Se observan, tal vez, extrañas fluctuaciones cuánticas del espacio vacío

Artículo publicado por Adrian Cho el 1 de octubre de 2015 en Science Magazine

El espacio vacío es de todo menos vacío, de acuerdo con la mecánica cuántica: en lugar de la nada, bulle con partículas cuánticas que aparecen y desaparecen continuamente. Ahora, un equipo de físicos afirma haber medido directamente dichas fluctuaciones, sin perturbarlas o amplificarlas. Sin embargo, otros dicen que no está claro qué mide exactamente el nuevo experimento — que podría encajar con un fenómeno que se origina en el famoso principio de incertidumbre de la mecánica cuántica.

“Existen muchos experimentos que han observado los efectos indirectos de las fluctuaciones del vacío”, señala Diego Dalvit, teórico en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México, que no estuvo implicado en el trabajo actual. “si éste [nuevo experimento] es correcto, sería la primera observación directa de [las fluctuaciones] de campo”.

Experimento sobre fluctuaciones del vacío Crédito: Adaptado de C. RIEK ET AL., SCIENCE (2015)

Gracias al principio de incertidumbre, el vacío bulle con pares de partículas-antipartículas que aparecen y desaparecen. Incluyen, entre muchos otros, los pares electrón-positrón y pares de fotones, que son sus propias antipartículas. Normalmente, esas partículas “virtuales” no pueden captarse directamente. Pero, como un fantasmal coro griego, ejercen sutiles influencias sobre el mundo “real”.

Por ejemplo, los fotones virtuales que aparecen y desaparecen constantemente producen un campo eléctrico fluctuante. En 1947, los físicos encontraron que el campo cambia los niveles de energía de un electrón dentro de un átomo de hidrógeno y, por tanto, el espectro de radiación que emite el átomo. Un año más tarde, el teórico holandés Hendrik Casimir predijo que el campo también ejercería una sutil fuerza sobre dos placas de metal separadas por un pequeño espacio, comprimiéndolas hasta unirlas. Esto se debe a que el campo eléctrico debe desaparecer en la superficie de las placas, por lo que sólo ciertas ondas del campo eléctrico pueden encajar entre ambas placas. Por contra, más ondas pueden empujarlas desde el exterior ejerciendo una fuerza neta. El efecto Casimir se observó por primera vez en 1997.

Pero ahora, Claudius Riek, Alfred Leitenstorfer, y sus colegas de la Universidad de Konstanz, en Alemania, dicen que han observado directamente esas fluctuaciones del campo eléctrico, cartografiando su influencia sobre una onda de luz. El experimento se basa en una técnica desarrollada para estudiar un pulso de luz más largo usando uno más corto disparando ambos simultáneamente a través de un cristal (ver diagrama de arriba). El pulso “de bombeo” más largo se polariza horizontalmente, lo que significa que el campo eléctrico en él oscila hacia los lados. El pulso “de sondeo” más corto se polariza verticalmente. Sin embargo, las propiedades del cristal dependen del campo eléctrico del mismo, por lo que el haz de bombeo provoca un cambio en la polarización del haz de sondeo que surge a partir del cristal trazando un patrón elíptico. Ajustando la sincronización de los pulsos, los investigadores pueden usar el efecto de polarización para cartografiar las oscilaciones del campo eléctrico en la onda de bombeo.

Pero las propias fluctuaciones del vacío afectarán al cristal y, por tanto, a la polarización del pulso de sondeo, señala Leitensdorfer. Por tanto, para medir las fluctuaciones del campo del vacío, “sólo pusimos el pulso de sondeo, y nada más”. De media, la polarización del pulso de sondeo aislado permaneció vertical. Pero a lo largo de muchas repeticiones variaba ligeramente, y este ruido era la señal de las fluctuaciones del vacío, según dice el equipo.

Observar el efecto no es una hazaña menor, dado que la polarización también varía debido a los cambios aleatorios del número de protones de cada pulso, o “ruido de disparo”. Para distinguir entre ambos, los físicos variaron la duración y anchura del pulso, pero no el número de fotones en el mismo. El ruido de disparo debería mantenerse constante, mientras que el ruido debido a las fluctuaciones cuánticas debería menguar conforme el pulso aumenta. Los investigadores apreciaron un cambio en el ruido, un efecto que atribuyen a las fluctuaciones del vacío.

Algunos físicos se cuestionan lo que realmente mide el nuevo experimento, no obstante. Los investigadores asumen que las propiedades ópticas fluctuantes del cristal reflejan las fluctuaciones del vacío, señala Steve Lamoreaux, físico de la Universidad de Yale y uno de los primeros en observar el efecto Casimir. Pero las variaciones en las propiedades ópticas del cristal podrían tener otro origen, como las fluctuaciones térmicas. “Las propiedades del material fluctuarán por sí mismas”, apunta, por tanto “¿cómo atribuir estas fluctuaciones sólo al vacío?”.

Además, el grupo de Leitenstorfer no es el primero en estudiar directamente tales fluctuaciones. En 2011, Christopher Wilson, físico en la Universidad de Waterloo, en Canadá y sus colegas, informaron en Nature de que habían aumentado las fluctuaciones del vacío y las habían convertido en fotones reales. En principio, esto puede hacerse acelerando un espejo que se mueve adelante y atrás hasta casi la velocidad de la luz. Wilson usó una analogía más práctica: un sistema en el cual la longitud efectiva de una pequeña cavidad superconductora podría modificarse electrónicamente. Leitenstorfer señala que el nuevo experimento se diferencia del de Wilson en que no requiere la amplificación de las fluctuaciones. Wilson responde que: “Aunque estoy de acuerdo en que es una diferencia, no creo que sea fundamental”.

Leitenstorfer sostiene que el nuevo trabajo ofrece un avance cualitativo sobre los anteriores. “Claramente, hemos dado un paso adelante en comparación con el resto en lo que respecta a medir la amplitud del campo eléctrico del vacío cuando fluctúa en el espacio y el tiempo”, señala. Otros no parecen tan seguros de ello

Fuente: http://www.cienciakanija.com/2015/11/28/se-observan-tal-vez-extranas-fluctuaciones-cuanticas-del-espacio-vacio/

Más pruebas para apoyar la ‘acción fantasmal a distancia’

Artículo publicado por Adrian Cho el 28 de agosto de 2015 en Science News

Es uno de los conceptos más extraños en el ya de por sí extraño campo de la física cuántica: medir la condición, o estado, de una partícula cuántica como un electrón puede cambiar instantáneamente el estado de otro electrón, incluso si se encuentra a años luz de distancia. Esta idea molestaba a Albert Einstein y otros, dado que sugería que algo puede viajar más rápidamente que la luz, y que la realidad, de algún modo, está determinada por las medidas que realizamos. Pero ahora, un equipo de experimentadores dice que ha cerrado el caso para este concepto, sellando una de las fisuras de anteriores demostraciones.

Entrelazamiento cuántico

“Éste es un artículo de referencia en la física cuántica”, expresa Howard Wiseman, físico de la Universidad Griffith en Nathan, Australia, que no estuvo implicado en el trabajo. “A partir de ahora no puede quedar ninguna duda razonable de que el mundo físico es profundamente diferente de nuestras intuiciones cotidianas”. Christopher Ferrie, físico de la Universidad de Sídney en Australia, señala que para muchos físicos, el problema ya se zanjó hace tiempo.”Si haces una encuesta entre los físicos de mi generación, o posteriores, no se inmutarán por ello”, comenta. El verdadero avance, especifica, está en la apertura del camino para las tecnologías de comunicación cuántica ultraseguras.

El experimento lo realizaron Ronald Hanson, físico de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, y sus colegas. Hanson declinó debatir sobre el artículo, que se publicó en el servidor de arXiv, dado que aún está bajo revisión por una revista que aún no se ha hecho pública.

El experimento implica un concepto conocido como entrelazamiento. Imagina un electrón. Al igual que una peonza, puede girar en un sentido (arriba) o en otro (abajo). Extrañamente, la teoría cuántica dice que el electrón puede también girar en los dos sentidos a la vez, aunque si lo mides, el estado cuántico “colapsará” de modo que tendrás al electrón girando en uno u otro sentido con igual probabilidad. Cómo se realiza esta medida es importante. De acuerdo con la teoría cuántica, no se puede simplemente leer el espín directamente; tienes que usar un analizador que puede fijarse, como el dial de una radio, hacia una orientación particular para ver si el electrón está girando en un sentido o en el contrario. En el caso del giro en ambos sentidos, fijar el analizador verticalmente lleva al electrón a colapsar en el resultado 50-50.

Aún más extraño es que dos electrones pueden entrelazarse de tal modo que el espín de cada electrón es totalmente desconocido, pero los dos están completamente vinculados y correlacionados entre sí. Supón que Alice y Bob comparten dos electrones entrelazados y cada uno tiene un analizador configurado verticalmente. Si Alice mide su electrón y encuentra que gira hacia arriba, sabrá instantáneamente que el de Bob gira hacia abajo, incluso si Bob está en otra galaxia. Esta “acción fantasmal a distancia” fue una molestia para Einstein, dado que sugiere que la onda cuántica que describe el colapso de los electrones viaja a una velocidad superior a la de la luz. También sugiere que la “realidad” del estado de giro de un electrón, la que puede conocerse del mismo, no está determinada hasta que se mide el electrón y la onda cuántica colapsa.

Einstein encontró esta idea difícil de aceptar. En lugar de esto, defendía que la mecánica cuántica estaba incompleta; básicamente, que existían “variables ocultas” codificadas en cada electrón pero fuera del ámbito de la teoría, que determinaban el resultado de la medida de Bob. Este concepto obvia el colapso a una velocidad superior a la de la luz, debido a que el factor de determinación viaja junto con el electrón de Bob. También se burla de la idea de que la medida revela algún aspecto del mundo que existe de manera independiente al mismo, de la misma forma que asumimos que existe el color de una pelota de tenis antes de mirarla.

Sin embargo, en 1964, el teórico británico John Bell encontró una forma de poner a prueba la diferencia entre el colapso de la onda cuántica y las variables ocultas. De acuerdo con la teoría cuántica, si Alice y Bob inclinan sus analizadores en ángulos diferentes, deberían dejar de ver esa correlación perfecta en sus medidas. Por ejemplo, supón que Alice mantiene su analizador vertical, y Bob inclina el suyo 45º. Entonces, si Alice halla que su electrón gira hacia arriba, la probabilidad de que Bob encuentre que su electrón gira hacia abajo, definida su nueva orientación, es de sólo el 71%. Bell imaginó que Alice y Bob variaron repetidamente la orientación de sus analizadores. Demostró matemáticamente que las variables ocultas generarían correlaciones más débiles que un cierto límite, definido en una fórmula conocida como desigualdad de Bell. El colapso de las ondas cuánticas podría arrojar correlaciones superiores. La fórmula ofreció una prueba fiable para determinar si las variables ocultas estaban realmente ahí.

Bell también explicó que el colapso de las ondas a velocidad superior a la de la luz no violaría necesariamente la prohibición de la relatividad respecto al viaje supralumínico. Dado que Alice no puede controlar el resultado de su medida, no puede usarla para enviar información a Bob más rápidamente que la luz. Ella y Bob simplemente pueden confirmar la correlación después del hecho. Esta es actualmente la interpretación estándar de la relatividad.

En la década de 1970, los experimentadores empezaron a tomar medidas diseñadas para ver si la desigualdad de Bell se mantenía. Consistentemente encontraron correlaciones más fuertes de lo que permitían las variables ocultas. Esos resultados, en general, convencieron a los físicos de que Einstein estaba equivocado. O las ondas cuánticas deben colapsar más rápidamente que la luz, o los resultados de las medidas no podían estar predeterminados por variables ocultas: hasta que no se realiza una medida sobre un electrón que gira en ambos sentidos, literalmente gira en ambos sentidos.

Sin embargo, realizar una prueba irrefutable del teorema de Bell es complejo, y en los últimos años los físicos se han preocupado por los “resquicios” que permitirían que algún otro efecto aparte del colapso instantáneo de la onda cuántica distorsionase los resultados. Ahora, Hanson y otros 18 colegas afirman hacer realizado la primera prueba sin fisuras del teorema de Bell.

Para poner a pruebas la idea de Bell, los físicos deben asegurarse de que no hay otra influencia aparte de las propias medidas que pueden viajar entre los electrones en el tiempo que se tarda en realizar las medidas. Esto es un toda una hazaña, dado que la luz viaja a 299 792 kilómetros por segundo. Hanson y sus colegas separaron las dos estaciones con sus electrones 1,28 kilómetros en el campus de Delft. Esto les daba 4,27 microsegundos para realizar ambas medidas antes de que una señal a la velocidad de la luz llegase de una estación a la otra.

Los investigadores aún tenían que entrelazar los electrones separados. Para hacer esto, primero entrelazaron cada electrón con el estado de un fotón que luego enviaron a través de una fibra óptica a una tercera estación entre las dos primeras. Sólo si los dos fotones llegaban simultáneamente e interferían entre sí de la forma adecuada, los electrones quedaban entrelazados a través de un proceso conocido como transferencia de entrelazamiento. Menos de uno de cada 150 millones de pares de fotones registraron la señal de interferencia correcta. Aun así, los investigadores pudieron empezar las medidas sobre los electrones antes del encuentro entre los fotones, y revisar posteriormente los datos para hallar los intentos que funcionaron. En el borrador informan de 245 ensayos con éxito tras 22 horas de toma de datos.

Finalmente, los físicos tienen que cerrar la fisura que se abre si no pueden leer fiablemente el estado de los electrones. Un error en dicha medida podría oscurecer las verdaderas correlaciones entre los espines de los electrones. Para superar este obstáculo, el equipo de Hanson usó electrones individuales atrapados en defectos de tamaño atómico en diamantes enfriados casi al cero absoluto. En estos defectos, los electrones pueden mantener fácilmente sus delicados espines y pueden ser manipulados con microondas y luz. Los físicos midieron el espín de cada electrón con una eficacia superior al 95%.

Con ambas fisuras cerradas, los investigadores ven una clara violación de la desigualdad de Bell, torpedeando las variables ocultas de Einstein y reivindicando el colapso de la onda cuántica. “La única preocupación significativa que se puede tener sobre este artículo es el pequeño conjunto de datos, lo que significa que el resultado no está tan asentado como idealmente nos gustaría”, comenta Wiseman. “Pero estoy seguro de que esto se rectificará pronto”.

Siempre es posible inventarse nuevos y alocados resquicios, señala Ferrie. Pero el experimento cierra los que podrían usarse para atacar ciertas tecnologías cuánticas en desarrollo, tales como los esquemas usados para entrelazar partículas para distribuir de forma segura claves para codificar mensajes secretos en lo que se conoce como “distribución de claves cuánticas independientes del dispositivo”. “Es un hito técnico enorme” dice Ferrie, “y un requisito previo para muchas futuras tecnologías cuánticas, que estamos seguros de que permitirán el estudio y una final comprensión de una nueva física”.

Fuente: http://www.cienciakanija.com/2015/09/07/mas-pruebas-para-apoyar-la-accion-fantasmal-a-distancia/

Takaaki Kajita: “La red de telescopios Cherenkov será clave en astrofísica de altas energías”

El japonés que este año ha sido laureado con el Nobel de Física participó el viernes en la ceremonia de primera piedra del mayor telescopio Cherenkov del hemisferio norte. Es el prototipo del LST, de 23 metros de diámetro, en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma.

1 / 1

De izquierda a derecha, Takaaki Kajita, director del Institute for Cosmic Ray Research (ICRR Tokio) y Juan Carlos Pérez Arencibia, administrador del Observatorio del Roque de los Muchachos. Créditos: Antonio González/IAC.

Japón y España fueron los protagonistas del acto celebrado el pasado viernes en La Palma, donde se presentó el prototipo del LST, siglas en inglés del Large Size Telescope. Con sus 23 metros de diámetro, será el mayor telescopio Cherenkov del hemisferio norte. A la ceremonia, que tuvo lugar en el Observatorio del Roque de los Muchachos, asistió el nuevo Nobel de Física, el japonés Takaaki Kajita, director del Institute for Cosmic Ray Research en Tokio.

Takaaki Kajita, que comparte el premio Nobel con Arthur B. McDonald por su descubrimiento de la oscilación de los neutrinos, afirmó que la red de telescopios Cherenkov (CTA, por sus siglas en inglés), “será el proyecto científico clave en el campo de la astrofísica de altas energías y rayos cósmicos, y debería llevarse a cabo con un esfuerzo común”.

Permitirá la búsqueda de materia oscura y el estudio de la posible estructura cuántica del espacio-tiempo

Las dimensiones del telescopio LST son enormes. Además del gran espejo, la cámara con la que se detecta la luz de los rayos gamma es de 3 metros de diámetro y es una de las más complejas y rápidas del mundo. Esta cámara se ensamblará y pondrá a punto en el Institut de Física d’Altes Energies con tecnología desarrollada en todos los grupos españoles que forman parte de la colaboración.

Una ventana al universo más violento y extremo

El prototipo del telescopio LST, que servirá para validar los telescopios de gran formato de CTA, podría convertirse en el primer telescopio de esta red cuando se concluya el acuerdo para que CTA-Norte se instale en la isla de La Palma. CTA será una nueva gran infraestructura científica equipada con un centenar de telescopios repartidos en dos observatorios (norte y sur), en la que participan más de treinta países y unos 1.500 científicos e ingenieros. Su objetivo es el estudio de la astrofísica de rayos gamma de muy alta energía, que permite conocer el universo más violento y extremo.

Los telescopios Cherenkov no detectan directamente los rayos gamma, sino sus efectos cuando interaccionan con las partículas de la atmósfera terrestre generando una cascada electromagnética. Este tipo de radiación permite estudiar los procesos físicos que liberan más energía en el universo, entre los que se encuentran las explosiones de supernova, los agujeros negros, los microcuásares, los núcleos activos de galaxias y los estallidos de rayos gamma. Permitirá la búsqueda de materia oscura y el estudio de la posible estructura cuántica del espacio-tiempo.

Representación artística de los cuatro LST propuestos para CTA-Norte. Crédito: IFAE, Consorcio CTA.

Amplia participación española

España y Japón son, junto con Alemania, los mayores contribuyentes del consorcio LST, en el que también participan Francia, Italia, Brasil, Suecia, India y Croacia. En España forman parte de la colaboración el Institut de Física d’Altes Energies, el Institut de Ciencies de l’Espai, el Centro de Investigaciones Medioambientales y Tecnológicas, el Institut de Ciencies del Cosmos y la Universidad Complutense de Madrid.

España y Japón son, junto con Alemania, los mayores contribuyentes del consorcio

Durante la ceremonia, Fernando Clavijo, presidente del Gobierno de Canarias, descubrió una placa conmemorativa con el diseño y las principales características del telescopio. En ella intervinieron, además de Kajita, Rafael Rebolo, director del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC); Martín Taño, alcalde de Garafía; Anselmo Pestana, presidente del Cabildo de La Palma; Carmen Vela, secretaria de Estado de Investigación, Desarrollo e Innovación y Kazuhiko Koshikawa, embajador de Japón.

El investigador principal del telescopio, Masahiro Teshima (miembro del ICRR Tokio y director del Instituto Max Planck de física de Múnich) y Manel Martínez (miembro del IFAE, presidente del comité directivo del LST) explicaron las principales características del telescopio y su importancia en la investigación de los rayos gamma cósmicos.

De izquierda a derecha, Fernando Clavijo, presidente del Gobierno de Canarias; Masahiro Teshima, miembro del ICRR Tokio y director del Instituto Max Planck de física de Múnich; Carmen Vela, secretaria de Estado de Investigación, Desarrollo e Innovación; Francisco Sánchez, director fundador del IAC; Anselmo Pestana, presidente del Cabildo de La Palma; y Martín Taño, alcalde de Garafía; observan la placa conmemorativa de la primera piedra del prototipo del LST. Créditos: Antonio González/IAC

Fuente: http://www.agenciasinc.es/Noticias/Takaaki-Kajita-La-red-de-telescopios-Cherenkov-sera-clave-en-astrofisica-de-altas-energias

Nobel de Física para dos pioneros en el estudio de los neutrinos, las partículas elementales más escurridizas

Premio Nobel de Física para dos pioneros en el estudio de las partículas elementales de la materia

Los neutrinos saltaron a la fama hace tres años, cuando un equipo de científicos sugirió que viajaban más rápido que la luz, poniendo en entredicho la Teoría de la Relatividad. Nuevos experimentos demostraron pronto que los científicos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) que llevaron a cabo esas mediciones estaban equivocados. Sus sorprendentes resultados, que apuntaban a que los neutrinos eran 60 nanosegundos más veloces que la luz, se debieron a un error. Albert Einstein seguía teniendo razón.
Pese al fiasco, estas escurridizas y abundantes partículas elementales no han perdido un ápice de interés para los científicos. De hecho, han sido las protagonistas del Nobel de Física 2015, que ha sido concedido a los dos investigadores que descubrieron las oscilaciones de los neutrinos y demostraron que estas partículas tienen masa (durante mucho tiempo se pensó que no la tenían). El japonés Takaaki Kajita y el canadiense Arthur B. McDonald comparten este año el prestigioso galardón.
El mundo está lleno de neutrinos. Están por todas partes, aunque no podamos verlos o sentirlos (por eso también se les conoce como partículas fantasma). Después de los fotones (partículas de luz), son los más abundantes en el cosmos. La Tierra está siendo constantemente bombardeada por ellos.

Partículas camaleónicas

Su origen es diverso. Muchos se forman a partir de reacciones entre la radiación cósmica y la atmósfera terrestre. Otros tienen su origen en las reacciones nucleares que tienen lugar en el interior del Sol. Tras décadas de estudio, los científicos averiguaron que son partículas camaleónicas, es decir, se transforman durante su viaje a la Tierra, o como dicen los investigadores, cambian de identidad. Y si sabemos todo esto, es en gran parte gracias a Takaaki Kajita y Arthur B. McDonald.
«Para entender las oscilaciones de neutrinos, uno de los campos más activos en la Física de Partículas, es necesario saber que hay tres identidades de neutrinos: electrónica, muónica y tauónica. Si no tuviera masa, un neutrino creado con una identidad la mantendría durante toda su existencia», explica José Ignacio Crespo Anadón, investigador del CIEMAT, el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas.

El detector Super-Kamiokande de Japón. ICRR

Durante la rueda de prensa que ofreció el martes por la mañana desde su casa, McDonald, que sigue activo a sus 73 años, calificó como un «momento Eureka» la captura de neutrinos en el Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO), construido en las profundidades de una mina de Ontario.
Y es que para poder detectarlos e investigar su naturaleza, ha sido necesario disponer de grandes detectores subterráneos, donde se han desarrollado los experimentos liderados por los dos premiados: el detector Super-Kamiokande de Japón, y el SNO de Canadá. Instalaciones que Michel Sorel, investigador del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto de la Universidad de Valencia y del CSIC, define como «catedrales de la física».
Corría el año 1998 cuando Takaaki Kajita presentó su descubrimiento de que los neutrinos parecían sufrir una metamorfosis cuando eran detectados en el Super-Kamiokande.
Posteriormente, el equipo que Arthur B. McDonald lidera en Canadá demostró que los neutrinos que proceden del Sol no desaparecen durante su viaje a la Tierra. Los capturaron cuando llegaron al Observatorio de Neutrinos Subdury, aunque vieron que habían sufrido una metamorfosis. Así, los científicos pudieron resolver el puzle de los neutrinos.
«Fue un juego de equipo. Los japoneses detectaron la anomalía y los canadienses la explicaron», resume el luxemburgués Michel Sorel, que considera que se trata de un «Nobel hipermerecido».
«Interaccionan de manera muy débil. Aunque hay miles de millones de neutrinos, atraviesan todo sin dejar casi señal. Por eso, para observar una fracción muy pequeña de los neutrinos que llegan hacen falta detectores muy grandes», explica María Chamizo, investigadora del CIEMAT y del experimento CMS del gran detector LHC del CERN.
«Son las partículas más ligeras que conocemos. Y sospechamos que el hecho de que sean tan poco masivas puede estar relacionado con una física que va más allá del Modelo Estándar, que es una teoría que se ha desarrollado a lo largo del siglo pasado y de este, y que lo explica todo. Sin embargo, sabemos que faltan cosas. Y estamos buscando precisamente esas desviaciones», explica Juan José Hernández, director del IFIC e investigador del telescopio de neutrinos KM3NET, que está siendo desplegado en Sicilia y el sur de Francia. «Los neutrinos son el primer indicio de que hay física más allá del Modelo Estándar», añade. «Sospechamos que los neutrinos guardan información sobre la asimetría que hay en el Universo entre materia y antimateria», señala.
Estas partículas también tienen implicaciones para la cosmología y la astrofísica: «Los primeros neutrinos se produjeron durante el Big Bang, por lo que contienen información de los primeros instantes del Universo y de cómo ha evolucionado, pues se producen también en otras reacciones, en el Sol, en explosiones de supernova...», señala Chamizo. La investigadora considera que el Nobel de este año, que se suma al que hace dos años premió a Peter Higgs y François Englert por la teoría del bosón de Higgs, «es un reconocimiento al trabajo de los físicos de partículas».
Pero sobre los neutrinos todavía planean muchos interrogantes, y para responderlos, dice Juan José Hernández, en los últimos años han surgido gran cantidad de experimentos:«Desconocemos todavía muchas cosas. Por ejemplo, su masa. Sabemos que son ligerísimos pero no sabemos cuánto. También desconocemos su naturaleza, ¿es su propia antipartícula», enumera.
El lunes se falló el Premio de Medicina, que ha sido otorgado a William C. Campbell y Satoshi Omura por descubrir una nueva terapia contra infecciones de lombrices redondas (nemátodos) y Youyou Tu por desarrollar un tratamiento novedoso contra la malaria.

LOS PREMIADOS

Takaaki Kajita. Nacido en 1959 en la ciudad de Higashimatsuyama, Japón. Se doctoró en 1986 en la Universidad de Tokio. Es director del Instituto para la Investigación de la Radiación Cósmica y profesor de la Universidad de Tokio. Arthur B. McDonald. Nació en 1943 en Sydney, Canadá. Se doctoró en 1969 en el Instituto de Tecnología de California, en Pasadena, EEUU. Actualmente es profesor emérito en la Universidad de Queen, en Kingston, Canadá.

Fuente: http://www.elmundo.es/ciencia/2015/10/06/5613975c22601dd4168b457d.html

Materia Oscura: experimento Xenon 100 todavía no ha encontrado Wimps

Tenemos indicios muy serios de la existencia de materia oscura. Pero los teóricos de la cosmología y la astrofísica no duermen muy tranquilos porque no han sido capaces de detectar directamente en la Tierra estas partículas. Uno de los experimentos dedicados a buscar la materia oscura es el Xenon 100. Hay dos maneras de hacerlo. Ya sea por la exhibición de los mismos con las colisiones del acelerador, como es el LHC, omediante su detección con experiencias enterradas para protegerlas del ruido de fondo de los rayos cósmicos.

Hay muchos posibles candidatos como partícula de materia oscura y no se excluye que este última esté compuesto por una mezcla de varias partículas de diferentes extensiones del modelo estándar. Desde la supersimetría, hablamos a menudo del neutralino pero también del gravitino, la pareja supersimétrica del gravitón. Otro candidato sugerido con frecuencia es el hipotético axión. Por lo general también, hablamos de un gran grupo de partículas recogidas bajo la denominación Wimps (acrónimo de Weakly Interacting Massive ParticleS).

Una colisión Wimp con un núcleo provoca su movimiento en una red cristalina y por lo tanto la formación de un fonón. Un Wimp también puede robar un electrón de un átomo. Hay varias formas posibles de desencadenar procesos físicos que faciliten la detección directa de un Wimpo en la Tierra. © cdms.berkeley.edu

En cualquier caso, la interacción es tan baja que la detección de un Wimp es un verdadero reto. Debido a su baja señal, se debe reducir drásticamente el ruido de fondo, es decir, el flujo de partículas ordinarias de los rayos cósmicos o neutrones que pasan por ahí para asegurarse de que no lo estamos confundiendo con un Wimpo. Por otra parte, el flujo y la probabilidad de una interacción centre un Wimp y la materia son bajos, el detector es más masiva, más la probabilidad de observar una colisión, un evento que en la jerga de los físicos, es importante.

Cien días a 1,4 kilómetros bajo la roca

Por ello, los físicos del proyecto Xenon, basan sus experiencias (como su nombre indica) en xenón líquido, han planificado varios detectores que contengan más del líquido. Xenon 100 utiliza cerca de 62 kilos de xenón y el dispositivo se encuentra en un laboratorio subterráneo del Gran Sasso.

Durante casi cien días, de enero a junio de 2010, el detector ha registrado con paciencia acontecimientos como las emisiones de fotones y electrones, que, para algunos de ellos, están involucrados en las colisiones de la materia normal con Wimps. Algunas señales que se han producido son perfectamente compatibles con las fluctuaciones estadísticas.

No hay evidencia de la existencia de partículas de materia oscura, pero sólo nuevas restricciones a las teorías pueden explicar su naturaleza. Los físicos tienen un plan para aumentar la cantidad de xenón líquido hasta llegar a varias toneladas en los próximos años.

Fuente: http://kerchak.com/

The tumultuous heart of our Galaxy

This new image, from work led by Dr Gabriele Ponti and published in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, shows the powerful remnants of dead stars and their mighty action on the surrounding gas from ESA's XMM-Newton X-ray observatory, revealing some of the most intense processes taking place at the centre of our galaxy, the Milky Way.

The central regions of our galaxy, the Milky Way, seen in X-rays by ESA’s XMM-Newton X-ray observatory. This image portrays powerful remnants of dead stars and their mighty action on the surrounding gas, showing us an unprecedented view of the Milky Way's energetic core. It was put together in a new study by compiling all observations of this region that were performed with XMM-Newton, adding up to over one month of monitoring in total. The image combines data collected at energies from 0.5 to 2 keV (shown in red), 2 to 4.5 keV (shown in green) and 4.5 to 12 keV (shown in blue). It spans about 2.5º across, equivalent to about one thousand light-years. Credits: ESA/XMM-Newton/G. Ponti et al. 2015The bright, point-like sources that stand out across the image trace binary stellar systems in which one of the stars has reached the end of its life, evolving into a compact and dense object – a neutron star or black hole. Because of their high densities, these compact remnants devour mass from their companion star, heating the material up and causing it to shine brightly in X-rays.

The central region of our galaxy also contains young stars and stellar clusters, and some of these are visible as white or red sources sprinkled throughout the image, which spans about one thousand light-years.

Most of the action is occurring at the centre, where diffuse clouds of gas are being carved by powerful winds blown by young stars, as well as by supernovas, the explosive demise of massive stars.

The supermassive black hole sitting at the centre of the Galaxy is also responsible for some of this action. Known as Sagittarius A*, this black hole has a mass a few million times that of our Sun, and it is located within the bright, fuzzy source to the right of the image centre.

While black holes themselves do not emit light, their immense gravitational pull draws in the surrounding matter that, in the process, emits light at many wavelengths, most notably X-rays. In addition, two lobes of hot gas can be seen extending above and below the black hole.

Astronomers believe that these lobes are caused either directly by the black hole, which swallows part of the material that flows onto it but spews out most of it, or by the cumulative effect of the numerous stellar winds and supernova explosions that occur in such a dense environment.

This image, showing us an unprecedented view of the Milky Way's energetic core, was put together in a new study by compiling all observations of this region that were performed with XMM-Newton, adding up to about one and a half monthsof monitoring in total.

The large, elliptical structure to the lower right of Sagittarius A* is a super-bubble of hot gas, likely puffed up by the remnants of several supernovas at its centre. While this structure was already known to astronomers, this study confirms for the first time that it consists of a single, gigantic bubble rather than the superposition of several, individual supernova remnants along the line of sight.

Another huge pocket of hot gas, designated the 'Arc Bubble' due to its crescent-like shape, can be seen close to the image centre, to the lower left of the supermassive black hole. It is being inflated by the forceful winds of stars in a nearby stellar cluster, as well as by supernovae; the remnant of one of these explosions, a candidate pulsar wind nebula, was detected at the core of the bubble.

The central regions of our galaxy, the Milky Way, seen in X-rays by ESA’s XMM-Newton X-ray observatory. This image combines data collected at energies that correspond to the light emitted by heavy elements such as silicon and argon, which are produced primarily in supernova explosions, as well as other narrow energy bands. It spans about 2.5º across, equivalent to about one thousand light-years. Credits: ESA/XMM-Newton/G. Ponti et al. 2015The rich data set compiled in this study contains observations that span the full range of X-ray energies covered by XMM-Newton; these include some energies corresponding to the light emitted by heavy elements such as silicon, sulphur and argon, which are produced primarily in supernova explosions. By combining these additional information present in the data, the astronomers obtained another, complementary view of the Galactic Centre, which reveals beautifully the lobes and bubbles described earlier on.

In addition, this alternative view also displays the emission, albeit very faint, from warm plasma in the upper and lower parts of the image. This warm plasma might be the collective macroscopic effect of outflows generated by star formation throughout this entire central zone.

Another of the possible explanations for such emission links it to the turbulent past of the now not-so-active supermassive black hole. Astronomers believe that, earlier on in the history of our galaxy, Sagittarius A* was accreting and ejecting mass at a much higher rate, like the black holes found at the centre of many galaxies, and these diffuse clouds of warm plasma could be a legacy of its ancient activity.

 Fuente: http://www.ras.org.uk/news-and-press

Dos experimentos se adentran en el lado oscuro del universo

1 / 1

Experimento para medir la fuerza entre una esfera de aluminio y átomos de cesio en la cámara de vacío de un interferómetro atómico. / Holger Müller

Si la energía oscura se esconde en forma de partículas hipotéticas llamadas ‘camaleones’, investigadores de la Universidad de California en Berkeley (EE UU) tratan de sacarlas a la luz. Son una de las candidatas para explicar la energía oscura, esa fuerza que se cree impulsa al universo en su expansión.

Los científicos consideran que la masa de los camaleones varía según la densidad energética del entorno. El rango de la fuerza mediada por esta partícula se prevé que sea muy pequeño en regiones de alta densidad (por ejemplo en la Tierra, por eso es tan difícil de detectar), pero mucho más grande en las regiones intergalácticas, donde hay una baja densidad.

Uno de los candidatos para la energía oscura es un campo camaleón, que modifica las funciones de onda (aquí representadas como las cuerdas de una lira). / J. Schmiedmayer/H. Abele

Lo que ha conseguido ahora el equipo de Berkeley es estrechar mil veces la búsqueda de camaleones en comparación con experimentos anteriores. Para ello se han centrado en el análisis del ‘campo camaleón’, que se supone modifica la función de onda de la materia.

Un campo camaleón superficial

“El campo camaleón es ligero en el espacio vacío, pero según entra en un objeto grande se hace muy pesado y se acopla solo a la capa más externa –un nanómetro– de ese objeto, no en sus partes más internas”, explica Holger Müller, coautor de este trabajo, que se publica en la revista Science.

Para simular las condiciones del espacio exterior este equipo ha utilizado un interferómetro atómico. Dentro hay una cámara de vacío donde se sitúa una esfera de aluminio, de unos 2,4 cm de diámetro, a la que lanzan átomos de cesio mediante pulsos de luz.

Si existen los camaleones y su campo, los átomos de cesio deben caer hacia la esfera con una aceleración ligeramente mayor que lo que se puede predecir por su atracción gravitacional. Realizando mediciones y restringiendo posibilidades los investigadores esperan alcanzar el objetivo final: confirmar o descartar definitivamente el papel de los camaleones –o partículas ultraligeras similares– en la energía oscura.

"En el peor de los casos, aprenderemos más sobre lo que no es la energía oscura, algo que también nos ofrece una idea mejor de lo que sí es”, dice Müller, quien adelanta: "El día menos pensado alguien va a tener suerte y lo va a encontrar".

Búsqueda de materia oscura con XENON

En el mismo número de Science aparece otro estudio de los miembros de XENON, una colaboración científica internacional, con sus últimos resultados sobre la búsqueda de la materia oscura. Aunque todavía no se ha observado, su existencia se deduce por sus efectos gravitatorios sobre la materia visible.

Científicos trabajando en el detector XENON100 de materia oscura. / Colaboración XENON

Aunque se pensaba que podrían estar implicados los procesos gravitacionales con partículas del modelo estándar, como los neutrinos y fotones, los estudios más recientes sobre los procesos físicos que conforman nuestro universo sugieren que pueden existir y estar involucradas otro tipo de partículas detrás de la materia oscura: las WIMP, partículas masivas de interacción débil.

Para probar esta idea, laboratorios de diversas partes del mundo tratan de observar cómo interactúan las WIMP con otras partículas conocidas. En el caso de la colaboración XENON lo que analizan son un resultado de esa interacción: unas partículas de retroceso cargadas que se pueden visualizar en el detector subterráneo en Gran Sasso (Italia).

Un tanque de xenon actúa de blanco para detectar partículas WIMP de la misteriosa materia oscura

Este instrumento, un gran tanque de xenón líquido que actúa de blanco para las WIMP, permite detectar señales características del retroceso. Todavía no existen evidencias de ninguna señal en particular distintiva de las supuestas partículas de materia oscura, pero los resultados de este grupo establecen límites sobre varios tipos de candidatos que se habían propuesto.

"Imagina la búsqueda de una señal de materia oscura muy esquiva y débil dentro de muchos eventos y con varias fuentes de fondo: es como buscar una aguja en un pajar", plantea Rafael Lang, profesor de la Universidad Purdue (EE UU), que ha participado en la investigación.

“La mayoría de los experimentos tienen una enorme pila de heno, pero nuestro detector es tan fino y elbackground tan bajo, que nuestro pajar es más pequeño y podemos ver fácilmente cada paquete de heno –añade–. No tenemos que elegir qué parte de los datos evaluar, ya que podemos mirar todo el evento. Esto abre la puerta para que encontremos evidencias de materia oscura en un lugar inesperado o en una forma que no pensábamos, lo que es bueno porque todavía nadie sabe qué es la materia oscura exactamente "

En conjunto, tanto este experimento con los WIMP como el de los camaleones, “confirman que las cuestiones fundamentales sobre la materia oscura y la energía oscura se pueden probar con experimentos de laboratorio", como valoran también en Science los investigadores Jörg Schmiedmayer y Hartmut Abele desde el Centro de Ciencia y Tecnología Cuántica de Viena (Austria).

Referencias bibliográficas:

P. Hamilton et al: “Atom-interferometry constraints on dark energy". The XENON Collaboration: “Exclusion of leptophilic dark matter models using XENON100 electronic recoil data”. Jörg Schmiedmayer y Hartmut Abele: "Probing the dark side". Science, 21 de agosto de 2015.

Zona geográfica: España

Fuente: SINC

Fuente:http://www.agenciasinc.es/

La NASA halla el primer planeta en zona habitable similar a la Tierra

La Agencia espacial estadounidense lo ha calificado como «un primo, más grande y más viejo» del globo, que se encuentra a 1.400 años luz.
La Agencia Nacional de Aeronáutica y el Espacio de Estados Unidos (NASA) ha anunciado este jueves el hallazgo de un planeta que orbita en la zona habitable de una estrella similar al Sol, lo que lo convierte en un firme candidato a albergar vida y en «primo» de la Tierra. El Kepler-452b fue detectado por el telescopio espacial Kepler, que analiza cambios en la intensidad de la energía emitida por una estrella, considerando frecuencia y reducción de luminosidad, para confirmar la existencia de planetas.
El nuevo planeta es uno de los 500 objetos analizados en esta etapa de observaciones del satélite, 12 de ellos se encuentran también en las zonas habitables de sus estrellas, pero aún no se ha confirmado si son planetas. Kepler-452b es el menor de los planetas descubiertos por la sonda, y su condición de planeta extrasolar fue confirmada por los responsables de la misión Kepler y astrónomos de los observatorios de Texas, Arizona y Hawai.
Jon Jenkins, jefe de análisis de datos de la misión Kepler, explicó en rueda de prensa que el planeta es un 60% más grande que la Tierra, por lo que la gravedad en su superficie sería dos veces la del nuestro. No obstante, su tamaño permite a los científicos suponer que el planeta es rocoso, probablemente con una atmósfera más densa y con una importante concentración de volcanes activos.
El planeta recibe un 10% más de energía de su estrella que la Tierra, ya que el astro está en un estadio más avanzado de su vida, por lo que emite más brillo y es más grande. Los investigadores afirmaron que Kepler-452b lleva por los menos 6.000 millones de años en órbita de su estrella, mucho más tiempo que nuestro propio planeta alrededor del Sol.
La NASA lo ha calificado como «un primo, más grande y más viejo, de la Tierra». «Este es hasta ahora el planeta que más se asemeja a la Tierra y algo que podemos llamar hogar», explicó uno de los científicos del programa.
La órbita alrededor de su estrella es bastante similar a la de la Tierra, ya que el Kepler-452b completa su año en 385 días. No obstante, el «primo» de la Tierra se encuentra a 1.400 años luz.

Recreación del Kepler-452 b

reuters

La NASA considera como la zona habitable de un sistema solar la franja en la que la temperatura permitiría la existencia de agua en estado líquido en un planeta.
Hasta el momento, el más prometedor hallazgo de un planeta parecido a la Tierra era el Kepler-186f, con un tamaño muy parecido a nuestro planeta, pero que orbita alrededor de una estrella enana, mucho menos cálida que el Sol.

nasa

El nuevo planeta es uno de los 500 objetos analizados, 12 de ellos se encuentran también en las zonas habitables de sus estrellas

Fuente: http://abcblogs.abc.es/nieves/

El experimento T2K de Japón observa tres antineutrinos de tipo electrón

La colaboración T2K ha observado la aparición de tres candidatos a antineutrinos de tipo electrón en el detector japonés Super-Kamiokande a partir de un haz de antineutrinos de tipo muón, generados en el acelerador de J-Parc, a casi 300 kilómetros de distancia. Esta aparición y desaparición de tipos de neutrinos y antineutrinos es un fenómeno conocido como 'oscilación de neutrinos'. SuESTUDIOpermite abordar la pregunta de por qué vemos más materia que antimateria en el universo. Dos institutos españoles participan en el hallazgo.

1 / 1

El detector Super-Kamiokande. / T2K Collaboration

El experimento T2K yaCONFIRMÓ hace unos meses la observación de la desaparición de antineutrinos de tipo muón, una medida que se añade al descubrimiento en 2013 de un nuevo tipo de transformación de neutrinos de tipo muón en tipo electrón.

Se trata de un primer resultado queCONFIRMA la capacidad del experimento T2K para adentrarse en el estudio de las oscilaciones de antineutrinos

Los tres candidatos de oscilación de antineutrinos registrados ahora aún son pocos para sacar conclusiones, pero se trata de un primer resultado queCONFIRMA la capacidad del experimento T2K para adentrarse en el estudio de las oscilaciones de antineutrinos.

T2K volverá a funcionar en modo antineutrino en otoño de este año con la intención de registrar el doble deDATOS de los conseguidos hasta ahora y así poder realizar una observación significativa.

Estos resultados sePRESENTARON ayer en la European Physical Society Conference on High Energy Physics (EPS-HEP 2015) que se celebra estos días en Viena (Austria).

La búsqueda de apariciones de antineutrinos de tipo electrón es un paso más en el estudio de la simetría de carga-paridad (CP), que nos dice que la antimateria debería comportarse de igual modo que la materia.

T2K seguirá funcionando para acumular suficiente estadística

La violación de este principio en los neutrinos se observaría como una oscilación diferente en neutrinos que en antineutrinos, y daría una importante pista sobre el origen de la distinta cantidad de materia y antimateria que vemos en el universo.

Los resultados de T2K dan un indicio de que los neutrinos podrían violar la simetría CP. Sin embargo, el número de datos de los que se disponen es todavía pequeño como para estar seguros. Por eso T2K seguirá funcionando para acumular suficiente estadística.

El experimento T2K

El experimento T2K consiste en un intenso haz de antineutrinos de tipo muón y un complejo sistema de detectores que, situados a diferentes distancias, son capaces de medir la transformación en vuelo de los neutrinos iniciales. El haz se produce en el laboratorio J-PARC (Japan Proton Accelerator Complex), en Tokai (costa este de Honshu, la mayor isla de Japón). Las propiedades iniciales del haz se miden en varios detectores cercanos al punto de producción.

Tras recorrer 295 kilómetros, los antineutrinos alcanzan la costa oeste de la isla y son detectados por Super-Kamiokande, un gigantesco detector de 50 kilotoneladasINSTALADO a un kilómetro de profundidad en una antigua mina de zinc.

El experimento T2K ha sido construido y operado gracias a una colaboración internacional compuesta, en la actualidad, por más de 400 físicos de 59 instituciones pertenecientes a 11 países (Alemania, Canadá, EEUU, España, Francia, Gran Bretaña, Italia, Japón, Polonia, Rusia y Suiza).

El experimento estaFINANCIADO principalmente por el Ministerio de Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología (NEXT) de Japón. España contribuye con dos grupos de investigación, del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) en Barcelona y del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) en Valencia, que han participado en el diseño, construcción y operación del experimento durante más de 10 años.

Ambos grupos han realizado contribuciones muy relevantes al estudio de la oscilación del neutrino, con medidas en el detector de Tokai, el más cercano a la fuente, que mide las propiedades iniciales del haz de neutrinos. España haFINANCIADO la actividad investigadora a través del Ministerio de Economía y Competitividad, la Generalitat de Catalunya y con el apoyo del Centro Nacional de Partículas Astropartículas y Nuclear (CPAN).

Fuente: IFAE/CPAN

Fuente: http://www.agenciasinc.es/Noticias/