¿Pueden las ondas gravitacionales derrotar a Einstein?

Los «ecos» de las ondas gravitacionales desafían la teoría general de la relatividad

Fue aclamado como una elegante confirmación de la teoría general de la relatividad de Einstein. Pero, irónicamente, el descubrimiento de ondas gravitacionales a principios de este año puede convertirse en la primera prueba de que esa teoría se "rompe" en los bordes de un agujero negro. De hecho, un equipo de físicos de la Universidad de California en Santa Bárbara afirma, después de un nuevo análisis de los datos obtenidos por LIGO, el detector que descubrió las ondas gravitacionales, haber encontrado en ellas un "eco" que contradice las predicciones de la relatividad general. El hallazgo se acaba de publicar en «Nature».

Los propios científicos advierten de que el eco podría desaparecer analizando más datos. Pero si persistiera, estaríamos ante algo extraordinario para la Ciencia. Las predicciones de los físicos ya indicaban que la teoría de Einstein podría romperse en escenarios extremos, como son los centros de los agujeros negros. Pero los ecos recién detectados abren la posibilidad, aún más sorprendente, de que la relatividad también falle en sus bordes, lejos de los núcleos.

"Las detecciones de LIGO, y la perspectiva de llevar a cabo muchas más -explica Steve Giddings, investigador de agujeros negros en la Universidad de California- ofrece una excitante ocasión para investigar un nuevo régimen de la Física". Por su parte, los científicos de LIGO afirman ser conscientes de estas predicciones, y ayudarán al análisis de sus datos para buscar nuevos ecos.

Durante mucho tiempo se había pensado que el borde de un agujero negro, el llamado "horizonte de sucesos", estaba mucho más allá del alcance de cualquier experimento. Según la relatividad general, cualquier cosa que cruce esa barrera será capturada por el agujero negro para siempre y no podrá, además, enviar ninguna clase de información al exterior. La opinión general es que este hecho, el de cruzar el horizonte de sucesos, no dejará nada en los bordes del agujero, aunque alguien que tuviera la mala suerte de pasar este límite no notaría ningún cambio brusco en el ambiente que le rodea.

El «cortafuegos»

Pero en 2012, un equipo de físicos descubrió que, si la física cuántica es correcta, lo que conocemos como horizonte de sucesos debería ser reemplazado por un "cortafuegos", un anillo formado por partículas de alta energía capaces de "quemar" cualquier clase de materia que quisiera cruzar al otro lado. Lo cual contradice las predicciones de la relatividad general. Pero la alternativa, que no haya ningún cortafuegos alrededor de los agujeros negros, supondría que es la mecánica cuántica la que se equivoca. ¿Quién tiene entonces la razón?

Otras teorías "exóticas" que contradicen la relatividad general predicen la existencia de algún tipo de estructura en el horizonte de sucesos: por ejemplo, algunas versiones de la teoría de cuerdas afirman que, en realidad, los agujeros negros son una especie de ovillos hechos de hilos de energía y con una superficie borrosa y poco definida en lugar de un horizonte de sucesos claramente dibujado.

Todo eso, sin embargo, cambió el pasado mes de febrero, cuando los investigadores de LIGO anunciaron la primera detección directa de ondas gravitacionales, pequeñas ondulaciones en el tejido espaciotemporal. Las ondas detectadas se habían generado cuando dos agujeros negros muy cercanos se fusionaron en uno solo, un auténtico "mazazo" en el espacio tiempo, comparable a la piedra que tiramos al centro de un estanque y que provoca ondas que se extienden hasta las orillas.

Poco tiempo antes de ese histórico anuncio, sin embargo, un equipo de investigadores dirigidos por Vitor Cardoso, del Instituto Técnico Superior de Lisboa, había propuesto que si realmente existiera alguna desviación extraña de lo que manda la relatividad general (como el citado cortafuegos), entonces las fusiones de dos agujeros negros deberían producir, además de ondas gravitacionales, también una serie de ecos, justo después de la emisión inicial de las ondas.

Los ecos surgirían porque un cortafuegos, o cualquier otro tipo de estructura en el borde del agujero, crearía una zona borrosa alrededor del agujero negro. El borde interno de esa zona sería el horizonte de sucesos convencional, la frontera más allá de la cual nada puede regresar. El borde externo, sin embargo, sería más poroso, y permitiría que, dependiendo del ángulo de aproximación, algunos fotones pudieran escapar de las fauces del agujero. El efecto también atraparía parcialmente a las ondas liberadas durante la fusión del agujero negro, que rebotarían, adelante y atrás, entre el borde interior y el borde exterior, escapando unas pocas cada vez.

Paredes de espejo

Con estas premisas, el equipo de investigadores desarrolló un modelo en el que un agujero negro estaba rodeado por paredes de espejo en lugar de por un horizonte de sucesos convencional, y le aplicaron después las propiedades de las tres fusiones de agujeros negros detectadas hasta ahora por LIGO. El experimento reveló que, si los agujeros negros tenían efectivamente algún tipo de estructura en sus bordes, los intervalos de tiempo entre ecos repetidos deberían ser, exactamente, de 0,1,0,2 y 0,3 segundos. Solo quedaba comprobar si, efectivamente, esos intervalos existían en los datos reales de LIGO.

Y así fue. La liberación de ondas gravitacionales en las tres fusiones de agujeros negros estudiadas hasta el momento por LIGO fue seguida por ecos sucesivos que se producían, exactamente, en esos intervalos temporales. Por supuesto, los ecos podrían no ser más que una fluctuación estadística, en cuyo caso la probabilidad de verlos sería solo de 1 entre 270. Para estar seguros de que no se trata de simple ruido, será necesario buscar esos mismos ecos en futuras detecciones de eventos de fusión de agujeros negros. Y lo bueno es que la sensibilidad de detección de datos ha sido mejorada en LIGO, por lo que las próximas detecciones serán mucho más precisas. Los investigadores creen que podrán confirmar la existencia de estos ecos (y por tanto la validez, o no, de la relatividad general en esos eventos) en un plazo máximo de dos años.

En definitiva, lo descubierto hasta ahora no pasa de ser una "tentadora sugerencia" de que la relatividad general podría no funcionar en los bordes de los agujeros negros, y que en esas condiciones debería dejar el campo libre para la física cuántica. ¿Quién ganará al final? Queda poco para averiguarlo.

Fuente:http://www.abc.es/ciencia/abci-pueden-ondas-gravitacionales-derrotar-einstein-201612131105_noticia.html

Flash Physics: Helium half-quantum vortices, Tokamak Energy gets £10 million, magnetic switch controls heat

Dec 16, 2016 

Flash Physics is our daily pick of the latest need-to-know developments from the global physics community selected by Physics World's team of editors and reporters

Half-quantum vortices spotted in superfluid helium-3 at long last

Spinning around: half-quantum vortices have been 
seen in superfluid helium-3

The first observation of half-quantum vortices (HQVs) in superfluid helium-3 has been made by physicists at Aalto University in Finland and the P L Kapitza Institute in Russia. A superfluid vortex is a point-like object around which superfluid flows. The flow is quantized in units of h/m, where h is Planck's constant and m is the mass of the constituent particles of the superfluid. HQVs can occur when the constituent particles are bound pairs of more fundamental particles. This is the case for helium-3, which when cooled forms "Cooper pairs" of atoms which behave collectively as a superfluid that will keep flowing without dissipating energy. The Cooper pairs have both spin and orbital angular momentum and interactions between these two quantities can result in HQVs when the superfluid is in a confined environment. This was first predicted in superfluid helium-3 in 1976 and has been seen in several physical systems including high-temperature superconductors, where pairs of electrons form HQVs. Now, Aalto's Samuli Autti and colleagues have confined superfluid helium-3 in a material called nafen, which contains a forest of aligned strands that are separated by about 35 nm. The helium fills the spaces between the strands and the team creates vortices by rotating the sample around the axis defined by the strands. While they could not see the HQVs directly, they used nuclear magnetic resonance to measure the rotation via a signal generated by the magnetic moments of the helium nuclei. "In the future, our discovery will provide access to the cores of half-quantum vortices, hosting isolated Majorana modes – exotic solitary particles," says Autti. "Understanding these modes is essential for the progress of quantum information processing [and] building a quantum computer." The work is described in Physical Review Letters.

Magnetic switch controls heat

A new magnetic switch that controls the flow of heat has been made by Joäo Ventura and colleagues at the University of Porto in Portugal. At its heart is a cylindrical container that is about three quarters full of a magnetic nanofluid – a substance that contains nanometre-sized magnetic particles and flows in the presence of an applied magnetic field. The side of the container is thermally insulated and the top and bottom are capped with material that is a good conductor of heat. In the off position, the nanofluid absorbs heat from the bottom of the cylinder but most of this heat is unable to pass through the gap at the top. To put the switch in the on position, a magnetic field is applied along the axis of the cylinder. This causes the nanofluid to jump up and come into contact with the top of the cylinder – allowing heat to transfer from the nanofluid to the top of the cylinder. The team made two prototype switches – one with a 1 cm-tall cylinder and the other 3 cm – that were tested with a temperature gradient of 35°C. They found that the smaller switch operated efficiently at switching frequencies of up to 30 Hz, while the larger device started to flag at about 10 Hz. The team was also able to control the temperature of an LED using one of their switches. The device is described in Nano Energy and could someday be used to ensure that fuel cells, solar cells and other devices operate at their optimal temperatures.

UK fusion-energy company gets £10m boost

Major investment: David Kingham of Tokamak Energy

The UK-based company Tokamak Energy will receive £10m in additional investment from Legal & General Capital and the private investor David Harding. Based in Oxfordshire, the firm is building a compact tokamak fusion reactor with the aim of confining and heating a plasma so that nuclear fusion can occur. According to research published by the company, a facility based on their technology should be capable of delivering 100 MW of electricity, which is about one tenth of the output of a conventional fusion reactor. Tokamak says that its next prototype reactor should be built by March 2017 and that it expects to heat plasmas to 100 million degrees by the end of next year. "The world-class facilities in Oxfordshire and 50 years of solid scientific progress with tokamaks have laid the groundwork for a UK fusion industry, and our latest major investment from UK backers demonstrates further recognition of fusion as the most exciting opportunity available to investors anywhere," said David Kingham, chief executive officer at Tokamak Energy.

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About the author

Hamish Johnston is editor of physicsworld.com

Fuente: http://physicsworld.com/cws/article/news/2016/dec/16/flash-physics-helium-half-quantum-vortices-tokamak-energy-gets-10-million-magnetic-switch-controls-heat

Un "agrietamiento" en el escudo magnético de la Tierra

El telescopio de muones GRAPES-3, situado en el Laboratorio de Rayos Cósmicos del TIFR (por las siglas en inglés de Instituto Tata de Investigación Fundamental), en Ooty, India, registró una ráfaga de rayos cósmicos galácticos de unos 20 GeV (gigaelectronvoltios) el 22 de junio de 2015, con una duración de dos horas. Un extenso análisis de aquel suceso y de sus consecuencias se ha completado recientemente.

El telescopio de muones GRAPES-3, el mayor y más sensible detector de rayos cósmicos, registró una ráfaga de rayos cósmicos galácticos delatadora de un agrietamiento temporal en el escudo magnético terrestre. (Foto: TIFR)

La ráfaga llegó cuando una nube de plasma gigante eyectada desde la corona solar, y moviéndose con una velocidad de unos 2,5 millones de kilómetros por hora, golpeó nuestro planeta, causando una fuerte compresión de la magnetosfera terrestre equivalente a entre 11 y 4 veces el radio de la Tierra. Ello desencadenó una severa tormenta geomagnética que generó auroras, y fuertes interferencias de radio en muchos países de latitudes elevadas.

Los rayos cósmicos son chorros de partículas subatómicas aceleradas a enormes velocidades, que continuamente bombardean la Tierra. Una parte de ellos se debe a la acción directa o indirecta del Sol. Otra parte, que recibe el calificativo de "galácticos", se origina fuera de nuestro sistema solar aunque mayormente dentro de nuestra galaxia.

La magnetosfera terrestre se extiende a lo largo de un radio de un millón de kilómetros, actuando como primera línea de defensa, escudándonos del continuo flujo de rayos cósmicos solares y galácticos, protegiendo así la vida en nuestro planeta.

Las simulaciones numéricas llevadas a cabo por el equipo de científicos del GRAPES-3 sobre este suceso indican que el escudo magnético de la Tierra se agrietó temporalmente debido a que se produjo una reconexión magnética, permitiendo que partículas de rayos cósmicos de poca energía, que en condiciones normales no podrían atravesar la barrera, entrasen en nuestra atmósfera. El campo magnético de la Tierra redirigió estas partículas unos 180 grados, desde el lado diurno al lado nocturno del planeta, donde fueron detectadas como una ráfaga por el telescopio de muones GRAPES-3 hacia la media noche del 22 de junio de 2015.

Los datos han sido analizados e interpretados por el equipo de P. K. Mohanty.

Fuente: http://elblogantares.blogspot.com.es/2016/11/un-agrietamiento-en-el-escudo-magnetico.html

La música de los planetas

Una nueva teoría sobre la gravedad podría explicar la materia oscura

• • 
    
• IMANE RACHIDI
• La Haya (Holanda)

08/11/2016 18:19

La teoría fue bautizada como "de gravedad emergente" y puede aclarar esa materia oscura que tantos dolores de cabeza está dando a los científicos. Erik Verlinde lleva seis años observando el cielo para explicarse el movimiento y la velocidad exacta de las estrellas y ahora concluye que no necesita invocar ninguna misteriosa partícula de materia oscura para entender qué pasa en las galaxias. Las cosas no funcionan exactamente como predijo Einstein, aunque el padre de la gravedad sí estableció las bases.

Las estrellas se comportan como si estuviesen presionadas o aguantadas por algo más fuerte que ellas. La gran fuerza gravitacional requerida desconcierta a los telescopios que intentan detectarla. Hasta ahora, los físicos han optado por la existencia de una "materia oscura" para explicar ese "algo" que desconocen y que sería necesaria para explicar el comportamiento gravitacional que los astrónomos observan en el Universo. Esa energía oscura -dicen- existe en gran cantidad (supone el 25% del Cosmos), pero hasta ahora nadie ha sido capaz de observarla, a pesar de los muchos esfuerzos por detectar su existencia y explicar qué pasa en las galaxias.

Verlinde dice que el problema está en que se ha estado mirando donde no es. No hay tal materia oscura, las estrellas giran y se mueven dentro de las galaxias porque la gravedad emerge. "A grandes escalas, la gravedad no se comporta como predice la teoría de Einstein", ha sentenciado.

Uno de los puntos importantes de la teoría de las cuerdas es una adaptación del principio holográfico del profesor Gerard't Hoof (Utrecht), premio Nobel en 1999. Según este punto, la información contenida en una región del espacio se determinada por el superficie que la contiene, esto hace que toda la información presenten en todo el universo pueda describirse en una esfera imaginaria gigante alrededor del mismo. Para Verlinde, "parte de la información de nuestro universo está contenida en el espacio mismo".

Y es aquí donde este físico pretende revolucionar la ciencia: la energía oscura que se cree responsable de la expansión acelerada del universo no es más que la codificación de la gravedad ordinaria usando la información que hay en la esfera imaginaria que hay alrededor del Universo. El resultado de la información adicional de la masa del espacio es la misma fuerza atribuida a la supuesta materia oscura que nadie ha visto aún.

La gravedad no sería una fuerza fundamental de la naturaleza, sino un fenómeno emergente. Es decir, que igual que los cambios de temperatura surgen del movimiento de partículas microscópicas, la gravedad emerge de los fragmentos de información almacenados en la estructura misma del espacio.

"Somos muchos los físicos teóricos que están trabajando en la revisión de la teoría de la gravedad. Se han hecho algunos avances importantes. Podríamos estar cerca de una nueva revolución científica que cambiará radicalmente nuestras opiniones sobre la naturaleza misma del espacio, tiempo y gravedad", ha resumido este físico reformista.

Verlinde ya sorprendió en 2010 con sus ideas innovadoras sobre la naturaleza de la gravedad y en 2011 recibió el Premio Spinoza para desarrollar aún más su teoría. El físico de la teoría de las cuerdas quiso romper todos los esquemas: la gravedad es un cuento chino, en realidad que las cosas caigan o no, es cuestión de las leyes de la termodinámica (el calor y los gases). Es decir, la famosa ley de Newton, que describe cómo las manzanas caen de los árboles y los satélites permanecen en la órbita, pasa por alto que "la gravedad emerge", ha concluido. Esto es la teoría, ahora a Verlinde le toca demostrar si la ciencia está ante una revolución o una ilusión.

Fuente: http://www.elmundo.es/ciencia/2016/11/08/5821f8e822601d8e0f8b4649.html

Más allá de las WIMPs: Explorando alternativas a la materia oscura

El modelo cosmológico estándar nos dice que sólo el 4,9% del universo está compuesto por materia común (es decir, la que podemos ver), mientras que el resto se compone de un 26,8% de materia oscura, y un 68,3% de energía oscura. Tal como sugieren sus nombres, no podemos verlas, por lo que su existencia debe deducirse en base a los modelos teóricos y observaciones de la estructura a gran escala del universo, y sus aparentes efectos gravitatorios sobre la materia visible.

Desde que se propuso por primera vez, no ha habido pocas sugerencias sobre qué aspecto podrían tener las partículas de materia oscura. No hace mucho, los científicos propusieron que la materia oscura consiste en Partículas Masivas de Interacción Débil (WIMPs, por sus siglas en inglés), que tienen aproximadamente 100 veces la masa de un protón, pero interactúan como los neutrinos. Sin embargo, todos los intentos por encontrar las WIMPs usando experimentos en colisionadores no han arrojado resultados. Por esto, los científicos han estado explorando últimamente la idea de que la materia oscura podría estar compuesta de algo completamente distinto.

Universo oscuro Crédito: AMNH

Los actuales modelos cosmológicos tienden a suponer que la masa de la materia oscura está alrededor de los 100 Gev (Giga-electrovolts), lo que corresponde a la masa de una gran cantidad de otras partículas que interactúan a través de la fuerza nuclear débil. La existencia de tales partículas sería consistente con las extensiones supersimétricas del Modelo Estándar de la física de partículas. También se cree que estas partículas se habrían creado en el joven, denso, y caliente universo, con una densidad-masa de materia que se ha mantenido consistente hasta la actualidad.

Sin embargo, los proyectos experimentales en curso para detectar las WIMPs no han logrado producir pruebas concretas de estas partículas. Estos proyectos incluyen la búsqueda de los subproductos de aniquilación de las WIMPs (es decir, rayos gamma, neutrinos, y rayos cósmicos) en las galaxias cercanas y cúmulos, así como experimentos de detección directa usando supercolisionadores, como el LHC del CERN en Suiza.

Debido a esto, muchos equipos de investigación han empezado a considerar la búsqueda más allá de las WIMPs para encontrar la materia oscura. Uno de tales equipos consta de un grupo de cosmólogos del CERN y CP3-Origins, en Dinamarca, que recientemente publicaron un estudio indicando que la materia oscura podría ser mucho más pesada e interactuar mucho menos de lo que anteriormente se pensaba.

Tal como comenta el Dr. McCullen Sandora, uno de los miembros del equipo de investigación de CP-3 Origins, a Universe Today en un correo electrónico:

“No podemos descartar aún el escenario de las WIMPs, pero cada año que pasa aumentan las sospechas al no ver nada. Además, la física habitual de escala débil sufre el problema de la jerarquía. Es decir, por qué todas las partículas que conocemos son tan ligeras, especialmente respecto a la escala natural de la gravedad, la escala de Planck, que es de unos 10¹⁹ GeV. Por tanto, si la materia oscura estuviese más cerca de la escala de Planck, no se vería afectada por el problema de la jerarquía, y esto explicaría por qué no hemos observado la firma asociada a las WIMPs”.

Usando un nuevo modelo al que llaman Planckian Interacting Dark Matter (Materia Oscura de Interacción Planckiana – PIDM, por sus siglas en inglés), el equipo ha estado explorando el límite superior de masa de la materia oscura. Mientras que las WIMPs colocan la masa de la materia oscura en el límite superior de la escala electrodébil, el equipo danés de Marthias Garny, McCullen Sandora y Martin S. Sloth propuso una partícula con una masa cercana a otra escala natural – la escala de Planck.

En la escala de Planck, una unidad de masa es equivalente a 2,17645 × 10^-8 kg – aproximadamente un microgramo, o 10¹⁹ veces mayor que la masa de un protón. Con esta masa, cada PIDM es, básicamente, tan pesada como puede ser una partícula antes de convertirse en un agujero negro en miniatura. El equipo también propone que estas partículas PIDM interactúan con la materia común sólo a través de la gravitación, y que se formaron grandes cantidades de ellas en los inicios del universo, durante la era del “recalentamiento” –  un periodo que tuvo lugar al final de la Era Inflacionaria, entre 10^-36 a 10^-33 o 10^-32 segundos después del Big Bang.

Esta época se llama así debido a que, durante la inflación, las temperaturas cósmicas se cree que descendieron en un factor de 100 000, aproximadamente. Cuando terminó la inflación, las temperaturas volvieron a su estado pre-inflacionario (estimado en 10²⁷ K). En este punto, la gran energía potencial del campo inflacionario se desintegró en las partículas del Modelo Estándar que llenan todo el universo, que incluirían la materia oscura.

Naturalmente, esta nueva teoría trae nuevas implicaciones para los cosmólogos. Por ejemplo, para que funcione este modelo, la temperatura de la era del recalentamiento tendría que haber sido superior a lo que se supone actualmente. Es más, un periodo de recalentamiento más caliente también daría como resultado la creación de más ondas gravitatorias primordiales, que serían visibles en el Fondo de Microondas Cósmico (CMB).

“Tener unas temperaturas tan altas nos dice dos cosas interesantes sobre la inflación”, señala Sandora. “Si la materia oscura resulta ser PIDM: lo primero es que la inflación tuvo lugar a una energía muy alta, lo que a su vez implica que fue capaz no sólo de producir fluctuaciones en la temperatura del joven universo, sino también del propio espacio-tiempo, en forma de ondas gravitatorias. Segundo, nos dice que la energía de la inflación tuvo que desintegrarse en materia extremadamente rápido, debido a que si hubiese necesitado demasiado tiempo, se habría enfriado hasta el punto de que no habría logrado producir PIDMs en absoluto”.

La existencia de estas ondas gravitatorias podría confirmarse o descartarse en futuros estudios que impliquen al CMB. Estas son noticias emocionantes, dado que el reciente descubrimiento de las ondas gravitatorias se espera que lleve a nuevos intentos de detectar ondas primordiales que datan de la propia creación del universo.

Tal como explica Sandora, esto presenta un escenario para los científicos en el que todos ganan, dado que significa que este último candidato para la materia oscura podrá aceptarse o refutarse en el futuro cercano.

“Nuestro escenario realiza una predicción concreta: veremos ondas gravitatorias en la próxima generación de experimentos que estudien el CMB. Por tanto, es un escenario en el que nadie pierde: si las vemos, será genial, y si no las vemos sabremos que la materia oscura no es una PIDM, lo que significará que sabemos que tiene que tener algunas interacciones adicionales con la materia común. Y todo esto tendrá lugar en la próxima década aproximadamente, lo que nos deja con muchas ganas de verlo”.

Desde que Jacobus Kapteyn propuso por primera vez la existencia de la materia oscura en 1922, los científicos han estado buscando pruebas directas de su existencia. Y una a una, las partículas candidatas – desde los gravitinos a MACHOS y axiones – se han propuesto, evaluado, y puestos en busca y captura. Aunque sólo sea esto, es bueno saber que este último candidato puede demostrarse o descartarse en el futuro cercano.

Y en caso de demostrarse correcto, ¡resolveremos uno de los mayores misterios cosmológicos de todos los tiempos! Un paso más cerca de comprender realmente el universo y cómo interactúan sus misteriosas fuerzas. Teoría del Todo, ¡allá vamos (o no)!

Fuente: http://www.cienciakanija.com/2016/04/23/mas-alla-de-las-wimps-explorando-alternativas-a-la-materia-oscura/

¿Un fogonazo de luz junto a las ondas gravitacionales?

La fusión de dos agujeros negros generó las ondas gravitacionales – CfA

Su origen está en los mismos agujeros negros que provocaron las ondas, lo que supondría un hito para la Ciencia.

El pasado 14 de septiembre se produjo la primera detección directa de ondas gravitacionales. Procedían de una perturbación en el tejido espaciotemporal causada por la fusión de dos agujeros negros a 1.300 millones de años luz de distancia. De forma similar a las ondas que se producen en un lago al tirar una piedra, las ondas viajaron durante todo ese tiempo por el espacio, debilitándose paulatinamente con la distancia, y aunque al llegar a la Tierra eran casi imperceptibles, pudieron ser captadas por los dos instrumentos LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) en sus dos instalaciones de Hanford, en Washington, y Livingston, en Luisiana. El hallazgo abrió una nueva ventana para explorar el Universo.
Pero eso no fue todo lo que se observó ese día. Menos de medio segundo después de la detección de LIGO, en efecto, el instrumento GBM (Gamma-ray Burst Monitor) a bordo del telescopio espacial de rayos gamma Fermi, de la NASA, captó también un breve destello luminoso de alta energía en la misma zona del cielo. Y el análisis de ese fogonazo sugiere, con solo un 0,2% de probabilidad de error, que su origen está en los mismos agujeros negros que provocaron las ondas gravitacionales. Lo cual, si se confirma, sería todo un hito para la Ciencia, ya que una fusión entre agujeros negros, en teoría, no debería producir luz alguna. El trabajo acaba de publicarse en The Astrophysical Journal.
“Se trata de un descubrimiento tentador y con muy pocas probabilidades de ser una falsa alarma -afirma Valerie Connaughton, autora principal del estudio y parte del equipo científico del instrumento GBM-. Pero antes de ponernos a reescribir los libros de texto necesitamos ver más fogonazos asociados a ondas gravitacionales producidas por la fusión de agujeros negros”.
Detectar luz procedente de una fuente de ondas gravitacionales haría posible comprender mucho mejor el evento que las produce, ya que podría estudiarse al mismo tiempo desde dos puntos de vista muy distintos. El instrumento GBM es el primero diseñado para detectar pulsos de rayos gamma muy cortos, de menos de dos segundos de duración. Se cree que estos fogonazos tan breves se producen cuando dos objetos muy compactos, como las estrellas de neutrones, se orbitan mutuamente y terminan por chocar. Pero es la primera vez que se asocian a agujeros negros en colisión.
“Estudiar un único evento con rayos gamma y ondas gravitacionales a la vez nos dirá qué es exactamente lo que causa esos breves estallidos de energía -afirma Lindy Blackburn, miembro de la colaboración científica LIGO-. Existe una increíble sinergia entre ambas observaciones, con el estallido de rayos gamma revelando detalles energéticos de la fuente y el medio ambiente local, y las ondas gravitacionales proporcionando una sonda única para estudiar las dinámicas que conducen al evento”.
Actualmente, los observatorios de ondas gravitacionales ofrecen una visión bastante borrosa y limitada. Algo que se corregirá con el tiempo y a medida que nuevas y mejores instalaciones vayan entrando en funcionamiento. Por eso, el pasado 14 de septiembre los científicos de LIGO no fueron capaces de situar con precisión la fuente de las ondas gravitacionales que habían detectado, y se limitaron a marcar un área más o menos extensa y en cuyo interior debían encontrarse los dos agujeros negros.
Pero la detección, menos de medio segundo después, del breve destello de rayos gamma, ha permitido a los científicos del telescopio espacial Fermi localizar el punto exacto donde se produjo el evento. Por suerte para los investigadores, en ese momento la Tierra no se interponía entre el telescopio y el rapidísimo fogonazo.

Fusión poco común

Las ondas gravitacionales detectadas por LIGO se produjeron como consecuencia de la fusión de dos grandes agujeros negros, cada uno con cerca de treinta masas solares. Esta clase de fusiones son muy poco comunes y aún no se conoce bien la naturaleza de estos extraños sistemas binarios. Pero lo que desde luego no se esperaba es que estos eventos fueran capaces de producir destellos como el observado.
La razón es que para que se produzcan esta clase de fogonazos de rayos X o Gamma es necesario que alrededor de los objetos que colisionan haya nubes de gas en órbita. La excitación de los átomos de gas por la energía de la colisión es, precisamente, lo que produce la luminosidad. Y los investigadores piensan que, por su propia naturaleza, no debería de haber nubes de gas orbitando un sistema de dos agujeros negros. Y de haberlas, habrían que tenido que ser absorbidas mucho tiempo antes de su colisión.
Por eso, algunos astrónomos han manifestado sus dudas sobre este hallazgo, que consideran una simple coincidencia. Habrá que detectar más casos parecidos para poder estar seguros de lo que realmente sucede cuando dos agujeros negros chocan entre sí.

Fuente: http://abcblogs.abc.es/nieves/public/post/un-fogonazo-de-luz-junto-a-las-ondas-gravitacionales-16972.asp/

New state of matter detected in a two-dimensional material

The excitation of a spin liquid on a honeycomb lattice with neutrons. Credit: Genevieve Martin, Oak Ridge National Laboratory

An international team of researchers have found evidence of a mysterious new state of matter, first predicted 40 years ago, in a real material. This state, known as a quantum spin liquid, causes electrons - thought to be indivisible building blocks of nature - to break into pieces.

The researchers, including physicists from the University of Cambridge, measured the first signatures of these fractional particles, known as Majorana fermions, in a two-dimensional material with a structure similar to graphene. Their experimental results successfully matched with one of the main theoretical models for a quantum spin liquid, known as a Kitaev model. The results are reported in the journal Nature Materials.

Quantum spin liquids are mysterious states of matter which are thought to be hiding in certain magnetic materials, but had not been conclusively sighted in nature.

The observation of one of their most intriguing properties—electron splitting, or fractionalisation—in real materials is a breakthrough. The resulting Majorana fermions may be used as building blocks of quantum computers, which would be far faster than conventional computers and would be able to perform calculations that could not be done otherwise.

"This is a new quantum state of matter, which has been predicted but hasn't been seen before," said Dr Johannes Knolle of Cambridge's Cavendish Laboratory, one of the paper's co-authors.

In a typical magnetic material, the electrons each behave like tiny bar magnets. And when a material is cooled to a low enough temperature, the 'magnets' will order themselves, so that all the north magnetic poles point in the same direction, for example.

But in a material containing a spin liquid state, even if that material is cooled to absolute zero, the bar magnets would not align but form an entangled soup caused by quantum fluctuations.

"Until recently, we didn't even know what the experimental fingerprints of a quantum spin liquid would look like," said paper co-author Dr Dmitry Kovrizhin, also from the Theory of Condensed Matter group of the Cavendish Laboratory. "One thing we've done in previous work is to ask, if I were performing experiments on a possible quantum spin liquid, what would I observe?"

Knolle and Kovrizhin's co-authors, led by the Oak Ridge National Laboratory, used neutron scattering techniques to look for experimental evidence of fractionalisation in crystals of ruthenium chloride (RuCl3). The researchers tested the magnetic properties of the RuCl3 crystals by illuminating them with neutrons, and observing the pattern of ripples that the neutrons produced on a screen.

A regular magnet would create distinct sharp spots, but it was a mystery what sort of pattern the Majorana fermions in a quantum spin liquid would make. The theoretical prediction of distinct signatures by Knolle and his collaborators in 2014 match well with what experimentalists observed on the screen, providing for the first time direct evidence of a quantum spin liquid and the fractionalisation of electrons in a two dimensional material.

"This is a new addition to a short list of known quantum states of matter," said Knolle.

"It's an important step for our understanding of quantum matter," said Kovrizhin. "It's fun to have another new quantum state that we've never seen before - it presents us with new possibilities to try new things."

 Explore further: Quantum mapmakers complete first voyage through spin liquid

More information: Proximate Kitaev quantum spin liquid behaviour in a honeycomb magnet, Nature Materials, DOI: 10.1038/nmat4604 

Journal reference: Nature Materials
 

Provided by: University of Cambridge

Read more at: http://phys.org/news/2016-04-state-two-dimensional-material.html#jCp

Detectan vientos cósmicos de 200 millones de kilómetros por hora cerca de un agujero negro

Recreación artística de vientos cósmicos en el entorno de un agujero negro. NASA

• EL MUNDO/EUROPA PRESS
• Madrid

23/03/2016 19:17

Astrofísicos de la Universidad de York han descubierto los vientos más rápidos jamás detectados hasta ahora en longitudes de onda ultravioleta, cerca de un agujero negro supermasivo. "Estamos hablando de velocidades del 20% de la velocidad de la luz, que es más de 200 millones de kilómetros por hora. Eso es equivalente a un huracán de categoría 77", explica Jesse Rogerson, quien dirigió la investigación como parte de su tesis de doctorado en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de York.

"Pero tenemos razones para creer que hay vientos de quásar que son incluso más rápidos", añade este científico en un comunicado difundido por la universidad británica.

Los astrónomos conocen la existencia de los llamados vientos cuásar desde finales de los años sesenta. Al menos uno de cada cuatro cuásares los tienen. Los cuásares son los discos de gas caliente que se forman alrededor de los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias masivas. Son más grandes que la órbita de la Tierra alrededor del Sol y más calientes que la superficie del sol, generando suficiente luz para ser visto a través del universo observable.

"Los agujeros negros pueden tener una masa que es miles de millones de veces más grande que el sol, sobre todo porque capturan cualquier material que se aventura demasiado cerca", explica por su parte Patrick Hall, supervisor de Rogerson. "Pero a medida que la materia forma espirales hacia el agujero negro, una parte es arrastrada por el calor y la luz del cuásar. Estos son los vientos que estamos detectando."

Rogerson y su equipo utilizaron datos de un gran sondeo del cielo conocido como Sloan Digital Sky Survey para identificar nuevas eyecciones desde los cuásares. Después de la detección de unos 300 ejemplos, se seleccionaron aproximadamente 100 para una exploración más profunda, recogiendo datos con telescopios gemelos del Observatorio Gemini en Hawai y Chile, en el que Canadá tiene una importante participación.

"No sólo se confirma el viento ultravioleta más rápido jamás observado, sino que también descubrimos un nuevo viento en el mismo cuásar que se mueve más lentamente, a sólo 140 millones de kilómetros por hora", dice Hall. "Tenemos la intención de seguir viendo este cuásar para ver qué sucede después."

Gran parte de esta investigación está dirigida a una mejor comprensión de las eyecciones desde los cuásares y por qué ocurren. "Los vientos de cuásar desempeñan un papel importante en la formación de las galaxias", afirma Rogerson.

"Cuando se forman las galaxias, estos vientos arrojan el material hacia el exterior e impiden la creación de estrellas. Si estos vientos no existieran o fueran menos potentes, veríamos muchas más estrellas en las galaxias grandes de las que hay realmente". Los hallazgos han sido publicados en la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.

Fuente: http://www.elmundo.es/ciencia/2016/03/23/56f2d729268e3e69118b467b.html

"Pronto sabremos de qué se compone la materia oscura"

El físico y divulgador Carlo Rovelli.

• LAURA FERNÁNDEZ
• Barcelona
• @laura_fernandez

12/03/2016 05:19

La física no es siempre una historia de éxitos. Es un lento caminar en la oscuridad viendo como de vez en cuando algo ilumina el camino. Un camino que, por otro lado, bajo otra luz, podría parecer completamente distinto. Por el momento, lo que sabemos de la materia, dice Carlo Rovelli, ilustre físico teórico, ilustre también amante de la filosofía, experto, estudioso, de la física cuántica, y uno de los fundadores de la llamada 'gravedad cuántica de bucles', es que "un puñado de tipos de partículas elementales, que vibran y fluctúan de continuo entre el existir y el no existir, pululan en el espacio incluso cuando parece que no hay nada, y se combinan entre sí hasta el infinito como las letras de un alfabeto cósmico para contar la inmensa historia de las galaxias, las innumerables estrellas, los rayos cósmicos, la luz del sol, las montañas, los bosques, las risas de los niños en las fiestas y el negro y estrellado cielo nocturno".

Pero ¿cómo hacer entender al ciudadano de a pie todo eso? Rovelli prueba suerte con el intensísimo y deslumbrante Siete breves lecciones de física (Anagrama). Un ensayo clarificador hasta el punto de que el ex director del CERN, Rolf Dieter Heuer, llegó a decir de él que es el libro que "todos querríamos haber escrito".

En Siete breves lecciones de física, Rovelli se aproxima, de la forma más simple posible, a cosas tan complejas como la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein, la mecánica cuántica, el cosmos (o la arquitectura del universo), la gravedad cuántica (o el intento de construir una síntesis de los grandes descubrimientos del siglo XX) y la probabilidad y el calor de los agujeros negros.

Por último, echa un vistazo, o analiza, desde dentro, pues no hay otra forma posible, al papel que ocupa el ser humano en todo eso, en un mundo tan en extremo abstracto como el que propone la física. Y sale airoso. ¿Su secreto? "Lo único que he hecho ha sido escribir una historia de amor, la de mi pasión por la física", dice. Menciona a menudo la palabra 'belleza' porque, dice, la belleza es inherente a la ciencia.

"La ciencia es conflicto y confusión, pero también es imaginación, ardor, pasión, porque la ciencia no es sólo el conjunto de cosas que hemos descubierto sino la aventura de seguir descubriéndolas", dice. También dice que su absoluta devoción por la física nació tarde, ya en la universidad, cuando cayó en la cuenta de que la Humanidad "es como un muchacho que, a medida que crece, descubre que el mundo es como pensaba. La Humanidad se ha hecho una imagen del mundo que le permite vivir en él, pero que no tiene nada que ver con lo que es realmente", sentencia.

En su libro se resume todo lo descubierto hasta la fecha, y con ello, aproxima al lector principalmente a los avances que se han hecho en el mundo de la física en el siglo XX, ¿con qué cree que estarán relacionados los principales descubrimientos del siglo XXI?

Pues creo que donde más posibilidades hay de descubrir algo nuevo es en el campo de la gravedad cuántica y con respecto al tiempo. Tampoco tardaremos en saber en qué consiste la materia oscura.

Cuando dice que descubriremos más cosas del tiempo, ¿a qué se refiere exactamente? ¿Viajes en el tiempo?

No exactamente. A lo que me refiero es a la explosión de agujeros negros y algo que hoy está todavía en pañales: la gravedad cuántica de bucles. La posibilidad de que nuestro universo puede haber nacido del rebote de un universo anterior. El tiempo que ha mediado entre uno y otro rebote puede haber sido de un milisegundo para la materia, y de 14.000 millones de años para nosotros, porque el tiempo avanza muy lentamente aquí abajo, y pasa muy rápido ahí arriba.

Cuando habla de nuestro universo se refiere a todas las galaxias que lo componen, que son muchas, y, en esas galaxias hay infinidad de planetas como el nuestro...

Sí, y es un descubrimiento que se ha hecho hace poco. Que todas las estrellas que vemos tienen planetas. Hay 100.000 millones de estrellas en 100.000 millones de galaxias y cada una de ellas está rodeada de planetas, igual que nuestro Sol. Así que somos pequeñísimos en la inmensidad. No somos especiales. Y, aunque no hay forma de probarlo, es muy probable que no estemos solos. Digamos que no somos algo extraño en el universo.

Es partidario usted de la teoría de Heisenberg, y opina que la realidad es interacción.

Sí. No hay nada fijo en el mundo, todo es relacional. Lo es en la física, pero también en la ciencia en general, y en otras disciplinas, como la filosofía, en la biología y la psicología. Cuando el psicoanalista analiza a alguien no lo hace de forma aislada sino que lo pone en relación con aquellos que lo rodean. En biología, una proteína no es nada en sí misma sino que es en relación con los demás componentes de un sistema, de la misma forma que los animales son lo que son porque forman parte de una red de relaciones. Veo las cosas como nudos en una red de relaciones.

¿En qué sentido su formación humanista le completa como científico?

Estudié cinco años de griego y ocho de latín, historia, filosofía, historia del arte... La cultura clásica es utilisíma para un científico. La ciencia no es únicamente técnica, es una manera de entender el mundo, y en ese sentido, cuanto más amplios sean nuestros instrumentos culturales, mejor lo entenderemos.

Parece que hubiera una crítica velada en su libro a Stephen Hawking, dando a entender que su fama tiene más que ver con haber podido seguir haciendo física de calidad pese a sus graves problemas de salud que con sus aportaciones, ¿es así?

Stephen Hawking es un científico fascinante pero está claro que no es Newton. La crítica es, en cualquier caso, a la prensa, que ensalza su trabajo, que es un buen trabajo, pero no es el trabajo de un Einstein. No estoy de acuerdo con algunas de sus máximas, no estoy de acuerdo con él, por ejemplo, cuando dice que la filosofía ha muerto.

Muestra cierto temor a que se desconfíe de la ciencia.

Sí, desde hace unos años parece que el concepto de ciencia está en crisis. Entre la gente y entre la cultura más elevada. La cultura más elevada la considera un saber parcial, haciendo suya la máxima de Heidegger. La gente de la calle puede llegar a pensar que la ciencia es un relato como cualquier otro, y equipararlo al religioso, y eso es peligroso. No ver la diferencia entre ellos es un error peligroso.

No es nada halagüeño en cuanto a la supervivencia de nuestra especie, una de las conclusiones del libro es que no tardaremos en extinguirnos.

Bueno, lo cierto es que hemos fastidiado bien el planeta, y ya estamos sufriendo las consecuencias del cambio climático. Pero esa conclusión sólo es mi forma de decir: 'Espabilad'. O más bien: 'Hagamos algo'.

Por último, ¿qué le pareció el descubrimiento de las ondas gravitacionales?

Maravilloso. Algo hermosísimo. Estaba en Estados Unidos, dando clase en una universidad, cuando se puso en marcha la sonda que debía captarlas. Mostré mis dudas desde el principio e incluso un miembro del equipo vino a verme para preguntarme por qué creía que no iba a funcionar. No acababa de creerme que alguien hubiese convencido a otro alguien para utilizar sus fondos así. Me dijeron que en cinco años, a lo sumo 10, habría resultado. Han tardado 25 años en detectarlas pero lo han hecho, y es maravilloso.

Fuente:http://www.elmundo.es/ciencia/2016/03/12/56e2cbd7ca4741ce748b4573.html