lunes, 23 de junio de 2014

Nuevo paso hacia la «domesticación» del bosón de Higgs


El hallazgo permite saber que la «partícula de Dios» puede descomponerse tanto en bosones como en fermiones.

Por primera vez, un grupo de investigadores del experimento CMS, uno de los cuatro principales de que consta el Gran Colisionador de Partículas del CERN, en Ginebra, ha conseguido hallar una prueba del decaimiento de un bosón de Higgs en fermiones, la familia de partículas que forma la materia sólida. Antes de este hito, un bosón de Higgs solo podía ser detectado tras su desintegración en otros bosones, partículas portadoras de energía.
«Se trata de un enorme paso adelante», explica el profesor Vincenzo Chioccia, del Instituto de Física de la Universidad de Zurich y cuyo grupo ha participado en el análisis de los datos. «Ahora sabemos que el Higgs puede descomponerse tanto en bosones como en fermiones, lo que significa que podemos descartar ciertas teorías que sostenían que el Higgs no podía emparejarse con fermiones». En el mundo de las partículas subatómicas, los fermiones forman la materia y los bosones son los portadores de las diferentes fuerzas de la Naturaleza que actúan entre los fermiones.
Según predice el modelo Estándar de la Física de Partículas (el «catálogo» de todas las diferentes «piezas» que forman la materia, la energía y sus propiedades teóricas), la fuerza con la que un bosón de Higgs interactúa con los fermiones debe ser proporcional a su masa. «Y esa predicción se ha confirmado -asegura Chioccia-. Lo cual constituye una fuerte indicación de que la partícula descubierta en 2012, se comporta, efectivamente, tal y como la teoría propone que debería comportarse el bosón de Higgs».

Análisis de experimentos del LHC

Los investigadores analizaron los datos de varios experimentos del LHC llevados a cabo entre 2011 y 2012, en los que se hallaron evidencias de que el Higgs, tras su extremadamente corta vida, podía también desintegrarse en quarks «abajo» y leptones tau, partículas que pertenecen, ambas, a la familia de los fermiones.
Los resultados revelan que la acumulación de estos decaimientos se produce alrededor de una masa concreta de la partícula de Higgs, 125 gigaelectronvoltios (GeV), con un nivel de certeza de 3,8 sigma. Lo cual significa que la probabilidad de que las mediciones no se deban en realidad al decaimiento del Higgs, sino a fluctuaciones de fondo, son apenas de una contra 14.000. En física de partículas, sin embargo, se necesita una certeza 5 sigma para confirmar un descubrimiento.

Es la «partícula de Dios»

Los investigadores de la Universidad de Zurich analizaron los datos de tres procesos diferentes de la desintegración del bosón de Higgs en leptones tau. Dada la extrema brevedad de la existencia del Higgs (1.56×10−22 segundos), éste no puede ser detectado de forma directa, sino a través de los elementos en los que decae. Los quark «abajo» y las partículas tau, sin embargo, sí que viven el tiempo suficiente (aunque también muy breve) como para ser medidas directamente por los detectores del experimento CMS.
El hito alcanzado por los investigadores es una nueva confirmación de que la partícula hallada en 2012 es, efectivamente, el bosón de Higgs, y que además éste se comporta exactamente como predicen los modelos teóricos. Un nuevo paso, pues, hacia la «domesticación» del Higgs.

lunes, 16 de junio de 2014

Mapa de calor de APOD

por APOD Heatmap
Créditos de imagen: Stuart Lowe,LCOGT/Virtual Sky

La primera APOD (Astronomica Picture Of the Day, en español Observatorio) apareció hace 19 años.
Para celebrarlo, hoy APOD ofrece un  mapa de calor de todo el cielo de los (casi) 19 años de APOD.
En este  mapa , cuanto más brillante es una región, más 'apods' ha habido.
Al hacer clic en un lugar del mapa, aparece una página con enlaces a todos los 'apods' que hay cerca. 
Quienes hacemos el APOD agradecemos nuevamente el apoyo continuado a nuestros lectores,
a la NASA , los astrofotógrafos, los  voluntarios que la traducen diariamente a más de 20 idiomas,
 los  voluntarios que mantienen los más de 20 sitios mirror de APOD, los voluntarios que responden
 las preguntas y administran el  foro de discusiones de APOD y los voluntarios que mantienen y
actualizan el APOD en las  redes sociales y en lasaplicaciones para móviles.


domingo, 1 de junio de 2014

Space-based experiment could test gravity's effects on quantum entanglement

BEC orbits

In the proposed experiment, two entangled BECs in separate satellites begin by moving in the same circular orbit (small orbit in the illustration). Then one of them undergoes an acceleration in order to change to a different circular orbit by means of an elliptical transfer orbit. The change in gravity is predicted to cause a degradation of the entanglement between the BECs. Credit: Bruschi, et al. ©2014 IOP Publishing Ltd


(Phys.org) —Physicists are continually looking for ways to unify the theory of relativity, which describes large-scale phenomena, with quantum theory, which describes small-scale phenomena. In a new proposed experiment in this area, two toaster-sized "nanosatellites" carrying entangled condensates orbit around the Earth, until one of them moves to a different orbit with a different gravitational field strength. As a result of the change in gravity, the entanglement between the condensates is predicted to degrade by up to 20%. Experimentally testing the proposal may be possible in the near future.

The paper, which is published in a recent issue of the New Journal of Physics by David Edward Bruschi, et al., theoretically demonstrates how relativistic effects impact the quantum world.
"Our work shows that it is possible to test gravitational effects, which are thought to affect classical systems at large and very large scales, with genuinely (small) entangled quantum systems," Bruschi told Phys.org. "Our results aid the understanding of the effects of  on entanglement, an important resource for quantum information processing. Since we lack a  that merges  and relativity, our work can help direct future theoretical and experimental efforts that investigate quantum effects at large scales."
Besides being of fundamental interest, understanding how  and other relativistic features affect  will help physicists develop  for space-based applications. In a sense, space-based quantum technologies will take classical space-based technologies such as GPS into the quantum regime. It's well-known that GPS satellites require relativistic corrections to accurately determine time and position, and the same will hold true for quantum technologies.
While GPS is widespread, however, quantum technologies have not yet been developed for the space environment, although several ideas have been proposed. While most of these proposals fall under the framework of the theory of quantum mechanics, the new proposal differs in that is developed within the framework of quantum field theory. This theory merges quantum theory and relativity in the sense that matter and radiation are quantized, while space time is treated as a classical background. The physicists here argue that quantum field theory provides a better model for understanding the effects of gravity on quantum properties.

Using a quantum field theory framework, the physicists have expanded upon previous research that showed that changes in acceleration affect entanglement. Due to the equivalence principle, this means that changes in gravity should also affect entanglement.
This is exactly what the physicists found in their analysis. Their proposed experiment involves two space experimentalists, whom the scientists call Valentina and Yuri—named after Valentina Tereshkova and Yuri Gagarin, the first woman and man to go to space. Valentina and Yuri each prepare a Bose-Einstein condensate (BEC), an ultracold group of atoms occupying their lowest energy state, which allows quantum effects to become visible on the macroscopic scale. The BECs' phonon modes are then entangled with each other.
Each BEC, which together with its enclosing and maintaining apparatuses has a volume of 0.5 liters, is then loaded onto its own 20 cm x 20 cm nanosatellite. Currently, researchers are working on the CanX 4 and CanX 5 nanosatellites with these dimensions. The nanosatellites start out by moving in the same circular orbit but in opposite directions. Then one of them receives a "velocity kick"—a change in velocity that moves it to an elliptical orbit. After navigating half of this new orbit, a second velocity kick puts the satellite into another circular orbit, different from the first one. Now the two satellites are in different orbits.
The degradation of entanglement between the BECs is expected to occur immediately after the orbit-hopping BEC undergoes its first change in velocity, and can be observed any time that BEC is moving in a different orbit. Although detecting entanglement between the phonon modes in BECs has not yet been achieved, it is currently a topic of great interest and may be possible in the near future. Since CanX 4 and CanX 5 are designed to determine positions with an accuracy of cm, even a small change in orbit should lead to an observable effect on the initial quantum entanglement.
Although entanglement can suffer a relatively large degradation due to a change in gravity, there is a bright side to the effect. The researchers also found that the strength of the entanglement oscillates periodically with respect to the gravitational difference between the two orbits. This means that it may be possible to find a situation in which  is not degraded by accurately controlling the satellites' positions. This is one way in which the results will allow researchers to maximize the potential uses of future space-based quantum technologies.
"I believe that our results can be employed to develop future quantum communication and positioning technologies, ultraprecise accelerometers and navigation systems which would benefit from our better understanding of the interplay between quantum physics and relativity theory," Bruschi said.
In the future, the researchers plan to further investigate both the fundamental and practical aspects of quantum and relativistic effects.
"My goal is to develop space-based relativistic quantum technologies that will exploit both quantum and relativistic effects to bring the game to the next level," Bruschi said. "I believe that there is much to learn about the overlap of quantum mechanics and relativity theory at large scales and that the applications can be far reaching: from providing a theoretical basis for future space technologies to deepening our understanding of the laws of nature."
May 30, 2014 by Lisa Zyga



More information: David Edward Bruschi, et al. "Testing the effects of gravity and motion on quantum entanglement in space-based experiments." New Journal of Physics. DOI: 10.1088/1367-2630/16/5/053041



Read more at: http://phys.org/news/2014-05-space-based-gravity-effects-quantum-entanglement.html#jCp

Source: http://phys.org/news/

Viaje hacia el infinito

Recreación artística de la sonda Voyager 1.
Recreación artística de la sonda Voyager 1. NASA
Los trabajadores de la NASA la llaman «el centro del Universo». Se trata de la sala de control del Jet Propulsion Laboratory (JPL) en Pasadena (California, EEUU), el lugar desde el que se controlan de forma permanente las naves espaciales que surcan nuestro Sistema Solar y, desde el verano de 2012, incluso el espacio interestelar que hay fuera de él. La sonda robótica Voyager 1 (viajero en inglés) fue lanzada en 1977 y es el primer objeto creado por el hombre que ha salido del Sistema Solar.
Haciendo honor a su nombre, lo consiguió tras completar un extraordinario periplo durante el cual visitó la Luna, Júpiter y Saturno. En 1989, puso rumbo hacia el espacio interestelar. Más de 19.019 millones de kilómetros recorridos...Y sumando. Porque su misión, que inicialmente iba a durar un lustro, cumplirá 37 años el 5 de septiembre.
«En principio nuestro plan es que la nave siga volando hasta 2025. Es posible que podamos ampliar su misión otros diez años más, hasta 2035, aunque esto todavía es incierto», explica Joseph Lazio, director científico de la Red del Espacio Profundo de la NASA (Deep Space Network, DSN), durante una entrevista con EL MUNDO en Madrid.
La DSN, operada desde la sala de control del JPL, del Instituto de Tecnología de California, es una red internacional de antenas gigantes de radio construidas para que los científicos e ingenieros puedan comunicarse con las naves que exploran el espacio profundo. A través de ellas, envían comandos a las sondas y se transmiten las fotografías y la información que recaban sus instrumentos. «Todos los datos que recibimos de las sondas espaciales nos llegan a través de esta red», señala.
Una de las razones de la visita de Joseph Lazio a nuestro país es, precisamente, conmemorar el 50 aniversario de este sistema científico de comunicaciones, el mayor del mundo, que tiene en Robledo de Chavela (Madrid) uno de sus tres complejos. Los otros están en Goldstone (EEUU) y en Canberra (Australia). Su ubicación geográfica no se ha elegido al azar. Las estaciones están separadas unos 120º en longitud con el objetivo de que todas las naves puedan mantener contacto en cualquier momento con algún centro, con independencia de la rotación de la Tierra. Por ejemplo, la estación madrileña, que hasta 1984 estuvo en Fresnedillas de la Oliva, fue la que recibió en 1969 las primeras palabras de Neil Armstrong desde la Luna.
En cuanto tiene ocasión, Lazio enciende su portátil para mostrar la página web de la DSN donde cualquier internauta puede ver qué nave está siendo rastreada en ese momento desde cada una de las tres estaciones. Durante la entrevista, el complejo de Robledo está comunicándose con dos naves. Una de ellas es Voyager 1.
«Mientras estamos aquí hablando, la antena de Madrid está siguiendo el rastro de una nave espacial que está fuera de nuestro Sistema Solar, la que más lejos ha llegado de las que hemos lanzado», destaca Lazio, doctor por la Universidad de Cornell. «La señal que recibimos de ella es muy débil debido a la enorme distancia a la que se encuentra y a su energía limitada», señala. Además, la mayor parte de sus instrumentos no funcionan o están desconectados para ahorrar energía.
Para poder realizar estas llamadas a muy larga distancia, además de disponer de antenas de hasta 70 metros de diámetro, partes de los componentes electrónicos terrestres se mantienen a muy bajas temperaturas para aumentar su sensibilidad.
En los tres complejos de la red DSN hay entre cuatro y seis antenas de tres tamaños (26, 34 y 70 metros de diámetro), que también se usan para realizar observaciones de radioastronomía y radar que están ayudando a los investigadores a comprender mejor el Sistema Solar.
Joseph Lazio, director de la Red del Espacio Profundo de la NASA, en...
Joseph Lazio, director de la Red del Espacio Profundo de la NASA, en el Planetario de Madrid.
Voyager 1 no está sola en su misión. Tiene una sonda gemela, Voyager 2, que fue lanzada también durante el verano de 1977 (unos días antes, el 20 de agosto) y que podría salir también del Sistema Solar. Aunque menos mediática, su trayectoria no es menos impresionante: no sólo visitó Júpiter y Saturno, como su hermana, sino que una vez que la misión estaba en marcha y, viendo que los objetivos iniciales estaban cumplidos, los científicos de la NASA no pudieron resistir la tentación de ampliar su misión. Así, en 1986, Voyager 2 se convirtió en la primera sonda que visitaba Urano. Tres años después, volvía a registrar una nueva hazaña al acercarse por primera vez a Neptuno.
El lanzamiento de las naves, que se alimentan de baterías nucleares (llevan plutonio-238), se produjo en los 70 para aprovechar una alineación favorable de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno que sólo se produce cada 175 años aproximadamente. Gracias a esa configuración y a las rutas establecidas para aprovechar las fuerzas gravitatorias, que ayudan a las naves a impulsarse y les permite ir de un planeta a otro sin necesidad de llevar a bordo sistemas de propulsión muy potentes, el viaje a Neptuno, por ejemplo, se redujo de 30 a 12 años.
Aunque Voyager 1 supuestamente salió del Sistema Solar en agosto de 2012, la NASA tardó un año en confirmar este logro histórico: «Hemos sido prudentes porque estábamos ante uno de los hitos más importantes en la Historia de la exploración», declaraba en septiembre de 2013 Ed Stone, el jefe científico de la misión. Básicamente, necesitaban tener más datos sobre el plasma (gas ionizado) que había en el entorno, pues ese es el marcador más importante del que disponían para determinar si Voyager 1 seguía dentro de la enorme burbuja solar denominada Heliosfera (que se encuentra bajo la influencia del viento solar y alberga a los planetas del Sistema Solar), o se encontraba ya en el medio interestelar, rodeado de material expulsado por estrellas gigantes hace millones de años.
Y es que, una de las cuestiones más interesantes que ha planteado esta misión ha sido establecer esos límites: ¿Dónde acaba el Sistema Solar? El límite de esa burbuja (o Heliosfera) se denomina Heliopausa y, teóricamente, marca la frontera entre nuestro sistema planetario y el espacio interestelar. O dicho de otra forma, el límite de la influencia del Sol. Voyager 1 salió de la Heliopausa en agosto de 2012 y siguió su viaje por nuestra galaxia, la Vía Láctea. Su gemela entró en ese espacio fronterizo en 2007.
El contador de kilómetros de ambas naves se actualiza al segundo en la web de la NASA, mientras las sondas continúan su viaje hacia el infinito. Pero para los científicos lo más importante de esta misión no es el destino, sino el viaje en sí mismo. Porque más allá del récord de distancia recorrida, lo que importa es el récord de descubrimientos realizados. Y probablemente, dice la NASA, Voyager ha sido la misión que más resultados científicos ha logrado. La propia agencia espacial afirma que es difícil resumirlos.
Una de las mayores sorpresas fue el descubrimiento de vulcanismo activo en Io, una luna de Júpiter. Fue la primera vez que un volcán activo es observado en otro cuerpo de nuestro Sistema Solar. Ha sido también la primera misión que ha llegado a Urano y a Neptuno, y la segunda en visitar Júpiter y Saturno. En total, las sondas han descubierto un total de 23 lunas de planetas del Sistema Solar que hasta ahora eran desconocidas. Además, han obtenido los primeros perfiles detallados de las atmósferas de Saturno, Urano y Neptuno y los datos recabados por ellas han permitido entender mejor las características de la atmósfera de Júpiter. También realizaron mediciones sobre sus magnetosferas (la región alrededor de un planeta en la que el campo magnético forma una especie de escudo protector contra las partículas de alta energía procedentes del Sol). Las naves gemelas permitieron, asimismo, observar en detalle los anillos de Saturno, descubrir los anillos de Júpiter y ofrecer imágenes detalladas de los de Urano y Neptuno.
Aprovechando el viaje, y por si durante su periplo se encontraran con algún extraterrestre, las naves llevan a bordo sendos discos, bautizados como The Golden Record. Contienen 115 imágenes y una selección de sonidos de la naturaleza y música de distintas épocas y estilos que pretenden ofrecer una muestra de la diversidad de vida y cultura de la Tierra. Fueron elegidas por un comité creado por la NASA y liderado por el mítico cosmólogo y divulgador Carl Sagan, investigador de la Universidad de Cornell. También incluyeron saludos grabados en 55 idiomas y un mensaje del presidente Jimmy Carter, que gobernaba EEUU cuando se lanzó la misión.
El objetivo es mostrar cómo es la Tierra y su historia a otra civilización extraterrestre inteligente que pudiera encontrar en el futuro estos discos de gramófono, que están convenientemente protegidos por una carcasa metálica a prueba de las duras condiciones que hay en el espacio profundo. La idea generalizada es que hay muy pocas posibilidades de que estos discos, que Sagan comparaba con «una botella dentro del océano cósmico», lleguen a manos de extraterrestres. Pero por si acaso, se incluyen instrucciones.
Entre los más optimistas figuran los científicos del SETI, el Instituto para la Búsqueda de Vida Inteligente Extraterrestre, que desde la Tierra intentan localizar señales alienígenas utilizando grandes antenas. Sobre la posibilidad de que los científicos del SETI puedan llegar a contactar con alguna de estas civilizaciones, Lazio, que tiene una amplia experiencia como investigador en algunos de los mayores radiotelescopios terrestres, señala: «No sabemos si hay vida ahí fuera, pero sabemos cómo enviar señales de radio de gran potencia. Las usamos, por ejemplo, para rastrear aviones, y podemos enviar señales fuera de nuestro planeta. Y, si hay vida ahí fuera y están haciendo lo mismo...¿Es posible encontrar señales de vida extraterrestre? Creo que sí. Pero si no buscamos seguro que no encontramos, así que considero que debemos buscar».
De lo que ya no hay duda es de la gran variedad de mundos que hay fuera del Sistema Solar. Gracias a los telescopios espaciales y terrestres y usando técnicas de detección indirectas, en pocos años han sido localizados más de un millar de exoplanetas o planetas extrasolares de distintos tamaños orbitando estrellas muy diversas. «Durante milenios, la gente no sabía que había otros planetas. Cuando yo era pequeño, no se sabía que había planetas fuera de nuestro Sistema Solar. Ahora estamos descubriendo miles de ellos. Es increíble», reflexiona.
«¿Pueden albergar vida? Desde un punto de vista científico, no lo sabemos. El nuestro es, de momento, el único en el que la hay. Pero algunos están en la zona habitable de su estrella [a una distancia que teóricamente les permitiría tener agua líquida] ¿Es posible que la alberguen? Sí. Y es extremadamente emocionante plantearnos esta cuestión. Claramente va a ser uno de los focos de investigación en todo el mundo».
Pero incluso los planetas extrasolares que orbitan las estrellas más cercanas a nosotros se encuentran a enormes distancias de la Tierra. Sobre la viabilidad de enviar en el futuro una nave no tripulada capaz de explorar uno de estos sistemas, Lazio considera que «probablemente es posible. Sin embargo, incluso aunque lo fuera, sería muy caro, así que habría que valorar si merece la pena. En 15 o 20 años, cuando sepamos más sobre estos planetas que orbitan estrellas como el Sol, y con los avances tecnológicos, quizás merezca la pena».
Fuente: http://www.elmundo.es

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