Lightnuclei Astrophysics) ha medido la fracción entre el flujo de positrones, y el flujo de electrones y positrones, φ(e+) / (φ(e+)+φ(e−)), con energía entre 1,5 y 100 GeV, en los rayos cósmicos que inciden en la tierra. En 2008 ya se publicó la existencia del exceso en los datos de PAMELA [ver aquí y aquí también], que AMS-02 ha confirmado este mismo año [ver aquí y aquí también]. Como muestra esta figura, a comparar los resultados de PAMELA con los de AMS-02 se observa que a baja energía (por debajo de 5 GeV) los resultados de PAMELA son un poco mayores que los AMS-02 (y ambos más bajos que los de otros experimentos, salvo Aesop). La razón es la dinámica del ciclo solar que modula el flujo de partículas de carga positiva en los rayos cósmicos (de origen solar, porque como ya sabrás los rayos cósmicos no tienen por qué tener un origen cosmológico). PAMELA ha tomado datos entre 2006 y 2009, cuando AMS-02 los ha tomado entre 2011 y 2013 (y otros experimentos en otros momentos del ciclo solar).

El gran problema con este exceso de positrones es que no viene acompañado de un exceso de protones. Por ello, si el origen de este exceso es la materia oscura, debe ser muy exótica, como neutralinos de muy alta masa que se desintegran con preferencia en leptones (lo que requiere un ajuste fino en los modelos supersimétricos, en contra de la “naturalidad” de la SUSY). Lo más razonable es que su fuente sea astrofísica; positrones originados en púlsares distribuidos en el halo galáctico que son acelerados por los campos magnéticos de la galaxia [ver aquí, aquí y aquí también]. El problema es que estas fuentes astrofísicas no han sido observadas aún (aunque su existencia no contradice los resultados de los modelos de simulación galáctica). Los próximos años serán muy apasionantes en este campo.

Francis (th)E mule Science's News

En el punto triple del agua (a 0,01 °C de temperatura y 612 pascales de presión) coexisten en equilibro sus tres estados sólido, líquido y gaseoso. El dióxido de vanadio es un sólido que presenta un punto triple a 65 °C en el que coexisten tres fases sólidas, dos aislantes (con estructuras cristalinas monoclínicas, M1 y M2) y una conductora (con estructura tetragonal tipo rutilo, R). Gracias a un dispositivo micromecánico se ha medido con alta precisión el diagrama de fase temperatura versus esfuerzo en tracción de una nanobarra de dióxido de vanadio (VO2). Películas delgadas de óxido de vanadio se utilizan mucho en la industria electrónica y en óptica física como “material inteligente” (porque sus propiedades varían mucho con la temperatura y el voltaje aplicado). La más interesante de las tres fases es M2 ya que no hay ninguna teoría microscópica que explique su estabilidad; el nuevo diagrama de fase guiará los cálculos de la estructura electrónica mediante ordenador, lo que quizás ayude a aclarar este asunto. Existen puntos triples sólidos en la manganita y en niquelatos de tierras raras, aunque aplicar el nuevo método de medida no será fácil pues se requieren nanobarras de muy alta calidad. Nos lo cuenta Douglas Natelson, “Condensed-matter physics: A solid triple point,” Nature 500: 408–409, 22 Aug 2013, que se hace eco del artículo técnico de Jae Hyung Park et al., “Measurement of a solid-state triple point at the metal–insulator transition in VO2,” Nature 500: 431–434, 22 Aug 2013.

En las tres fases del dióxido de vanadio hay dos conjuntos de cadenas paralelas de átomos de vanadio (en negro en la figura), cada uno rodeado de seis átomos de oxígeno (no mostrados en la figura) que forman un octaedro distorsionado. En la fase R (de tipo rutilo), a alta temperatura, todas las cadenas son rectas y periódicas, mientras que en la fase M1 (monoclínica) todos los átomos de vanadio forman dímeros. Hay otras dos fases aislantes; la fase M2 (monoclínica) en la que sólo una de las cadenas de átomos de vanadio forma dímeros y la fase T (triclínica) intermedia entre M1 y M2. Las dos fases monoclínicas tienen propiedades aislantes similares. La mayor diferencia en la celda unidad entre las tres fases R, M1 y M2 es la distancia interatómica en el eje longitudinal de las cadenas (eje c de la estructura tipo rutilo), en concreto c(R) = 5,700 Å, c(M1) = 5,755 Å y c(M2) = 5,797 Å.

Para estudiar el punto triple del dióxido de vanadio se comprime una nanobarra en la dirección del eje de las cadenas de átomos de vanadio mientras se cambia la temperatura. El punto triple ocurre a una temperatura de 65,0 ± 0,1 °C y se observa gracias a una discontinuidad en el diagrama plano que relaciona la longitud de la nanobarra y la temperatura.

En mi opinión, lo más interesante de este trabajo es que nos recuerda que aún muchas propiedades electrónicas de los materiales sencillos que no sabemos calcular de forma teórica. Se espera que el intento de reproducir mediante simulaciones por ordenador el diagrama de punto triple obtenido en los experimentos permitirá desarrollar una teoría microscópica que explique las transiciones M1-M2 y R-M2, lo que a su vez ayudará a diseñar mejores películas de “materiales inteligentes” para aplicaciones prácticas.

Francis (th)E mule Science's News

Científicos del LHC convierten en sonido la conversión de partículas de materia en sus contrarias

Los científicos del LHC del CERN observaron recientemente cómo dos partículas eran capaces de transformarse de materia en antimateria y viceversa. Ahora, los investigadores han convertido esos datos en sonido, de modo que podamos escuchar la música de la antimateria.

Para cada partícula fundamental, existe su antipartícula correspondiente. Las partículas de antimateria comparten la misma masa que sus contrarias de materia, pero su carga eléctrica es opuesta. Aunque la mayoría de las partículas existen como materia o antimateria, algunas de ellas pueden cambiar entre las dos.

B0 y B0S son esas partículas. Oscilan entre la materia y la antimateria millones de millones de veces por segundo. Si esa frecuencia se convirtiera directamente en el tono de una nota musical, sería demasiado alta para el oído humano. Los físicos han ralentizado la frecuencia millones de veces para que podamos disfrutar de la oscilación como sonido detectable.

En el vídeo sobre estas líneas, un cuadro azul se mueve de izquierda a derecha en la pantalla, representando el área de la gráfica que se puede escuchar. Al principio solo se escucha ruido blanco, fluctuaciones de fondo al azar de partículas en el detector LHCb. Pero los dos picos en la gráfica provienen de las partículas de B0 y B0S. Primero se escucha el tono alto de las B0, seguido por el tono de las B0S. Las últimas son oscilaciones experimentalmente más difíciles de observar, por lo que su tono no es tan fuerte.

Desde el CERN recomiendan sentarse, relajarse y disfrutar de la música de las partículas que pasan a la antimateria y vuelven millones de veces por segundo. Es el sonido de la física.

ABC.es

La mayoría de los físicos piensan que la materia oscura está formada por partículas que aún no han sido detectadas. En los últimos años varios experimentos apuntan a partículas ligeras, con una masa menor de 10 GeV/c² (p.ej. CDMS II apunta a 8,6 GeV/c²). Tal tipo de materia oscura tendría dos consecuencias astrofísicas que podrían ser detectadas por los astrónomos. Primero, estas partículas serían atrapadas por las estrellas y se acumularían en su interior; esto afectaría poco a estrellas como el Sol, pero afectaría mucho a estrellas de baja masa (menor de 0,2 masas solares) pues cambiaría la temperatura de su núcleo; el cambio se notaría en la evolución de su curva de luminosidad con el tiempo. Y segundo, también afectaría a la corriente de estrellas de Sagitario que cruza el plano de nuestra galaxia, cambiando el número de partículas de materia oscura que esperamos detectar en los experimentos de búsqueda directa. Por ahora, ambos efectos no han sido observados, aunque la incertidumbre experimental es alta; quizás en los próximos años se puedan observar estos fenómenos. Nos lo cuenta Andrew R. Zentner, “Stuff that happens in astrophysics if the dark matter is light,” slides, que resume sus resultados de sus tres artículos: Andrew R. Zentner, Andrew P. Hearin, “Asymmetric Dark Matter May Alter the Evolution of Low-mass Stars and Brown Dwarfs,” Phys. Rev. D 84: 101302, 2011 [arXiv:1110.5919]; Chris W. Purcell, Andrew R. Zentner, Mei-Yu Wang, “Dark Matter Direct Search Rates in Simulations of the Milky Way and Sagittarius Stream,” JCAP 08(2012)027 [arXiv:1203.6617]; y Chris W. Purcell, Andrew R. Zentner, “Bailing Out the Milky Way: Variation in the Properties of Massive Dwarfs Among Galaxy-Sized Systems,” accepted by JCAP, 2013 [arXiv:1208.4602].

La corriente de estrellas de Sagitario es el resultado de las fuerzas de marea galácticas sobre una pequeña galaxia satélite de la Vía Láctea. Se han observado este tipo de chorros en otras galaxias y las simulaciones numéricas por ordenador indican que la materia oscura del halo galáctico es fundamental para predecir su forma y evolución. Los autores han considerado dos modelos posibles, “light Sgr” asume que la masa de la galaxia satélite progenitora era de 1010.5 M⊙ (masas solares) y “heavy Sgr” que era de 1011 M⊙ (hay que recordar que simulaciones previas requieren una masa mínima de ∼1010 M⊙ para que las fuerzas de marea galácticas permitan la formación de este chorro de materia). En ambos casos, la modulación anual de la señal de materia oscura obtenida por DAMA/LIBRA se verá afectada. En el caso de que las partículas de materia sean de baja masa (unos 10 GeV/c²), se espera un incremento entre el 20% y el 40% (respecto a lo esperado para partículas de alta masa, pongamos unos 100 GeV/c²). Por ahora, los datos de DAMA/LIBRA tienen mucha incertidumbre y no es posible observar con precisión el incremento esperado para partículas de baja masa. Experimentos futuros podrán aclarar este asunto.

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El físico escocés Peter Higgs y el belga François Englert han recibido el premio Príncipe de Asturias como pioneros de la física del bosón de Higgs [también lo ha recibido el CERN pero el objetivo es discutir el papel de Englert, un físico desconocido para el gran público]. Hay un tercer físico que también merece este premio que ya ha fallecido.

Junto a Peter Higgs y François Englert, también merece el premio el físico belga Robert Brout, que falleció en el año 2011. Muchos físicos creemos que la partícula de Higgs debería llamarse partícula de Brout-Englert-Higgs, en este orden. La partícula de Higgs es un claro ejemplo de la ley de los epónimos de Stigler, que afirma que las leyes y los descubrimientos científicos nunca reciben el nombre de sus auténticos descubridores.

Podemos recordar la historia del descubrimiento de la teoría de la partícula de Higgs. ¿Qué fue lo que hicieron estos físicos hace 50 años? La teoría actual que describe la física de partículas, llamada el modelo estándar, surgió en su forma actual en 1973, pero sus orígenes se remontan a 1954 cuando dos físicos llamados Yang y Mills introdujeron la formulación matemática correcta. El problema de la teoría de Yang-Mills es que predice que ninguna partícula tiene masa, como los fotones, pero sabemos que casi todas las partículas tienen masa. En 1960 se propuso una manera de arreglar este problema, usando una idea de la teoría de la superconductividad, romper la simetría de la teoría de Yang-Mills. Dos físicos Yoichiro Nambu y Jeﬀrey Goldstone demostraron en 1961 que en física de partículas esta idea no funcionaba porque predecía la existencia de nuevas partículas que no habían sido observadas. El físico Philip Anderson, experto en superconductividad, que es una teoría no relativista, sugirió en 1963 que podría funcionar una variante llamada rotura local de la simetría. Pocos físicos de partículas prestaron atención a esta solución hasta que en junio de 1964, el físico Walter Gilbert publicó que el método de Anderson no podía funcionar porque violaba la relatividad. Pero su artículo tenía un error matemático que descubrieron Peter Higgs y otros físicos. Si no hubiera cometido ese error quizás hoy en día hablaríamos de partícula de Gilbert en lugar de partícula de Higgs.

Entonces Peter Higgs no fue el único físico que descubrió el error, el otro ganador del Premio Príncipe de Asturias también lo descubrió. ¿Fue Higgs el primero en darse cuenta del error de Gilbert? Peter Higgs tras leer el artículo de Gilbert el 16 de julio de 1964, descubrió su error y escribió un artículo que decía cómo se podía corregir el error de Gilbert, pero sin dar detalles, que envío el 24 de julio a la revista de física europea Physics Letters. El artículo fue aceptado de inmediato. Higgs decidió escribir un segundo artículo con todos los detalles y lo envío el 31 de julio a la misma revista, donde fue rechazado porque ”el artículo no aportaba nada realmente nuevo al anterior.” Higgs quedó muy sorprendido. Habían aceptado un artículo que decía lo que había que hacer, sin hacerlo, y rechazado el artículo que lo hacía. En agosto añadió un par de párrafos, entre ellos uno que proponía la existencia de una nueva partícula y lo envió a la revista estadounidense de física Physical Review Letters, que lo recibió el 31 de agosto. Ese mismo día, en dicha revista se publicaba otro artículo muy parecido escrito por los físicos belgas François Englert y Robert Brout, que fue enviado el 26 de junio, casi un mes antes que Higgs leyó el artículo de Gilbert. El artículo de Higgs podría haber sido rechazado, pero el editor le pidió a Higgs que citara el artículo de Englert y Brout y que aceptaría su artículo porque las técnicas matemáticas usadas en ambos artículos eran diferentes, aunque su conclusión era la misma. El artículo de Higgs apareció el 19 de octubre de 1964.

Esto quiere decir que los físicos belgas Brout y Englert publicaron el trabajo antes que el escocés Higgs. ¿Por qué se usa el nombre “partícula de Higgs” en lugar de un nombre históricamente más correcto, como partícula de Englert-Brout? La razón es muy curiosa. En 1967, el famoso físico coreano Benjamin Lee habló con Peter Higgs en una conferencia sobre el descubrimiento de su teoría. Acompañado por una copa de vino, Higgs le contó sus propias contribuciones, olvidando hablar de los belgas Brout y Englert, y de los demás físicos que trabajaron en este tema. Quizás Higgs quería abreviar su historia o quizás quería ponerse algunas flores delante de Lee, que era muy famoso. Casi nadie conocía la teoría de Higgs hasta que varios experimentos pusieron de moda en 1972. Entonces, en una conferencia de física de partículas en el Femilab, en EEUU, invitaron a Lee para que contara esta teoría. Lee tuvo poco tiempo para preparar la charla y recordó su conversación con Peter Higgs. Por ello, en su discurso habló de “mecanismo de Higgs,” de “bosón de Higgs.” y de “teoría de Higgs.” Desde entonces, se habla de la “partícula de Higgs” en lugar de la partícula de “Brout-Englert-Higgs.”

Quisiera recordar que en el año 2010 recibieron el Premio Sakurai de la Sociedad de Física Americana para contribuciones a la Física de Partículas Teórica 6 físicos: además de Peter Higgs, Robert Brout y François Englert, también lo recibieron Carl Hagen, Gerald Guralnik y Tom Kibble. Los seis pueden ser considerados padres de la partícula de Higgs.

El famoso físico británico Stephen Hawking tenía dudas sobre la existencia del bosón de Higgs, aunque al final admitió el descubrimiento del 4 de julio y declaró por perdida su apuesta con Lawrence Krauss, famoso autor del libro “La física de Star Trek.” ¿Por qué tenía dudas Hawking sobre el Higgs? Las apuestas de Hawking contra otros físicos son muy famosas y en mi opinión tienen mucho de marketing. Hawking es un gran defensor de la llamada teoría de cuerdas que predice la existencia de una simetría, aún no observada en la Naturaleza, llamada supersimetría. En la supersimetría en lugar de una sola partícula de Higgs tiene que haber una familia de cinco partículas. Uno de los expertos en teoría de cuerdas, Gordon Kane, Universidad de Michigan, EEUU, apostó 100$ contra Hawking a favor de que el bosón de Higgs existe. El 4 de julio de 2012, tras el descubrimiento del Higgs, Hawking dio por perdida la apuesta. ¿Por qué Hawking no creía en la existencia del Higgs? Bueno en realidad no es que lo creyera, ya que Hawking ha apostado muchas veces contra sus propias creencias. Por ejemplo, apostó en 1974 contra Kip Thorne que no existían los agujeros negros y en 1990 dio por perdida la apuesta. En mi opinión, no hay que hacerle mucho caso a las apuestas de Hawking.

España como país de la Comunidad Europea es miembro del CERN. Sin embargo, se ha publicado que aún debe dinero. ¿Cómo está este asunto? España aún debe 36 millones de euros de su contribución de 2012 y ha reservado sólo 51 millones de los 76,5 millones que debería pagar en 2013, con lo que se espera que adeude otros 25,5 millones adicionales. El Gobierno de España quiere saldar la deuda de 2012 antes de de finales de este año. Muchos físicos españoles están muy preocupados por este escabroso asunto y la participación española podría sufrir algún tipo de infracción.

Los descubridores del bosón de Higgs, Premio Príncipe de Asturias

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Francis (th)E mule Science's News

Una medida débil de un sistema cuántico, ¿ofrece información física sobre dicho sistema cuántico? Una densidad de probabilidad de una magnitud física debe ser una función real con un valor entre cero y uno. Las medidas débiles equivalen a utilizar “densidades de probabilidad” de magnitudes físicas cuyos valores son números complejos, cuyo módulo, ni siquiera, tiene que estar entre cero y uno. Por tanto, se obtienen resultados sin sentido cuya interpretación física es casi imposible. Imagina que mides el espín de un electrón y el valor débil que obtienes es 100, ¿qué significado tiene un valor del espín igual a 100 para un electrón cuyo espín sólo puede tomar los valores +1/2 y −1/2? Otro ejemplo, una magnitud cuyo valor está entre 1 y 2 puede tener un valor débil de −100, ¿qué significado tiene un valor negativo para una magnitud que siempre es positiva? Las medidas débiles, ahora muy de moda en mecánica cuántica, no son medidas y la interpretación física de los valores que se obtienen con ellas no es nada fácil. Me ha gustado el artículo de D. Sokolovski, “Are the ‘weak measurements’ really measurements?,” Quanta 2: 50-57 (2013) [arXiv:1305.4809], que retoma la escabrosa cuestión que ya se publicó en el famoso artículo de Yakir Aharonov, David Z. Albert, and Lev Vaidman, “How the result of a measurement of a component of the spin of a spin-1/2 particle can turn out to be 100,” Phys. Rev. Lett. 60: 1351-1354 (1988). Por cierto, ya hablé de este asunto en mi blog en “Las medidas cuánticas débiles y las probabilidades cuánticas negativas,” 5 agosto 2011.

¿Qué es una medida cuántica? El valor medio de la medida de un observable A en un sistema cuántico que está en el estado |ψ> es igual a <A>=<ψ|A|ψ>/<ψ|ψ>. Este valor medio se calcula promediando los resultados de muchas medidas independientes en sistemas preparados de forma idéntica, pues en cada medida se obtiene un autovalor An con una probabilidad <ψn|ψn>, donde A|ψn>=An|ψn>, y el estado del sistema cambia de |ψ> a |ψn>. Este proyección del estado es imposible de evitar en una medida cuántica.

¿Qué es una medida cuántica débil? En una medida débil se consideran dos estados del sistema cuántico, sean |ψ> y |φ>, antes y después de la medida. El valor medio débil se obtiene como <<A>>=<φ|A|ψ>/<φ|ψ>. Una medida cuántica siempre proyecta el estado del sistema desde |ψ> a |ψn>, sin embargo, una medida cuántica débil se puede realizar sin proyectar el estado del sistema, con lo que el estado antes de la medida débil y después de ella puede ser casi exactamente el mismo. El problema con el valor <<A>>, a diferencia del valor <A>, es que está poco restringido y puede tomar valores sin sentido físico.

¿Qué ventaja tienen las medidas cuánticas débiles? Que permiten “medir” cosas que son imposibles de medir con medidas cuánticas, como, por ejemplo, la función de onda de un sistema cuántico, o controlar detalles del sistema cuántico más allá de lo posible, como retrasar el efecto de la decoherencia cuántica. Las medidas débiles reabren debates metafísicos como si es real la función de onda cuántica (en el sentido más filosófico del término “real”).

Francis (th)E mule Science's News

La misión europea “Impacto de Asteroide y Evaluación de Deflexión” (AIDA, por sus siglas en inglés) sigue adelante tal y como se ha planeado. Ahora también tiene un objetivo.

Los científicos planean enviar dos naves espaciales al asteroide Didymos para probar su pueden alterar la trayectoría de un gran asteroide impactando contra ellos.

Dos naves espaciales, una construida por la ESA y la otra por EEUU, se lanzarán en 2019 y se encontrarán con el asteroide tres años más tarde. Didymos forma parte de un sistema binario e asteroide.

Didymos tiene 800 metros, mientras que su compañero tiene 150 metros. El asteroide estará a 11 millones de kilómetros de la Tierra en su punto más cercano, que se alcanzará en 2022.

La nave estadounidense, apodada DART (acrónimo de Double Asteroid Redirection Test o Doble Prueba de Redirección de Asteroide) chocará contra el asteroide más pequeño mientras que la otra nave, denominada AIM (de Monitor de Impacto de Asteroide) mirará todo el suceso.

Se espera que el impacto sea lo suficientemente potente como para desviar de su ruta al asteroide más pequeño.

Los científicos seguirán de cerca lo que ocurre y esperan reunir datos valiosos para crear un sistema con el cual poder desviar aquellos asteroides que supongan una amenaza real para la Tierra.

La sensación de quemadura es la respuesta sensorial a un proceso de transferencia de calor desde el foco caliente –bien sea un cubierto o papel de aluminio recién sacado del horno– hasta el foco frío, es decir, nuestros dedos.

Este proceso presenta dos facetas bien diferenciadas: cuánto calor se transfiere y a qué velocidad lo hace. Es en la primera faceta donde se encuentra la respuesta a nuestra pregunta: la sensación de quemadura está motivada por los daños causados en nuestros tejidos por el calor. Si se transfiere una cantidad de calor lo suficientemente grande entre el foco caliente y el foco frío, se produce una evaporación brusca del agua tisular, con la consiguiente destrucción de las estructuras biológicas de la epidermis.

Para que se evapore el agua, y para que destruyan las macromoléculas biológicas, se requieren cantidades apreciables de calor. Si comparamos un cubierto caliente con papel de aluminio recién sacado del horno, el papel de aluminio es un depósito que tiene almacenada una cantidad de calor mucho menor que el cubierto debido, sobre todo, a su menor masa. El papel de aluminio, por lo tanto, a pesar de estar muy caliente, no tiene almacenado suficiente calor como para producir quemaduras: de hecho, en ocasiones, ni siquiera lo sentimos caliente cuando lo sacamos del horno. Sin embargo, un cubierto caliente, con una masa mucho mayor, sí puede tener almacenada energía suficiente como para producir una quemadura.

Hemos comentado que, en el proceso de transferencia de calor entra en juego otro aspecto, la velocidad con que se transfiere. En este caso, esta faceta juega un papel poco relevante, pero sí que es importante en otras situaciones, por lo que quizás tengamos la oportunidad de volver sobre ella en otra ocasión.

ABC.es

La combinación oficiosa de los datos sobre el bosón de Higgs de LHC, Tevatrón y LEP nos permite asegurar que para una masa de 126 GeV/c² se ajusta a las predicción del modelo estándar con un valor de μ ∈ [0,98, 1,09] al 95% C.L. Más aún, para sus desintegraciones “invisibles” (en neutrinos, gravitinos, etc.) se puede asegurar que Γ~10-5 Mh (donde Mh es la masa del Higgs). Todo apunta a que se trata del Higgs del modelo estándar. Más información, para los físicos interesados en el análisis, en Adam Falkowski, Francesco Riva, Alfredo Urbano, “Higgs At Last,” arXiv:1303.1812, 18 Mar 2013. Como la estadística nunca miente, estos resultados serán similares a los que se obtengan con la combinación oficial (que aún nadie sabe cuándo se publicará, pero que yo espero que no se retrase mucho más allá del próximo verano).

Por cierto, el artículo técnico de la Colaboración CMS que resume su búsqueda del Higgs ya está en arXiv, en concreto, The CMS Collaboration , “Observation of a new boson with mass near 125 GeV in pp collisions at 7 and 8 TeV,” arXiv:1303.4571, 19 Mar 2013.

Francis (th)E mule Science's News

Durante años, los físicos han debatido esta posibilidad, especialmente desde que surgieron las primeras dudas sobre la posible (e involuntaria) creación de agujeros negros en el Gran Colisionador de Hadrones

Dos investigadores de la Universidad de Princeton reviven la posibilidad de que las colisiones de partículas en el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) puedan generar agujeros negros al calcular que la cantidad de energía necesaria para que esto suceda es 2,4 veces menor de lo que se creía hasta ahora.

La colisión de dos partículas a gran velocidad puede concentrar en un punto concreto la suficiente energía como para formar un agujero negro

En teoría, la colisión de dos partículas que viajan a gran velocidad puede concentrar en un punto concreto la suficiente energía como para formar un agujero negro. Durante años, los físicos han debatido esta posibilidad, especialmente desde que surgieron las primeras dudas sobre la posible (e involuntaria) creación de agujeros negros en los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

Ahora, William E. East y Frans Pretorius, del Departamento de Física de la Universidad de Princeton, han demostrado que la cantidad de energía de colisión necesaria para que dos partículas subatómicas formen un agujero negro es 2,4 veces menor de lo que se creía hasta ahora. El trabajo se acaba de publicar en Physical Review Letters.

Como lentes gravitacionales

Los autores explican que los objetos en colisión pueden actuar como lentes gravitacionales el uno con respecto del otro, concentrando la energía de la colisión en dos regiones independientes capaces de confinar la luz. Regiones que, eventualmente, pueden llegar a unirse para formar un agujero negro.

En 2008, se habló del riesgo de que el LHC pudiera formar un agujero negro que engulliera la Tierra

En 2008, empezaron a difundirse una serie de preocupantes informaciones sobre el riesgo de que las colisiones de protones en el LHC, que se producen al 99% de la velocidad de la luz, pudieran formar un agujero negro que terminara engullendo la Tierra. En términos técnicos, la energía del colisionador es, de lejos, demasiado baja como para permitir que esto suceda, pero según ciertos modelos sí que sería posible que de esas colisiones surjan una serie de agujeros negros microscópicos, aunque incapaces de causar daño al planeta.

En todo caso, varios años de colisiones en el LHC (sin consecuencias nefastas para la Humanidad), han despejado los temores y reducido al mínimo la controversia. Sin embargo, la posibilidad de que estos experimentos puedan generar agujeros negros ha seguido considerándose seriamente en el ámbito de la física teórica.

Simulaciones informáticas

Varios estudios anteriores habían calculado la cantidad de energía cinética necesaria en una colisión para que se forme un agujero negro, pero nadie había prestado atención a la dinámica interna que especifica dónde exactamente terminan los restos de las colisiones.

Los dos puntos se fusionan formando un agujero negro con el 72% de la energía total de la colisión

Ahora, William E. East y Fran Pretorius, de la Universidad de Princeton, han llevado a cabo una serie de simulaciones informáticas de la colisión frontal entre dos gotas de fluido que representan a partículas genéricas. Y esas simulaciones mostraron que la propia gravedad de las gotas hace que la energía converja, y quede atrapada, en dos "puntos focales" que se encuentran en los dos extremos opuestos del centro de la colisión.

Después, y en determinadas condiciones, los dos puntos se fusionan formando un agujero negro que contiene el 72% de la energía total de la colisión. La mayor parte de la energía restante es radiada en forma de ondas gravitacionales. El efecto de lente gravitatoria, además, reduce el umbral de energía necesaria para que el agujero negro se forme, algo que habrá que tener muy en cuenta en las futuras búsquedas de agujeros negros en los experimentos del LHC.

ABC.es

Apenas unos minutos de charla son suficientes para entender por qué el británico Stuart Clark (Welwyn Garden City, 1967) es uno de los divulgadores de ciencia más reconocidos en su país. El astrofísico, escritor y periodista es colaborador habitual de revistas científicas como 'New Scientist' o diarios como 'The Guardian': "Me gustaría ver en la prensa tantas páginas de ciencia como de deportes. El mundo en que vivimos es como es por la ciencia, así que creo que es muy importante que hablemos al público de estos temas, que logremos que se interesen por ellos y que les resulten familiares'¿Podremos algún día entender el Universo?' Clark ha visitado Madrid para participar en el ciclo 'Los límites de la ciencia'.

El astrofísico se muestra muy satisfecho por la construcción de grandes telescopios, como ALMA, que acaba de inaugurarse oficialmente en Chile: "La era de los telescopios gigantes ya ha comenzado y tienen el potencial de revolucionar lo que creemos que sabemos sobre el Universo. La única forma para ir más allá es mirar a la naturaleza de una manera más cercana y diferente a lo que hemos hecho hasta ahora. Espero que máquinas como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) o telescopios gigantes, como ALMA o el futuro EELT (Telescopio Europeo Extremadamente Grande), cambien lo que pensamos sobre el funcionamiento del universo. Mi gran esperanza para la próxima década es que haya una revolución en nuestra comprensión de la gravedad, porque todavía no entendemos del todo cómo se comporta. También sobre la materia oscura. Sabemos que está ahí pero no podemos entender sus propiedades".
A a búsqueda de vida en otros planetas

Para Clark, "buscar exoplanetas es una de las áreas más emocionantes de la ciencia porque nos dan información sobre la vida en la Tierra. Hemos localizado casi mil, pero ninguno es exactamente como la Tierra, aunque algunos se parecen. En diez años podríamos estar buscando vida en planetas fuera de nuestro Sistema Solar. La intención y la ambición de la Agencia Espacial Europea (ESA) para mandar misiones ya existe".

"En una década podríamos estar buscando vida en planetas fuera de nuestro Sistema Solar"

También considera "extremadamente importante" el trabajo que el vehículo robótico 'Curiosity' está haciendo en Marte: "Queremos saber si Marte albergó vida alguna vez. Potencialmente 'Curiosity' puede ofrecernos información sobre la vida en la Tierra", señala. El científico explica que la misión ExoMars, que la ESA y Rusia enviarán a Marte previsiblemente en 2018, analizará muestras de suelo y del subsuelo con el objetivo de buscar sustancias químicas que podrían probar que alguna vez hubo vida en Marte: "'Curiosity' intenta averiguar si Marte podría haber estado habitado. 'ExoMars' buscará pruebas que lo demuestren", resume.

Por lo que respecta a una futura misión tripulada al Planeta Rojo, Clark considera que "es posible mandar gente a Marte sin regresar a la Luna para practicar. Es una cuestión de presupuesto y del retorno que obtengamos de esa misión, tanto científica como culturalmente. Es más barato enviar robots a Marte pero un ser humano sería capaz de ver y reconocer cosas que un robot no puede", apunta. No obstante, "pese a que mucha gente está hablando de la posibilidad de ir a Marte y hay millonarios interesados en esta misión, creo que todavía es muy difícil lograrlo. Sigue siendo muy peligroso, aunque creo que es posible", afirma.
Recortes en ciencia

Los recortes presupuestarios en ciencia están amenazando la participación de España en el EELT Por lo que respecta a los recortes en investigación en España, afirma: "Creo que es muy fácil salirse de proyectos científicos cuando el dinero es un problema. Pero creo que invertir en ellos e intentar entender mejor el mundo es básico para la moral de la gente, porque les da esperanza sobre el futuro y les recuerda que hay más cosas en la vida que los problemas cotidianos".

El científico afirma sentirse "feliz" por la apuesta que el Gobierno británico está haciendo por la ciencia: "El sector espacial fue una de las pocas industrias que creció durante la crisis económica (un 7%). Esto convenció al Gobierno de que es extraordinariamente rentable invertir en ciencia básica y en tecnología espacial". Clark destaca que el interés por hacer una carrera científica también creció enormemente en su país a raíz de la crisis: "Antes, si te dedicabas a las finanzas podías enriquecerte rápidamente. Ahora que las cosas han cambiado, ¿por qué no hacer algo que pueda enriquecerte a un nivel personal? La ciencia es un camino para vivir mejor a través de, por ejemplo, la tecnología o de la medicina", reflexiona.

"Reino Unido ha entendido que es muy rentable invertir en ciencia. El espacio fue uno de los pocos sectores que creció durante la crisis"

El científico afirma que "el meteorito que cayó hace unas semanas en Rusia causando cientos de heridos ha demostrado que aún queda mucho trabajo por hacer para sentirnos a salvo de la amenaza de un asteroide". Según explica las investigaciones de los últimos años muestran que en la actualidad no hay riesgo a corto plazo de que caiga un asteroide como el que acabó con los dinosaurios: "Los telescopios que vigilan el espacio cada vez son más sensibles y serán capaces de detectar asteroides más pequeños. El meteorito ruso tenía unos 30 metros y la posibilidad de detectarlo con antelación era muy baja. Pero en el futuro, quizás en los próximos cinco años, podremos detectar objetos de unos 100 metros", afirma. Mientras tanto, los científicos siguen diseñando sistemas para desviar asteroides que puedan suponer un peligro en el futuro.
Ciencia y religión

Algunos colegas suyos, como el astrofísico Stephen Hawking o el biólogo evolutivo Richard Dawkins, han reabierto el debate sobre ciencia y relación. Clark considera que ambas son compatibles: "Yo no soy una persona creyente o religiosa. Sin embargo, tengo muy buenos amigos que creen de forma pasional. Y me parece bien. Porque la ciencia no podrá ofrecer nunca respuestas a las cuestiones religiosas ni podrá demostrar la existencia o inexistencia de Dios. De igual modo, la religión no podrá responder a las preguntas científicas. Una persona religiosa no puede demostrar la existencia de Dios ni necesita hacerlo. Pero los científicos tenemos que demostrar todo aquello en lo que creemos. Esa es la gran diferencia", reflexiona.

Clark cree que los debates públicos sobre estas cuestiones "son parte del proceso". "Si el debate ofrece al público nuevas puntos de vista me parece positivo. Pero considero que la confrontación en la que sólo se intenta deslegitimar la postura de la otra persona no es útil en absoluto. Creo en la tolerancia y en la racionalidad", afirma.

Divulgar ciencia

El astrofísico asegura que desde niño le interesaron las estrellas. "Para mi siempre fue obvio que me convertiría en astrónomo", afirma. Con el tiempo, su interés por relatar historias creció: "Contar historias sobre astronomía y el Universo se ha convertido en mi profesión".

"La ciencia nunca podrá demostrar la existencia o inexistencia de Dios"

Clark es autor de la exitosa trilogía de libros 'The Sky´s Dark Labyrinth', en la que narra la vida y descubrimientos de grandes científicos como Galileo Galilei, Johannes Kepler, Isaac Newton y en la que ha logrado lo que se propuso hace tiempo: traducir el complejo lenguaje científico al público no especializado. "A mucha gente le asustan los libros de ciencia porque tienen un lenguaje técnico, así que creo estos libros son muy vehículo muy adecuado para hablar de ciencia a personas que no son científicos".

Albert Einstein es el protagonista de 'The Day Without Yesterday' (El día sin ayer), el último libro de su trilogía que acaba de salir a la venta en Reino Unido. De momento, no hay planes para que sea publicado en España. "A diferencia de los otros dos libros, en los que introduje algunos personajes ficticios para rellenar las lagunas de los registros históricos, en este la documentación era tan buena que no ha sido necesario ninguno", resume.

ELMUNDO.es

Un nuevo estudio realizado usando las observaciones del Telescopio Espacial Fermi de rayos gamma, de la NASA, revela la primera evidencia clara de que la nube de "escombros" en expansión que se forma alrededor de las estrellas que han explotado en forma de supernova, son el punto de partida de algunas de las partículas que más rápido se mueven en el universo. Este descubrimiento es un paso importante para poder conocer a fondo el origen de los rayos cósmicos, uno de los objetivos principales de la misión Fermi.

Los científicos han estado tratando de encontrar de forma inequívoca las fuentes de los rayos cósmicos de alta energía desde su descubrimiento hace un siglo. Ahora, el equipo de Elizabeth Hays, del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA, en Greenbelt, Maryland, Estados Unidos, tiene pruebas concluyentes de que los remanentes de supernovas, los principales sospechosos desde hace tiempo, realmente aceleran los rayos cósmicos a velocidades increíbles.

A los rayos cósmicos se les llama así por convencionalismo, pero en realidad una descripción más ajustada es la de que son ráfagas de partículas subatómicas que se mueven a través del espacio a casi la velocidad de la luz. Alrededor del 90 por ciento de estas partículas son protones, y el resto electrones y núcleos atómicos.

En su viaje a través de la galaxia, las partículas eléctricamente cargadas son desviadas por campos magnéticos. Esto modifica sus trayectorias y hace que sea casi imposible rastrear directamente sus orígenes.

A través de diversos mecanismos, estas veloces partículas pueden conducir a la emisión de rayos gamma, que es la forma más potente de radiación electromagnética, y una señal que viaja hacia nosotros directamente desde sus fuentes.

Los resultados del análisis de datos del Fermi se basan en buena parte en la observación de dos remanentes particulares de supernova, conocidos como IC 443 y W44. Ambos están expandiéndose en nubes densas y frías de gas interestelar. Estas nubes emiten rayos gamma cuando reciben el impacto de partículas de alta velocidad provenientes de los remanentes de supernova.

IC 443 está a 5.000 años-luz de distancia de la Tierra, y se le calcula una antigüedad de alrededor de 10.000 años. W44 está a unos 9.500 años-luz de distancia, y se le atribuye una edad de 20.000 años aproximadamente.

NCYT