Una de las hipótesis para explicar las altas energías de la radiación cósmica es que se acelera gracias a los estallidos de rayos gamma. Los físicos del telescopio polar IceCube esperaban que sus observaciones de neutrinos les ayudaran a confirmar esta idea, pero no ha sido así. Por eso creen que los modelos teóricos deberían ser revisados.

Ilustración de un estallido de rayos gamma. Imagen: NASA / D.Berry

Los rayos cósmicos procedentes del espacio exterior viajan con tanta energía que, según los físicos, “solo los núcleos activos de las galaxias o los estallidos de rayos gamma pueden producirlos”, explica a SINC Nathan Whitehorn, científico del telescopio IceCube. A pesar de estas dos hipótesis, su origen sigue siendo un misterio.

Whitehorn y su equipo han intentado dilucidar de dónde proceden estos rayos cósmicos superenergéticos. Esperaban encontrar la respuesta en la Antártida, donde opera IceCube, el telescopio de neutrinos más sensible del planeta. Pero no lo han conseguido, como explican en un artículo publicado en la revista Nature.

“Determinar el origen de esta radiación es algo muy difícil por varias razones –señala el científico–, como por ejemplo, que no viaja en línea recta”. En cambio los neutrinos sí lo hacen y, según los modelos teóricos vigentes, las explosiones de rayos gamma que acelerarían la radiación cósmica también producirían neutrinos.

El resultado esperado era que, entre los años 2008 y 2010, los telescopios detectaran 10 neutrinos asociados a brotes de rayos gamma, pero no ha sido así. “No hemos detectado ninguno y esto significa que quizás hemos de revisar los modelos teóricos actuales sobre el origen de los rayos cósmicos”, afirma Whitehorn.

Los autores del estudio contemplan dos posibles explicaciones para estos sorprendentes resultados. Una es que los estallidos de rayos gamma no sean la única fuente de rayos cósmicos, “lo que desviaría nuestra atención hacia otros posibles orígenes, como los núcleos activos de galaxias”, especifica Whitehorn. Y la otra es que la producción de rayos cósmicos no esté acompañada por tantos neutrinos como se creía.

Los brotes de rayos gamma son los eventos electromagnéticos más luminosos del universo. Están asociados a grandes explosiones en galaxias muy lejanas y se ha comprobado que un estallido típico es muy corto, de unos pocos segundos, y puede generar la misma energía que el sol en un período de diez mil millones de años.

“Todavía son fenómenos misteriosos para nosotros. Necesitamos continuar con las medidas de neutrinos para llegar a entender este proceso”, explica el físico.

Midiendo neutrinos desde la estación Ice Cube

 “La información que nos pueden proporcionar los neutrinos es la única ventana que tenemos para conocer los procesos astrofísicos”, afirma Whitehorn. Pero no es tarea fácil. La dificultad reside en que estas partículas atraviesan la Tierra sin interactuar con nada ni con nadie. “Se necesitan detectores enormes bajo tierra para observarlos”, explica este científico des del polo sur.

Más de cincuenta investigadores de distintas nacionalidades, España entre ellas, están instalados en la estación del polo sur de IceCube. Este telescopio está construido en las profundidades del hielo antártico por medio del despliegue de millares de sensores situados entre 1.450 y 2.450 metros bajo la superficie.

Referencia bibliográfica:

IceCube Collaboration. “An absence of neutrinos associated with cosmic-ray acceleration in c-ray bursts”. Nature 484: 351-354. Abril de 2012. DOI:10.1038/nature11068

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

Impresión artística de la distribución de materia oscura que supuestamente debería encontrarse alrededor de la Vía Láctea. Crédito: ESO/L. Calçada

El estudio más preciso hecho hasta el momento sobre los movimientos de las estrellas en la Vía Láctea no ha encontrado evidencias de materia oscura en un amplio espacio alrededor del Sol. De acuerdo con las teorías ampliamente aceptadas, las vecindades del Sol deberían estar repletas de materia oscura, una misteriosa sustancia invisible que solo puede detectarse de manera indirecta por la fuerza gravitatoria que ejerce. Pero, en este nuevo estudio, llevado a cabo en Chile por un equipo de astrónomos, las teorías no coinciden con los hechos observacionales. Esto puede significar que es bastante improbable que los intentos por detectar directamente partículas de materia oscura en la Tierra tengan éxito.

Utilizando, junto con otros telescopios, el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros de ESO, en el Observatorio de La Silla, un equipo ha cartografiado los movimientos de más de 400 estrellas situadas a más de 13.000 años luz del Sol. Con estos nuevos datos han calculado la masa de materia en las vecindades de nuestro Sol, teniendo en cuenta un volumen cuatro veces mayor que el utilizado hasta ahora.

“La cantidad de masa derivada encaja muy bien con lo que vemos — estrellas, polvo y gas — en la región que rodea al Sol,” afirma el líder del equipo Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile). “Pero esto no deja espacio para materia extra — la materia oscura — que esperábamos encontrar. Nuestros cálculos muestran que debería haberse visto claramente en nuestras medidas. Pero, simplemente, ¡no estaba allí!”.

La materia oscura es una sustancia misteriosa que no puede verse, pero que se muestra por la atracción gravitatoria que ejerce en la materia que hay a su alrededor. Este ingrediente extra del cosmos se sugirió en un principio como explicación de por qué las partes más externas de las galaxias, incluyendo nuestra Vía Láctea, rotaban tan rápido, pero la materia oscura ahora también es un componente esencial de las teorías que intentan explicar cómo se formaron y evolucionaron las galaxias.

Hoy en día se acepta ampliamente que este componente oscuro constituye cerca del 80% de la masa del Universo [1], pese al hecho de que se ha resistido a todos los intentos de aclarar su naturaleza, que permanece a oscuras. Todos los intentos por detectar materia oscura en laboratorios en Tierra han sido un fracaso.

Midiendo cuidadosamente los movimientos de numerosas estrellas, particularmente aquellas que están lejos del plano de la Vía Láctea, el equipo pudo ir hacia atrás, deduciendo cuánta materia hay presente [2]. Los movimientos son el resultado de la atracción gravitatoria mutua de todo el material, ya sea materia normal, como estrellas, o materia oscura.

Los actuales modelos de los astrónomos, que explican cómo se forman y rotan las galaxias, sugieren que la Vía Láctea está rodeada por un halo de materia oscura. No pueden predecir con precisión qué forma adquiere el halo, aunque se espera encontrar una gran cantidad de esta materia oscura en la región que rodea al Sol. Pero solo formas muy improbables para el halo de material oscura — como una forma muy alargada — pueden explicar la ausencia de materia oscura revelada en el nuevo estudio [3].

Los nuevos resultados también significan que los intentos por detectar materia oscura en la Tierra para explicar las extrañas interacciones entre las partículas de  materia oscura y la materia “normal” tienen pocas probabilidades de éxito.

“Pese a los nuevos resultados, la Vía Láctea rota sin duda más rápido de lo que cabría esperar si solo fuera materia visible. Por tanto, si la materia oscura no está presente donde suponíamos que debía estar, debemos encontrar una nueva solución para el problema de la materia que falta. Nuestros resultados contradicen los modelos aceptados actualmente. El misterio de la materia oscura acaba de hacerse aún más misterioso. Los próximos sondeos, como el de la misión Gaia de la ESA, serán cruciales para dar un paso adelante en este punto”, concluye Christian Moni Bidin.

Notas

[1] De acuerdo con las teorías actuales, se estima que la materia oscura constituye un 83% de la materia del Universo, siendo el restante 17% materia normal. Una cantidad aún mayor de energía oscura también parece estar presente en el Universo, pero no se piensa que afecte al movimiento de las estrellas de la Vía Láctea.

[2] Las observaciones se llevaron a cabo utilizando el espectrógrafo FEROS instalado en el telescopio de 2,2 metros MPG/ESO; el instrumento Coralie en el telescopio suizo Leonhard Euler de 1,2 metros; el instrumento MIKE en el telescopio Magellan II; y el Espectrógrafo Echelle del telescopio Irene du Pont. Los dos primeros telescopios están ubicados en el Observatorio La Silla de ESO y los dos últimos están en el Observatorio de Las Campanas, ambos en Chile. En este trabajo se incluyeron un total de más de 400 estrellas rojas gigantes a diferentes alturas sobre el plano de la galaxia en dirección hacia el polo sur galáctico.

[3] Las teorías predicen que la cantidad media de materia oscura en la zona del Sol de las galaxias debería ser de entre 0,4 y 1 kilogramo en un volumen del tamaño de la Tierra. Las nuevas medidas encuentran 0,00±0,07 kilogramos de materia oscura en un volumen del tamaño de la Tierra.

Información adicional

Esta investigación se presenta en el artículo “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood (Estructura vertical cinemática y química del espeso disco galáctico II. Ausencia de materia oscura en la vecindad solar”, por Moni-Bidin et al., que aparecerá en la revista The Astrophysical Journal.

El equipo está compuesto por C. Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile), G. Carraro (European Southern Observatory, Santiago, Chile), R. A. Méndez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile) and R. Smith (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile).

Enlaces

• Artículo Científico: ApJ preprint.
• Fotos del telescopio MPG/ESO de 2,2 metros.
• Fotos del telescopio suizo Leonhard Euler de 1,2 metros.

Nota de prensa publicada en el portal del Observatorio Europeo Austral (ESO).

Albert Einstein y Mileva Maric

Artículo publicado el 18 de abril de 2012 en The Physics ArXiv Blog

Distintos historiadores han concluido que la primera mujer de Einstein, Mileva, pudo haber contribuido en secreto a su trabajo. Un nuevo análisis busca zanjar el asunto.

A finales de la década de 1980, el físico estadounidense Evan Walker Harris publicó en la revista Physics Today un artículo que sugería que la primera mujer de Einstein, Mileva Maric, fue una coautora no reconocida de su artículo de 1905 sobre la relatividad especial.

La idea generó una considerable controversia en esa época, aunque la mayor parte de físicos e historiadores la han rechazado.

Hoy, Galina Weinstein, investigadora visitante en el Centro de Estudios Einstein en la Universidad de Boston, espera zanjar el tema con un nuevo análisis.

La historia empieza después de la muerte de Einstein en 1955, cuando el físico soviético Abram Fedorovich Joffe comentó cierta correspondencia que había mantenido con Einstein al inicio de sus respectivas carreras en un artículo publicado en ruso.

Joffe había pedido a Einstein algunos borradores de sus artículos y escribió: “El autor de estos artículos – una persona desconocida en esa época, era un burócrata de la Oficina de Patentes en Berna, Einstein-Marity (Marity era el apellido de soltera de su esposa, que según la constumbre suiza se añadía al apellido de su marido)”. (Marity es una variante húngara de Maric).

Las teorías de la conspiración se inician con esta referencia a Einstein como Einstein-Marity, dice Weinstein. El resultado fue una compleja maraña de malos entendidos deliberados o accidentales.

El problema parece haber empezado con un famoso escritor científico ruso llamado Daniil Semenvich Danin, que interpretó que la cita de Joffe significaba que Einstein y Maric colaboraron en el trabajo. Esto más tarde se transformó en la idea de que Maric había sido originalmente coautora del artículo de 1905, pero su nombre fue eliminado en la versión final publicada.

Esto es claramente una mala interpretación, sugiere Weinstein.

Walker reinició esta controversia en su artículo de Physics Today. Sugería que Einstein pudo haber robado las ideas de su esposa.

Hay otra interesante línea para los teóricos de la conspiración. Los historiadores han traducido las cartas entre Einstein y Maric al inglés, permitiendo un análisis más detallado de su relación. Sin embargo, una de estas cargas incluye la frase: ”¡llevando nuestro trabajo sobre el movimiento relativo a una conclusión con éxito!”. Esto parece respaldar la idea de que ambos debían haber colaborado.

Sin embargo, Weinstein ha analizado las cartas en detalle y dice que las dos líneas de pruebas sugieren que esto era muy improbable. Primero, las cartas de Einstein están llenas de ideas sobre física, mientras que las de Maric no contenían ninguna, lo que sugiere que él la usaba como consejera más que colaboradora.

Segundo, Maric no era una física o matemática de especial talento. Suspendió sus exámenes finales y nunca logró un diploma.

Weinstein defiende que Maric podría, por tanto, no haber realizado ninguna contribución significativa y cita a otro historiador sobre el tema, que dice que no hay pruebas de que Maric estuviese dotada para las matemáticas, mientras que hay ciertas pruebas de que no lo estaba.

Sin embargo, queda un fleco suelto. Maric y Einstein se divorciaron en 1919, pero como parte del acuerdo de divorcio, Einstein acordó pagar a su ex-esposa cada corona que pudiese ganar por cualquier Premio Nobel con el que pudiera ser galardonado.

Weinstein sugiere que todo el mundo sabía que Einstein era uno de los favoritos para ganar el premio y que en el entorno de la Alemania de la posguerra, esta era una petición normal de una esposa que no quería el divorcio y sufría una depresión.

Walker, por otra parte, dice: “Veo difícil resistirse a la conclusión de que Mileva, justa o injustamente, vio esto como su recompensa por el papel que había desempeñado en el desarrollo de la teoría de la relatividad”.

Sin más pruebas, es difícil posicionarse. Pero es innegable que hay suficiente incertidumbre sobre qué sucedió en realidad para mantener ardiendo las llamas de la conspiración durante un poco más.

Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1204.3551: Did Mileva Marić Assist Einstein In Writing His 1905 Path Breaking Papers?

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Technology Review.

El experimento ICARUS en Gran Sasso, Italia, ha confirmado que los neutrinos no viajan más rápido que la velocidad de la luz.

Artículo publicado por Geoff Brumfiel el 16 de marzo de 2012 en Nature News

El experimento ICARUS refuta la controvertida afirmación.

Los neutrinos obedecen el límite de velocidad de la naturaleza, de acuerdo con unos nuevos resultados procedentes de un experimento italiano. El hallazgo, publicado en el servidor de pre-impresión arXiv.org, contradice una reclamación rival sobre que los neutrinos pueden viajar más rápidamente que la velocidad de la luz.

Los neutrinos son diminutas partículas eléctricamente neutras que se producen en las reacciones nucleares. El pasado septiembre, un experimento llamado OPERA ofreció pruebas de que los neutrinos viajaban más rápidamente que la velocidad de la luz. Situado bajo la montaña Gran Sasso en Italia central, OPERA detectó neutrinos enviados desde el CERN, el principal laboratorio de física de partículas de Europa cerca de Ginebra, en Suiza. De acuerdo con los hallazgos del grupo, los neutrinos realizaron el viaje de 731 kilómetros 60 nanosegundos más rápidamente de lo predicho si viajasen a la velocidad de la luz.

El anuncio llegó a todas las portadas internacionales, pero los físicos se mantenían profundamente escépticos. El axioma de que nada viaja más rápido que la velocidad de la luz se formuló por primera vez por parte de Albert Einstein y es una piedra angular de la física moderna. OPERA defendió su anuncio, diciendo que no pudieron encontrar ningún error en sus medidas.

Ahora, otro experimento situado a pocos metros de OPERA, ha medido que los neutrinos viajan a aproximadamente la velocidad de la luz, y no más rápido. Conocido como ICARUS, el rival monitorizó un haz de neutrinos enviado desde el CERN a finales de octubre y principios de noviembre del año pasado. Los neutrinos se empaquetaron en pulsos de apenas 3 nanosegundos de duración. Esto significa que el tiempo pudo medirse con mucha más precisión que en las medidas originales de OPERA, que usaron pulsos de 10 microsegundos.

“Nuestros resultados concuerdan con lo que a Einstein se hubiese gustado obtener”, dice Carlo Rubbia, portavoz de ICARUS y físico ganador del Premio Nobel del CERN. Los neutrinos medidos por el experimento llegaron en un margen de 4 nanosegundos de tiempo respecto a lo que la velocidad de la luz en el vacío necesitaría para cubrir esa distancia, perfectamente dentro del margen de error experimental.

Debido a que los pulsos del CERN eran tan cortos, ICARUS midió sólo siete neutrinos durante la pasada ejecución en otoño, pero Rubbia dice que este número relativamente bajo no importa. “¿Cuántas veces tienes que decir ‘cero’ para asegurarte de que es cero?”, pregunta.

Los hallazgos son otro golpe para OPERA, que ya estaba bajo un intenso escrutinio por parte de toda la comunidad experimental. Casi en el momento de realizar su anuncio, los físicos empezaron a intentar encontrar agujeros en el análisis de OPERA, y el 23 de febrero los investigadores del equipo OPERA anunciaron que había descubierto posibles errores de sincronización con sus medidas originales. Esos problemas podrían haber llevado a una discrepancia de 60 nanosegundos.

Dario Autiero, físico del Instituto de Física Nuclear en Lyon, Francia, y coordinador de física para OPERA, da la bienvenida el nuevo resultado. Apunta que OPERA continuó detectando neutrinos más rápidos que la luz en octubre y noviembre, cuando se usaron pulsos más cortos. El equipo continúa buscando posibles fuentes de error, comenta.

Para algunos, las nuevas medidas zanjan el tema de una vez por todas. “El caso de OPERA está definitivamente cerrado”, dice Adam Falkowski, físico teórico de la Universidad de París Sur en Orsay, France. Pero Rubbia dice que aún está esperando que se realicen nuevas medidas a finales de primavera por parte de OPERA, ICARUS y otros dos experimentos de Gran Sasso.

“Si hubiésemos encontrado 60 nanosegundos, habría enviado una botella de champán a OPERA”, dice Rubbia. Pero tal y como están las cosas, brindará por Einstein. “Es un alivio, dado que soy de carácter conservador”, señala.

Nature doi:10.1038/nature.2012.10249

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Nature, su autor es Geoff Brumfield.

Mala simetría. Si la materia y la antimateria no son opuestos exactos, esto podría explicar por qué el universo existe todavía. Crédito: Fermi National Laboratory

Artículo publicado por Jon Cartwright el 29 de febrero de 2012 en Science News

El Big Bang creó una gran cantidad de materia – junto con la misma cantidad de antimateria, que se aniquilaron entre sí y llevaron al universo a un final prematuro. Esto es lo que la física teórica aceptada nos dice – aunque las cosas, claramente, no fueron así. Ahora, unos resultados de un colisionador de partículas en los Estados Unidos están proporcionando nuevas pruebas de una sutil diferencia en las propiedades de materia y antimateria, las cuales podrían explicar cómo sobrevivió el joven universo.

La primera prueba de una diferencia entre materia y antimateria se encontró en la década de 1960 en la desintegración de unas partículas neutras conocidas como kaones, que valió la concesión de un Premio Nobel de física. En 2001, aceleradores en los Estados Unidos y Japón encontraron más pruebas de diferencias en unas partículas llamadas mesones B. Entonces, el año pasado, en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) cerca de Ginebra en Suiza, se encontraron pruebas en un tercer sistema, los mesones D, pero no había suficientes datos para descartar un error estadístico. Los nuevos resultados – que proceden del experimento Collider Detector at Fermilab (CDF) cerca de Chicago – no son pruebas concluyentes, pero rebajan la posibilidad de que sea un error estadístico a 1 entre 10 000. “Estoy seguro que en pocos días toda la gente que trabaja en este campo se sentirá mucho más confiada en que esto es verdaderamente real”, dice Giovanni Punzi, portavoz del experimento CDF.

Los físicos han sospechado desde hace tiempo que una diferencia en las propiedades de materia y antimateria es la clave para la supervivencia del joven universo. Tal diferencia – conocida técnicamente como violación de carga-paridad (CP) – habría permitido que la materia normal predominase sobre la antimateria, de forma que la materia normal pudiese formar todas las cosas que vemos actualmente en el universo.

Para ser testigos de la violación CP, los físicos estudian las partículas para ver si hay alguna diferencia en la tasa de desintegración entre las partículas normales y sus antipartículas. La teoría aceptada de las partículas elementales, el Modelo Estándar, permite un bajo nivel de violación CP – incluyendo el revelado en los descubrimientos de las décadas de 1960 y 2000 – pero no lo bastante para explicar la predominancia de la materia común. Por tanto, los investigadores han estado tratando de encontrar casos en los que la violación CP sea más alta.

El detector LHCb en el CERN, y el CDF en Fermilab, son dos de tales experimentos. Rastrean las rutas de las partículas mesones D0 y sus antipartículas. Pueden desintegrarse en pares de piones o kaones, y recontando estos productos de desintegración, los equipos de LHCb y CDF pueden calcular las diferentes tasas de desintegración entre las partículas D0 y sus antipartículas.

En noviembre, el equipo LHCb informó de que las tasas de desintegración diferían en un 0,8% – unas ocho veces la cantidad que normalmente se espera que permita el Modelo Estándar, y tal vez suficiente para ayudar a explicar el origen de la predominancia de materia sobre antimateria. Por desgracia, la medida no era muy precisa: La significación estadística era de aproximadamente 3 sigma, lo que significa que había una posibilidad entre 100 de que hubiese un error aleatorio en los datos.

Los últimos resultados de CDF – anunciados en una reunión en La Thuile, Italia – reducen drásticamente las posibilidades de un error estadístico. Apuntan a una violación CP del nivel del 0,6%, con una significación estadística de 2,7 sigma. Combinados con los anteriores resultados del LHCb, los resultados de CDF elevan la significación a 3,8 sigma – o aproximadamente una posibilidad entre 10 000 de que la violación CP sea un error aleatorio.

Estos resultados no pueden establecerse como un descubrimiento genuino, lo que requeriría una significación estadística de 5 sigma – o la posibilidad de que sea aleatorio esté en menos de uno entre un millón. Aun así, los físicos de partículas están emocionados. “No podemos asegurar que sea una violación CP”, dice Angelo Carbone, miembro de la colaboración LHCb. “Pero está cerca”.

Paul Harrison, físico de partículas experimental en la Universidad de Warwick en el Reino Unido, dice que el estándar de 5 sigma es importante debido a que ayuda a evitar sesgos que aparecen en distribuciones estadísticas desiguales. Pero cree que refuerza mucho los resultados el hecho de que procedan de dos experimentos independientes. “No esperaría un error en los experimentos en este punto”, dice. “Estos chicos son gente seria. … Llevan aquí mucho tiempo, y saben lo que hacen”.

Para ver si la significación estadística puede mejorarse hasta los 5 sigma, tendrán que esperar hasta finales de año, cuando el equipo LHCb examine el resto de sus datos. Pero incluso si la violación CP resulta ser real, hay una duda sobre si es “una nueva física” – en otras palabras, si el actual Modelo Estándar puede explicarla.

El teórico de partículas Sebastian Jaeger, de la Universidad de Sussex en el Reino Unido, cree que la respuesta es incierta debido a que nadie está seguro de lo lejos que puede llevarse el Modelo Estándar. “El problema principal es que la [violación] CP es difícil de cuantificar – es bastante complejo desde un punto de vista teórico hacer una predicción. … Por lo que incluso si la significación llega a 5 o 10 sigma, el Modelo Estándar puede que no sea descartado”.

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Science, su autor es Jon Cartwright.

Neutrinos en una cámara de burbujas © Crédito: Argonne National Laboratory

Artículo publicado por Eugene Samuel Reich el 22 de febrero de 2012 en Nature News

Descubiertas dos posibles fuentes de error.

La colaboración OPERA, que saltó a los titulares en septiembre con la afirmación revolucionaria de que había medido unos neutrinos viajando más rápido que la velocidad de la luz, ha identificado dos posibles fuentes de error en su experimento. De ser cierto, su resultado habría violado la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein, una piedra angular de la física moderna.

OPERA había recopilado datos que sugerían que los neutrinos generados en el CERN, cerca de Ginebra, y enviados a 730 km a los detectores del Laboratorio Nacional Gran Sasso, llegaban 60 nanosegundos antes de lo que un haz de luz necesitaría para viajar la misma distancia. Muchos físicos eran escépticos, pero la medida parecía realizada cuidadosamente y alcanzaba un nivel estadísticamente significativo.

Pero de acuerdo con un comunicado de OPERA que empezó a circular hoy, se han encontrado dos posibles problemas en su configuración. Como muchos físicos habían especulado que podría ser la causa, ambos están relacionados con el uso pionero en el experimento de señales del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) para sincronizar los relojes atómicos en cada extremo del haz de neutrinos. Primero, el paso del tiempo en los relojes entre la llegada de la señal sincronizada tiene que interpolarse y OPERA ahora dice que esto no se ha hecho de la forma adecuada. Segundo, hubo un posible fallo en la conexión entre la señal del GPS y el reloj maestro de OPERA.

Una fuente anónima habló con Science Insider y empezaron a aparecer las noticias de que OPERA podía haber cometido algún error. El informe dice que la conexión defectuosa puede tener en cuenta de manera exacta el efecto de los 60 nanosegundos. El comunicado oficial de OPERA no fue tan tajante, diciendo que en lugar de esto hay dos posibles fuentes de error que señalan en sentidos opuestos y que aún están trabajando en ello. El comunicado es el que sigue:

“La Colaboración OPERA, continuando con su campaña de verificación de las medidas de la velocidad de los neutrinos, ha identificado dos problemas que podrían afectar significativamente a los resultados de los que se informó. El primero está vinculado al oscilador usado para producir los eventos de marcas temporales entre las sincronizaciones GPS. El segundo punto está relacionado con la conexión de la fibra óptica que lleva la señal externa del GPS al reloj maestro de OPERA.

Estos dos problemas pueden modificar el tiempo de vuelo de los neutrinos en sentidos opuestos. Mientras continúan nuestras investigaciones, para cuantificar de manera inequívoca el efecto sobre el resultado observado, la colaboración tiene previsto realizar una nueva medida de la velocidad de los neutrinos tan pronto como esté disponible un nuevo haz en 2012. Pronto estará disponible para agencias y comités científicos un informe exhaustivo sobre las verificaciones y resultados mencionados anteriormente”.

Caren Hagner, miembro de OPERA de la Universidad de Hamburgo en Alemania, dice que: “Por el momento la colaboración decidió no hacer un comunicado cuantitativo, dado que tenemos que volver a comprobar y debatir los hallazgos con más detalle”.

En Fermilab, miembros de la colaboración MINOS siguen tratando de realizar sus propias medidas independientes sobre la velocidad de los neutrinos, y se espera que tengan los resultados iniciales a finales de año.

Más información:

Un Físico en Varsovia

Francis (th)E mule Science’s News

Migui.com

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Nature, el autor es Eugene Samuel.

Más sobre el tema en Pasa la vida:

• El experimento OPERA podría haber detectado neutrinos más rápidos que la luz

LHC © by µµ

Artículo publicado por Amy Dusto el 13 de febrero de 2012 en Symmetry Breaking.

Los científicos del CERN empezarán a hacer funcionar el Gran Colisionador de Hadrones a más energía que nunca cuando termine la parada técnica invernal a mediados de marzo, según anunció hoy el laboratorio en un comunicado de prensa.

Los científicos y la dirección del CERN tomaron la decisión de aumentar la energía del LHC de 7 a 8 TeV tras una reunión en Chamonix, Francia, que ha durado una semana.

Una mayor energía significa una mayor tasa de colisiones entre protones en el LHC. El equipo de operaciones predice que, con este aumento de energía, los experimentos del LHC deberían recopilar más del doble de datos en 2012 de los que tomaron en 2011. Este incremento de datos es significativo para la búsqueda del Higgs y debería dar suficientes datos para demostrar o excluir a finales de 2012 la existencia del Higgs.

Aumentar el ritmo de colisión provocará que se aumente, en general, el número de eventos físicos interesantes, aunque los científicos creen que tendrán que filtrarlos, a partir de una pila mayor que antes, de otros menos interesantes. El año pasado, por ejemplo, los físicos del experimento ATLAS vieron 15 eventos extra por cada por cada uno que merecía la pena estudiar. Ese número probablemente se duplicará este año.

Los científicos decidieron hacer funcionar el LHC hasta el momento a la mitad de la energía para la que está diseñada la máquina. Tomaron dicha decisión de funcionar a menor energía después de un accidente que tuvo lugar cuando se puso en marcha en 2008. Los imanes del acelerador funcionan en un estado superconductor y se enfrían con helio líquido. Los problemas con una interconexión entre imanes provocaron el calentamiento y rápida expansión del helio, desplazando aproximadamente unos 50 imanes. Para evitar el riesgo de otro cierre anual por reparaciones, los científicos reiniciaron en 2010 a 7 TeV.

Los operadores se sienten cómodos aumentando la potencia de la máquina tras un año 2011 de éxitos a 7 TeV, mejorando su comprensión de las interconexiones y completando más pruebas, dice Steve Myers, director de aceleradores y tecnología en el CERN. No aumentarán la energía hasta los 14 TeV hasta algún momento después de una parada más larga de unos 20 meses a finales de 2012.

Para los operadores de la máquina, el principal desafío de pasar a 8 TeV y trabajar con tasas de colisión más altas será reducir el tamaño de los haces de partículas en los puntos de colisión dentro del detector, dice Mike Larmont, líder del grupo de operaciones para el LHC y sus inyectores. Comprimir los haces en estos lugares requiere de una fineza y cuidado extremos.

La plétora de eventos de colisión proporcionará otro desafío para los experimentadores, hambrientos de datos como están. Para procesarlo todo, las colaboraciones usan sus propias simulaciones software, conocidas como Monte Carlos, por la ciudad famosa por sus juegos de azar. Las simulaciones usan la estadística para predecir los tipos de partículas que se crearán en las colisiones con distintas características en el LHC. Los científicos están revisando constantemente los algoritmos para mantener el ritmo de los cambios en las operaciones de la máquina.

Aunque las simulaciones son necesarias, reescribirlas y asegurar su precisión puede ser un gran desafío para los experimentos, dice el físico de ATLAS Bill Murray. El pasado septiembre su colaboración empezó a usar un nuevo conjunto de Monte Carlos. En tres meses y medio, fueron capaces de simular por completo un récord de 1500 millones de eventos. Pero el trabajo fue agotador y apenas terminó a tiempo para la actualización de diciembre del Higgs.

Ahora, con el inminente aumento de energía a 8 TeV, los científicos tendrán que luchar contra el mismo problema de ajustar el software y terminar los análisis para las conferencias del verano. Depurar y simular eventos no debería ser un problema; es cuestión de cuánto tiempo necesitará ese trabajo. Con la carrera por el Higgs en marcha, y la idea de que éste podría ser un año que merezca el Nobel, ningún físico de partículas quiere frenar. “Va a ser muy laborioso durante mayo y junio”, dice Murray. “Pero debería ser entretenido”.

El software usado por CMS, la otra colaboración en lucha por el descubrimiento, necesita sólo aproximadamente la mitad de potencia de procesado que el software de ATLAS, dice Murray. Puede que sea más fácil que CMS logre antes los resultados del Higgs, comenta – pero esto no evitará que su colaboración lo intente con más ganas que nunca.

“Para 2014 los inconvenientes [de tener que rehacer las Monte Carlos de la colaboración] deberían desaparecer”, dice Murray. “Por tanto, para mí, los inconvenientes son a corto plazo. Al final deberíamos terminar con más datos a una mayor energía, de forma que se abarque más física”.

Los haces empezarán a funcionar alrededor del 15 de marzo y las primeras colisiones a toda la energía prevista deberían verse tras tres semanas. La caza del Higgs y de otra física pasarán luego a su máxima potencia.

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Symmetry Breaking, la autora es Amy Dusto.

Simulación de una nube de gas aproximándose hacia el agujero negro que hay en el centro de la Vía Láctea: Crédito: ESO/MPE/Marc Schartmann

Utilizando el Very Large Telescope de ESO en Cerro Paranal (Chile), astrónomos han descubierto una nube de gas, varias veces más masiva que la Tierra, acercándose rápidamente hacia el agujero negro que yace en el centro de la Vía Láctea. Esta es la primera vez que se logra observar el acercamiento irreversible de una nube a un agujero negro supermasivo. Los resultados serán publicados en la edición del 5 de enero de 2012 de la revista Nature.

Como parte de un programa de observación que lleva 20 años usando telescopios de ESO para monitorear el movimiento de las estrellas alrededor del agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de nuestra galaxia (ver noticia anterior) [1], un equipo de astrónomos dirigido por Reinhard Genzel, del Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) de Garching, Alemania, descubrió un nuevo objeto que se acerca rápidamente al agujero negro.

En los últimos siete años, la velocidad de este objeto casi se ha duplicado, llegando a alcanzar más de 8 millones de km/h. Posee una órbita muy alargada [2] y a mediados de 2013 pasará a una distancia de tan sólo 40 mil millones de kilómetros del horizonte de suceso del agujero negro, a una distancia cercana a las 36 horas-luz [3]. En términos astronómicos, se trata de un encuentro muy cercano con un agujero negro supermasivo.

Esta una nube de polvo y gas ionizado, con una masa aproximadamente tres veces la de la Tierra, es mucho más fría que las estrellas circundantes (no supera los 280 grados Celsius), y está compuesta principalmente por hidrógeno y helio. La nube brilla a causa de la fuerte radiación ultravioleta de las estrellas calientes que la rodean en el sobrepoblado corazón de la Vía Láctea.

La actual densidad de la nube es mucho mayor que la del gas caliente que rodea al agujero negro. Pero a medida que la nube se acerca cada vez más a la bestia hambrienta, el aumento de la presión externa irá comprimiendo la nube. Al mismo tiempo, la enorme atracción gravitatoria del agujero negro, que tiene una masa cuatro millones de veces la masa del Sol, continuará acelerando el acercamiento de la nube y arrastrándola fuera de su órbita.

“La idea de un astronauta que al ir acercándose a un agujero negro se va estirando hasta parecer un espaguetti es muy común en la ciencia ficción. Pero ahora podemos ver que esto le sucede realmente a la nube recién descubierta. No va a sobrevivir esta experiencia“, explica Stefan Gillessen (MPE), el autor principal del artículo.

Los bordes de la nube ya están sufriendo perturbaciones y se espera que ésta colapse por completo durante los próximos años [4]. Los astrónomos han podido ver señales claras de un aumento de las perturbaciones en la nube entre 2008 y 2011.

También se espera que el material se vuelva mucho más caliente a medida que se acerque al agujero negro en 2013, incluso es probable que comience a emitir rayos-X. En la actualidad existe poco material cerca del agujero negro por lo que esta comida recién llegada se convertirá en el principal combustible para el agujero negro en los próximos años.

Una explicación para la formación de esta nube es que el material provendría de las cercanas estrellas jóvenes masivas que están perdiendo masa rápidamente debido a los fuertes vientos estelares. Estas estrellas literalmente lanzan su gas hacia afuera. La colisión de vientos estelares provenientes de un conocido sistema binario en órbita alrededor del agujero negro central podría haber impulsado la formación de la nube.

“Los próximos dos años serán muy interesantes y deberían proporcionarnos información muy valiosa sobre el comportamiento de la materia en torno a estos notables objetos masivos“, concluye Reinhard Genzel.

Notas

[1] El agujero negro en el centro de la Vía Láctea se conoce formalmente como Sgr A* (que se pronuncia estrella Sagitario A). Es el agujero negro supermasivo más cercano que se conoce y por lo tanto es el mejor lugar para estudiar los agujeros negro en detalle.

[2] Las observaciones se realizaron utilizando la cámara infrarroja NACO de óptica adaptativa y el espectrógrafo infrarrojo SINFONI, ambos instalados en el Very Large Telescope de ESO en Cerro Paranal, en Chile. El centro de la Vía Láctea se encuentra detrás de gruesas nubes de polvo que dispersan y absorben la luz visible, por lo es necesario observarlo en el rango infrarrojo donde las nubes son más transparentes.

[3] Una hora-luz es la distancia que viaja la luz en una hora. Es un poco más que la distancia entre el Sol y el planeta Júpiter en el Sistema Solar. Como referencia, la distancia entre el Sol y la estrella más cercana es de más de cuatro años-luz. La nube va a pasar a menos de diez veces la distancia entre el Sol y Neptuno del agujero negro.

[4] Este efecto es muy conocido en la física de fluidos y se puede ver cuando, por ejemplo, se vierte caramelo en un vaso con agua. El flujo de caramelo hacia abajo se verá afectado al tocar el agua y la gota se romperá, llegando a disolverse en el agua.

Información adicional

Este estudio fue presentado en el artículo “A gas cloud on its way towards the super-massive black hole in the Galactic Centre”, by S. Gillessen et al., que aparecerá en la edición del 5 de Enero de 2012 de la revista Nature.

El equipo está compuesto por S. Gillessen (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik [MPE], Alemania), R. Genzel (MPE; Department of Physics, University of California [UC], EE.UU.), T. Fritz (MPE, Alemania), E. Quataert (Department of Astronomy, UC, EE.UU.), C. Alig (Universitätssternwarte der Ludwig-Maximilians-Universität [LMU], Alemania), A. Burkert (MPE; LMU), J. Cuadra (Departamento de Astronomía y Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile), F. Eisenhauer (MPE), O. Pfuhl (MPE), K. Dodds-Eden (MPE), C. Gammie (Center for Theoretical Astrophysics, University of Illinois, EE.UU), T. Ott (MPE).

Enlaces

• Artículo Científico en Nature
• Página web de MPE sobre el Centro Galáctico
• Fotos de Paranal

Nota de prensa publicada en el portal del Observatorio Europeo Austral (ESO).

Si existe el esquivo bosón de Higgs, una partícula que los científicos se afanan en descubrir para completar el Modelo Estándar de Física de Partículas, su rango de masas está entre unos 115 y 130 gigaelectronvoltios (GeV). Esto supone un avance “significativo” en la búsqueda, según los investigadores de los experimentos CMS y ATLAS que hoy han presentado los datos en la sede de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). La comunidad científica confía en que a finales de 2012 quede aclarado si existe o no el bosón de Higgs.

Simulación del bosón de Higgs. Imagen: CERN/CPAN.

“Las colaboraciones ATLAS y CMS (los dos mayores experimentos del Gran Colisionador de Hadrones o LHC) han conseguido excluir con los datos coleccionados en 2011 masas del Higgs en el modelo estándar por encima de unos 127 GeV, lo cual representa un gran avance en esta búsqueda”, explica a SINC Juan Alcaraz, investigador principal del CIEMAT en el CMS.

Cintíficos de los experimentos ATLAS y CMS han presentado hoy en un seminario en el CERN el estado de su búsqueda del bosón de Higgs que predice el Modelo Estándar de Física de Partículas. Sus resultados se basan en el análisis de una cantidad de datos considerablemente mayor que la de los resultados que se presentaron en las conferencias del pasado verano, cantidad suficiente para hacer progresos significativos en la búsqueda del bosón de Higgs, pero no para hacer una afirmación rotunda sobre la existencia o no de esta elusiva partícula.

“En el intervalo de masas 114-127 GeV, ambas colaboraciones ven ligeros excesos, particularmente en el canal de desintegración de dos fotones y para masas en la zona 124-126 GeV, pero la cantidad de datos recogidos hasta la fecha no es suficiente para poder determinar si se trata realmente de la partícula Higgs o de simples fluctuaciones estadísticas algo superiores a lo esperado”, aclara Alcaraz.

El investigador contextualiza el avance: “Estas fluctuaciones son del orden de unas 2-3 desviaciones estándar, y la práctica común en el caso de descubrimiento de nuevas partículas dicta la observación de al menos 5 desviaciones estándar, lo que aseguraría que se trata de un exceso estable. Cabe destacar que hay pocas diferencias entre las capacidades de ATLAS y CMS en cuanto a la detección del Higgs se refiere. Las fluctuaciones estadísticas en esta búsqueda son en este momento más importantes que pequeñas diferencias en las características de cada experimento”.

La conclusión principal

De momento, la principal conclusión es que si existe el bosón de Higgs su rango de masas más probable está entre 116 y 130 GeV, según el experimento ATLAS, y entre 115 y 127 GeV, según CMS. Ambos experimentos han visto indicios en la misma región de masas, pero no lo bastante sólidos para ser considerados un descubrimiento.

El bosón de Higgs, de existir, tiene una duración muy breve y se desintegra en muchas formas distintas. Su descubrimiento se basa en observar las partículas en las que se desintegra más que el propio bosón de Higgs. Tanto ATLAS como CMS han analizado varios canales de desintegración, y han visto pequeños excesos en la región de baja masa donde la presencia del bosón de Higgs aún no había sido excluida.

Por separado, ninguno de estos excesos es más significativo estadísticamente que lanzar un dado y sacar dos seis consecutivos. Lo interesante es que hay diferentes medidas independientes que señalan a la región entre 124 y 126 GeV. Es aún muy pronto para decir si ATLAS y CMS han descubierto el bosón de Higgs, pero estos resultados actualizados están generando un gran interés en la comunidad científica de física de partículas.

“Hemos restringido la región de masas más probable para el bosón de Higgs de 116 a 130 GeV, y en las últimas semanas hemos empezado a ver un fascinante exceso de eventos en el rango de masas alrededor de 125 GeV”, explica la portavoz del experimento ATLAS Fabiola Gianotti. “Este exceso puede deberse a una fluctuación, pero también podría ser algo más interesante. En este punto no podemos concluir nada. Necesitamos estudiar más datos. Dado el excepcional funcionamiento del LHC este año, no tendremos que esperar mucho para tener datos suficientes y esperamos resolver este puzle en 2012”.

“No podemos excluir la presencia del bosón de Higgs del Modelo Estándar entre 115 y 127 GeV debido a un modesto exceso de eventos en esta región de masa que aparece, bastante consistentemente, en cinco canales de desintegración diferentes”, señala el portavoz de CMS, Guido Tonelli. “El exceso es más compatible con un bosón de Higgs del Modelo Estándar en la proximidad de los 124 GeV y por debajo, pero la significancia estadística no es lo suficientemente grande como para decir algo concluyente. Lo que vemos hoy es consistente tanto con una fluctuación de fondo o con la presencia del bosón. Análisis más refinados y los datos adicionales que aporte el LHC en 2012 darán definitivamente una respuesta”.

Despejar la incógnita en 2012

En los próximos meses, ambos experimentos refinarán aún más sus análisis de cara a las conferencias de invierno de física de partículas previstas para marzo. Sin embargo, una declaración definitiva sobre la existencia o no del bosón de Higgs requerirá más datos, y no es probable que se produzca hasta el final del año que viene.

“El próximo paso es el análisis de los datos que el LHC proporcionará en 2012, entre 10 y 20 femtobarn inversos, esto es, de dos a cuatro veces la cantidad de datos actual, y esta nueva muestra debería permitir confirmar o refutar la existencia de este exceso”, adelanta Alcaraz. “En el caso de confirmarse la existencia de una señal, el paso siguiente sería determinar con mayor precisión si la cantidad de sucesos es consistente con lo predicho por el Modelo Estándar, cuál es su masa y otras propiedades (¿es realmente su espín cero?). Pero si se confirma que se trata de una simple fluctuación estadística, la búsqueda proseguiría hasta la masa más baja posible (114 GeV)”.

Si no se observara el bosón de Higgs, se continuaría la búsqueda en otros modelos. En muchos de los modelos populares que lo extienden, se espera no ya un sólo campo de Higgs, sino al menos dos, con una posible reducción de la cantidad de sucesos esperados. El Higgs podría tener también acoplos diferentes a otras partículas, de tal forma que los canales considerados como más probables pudieran no serlo en realidad.

Incluso bajo la hipótesis de una ausencia completa de señal en el intervalo de masas 114-600 GeV, es ineludible la presencia de algo con propiedades semejantes al bosón de Higgs. Su ausencia a baja masa se manifestaría entonces en el LHC como un incremento detectable de la producción de pares de bosones a altas energías de colisión y posiblemente daría lugar a nuevas estructuras en el espectro de masas en la zona de los miles de GeV.

La llave de Higgs para el Modelo Estándar

El Modelo Estándar es la teoría que los físicos usan para describir el comportamiento de las partículas fundamentales y las fuerzas que actúan entre ellas. Describe la materia ordinaria de la cual estamos compuestos nosotros y todo lo observable. Sin embargo, no describe el 96% del universo, que es invisible. Uno de los objetivos principales del programa de investigación del LHC es ir más allá de este modelo, y el bosón de Higgs podría ser la llave.

Este bosón confirmaría esta teoría, presentada por primera vez en la década de los sesenta, pero podría tomar otras formas relacionadas con teorías que van más allá. Un bosón de Higgs dentro del Modelo Estándar podría seguir señalando a nueva física mediante sutilezas en su comportamiento que sólo surgirían después de estudiar un gran número de desintegraciones de esta partícula.

Pero si estuviera fuera, la ausencia del bosón de Higgs del Modelo Estándar señalaría enormemente la presencia de nueva física en el rango de energía para el que está diseñado el LHC, 14 TeV (teraelectronvoltios), que se espera alcanzar después de 2014. Tanto si ATLAS y CMS muestran en los próximos meses que el bosón de Higgs del Modelo Estándar existe o no, el programa del LHC está abriendo el camino a una nueva física.

“Sea cual sea la continuación, no cabe duda que el LHC representará un gran gran primer paso en la comprensión de ese concepto tan natural pero a la vez tan oscuro: la masa”, concluye Juan Alcaraz.

Los misterios del bosón de Higgs

El bosón de Higgs es la única partícula aún no descubierta del denominado modelo estándar. Es una partícula sumamente especial, esencial en el Modelo Estandar para explicar la unificación entre fuerzas electromagnéticas y débiles, así como la existencia de partículas con masa, tal y como observamos en el universo que nos rodea. Su búsqueda en el LHC se ha focalizado en la región de masas comprendida entre 114 y 600 giga-electrón voltios (GeV), siendo 1 GeV aproximadamente la masa de un protón. La masa de

114 GeV corresponde al límite inferior establecido por los experimentos de LEP, el gran colisionador electrón-positrón del CERN, que ocupó en el pasado el túnel que ahora ocupa el LHC. La masa de 600 GeV corresponde al límite a partir del cual se considera que el Higgs no se puede tratar como una partícula propiamente dicha, al tener una probabilidad de desintegración excesivamente elevada, así como la masa a partir de la cual aparecerían dificultades de interpretación dentro del modelo estándar. La luminosidad integrada que han coleccionado los experimentos ATLAS y CMS, cercana a los 5 femtobarn inversos, ya es suficiente para realizar una búsqueda eficiente del bosón de Higgs en el intervalo de masas citado. (Para hacernos una idea, un femtobarn inverso representa algo cercano a unos 300 millones de sucesos analizados en un detector como CMS.)

El Higgs es una partícula inestable, que se desintegra inmediatamente en otras partículas en el mismo punto de colisión de protones. Dependiendo de la hipótesis de masa estudiada, hay canales de desintegración más convenientes que otros. En el intervalo de masas por encima de 130-140 GeV, los canales más eficaces par la búsqueda corresponden a la desintegración del Higgs en pares de bosones W ó Z, con posterior descomposición en cuatro leptones o dos leptones y dos quarks.

En el intervalo de baja masa, 114-130 GeV, el canal más prometedor es la desintegración del Higgs en un par de fotones que, si bien es una canal poco probable, está mucho menos afectado por procesos de fondo que otros. Hay que destacar que estos análisis buscan señales de unas decenas de sucesos sobre un total de millones y que, incluso después de aplicar criterios de selección estrictos, se termina buscando un pequeño exceso sobre un fondo de centenas o miles de sucesos.

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Participación española

Desde la puesta en marcha del detector ATLAS, donde participan 3.000 científicos de 174 instituciones procedentes de 38 países, investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València; el Institut de Fisica d’Altes Energies (IFAE), consorcio entre la Generalitat de Catalunya y la Universitat Autònoma de Barcelona; el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (CNM‐IMB‐CSIC); y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), participan activamente en la operación y mantenimiento de los detectores, con una fuerte presencia en las actividades de alineamiento y calibración.

Dentro del amplio programa de investigación del LHC, los grupos españoles en ATLAS participan en  un gran número de líneas de investigación en el análisis de los datos, que cubren muchos de los temas a priori más interesantes del programa del LHC. En particular, en el caso de la búsqueda del bosón de Higgs del Modelo Estándar, los grupos han estudiado diferentes estados finales resultado de la desintegración de la partícula de Higgs en dos fotones, dos leptones taus, y dos bosones Z o W.

Por su parte, en CMS, donde participan 3.000 científicos de 172 institutos en 40 países, están presentes grupos experimentales del Instituto de Física de Cantabria (IFCA), centro mixto CSIC-Universidad de Cantabria; la Universidad de Oviedo; el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT); y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), que participan en la búsqueda del bosón de Higgs. Destaca la relevante participación de los investigadores de la Universidad de Oviedo y del IFCA en el análisis del canal de desintegración del bosón de Higgs en bosones WW, y de los investigadores del CIEMAT en el canal de desintegración en bosones ZZ, ambos muy relevantes en esta búsqueda y que han sido claves para excluir que su masa se encuentre entre 127 y 600 GeV.

La participación de los grupos de investigación españoles en el LHC cuenta con el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación a través del Programa Nacional de Física de Partículas y del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider-Ingenio 2010 cuyos principales objetivos son la promoción y coordinación científica de la participación española en proyectos internacionales, el desarrollo de actividades comunes de I+D y la formación e incorporación a los grupos de nuevos investigadores y técnicos. El CPAN pretende consolidar estas actuaciones mediante la constitución de un centro en red de carácter permanente, análogo a los existentes en otros países de nuestro entorno.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

Teoría de Cuerdas © by trailfan

Artículo publicado por Kate McAlpine el 6 de diciembre de 2011 en physicsworld.com

Unos investigadores en Japón han desarrollado lo que puede ser el primer modelo de Teoría de Cuerdas con un mecanismo natural  para explicar por qué nuestro universo parece existir en tres dimensiones espaciales, cuando en realidad tiene seis más. De acuerdo con su modelo, sólo tres de las nueve dimensiones empezaron a crecer en el inicio del universo, teniendo en cuenta tanto la continua expansión del universo como su naturaleza aparentemente tridimensional.

La Teoría de Cuerdas es una potencial “teoría del todo”, unificando todas las fuerzas y materia en un único marco de trabajo teórico, el cual describe el nivel fundamental del universo en términos de cuerdas vibrantes en lugar de partículas. Aunque el marco de trabajo puede incorporar de forma natural la gravedad incluso a nivel subatómico, éste implica que el universo tiene algunas propiedades extrañas, tales como nueve o diez dimensiones espaciales. Los teóricos de cuerdas han abordado este problema encontrando formas de “compactificar” seis o siete de estas dimensiones, o hacerlas menguar tanto que no las notemos. Por desgracia, Jun Nishimura de la Organización para la Investigación en el Acelerador de Alta Energía (KEK) en Tsukuba dice que: “Hay muchas formas de lograr un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, y las distintas formas llevan a físicas distintas”. La solución no es lo bastante única como para producir predicciones útiles.

Estos esquemas de compactificación se estudian a través de la Teoría de la Perturbación, en la cual se suman todas las posibles formas en las que pueden interactuar las cuerdas para describir la interacción. Sin embargo, ésto sólo funciona si la interacción es relativamente débil, con una jerarquía distinta en la probabilidad de cada posible interacción. Si la interacciones entre las cuerdas son más fuertes, con múltiples resultados igualmente probables, la Teoría de la Perturbación deja de funcionar.

La matriz permite interacciones más fuertes

Las cuerdas que interaccionan débilmente no pueden describir los inicios del universo con sus altas energías, densidades y temperaturas, por lo que los investigadores han buscado una forma de estudiar cuerdas que afecten con fuerza a otras. Para este fin, algunos teóricos de cuerdas han tratado de reformular la teoría usando matrices. “La descripción de cuerda surge en las matrices en el límite de tamaño infinito de una matriz”, dice Nishimura. Pueden describirse cinco firmas de la Teoría de Cuerdas con la Teoría de la Perturbación, pero sólo una tiene una forma matricial completa – la Tipo IIB. Algunos incluso especulan con que la matriz Tipo IIB en realidad describe la Teoría M, la cual se cree que es la versión fundamental de la Teoría de Cuerdas que unifica los cinco tipos conocidos.

El modelo desarrollado por Sang-Woo Kim de la Universidad de Osaka, Nishimura, y Asato Tsuchiya de la Universidad de Shizuoka describe el comportamiento de cuerdas que interaccionan con fuerza en nueve dimensiones espaciales más una temporal, o 10 dimensiones. Al contrario que la Teoría de la Perturbación, los modelos de matrices pueden simularse numéricamente en ordenadores, solventando algunas notables dificultades de los cálculos de la Teoría de Cuerdas. Aunque las matrices tendrían que ser infinitamente grandes para tener un modelo perfecto, se restringieron a tamaños desde 8×8 hasta 32×32 en la simulación. Los cálculos usando las matrices más grandes necesitaron más de dos meses en una supercomputadora, dice Kim.

Las propiedades físicas del universo aparecen en medias tomadas sobre cientos o miles de matrices. Las tendencias que surgieron del tamaño cada vez mayor de la matriz permitieron al equipo extrapolar cómo se comportaría el modelo del universo si las matrices fuesen infinitas. “En nuestro trabajo, nos centramos en el tamaño del espacio como una función del tiempo”, dice Nishimura.

‘El nacimiento del universo’

Los tamaños limitados de las matrices indican que el equipo no puede ver mucho más allá del inicio del universo en su modelo. Hasta donde saben, empezó como un espacio de nueve dimensiones simétrico, con cada dimensión midiendo 10^-33 cm. Ésta es una unidad fundamental de longitud conocida como longitud de Planck. Tras el paso de algo de tiempo, las interacciones en las cuerdas provocaron que la simetría del universo se rompiese de forma espontánea, causando que tres de las nueve dimensiones se expandiesen. Las otras seis quedaron comprimidas en la longitud de Planck. “La época en la que se rompe la simetría es el nacimiento del universo”, dice Nishimura.

“El artículo es notable debido a que sugiere que realmente hay un mecanismo para obtener de forma dinámica cuatro dimensiones a partir de un modelo de matriz de 10 dimensiones”, dice Harold Steinacker de la Universidad de Viena en Austria.

Hikaru Kawai de la Universidad de Kioto en Japón, que trabajó junto a Tsuchiya y otros para proponer el modelo de matriz IIB en 1997, también está muy interesado en la “clara señal de un espacio-tiempo de cuatro dimensiones”. “Sería un gran paso adelante hacia la comprensión del origen de nuestro universo”, comenta. Aunque encuentra que la evolución temporal del universo del modelo es demasiado simple y diferente de la Teoría General de la Relatividad, dice que la nueva dirección abierta por este trabajo “merece la pena investigarse intensamente”.

¿Emergerá el Modelo Estándar?

El equipo aún tiene que demostrar que el Modelo Estándar de la física de partículas se mostrará en este modelo, a energías mucho más bajas que este estudio inicial de los mismos inicios del universo. Si es capaz de salvar este obstáculo, el equipo puede usarlo para explorar la cosmología. En comparación con los modelos perturbativos, dice Steinacker, “este modelo debería ser mucho más predictivo”.

Nishimura espera que mejorando tanto el modelo como la simulación software, el equipo pueda ser pronto capaz de investigar la inflación en los inicios del universo o la densidad de distribución de materia, resultados que podrían evaluarse contra la distribución de densidad del universo real.

La investigación se describe en un próximo ejemplar de Physical Review Letters y hay un borrador disponible en arXiv:1108.1540.

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Physics World, su autora es Kate McAlpine.