Could Particle ‘Spooky Action’ Define The Nature Of Gravity?

by ELIZABETH HOWELL on DECEMBER 5, 2013

Diagram of a wormhole, or theoretical shortcut path between two locations in the universe. Credit: Wikipedia

Quantum physics is a fascinating yet complicated subject to understand, and one of the things that freaks out physics students every is the concept of entanglement. That occurs when physicists attempt to measure the state of a particle and that affects the state of another particle instantly. (In reality, the particles are in multiple states — spinning in multiple directions, for example — and can only be said to be in one state or another when they are measured.)

“Spooky action at a distance” is how Albert Einstein reportedly referred to it. Here’s the new bit about this: Julian Sonner, a senior postdoctoral researcher at the Massachusetts Institute of Technology, led research showing that when two of these quarks are created, string theory creates a wormhole linking the quarks.

According to MIT, this could help researchers better understand the link between gravity (which takes place on a large scale) to quantum mechanics (which takes place on a very tiny scale). As MIT puts it, up to now it’s been very hard for physicists to “explain gravity in quantum-mechanical terms”, giving rise to a preoccupation of coming up with a single unifying theory for the universe. No luck yet, but many people believe it exists.

Quarks, fundamental particles seen here in a three-dimensional computer-generated simulation. PASIEKA/SPL

“There are some hard questions of quantum gravity we still don’t understand, and we’ve been banging our heads against these problems for a long time,” Sonner stated. “We need to find the right inroads to understanding these questions.”

Quantum entanglement sounds so foreign to our experience because it appears to exceed the speed of light, which violates Einstein’s general relativity. (The speed limit is still being tested, of course, which is why scientists were so excited when it appeared particles were moving faster than light in a 2011 experiment that was later debunked due to a faulty sensor.)

Anyway, this is how the new research proceeded:

- Sonner examined the work of Juan Maldacena of the Institute for Advanced Study and Leonard Susskind of Stanford University. The physicists were looking at how entangled black holes would behave. “When the black holes were entangled, then pulled apart, the theorists found that what emerged was a wormhole — a tunnel through space-time that is thought to be held together by gravity. The idea seemed to suggest that, in the case of wormholes, gravity emerges from the more fundamental phenomenon of entangled black holes,” MIT stated.

Two nascent black holes formed by the collapse of an early supergiant star. From a visualization by by Christian Reisswig (Caltech).

- Sonner then set about to create quarks to see if he could watch what happens when two are entangled with each other. Using an electric field, he was able to catch pairs of particles coming out of a vacuum environment with a few “transient” particles in it.

- Once he caught the particles, he mapped them in terms of space-time (four-dimensional space). Note: gravity is believed to be the fifth dimension because it can bend space-time, as you can see in these images of galaxies below.

- Sonner then tried to figure out what would happen in the fifth dimension when quarks were entangled in the fourth dimension, using a string theory concept called holographic duality. “While a hologram is a two-dimensional object, it contains all the information necessary to represent a three-dimensional view. Essentially, holographic duality is a way to derive a more complex dimension from the next lowest dimension,” MIT stated.

The HST WFPC2 image of gravitational lensing in the galaxy cluster Abell 2218, indicating the presence of large amount of dark matter (credit Andrew Fruchter at STScI).

- And it was under holographic duality that Sonner found a wormhole would be created. The implication is that gravity itself may come out of entanglement of these particles, and that the bending we see in the universe would also be due to the entanglement.

“It’s the most basic representation yet that we have where entanglement gives rise to some sort of geometry,” Sonner stated. “What happens if some of this entanglement is lost, and what happens to the geometry? There are many roads that can be pursued, and in that sense, this work can turn out to be very helpful.”

You can view the research in Physical Review Letters.

Source: Massachusetts Institute of Technology

Read more: http://www.universetoday.com/106968/could-particle-spooky-action-define-the-nature-of-gravity/#ixzz2mdSBSZGz

El telescopio Hubble detecta agua en las atmósferas de cinco planetas fuera del Sistema Solar

Recreación artística de un planeta extrasolar orbitando su estrella. NASA

EL MUNDO Madrid

Actualizado: 03/12/2013 20:51 horas

Gracias al potente ojo cósmico del telescopio espacial Hubble, dos equipos de científicos han detectado indicios de agua en las atmósferas de cinco planetas fuera del Sistema Solar.
La existencia de agua en planetas extrasolares ya se había comprobado en investigaciones anteriores, pero éste es el primer estudio que ha logrado medir y comparar la cantidad de agua en estos cinco mundos, según informa la NASA en un comunicado.
Aunque los planetas que orbitan otros soles están demasiado lejos como para que puedan observarse directamente, es posible realizar análisis de su tamaño y la composición de sus atmósferas, al estudiar el tránsito de estos mundos delante de sus estrellas.
La cantidad de agua detectada en los cinco planetas estudiados con el Hubble (WASP-17b, HD209458b, WASP-12b, WASP-19b y XO-1b) variaba bastante. Las señales más fuertes que indicaban la presencia de H20 se observaron en WASP-17b y HD209458b, aunque en los otros tres planetas también se detectaron claramente indicios consistentes con la existencia de agua.
"Estamos convencidos de que hemos detectado señales de agua en múltiples planetas", asegura Avi Mandell, investigador del Centro Goddard de la NASA, en Maryland, y autor principal de uno de los estudios sobre este hallazgo, que publica hoy la revista Astrophysical Journal. "Este trabajo realmente abre la puerta a la posibilidad de comparar cuánta agua hay en las atmósferas de diversos tipos de exoplanetas, por ejemplo las diferencias que existen entre los más calientes y los más fríos".
Estas investigaciones forman parte de un censo que analiza las atmósferas de exoplanetas, dirigido por el científico L. Drake Dreming, de la Universidad de Maryland. Sus observaciones han vuelto a demostrar una vez más el extraordinario potencial científico del Hubble en el estudio de exoplanetas.
"Es extraordinariamente difícil detectar la atmósfera de un exoplaneta", explica Deming, cuyo equipo utilizó una nueva técnica de observación que incrementó la precisión de sus mediciones."Pero fuimos capaces de obtener una señal clara, y es agua", asegura el investigador.

Neutrinos extraterrestres detectados en el Polo Sur

MIGUEL G. CORRAL Madrid

Actualizado: 21/11/2013 21:35 horas

Si a Shackleton o a Amundsen les hubiesen contado que algún día habría un laboratorio gigante con aspecto de nave espacial sobre los mismos hielos que destrozaban sus barcos y mataban a sus tripulaciones en la Antártida, hubieran pensado que se trataba de una locura. Y lo mismo le ocurrió en los años 70 a las autoridades norteamericanas cuando escuchaban a un grupo de investigadores de Estados Unidos plantear la idea de construir un cubo de un kilómetro por un kilómetro enterrado a 2.500 metros de profundidad bajo el hielo de la Antártida para observar los neutrinos que llegan desde el Universo. Pero esa locura es una realidad que acaba de producir sus primeros resultados importantes, y prometen revolucionar la Astronomía.
El grupo de 276 científicos de 12 países que trabaja en IceCube ha detectado por primera vez neutrinos -un tipo de partículas subatómicas que pueden generarse en el Sol, en fenómenos astrofísicos como el Big Bang, el CERN o en las centrales nucleares- de alta energía que proceden de más allá de nuestra galaxia.
«Este es el primer indicio de neutrinos de muy alta energía de fuera del Sistema Solar», explicaba ayer Francis Halzen, investigador principal de IceCube, profesor distinguido de Física en la Universidad de Wisconsin-Madison y verdadero padre intelectual del proyecto. «Es muy gratificante ver finalmente lo que hemos estado buscando. Este es el comienzo de una nueva era para la Astronomía», sentenció.

Uno de los agujeros del IceCube, taladrados en el hielo. | Science

La frase de Halzen está justificada. Este descubrimiento supone que se podrá utilizar la información que se pueda extraer de los neutrinos provenientes del espacio para hacer Astronomía. Según, Juan Antonio Aguilar, investigador de la Universidad de Ginebra y miembro del equipo de IceCube, el hallazgo es similar a la primera vez que se utilizaron rayos X o radiación Gamma para obtener imágenes del espacio profundo, dos técnicas que revolucionaron la investigación astronómica moderna.

Una nueva puerta al espacio

Los neutrinos pueden producirse a partir de muchas fuentes, algunas del espacio y otras situadas en la atmósfera terrestre. De hecho, esta no es la primera vez que se detectan neutrinos cósmicos. En 1987, varios detectores alrededor del mundo observaron un pulso de neutrinos de baja energía producidos por una supernova cercana (una explosión estelar).
El número de neutrinos extraterrestres detectados -28- puede parecer escaso para dos años de trabajo, pero la clave está en la energía que tienen. «Los neutrinos que hemos detectado tienen energías entre un millón y mil millones más energía que los neutrinos solares o de la Supernova de 1987», explica Carlos de los Heros, profesor de la Universidad de Uppsala y uno de los investigadores que diseñaron el prototipo del observatorio IceCube. Nunca se habían detectado estas partículas de muy alta energía -porque hasta la construcción de IceCube no existía ningún observatorio capaz de hacerlo-, y eso abre una nueva puerta a la exploración del espacio.
IceCube es la trampa de neutrinos más sensible que se haya construido jamás y la única lo bastante grande para cazar neutrinos cósmicos de muy alta energía. El observatorio astronómico, al contrario que los telescopios que todo el mundo puede tener en mente, consiste en 87 agujeros taladrados en el hielo polar hasta una profundidad de más de 2.000 metros. En cada uno de ellos se desliza una cuerda que lleva anudados unos detectores del tamaño de pelotas de baloncesto. Y son precisamente esas esferas las responsables de captar las tenues señales de los neutrinos que atraviesan la Tierra provenientes de la atmósfera, del Sol y del espacio exterior al Sistema Solar.
El Sol emite un flujo muy intenso de neutrinos, pero son de una energía muy baja, de unos 10 MeV. Y la misma magnitud emiten las supernovas o las centrales nucleares, debido a la desintegración de núcleos inestables producidos al quemar el combustible.
«Somos ciegos a esos neutrinos, -explica De los Heros-. El diseño del detector desde el principio estuvo enfocado a buscar neutrinos de energía mucho más alta. Y tras muchos años de planificación y construcción, el detector ha dado sus frutos». Los 28 neutrinos extraterrestres observados tienen energías desde 30 millones de MeV, hasta dos de ellos con energías por encima de los 1.000 millones de MeV (1.000 TeV). Estos dos neutrinos muy energéticos son tan importantes para los investigadores y para el futuro de la Astronomía que han terminado por ponerles apodo: Ernie y Bert (Epi y Blas).

Un agujero negro supermasivo en rotación vertiginosa

Un equipo internacional de astrónomos ha comprobado que la velocidad de rotación de un agujero negro supermasivo alcanza un valor récord, próximo al 86% de la velocidad de la luz. Las observaciones, realizadas en rayos X de un amplio rango de energías, revelan detalles del entorno del agujero negro, pero su interpretación todavía está sometida a debate.






Galaxia NGC1365.
ESO

La gran galaxia barrada NGC1365 se encuentra a una distancia de unos 70 millones de años-luz en la constelación austral de Fornax (’el horno químico’). Esta galaxia es el doble de grande que nuestra Vía Láctea y en su centro se esconde un agujero negro supermasivo con una masa equivalente a unos 2 millones de veces la masa del Sol.



Los agujeros negros son las entidades más enigmáticas del Universo conocido. Pueden llegar a tener una masa de hasta diez mil millones de veces la de Sol concentrada en una región del espacio ridículamente pequeña. Se piensa hoy que prácticamente todas las galaxias albergan en su región central un agujero negro que evoluciona de manera paralela a la del resto de la galaxia que lo aloja. Estos agujeros negros supermasivos crecen engullendo estrellas o nubes de gas de su entorno o, cuando se produce una colisión entre galaxias, fusionándose con otros agujeros negros.





El entorno de un agujero negro supermasivo.
NASA

Cada agujero negro supermasivo suele estar rodeado por un disco de acreción que, al sufrir los enormes efectos gravitatorios producidos por la gran masa central, va dejando caer parte de su masa al abismo del agujero. La región de interacción entre el disco y el agujero es una zona tremendamente energética en la que se pueden originar grandes chorros de materia que se eyectan desde las zonas polares y donde se producen emisiones de muy alta energía en rayos X. El análisis detallado de esta radiación de rayos X permite pues investigar en detalle la estructura de la región más cercana al agujero negro.



Casi a la velocidad de la luz

El astrónomo italiano Guido Risaliti y sus colegas han utilizado los telescopios XMM-Newton y NuSTAR para observar la galaxia NGC1365. El primero de estos telescopios permite observar los rayos X ‘blandos’, de baja energía (hasta unos 12 keV), mientras que el segundo telescopio está permitiendo, por vez primera, analizar los rayos X en un rango muy alto de energías (hasta unos 80 keV). Gracias a la gran cobertura en energías, estos investigadores han conseguido estudiar en detalle la distribución de la emisión ocasionada por iones de hierro y llegan a concluir que el material en la órbita interior más estable en torno al agujero negro gira con una velocidad que es el 84 % de la velocidad de la luz.






Modelos para el agujero negro
NASA/JPL-Caltech

Según la teoría de la Relatividad General de Einstein, la gravedad del agujero negro rotante distorsiona y retuerce el espacio-tiempo de su entorno de una manera compleja. Risaliti estima que, debido a este retorcimiento, una partícula en el horizonte de sucesos del agujero negro tardaría 4 minutos en dar una vuelta completa.




Debate abierto

La interpretación de Risaliti y colaboradores no es, sin embargo, unívoca. Para estimar esta velocidad de rotación, los astrónomos suponen que la radiación X llega directamente del disco de acreción sin ningún factor que la altere. Pero otros autores, como Jane Turner de la Universidad de Maryland, vienen señalando desde hace tiempo la importancia que tienen las nubes de gas y polvo del entorno de un agujero negro distorsionando la forma de la emisión X, y advierten ahora que estos efectos no han sido tenidos en cuenta por Risaliti y sus colegas. Estos últimos contra-argumentan que si tales nubes existiesen realmente, la emisión X procedente del entorno del agujero negro debería ser 100 veces mayor de lo medido, un valor que ellos consideran poco razonable.



El debate sigue abierto. La emisión de rayos X de altas energías está aún muy poco estudiada y se necesita observar más agujeros negros para concluir sobre el efecto de las posibles nubes del entorno del objeto. También los modelos teóricos pueden refinarse para aportar predicciones de mayor realismo que permitan interpretar las observaciones.



Es literalmente imposible observar directamente un agujero negro. Son objetos que no emiten nada, pero los efectos de su descomunal gravedad son espectaculares, los delatan, y nos revelan así muchos de sus fascinantes misterios.

El trabajo de Risaliti y colaboradores ha sido publicado el 28 de febrero pasado en Nature.






NuSTAR.
NASA

El instrumento NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) fue lanzado por la NASA el 13 de Junio de 2012. Es capaz de detectar y analizar los rayos X en el rango 5 a 80 kEV. Incluye dos telescopios gemelos que poseen elementos ópticos multi-capa en el extremo de un mástil desplegable de 10 m de longitud. En la base del mástil se encuentra el plano focal con los detectores. El telescopio sufre grandes variaciones de temperatura según está iluminado o no por el Sol, un láser mide con precisión las dilataciones del mástil y permite mantener siempre el telescopio perfectamente enfocado.



XMM-Newton
ESA



El telescopio XMM-Newton fue lanzado por la ESA el 10 de diciembre de 1999. . Es capaz de detectar y analizar los rayos X llamados ‘blandos’, esto es, en el rango de energías entre 0.1 y 12 kEV. Dispone de tres sistemas ópticos en paralelo con una distancia focal de 7.5 metros y con un diámetro de 70 centímetros.

Se confirma una nueva estructura similar a una partícula en el LHC

Artículo publicado por Ashley WennersHerron el 15 de noviembre de 2012 en Symmetry Magazine

Científicos del experimento CMS en el CERN han observado una exótica combinación de partículas descubierta previamente en el experimento CDF del Fermilab.

Científicos de un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones confirmaron esta semana la existencia de una estructura similar a una partícula, observada por primera vez por el predecesor del LHC, el Tevatron.

LHC © by delaere

Miembros de la colaboración CMS anunciaron el 14 de noviembre de 2012 que habían observado un curioso objeto, conocido como Y(4140), que el experimento CDF detectó en marzo de 2009.

“No sabemos qué es”, dice Vincenzo Chiochia, co-convoncante del grupo de física B para el CMS. “Observamos una estructura que es consistente con los descubrimientos anteriores del Tevatron”.

Hay menos de una posibilidad entre 3,5 millones de que la estructura sea el resultado de una fluctuación estadística—los experimentadores saben que está ahí. Ahora están trabajando para descubrir qué es exactamente. La nueva estructura, observada en colisiones a una energía de 4,1 giga-electronvolts, parece estar compuesta de quarks y antiquarks. De ser así, no obstante, los científicos esperarían que esos quarks y antiquarks encajasen de cierta forma, cosa que no parecen hacer.

Teóricamente, la estructura podría ser una composición híbrida de varias partículas: cuatro quarks ligados débilmente o incluso partículas ligadas por la fuerza nuclear, que mantiene unidos a los protones y neutrones dentro de los átomos. También existe la posibilidad de que sea algo completamente nuevo.

“No sé qué explicación es la correcta”, dice Kai Yi, científico de la Universidad de Iowa que ha trabajado en el análisis de Y(4140) tanto en CMS como en CDF. “Todavía no podemos señalar a algo y decir, sí, es esto”.

Como sucede con cualquier descubrimiento, los científicos están realizando ahora medidas de precisión sobre las propiedades de la estructura. Estas incluyen una medida más precisa de su masa y la forma en que se desintegra, entre otros factores. Todas las medidas deberían completar una descripción más detallada.

Ahora, dice Yi, “tenemos que descubrir qué es con estudios posteriores”.

Esto es algo que solo puede lograrse con más datos por lo que, ¡permanezcan atentos!

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Autor: Ashley WennersHerron
Fecha Original: 15 de noviembre de 2012
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El universo no se expande de manera uniforme

 Hace algunas semanas, los investigadores anunciaron el descubrimiento de un “flujo oscuro” de materia invisible que arrastraba un lejano cúmulo galáctico hacia los límites del universo. Ahora llegan más pruebas de fuerzas desconocidas e invisibles en el cosmos, pero esta vez más cerca de casa. Un grupo de investigadores ha descubierto que nuestra zona concreta del universo — hasta una distancia de 400 millones de años luz — no se expande de manera uniforme en todas las direcciones como era de esperar. Para ser exactos, la expansión es más rápida en una mitad del cielo que en la otra. “Es como si, además de la expansión, nuestro “vecindario” del universo tuviese un empuje extra en cierta dirección”, dice Mike Hudson de la Universidad de Waterloo en Ontario, Canadá. “Esperamos que la expansión del universo se haga más uniforme a escalas cada vez mayores, pero no es lo que hemos encontrado”. De confirmarse, sus hallazgos darían como resultado una nueva comprensión del origen y estructura del universo y posibles revisiones del modelo cosmológico estándar.

Hudson y otros dos científicos han llevado a cabo una investigación de los flujos cósmicos a gran escala y la expansión general del universo. Esta expansión se incrementa con las distancias entre galaxias continuamente con el tiempo, y es lo que se conoce como el flujo de Hubble. Las desviaciones de la velocidad de las galaxias del flujo global de Hubble es lo que se conoce como “velocidad peculiar”. Examinando las velocidades peculiares de los cúmulos y supercúmulos, los científicos pueden obtener estimaciones de las concentraciones de masa local que pueden ser responsables de provocar desviaciones del flujo de Hubble.
En particular, estos investigadores estaban intentando abordar la antigua pregunta sobre el origen de aproximadamente velocidad peculiar de 600 km/s del Grupo Local de galaxias, con respecto al Fondo de Microondas Cósmico.
Usando varias investigaciones distintas, descubrieron que aproximadamente el 50% del movimiento del Grupo Local es más rápido de lo que habían previsto. Para generar este movimiento, creen que debe haber una estructura grande, invisible y desconocida en el universo. Escriben que, “El gran valor del movimiento residual implica que hay velocidades significativas en las estructuras a escalas muy grandes”, y las estructuras que caen más allá del Grupo Local.
Brian McNamara, Catedrático de Investigación Universitaria en el departamento de física y astronomía en la UW, dice que Hudson ha hallado que gran parte de la materia del universo cercano se mueve como conjunto a una velocidad sorprendentemente alta. “Si se confirma el trabajo que están realizando él y otros, requerirá una gran revisión de la forma en la que creemos que apareció y evolucionó el universo”.
Hudson y sus colegas han enviado un artículo a la Sociedad Real Astronómica, y la versión de pre-impresión está disponible aquí.

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Autor: Nancy Atkinson
Fecha Original: 11 de octubre de 2008
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Logran la mejor medida de la expansión del Universo

De Jose Manuel Nieves (el 04/10/2012 a las 01:44:49, en Ciencia)

Un grupo de astrónomos de la NASA acaba de ralizar la medición más precisa jamás obtenida de la constante de Hubble o, lo que es lo mismo, del ritmo al que se expande el Universo. El hallazgo contribuirá a conocer con más exactitud tanto su edad como su tamaño. El nuevo valor es de 74,3 (con un margen de 2,1) kilómetros por segundo por megaparsec (un megaparsec equivale a unos tres millones de años luz). El trabajo se publica esta semana en Astrophysical Journal.



En la década de los 20 del pasado siglo, el astrónomo Edwin P. Hubble sorprendió al mundo al confirmar que el Universo no ha dejado de crecer desde el momento mismo en que surgió, a partir del Big Bang, hace 13.700 millones de años. Setenta años más tarde, en los 90, se descubrió que esa expansión, además, se está acelerando y es cada vez más rápida a medida que pasa el tiempo. Por eso, determinar con precisión cuál es exactamente la tasa de esa expansión se ha convertido en un objetivo fundamental de los científicos para conocer tanto la edad como el tamaño del Universo en que vivimos.

Las nuevas mediciones, llevadas a cabo con el telescopio espacial Spitzer, mejoran en un factor de 3 a las realizadas anteriormente con el Hubble. En efecto, el Spitzer tiene la ventaja de que puede "ver" el Universo en el rango del infrarrojo (es decir, en longitudes de onda muy largas), mientras que el Hubble lo hace en el rango de la luz visible.

El resultado es que el grado de incertidumbre de las nuevas medidas se ha reducido hasta solo un 3%, lo que supone un paso de gigante en la precisión de las medidas a gran escala. El nuevo valor para la constante de Hubble es de 74,3 (con un margen de 2,1) kilómetros por segundo por megaparsec (un megaparsec equivale a unos tres millones de años luz).

"El Spitzer está, de nuevo, haciendo ciencia para la cual no había sido diseñado -explica Michael Werner, del Jet Propulsion Laboratory de la NASA-. Primero, el Spitzer nos sorprendió con su habilidad para estudiar las atmósferas de los exoplanetas, y ahora, en los últimos años, se ha convertido en una valiosa herramienta cosmológica".

Además, los resultados se han combinado con los datos del WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) para obtener una medición independiente de la energía oscura, uno de los grandes misterios de la Ciencia y de la cual se piensa que es la responsable directa de la expansión acelerada observada por los científicos.

Se cree que la energía oscura ha conseguido ganarle la batalla a la gravedad, que intenta frenar la expansión, consiguiendo que, a gran escala, la materia del Universo esté cada vez más separada en lugar de cada vez más junta.

La capacidad de visión infrarroja del Spitzer ha permitido mirar a través de las densas nubes de polvo y gas de nuestra galaxia para ver con mucha más claridad un tipo de estrellas variables llamadas Cefeidas (por el nombre de la primera descubierta, Delta Cephei), de vital importancia a la hora de medir distancias en el cosmos.

Las características "pulsaciones" de las Cefeidas, en efecto, permiten medir su distancia con una gran exactitud. Un dato que, combinado con la velocidad  a la que los objetos parecen estarse alejando de nosotros, ha revelado la tasa de expansión del Universo.

Utilizando el Spitzer, los astrónomos de la NASA observaron diez cefeidas de nuestra propia galaxia y otras 80 en una de las galaxias satélite de nuestra Vía Láctes, la Gran Nube de Magallanes. Y sin las molestias del polvo cósmico bloqueando su visión, los investigadores pudieron calcular con mucha más precisión su distancia. A partir de ahí se pudo realizar la nueva estimación de la constante de Hubble.

Resulta sorprendente que, hace apenas una década, las palabras "precisión" y "cosmología" no pudieran utilizarse en una misma frase, y que los valores de la edad y el tamaño del Universo sólo pudieran estimarse en un factor de dos. Ahora, ese enorme margen de error ha quedado reducido a un pequeño porcentaje. Podemos equivocarnos, pero no en más de un 3%.

Hallan la primera "pueba física" de la materia oscura

La neblina alrededor del centro de la Vía Láctea puede ser la primera evidencia directa de este fenómeno

josé manuel nievesjosemnieves

Día 05/09/2012 - 09.49h

 

Un grupo de investigadores daneses ha captado por primera vez un extraño tipo de radiación que parece proceder del centro de nuestra galaxia y que forma una especie de niebla a su alrededor. Y han llegado a la conclusión de que dicha radiación emana directamente de la materia oscura. Si tienen razón, sería la primera prueba «física» que tenemos de su existencia. El estudio, que aparecerá próximamente en la revista Astronomy and Astrophysics, puede consultarse en ArXiv.

El Universo contiene una enorme cantidad de materia oscura, invisible para cualquiera de nuestros instrumentos. Sólo sabemos de su existencia por la acción gravitatoria que ejerce sobre la materia «normal», la que sí podemos ver y de la que están hechas todas las galaxias, las estrellas y los planetas. Se ha calculado que, mientras que la materia ordinaria solo da cuenta de un 4% de la masa del Universo, la materia oscura supone seis veces más, un 23% del total. Se cree que el restante 73% está constituido por una aún más misteriosa «energía oscura», que muchos consideran responsable de que el Universo esté acelerando su expansión.

Sabemos que esta misteriosa sustancia llena los vacíos que hay entre las galaxias y, dentro de ellas, el espacio que hay entre las estrellas. Desde que su existencia fue postulada, hace ya más de setenta años, varias generaciones de científicos han intentado detectarla, incluso capturar alguna de las partículas de las que se supone que está formada. Pero todo ha resultado inútil. Ahora, y gracias al trabajo de un grupo de investigadores del Instituto Niels Bohr, de la universidad danesa de Copenhagen, la Ciencia está más cerca que nunca de lograr ese ambicioso objetivo.

Utilizando el satélite europeo Planck, los investigadores han logrado detectar, por primera vez, un extraño flujo de radiación procedente del corazón mismo de la Vía Láctea, nuestra galaxia. Y están convencidos de que esa radiación emana directamente de la materia oscura.

Lanzado en 2009, el satélite Planck es un instrumento extremadamente sensible y capaz de hacer un mapa de todo el cielo visible en el rango de la radiación de microondas. Tras largos meses de trabajo, los investigadores lograron caracterizar con todo detalle la inusual radiación, y descubrieron además que ésta forma una misteriosa neblina que rodea por completo el centro galáctico. Algo que, según ellos, no puede proceder de la materia «normal», la que forma todas las estrellas y galaxias que podemos ver.

«La radiación —explica Pavel Naselsky, del Instituto Niels Bohr— no puede ser explicada a partir de los mecanismos estructurales de la galaxia, y no puede proceder de la explosión de supernovas. Creemos que podría ser una prueba directa de la existencia de la materia oscura. Por otro lado, hemos descubierto un mecanismo absolutamente nuevo y desconocido para la Física para explicar la aceleración de partículas en el centro de la galaxia».

Las primeras evidencias de esta «neblina galáctica» fue atisbada en 2004 por la sonda de la NASA WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), pero desde entonces numerosos investigadores han intentado explicarla sin éxito.

En el nuevo estudio, los científicos del Instituto Niels Bohr usaron los datos previamente recolectados por el WMAP y el propio Planck para estudiar la neblina en el rango de las microondas. Y determinaron que tiene mucho en común con la radiación sincrotón, que se produce cuando electrones y positrones (el positrón es la antipartícula del electrón, su "espejo" de antimateria) salen disparados a velocidades relativistas (una fracción apreciable de la velocidad de la luz) a través de los campos magnéticos del centro de nuestra galaxia.

Si la interpretación es correcta, la niebla podría ser una manifestación directa de la materia oscura, cuya presencia parece ser más densa precisamente en el centro de las galaxias. Una de las teorías más aceptadas sobre la materia oscura sostiene que está hecha de WIMPs (partículas masivas de interacción debil), una extraña y desconocida familia de partículas que serían, a la vez, materia y antimateria. Cuando dos WIMPs se encuentran, se aniquilarían mutuamente, lo mismo que sucede cuando una partícula ordinaria se encuentra con una antipartícula (hecha de antimateria).

«La teoría nos dice que la concentración de partículas de materia oscura alrededor de los centros galácticos es muy alta» —afirma Naselsky— «y tenemos argumentos muy sólidos para creer que en esas circunstancias se producen numerosas colisiones, y que como fruto de esas colisiones se forman electrones y positrones».

Según el científico, «estos electrones y positrones empiezan después a girar alrededor del campo magnético del centro de la galaxia y al hacerlo producen una radiación sincrotón muy poco habitual».

Lo cual significa que los investigadores podrían haber sido testigos de la radiación de microondas que se libera como consecuencia de la aniquilación de las partículas de materia oscura. El hallazgo parece confirmarse, también, con los datos de recientes observaciones llevadas a cabo con el Telescopio de rayos gamma Fermi (publicado por ABC el pasado 30 de mayo) y que detectaron unas enormes "burbujas" de luz gamma emanando desde el centro de la Vía Láctea. Un brillo que también podría deberse a la aniquilación de materia oscura.

¡La partícula de Higgs por fin!

Registro del CMS que pudiera ser la firma de la partícula de Higgs. / CERN (AFP)

“Hemos alcanzado un hito en nuestra comprensión de la naturaleza”. Así de claro lo ha dicho Rolf Heuer, director del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), junto a Ginebra. Y el hito es el bosón de Higgs, la partícula elemental que los científicos llevaban buscando décadas porque era la pieza que faltaba en la descripción científica de cómo son y cómo funcionan las partículas que forman toda la materia corriente, todo lo que vemos, es decir, el Modelo Estándar. El hallazgo se ha producido en el gran acelerador del CERN, el LHC, o más concretamente, en sus dos principales detectores, CMS y Atlas.

Los físicos han anunciado el hallazgo esta mañana en dos charlas técnicas rodeadas de enorme expectación y celebradas con aplausos, vítores y emoción en el auditorio del CERN. La presencia en la sala de Peter Higgs, el físico en cuyo honor se bautizó la partícula, ha conferido al acto un indudable elemento emotivo. “Estoy extraordinariamente impresionado por lo que ustedes han conseguido. Mis felicitaciones a todos los implicados en este increíble logro; es una felicidad haberlo vivido”, ha dicho el veterano físico teórico de 83 años.

Peter Higgs, a su llegada al seminario del Centro Europeo de Física de Partículas (CERN). / DENIS BALIBOUSE/POOL (EFE)

Los científicos, con la debida precisión, han explicado que han encontrado una nueva partícula, un bosón, con masa en torno a 125-126 Gigaelectronvoltios (GeV) sin afirmar que se trate sin lugar a dudas del Higgs predicho en el Modelo Estándar. Heuer lo ha dicho más claro: “Como hombre de la calle diría que lo tenemos, el bosón de Higgs; como científico tengo que decir que tenemos un bosón y ahora veremos de qué bosón se trata”.
El Higgs es la partícula que completa el Modelo Estándar, la que faltaba. El Modelo Estándar describe, con tremenda precisión, las partículas elementales y las fuerzas de interacción entre ellas; es en la física fundamental algo así como la Tabla de los Elementos en la química. Pero tiene, o tenía, una ausencia importantísima al no poder explicar por qué tienen masa las partículas que la tienen. La respuesta se propuso hace medio siglo, de la mano del británico Higgs y otros especialistas, con un mecanismo que explicaría el origen de la masa de algunas partículas y que se manifestaría precisamente en una partícula nueva, el llamado bosón de Higgs.

“Sin masa, el universo sería un lugar muy diferente”, explican los científicos del CERN. “Por ejemplo, sin el electrón, no habría química, ni biología ni personas. Además, el Sol brilla gracias a una delicada interacción entre las fuerzas fundamentales de la naturaleza que no funcionaría en absoluto si algunas de esas partículas no tuvieran masa”.

“Si el Higgs no existiera, usted no existiría”

La expectación era inmensa esta mañana alimentada por los rumores sobre un posible descubrimientoque se habían difundido en las últimas semanas. Si decenas de instituciones de todo el mundo participantes en los experimentos del LHC estaban pendientes, vía Internet, de las presentaciones de resultados, en el propio CERN el auditorio estaba ya casi lleno una hora antes de comenzar la presentación de los resultados por parte de los portavoces de Atlas y CMS, ambos experimentos con nutrida participación de expertos de instituciones científicas españolas

Ha hablado primero Joe Incandela, portavoz de CMS, y se le notaba muy nervioso, con la respiración entrecortada durante los tres cuartos de hora en los que ha ido exponiendo los datos técnicos de los análisis. Su conclusión: han encontrado un bosón de masa 125,3 GeV (+/- 0,6 GeV) con una certeza de 4,9 sigma. Este es un indicador de la mínima probabilidad de error. Aunque los físicos consideran que han de tener 5 sigma para cantar victoria, todo el mundo en la sala ha entendido que ahí estaba el Higgs. Aplausos. Y 5 sigma, han explicado después los investigadores, significa que la probabilidad de error es de una de un millón.

A continuación ha intervenido la italiana Fabiola Gianotti en nombre del otro detector, Atlas, menos nerviosa que su colega pero igualmente emocionada. Ha ido desgranando los datos y, cuando le han avisado de que le quedaban solo siete minutos más de charla, ha afirmado: “Serán siete minutos flexibles, seguro que no me cortan las últimas transparencias”. Por supuesto que nadie la ha interrumpido. Su conclusión: Atlas tiene la señal del nuevo bosón con una masa de 126,5 GeV a 5 sigmas. Aplauso atronador y vítores. Los datos de los dos experimentos “son plenamente compatibles”, ha apuntado Gianotti.

Ha sido un momento histórico. “Estoy realmente encantado con lo que se ha presentado, tenemos un éxito, un descubrimiento”, ha dicho Heuer después. “Lo que este bosón nos dice es que existe un cierto campo a través del cual las partículas fundamentales, como los quarks, adquieren masa por la interacción de esas partículas con el campo. Pero además, este campo interacciona consigo mismo y produce el bosón de Higgs”. A la pregunta de qué significado tiene el hallazgo, el director del CERN ha sido contundente: “Si el Higgs no existiera, usted no existiría”.

Este descubrimiento no es una meta final, sino al contrario, el inicio de una nueva etapa de exploración del universo

Ese mecanismo de Higgs es algo tremendamente técnico, pero a lo largo de los años se han propuesto numerosos paralelismos para aclararlo. Una de las ideas más eficaces es la propuesta por el físico del CERN Gian Francesco Giudice en su libro A Zeptospace Universe: las partículas adquieren masa al interaccionar con el llamado campo de Higgs. Piense en agua en la que nadan delfines y se bañan hipopótamos, dice Giudice; para las partículas que no tienen masa, como el fotón, el agua es totalmente transparente, como si no existiera, mientras que las que tienen masa, pero poca, se deslizan fácilmente sin apenas interactuar con el líquido, como los delfines. Las partículas masivas, como si fueran hipopótamos, se mueven con dificultad en el agua. El campo de Higgs, el agua en el símil, se expresa en determinadas condiciones como una nueva partícula nueva, que es la que han encontrado ahora los físicos del LHC.
Para lograrlo, los científicos han tenido que analizar billones de colisiones de protones contra protones en el LHC, porque en esos choques a altísima energía, muy de vez en cuando, puede generarse un bosón de Higgs. Como es muy raro que se produzca, necesitan cantidades ingentes de choques para obtener la señal suficientemente clara de que está ahí, de que no es ruido del experimento ni producto de los artefactos estadísticos del mismo. En realidad, los físicos no ven el Higgs, porque se desintegra inmediatamente, sino los productos de esa desintegración, que son como su firma.

Que hay una partícula nueva y que es un bosón está claro, pero hay que seguir investigando para determinar sin lugar a dudas que se trata del bosón de Higgs

Incluso en momentos de emoción y alegría desbordada los científicos son científicos y tanto Incandela, como Gianotti, como Heuer han sido muy claros a la hora de valorar el hallazgo. Que hay una partícula nueva y que se trata de un bosón está claro, a la vista de los datos. Pero ahora hay que seguir investigando para conocer todas las características de esa nueva partícula y poder afirmar sin lugar a dudas que se trata efectivamente del bosón de Higgs predicho en el Modelo Estándar. Es como ver la cara de un amigo en medio de una multitud; sí, parece tu amigo, pero para estar seguro de que es él y no su hermano gemelo hay que tener más datos. Gianotti ha pedido un poco de paciencia. En los próximos meses, cuando se conozcan los detalles de la nueva partícula, se logrará la respuesta definitiva.
Lo que está claro, han reiterado unos y otros en el CERN, es que este descubrimiento no es una meta final, sino al contrario, el inicio de una nueva etapa de exploración del universo en sus componentes más elementales y las fuerzas que los rigen. Porque los físicos saben que el Modelo Estándar, que con tanto éxito y tanta precisión describe la materia corriente, no puede ser la respuesta final ni aún con el Higgs. Gran parte del cosmos está hecho de algo totalmente desconocido, como la materia oscura que los físicos del CERN también quieren explorar y a cuya búsqueda no le quitan el ojo ni aún en plena cacería del Higgs, han explicado Incandela y Gianotti. La renovada exploración del universo no ha hecho más que empezar.
Los portavoces de Atlas y CMS se han deshecho en elogios del óptimo rendimiento del LHC y de los dos gigantescos detectores, sin los cuales este descubrimiento habría sido imposible, y del equipo de miles de personas en cada uno que han volcado su talento, conocimiento y entusiasmo en la investigación y el análisis de los datos. También el avanzado sistema de computación distribuida GRID supone un ingrediente clave del trabajo.

Fuente: http://sociedad.elpais.com/sociedad/2012/07/04/actualidad/1341384264_933365.html

'Voyager I' alcanza el límite del Sistema Solar 35 años después de partir

Foto: NASA/JPL

LONDRES, 15 Jun. (Reuters/EP) -

   La sonda 'Voyager 1' ha alcanzado los límites del Sistema Solar y amplía su propio récord del aparato humano que más lejos ha penetrado en el espacio. El Laboratorio de Propulsión de Cohetes de la NASA de Pasadena, en California, ha confirmado que la nave robotizada continúa enviando datos a la Tierra. De hecho, han constatado un incremento significativo de las partículas con carga procedentes de más allá del Sistema Solar.

   "Los científicos de la Voyager que estudian este rápido incremento se acercan a una conclusión inevitable pero histórica: el primer emisario de la Humanidad al espacio interestelar está en los confines de nuestro sistema solar", explica la NASA en un comunicado.
   Las partículas nuevas que está registrando la 'Voyager 1' proceden de otras estrellas de la galaxia y son cada vez más abundantes. "Desde enero de 2009 a enero de 2012 ha habido un incremento gradual de en torno al 25 por ciento en la cantidad de rayos cósmicos galácticos que detecta la 'Voyager'", ha explicado uno de los científicos asignados al proyecto Voyager del Instituto de Tecnología de California, en Pasadena, Ed Stone.
   "Más recientemente hemos visto una rápida escalada en esa parte del espectro energético. Desde el 7 de mayo los impactos de rayos cósmicos se han incrementado un cinco por ciento a la semana y en un nueve por ciento al mes", ha asegurado.
   Ahora los científicos esperan nuevos síntomas de que la sonda cruza la frontera imaginaria de nuestro sistema, tales como un cambio en las fuerzas gravitatorias y magnéticas. "Las leyes de la física dicen que algún día la 'Voyager' se convertirá en el primer objeto fabricado por humanos que entre en el espacio interestelar, pero aún no sabemos exactamente cuándo será", ha reconocido Stone. "Los últimos datos indican que estamos claramente en una nueva región en la que las cosas cambian más rápidamente. Es apasionante. Estamos acercándonos a la frontera del Sistema Solar".
   La 'Voyager 1' y su hermana gemela, la 'Voyager 2' fueron lanzadas por la NASA en 1977 desde Cabo Cañaveral con la misión de explorar el Sistema Solar. En estos momentos, la 'Voyager 1' se encuentra a unos 18.000 millones de kilómetros del Sol y se desplaza a 17 kilómetros por segundo. Los datos que emite tardan ya 16 horas y 38 minutos en llegar a la Tierra, mientras que la 'Voyager 2' está a unos 15.000 millones de kilómetros del Sol.
   Entre las dos han explorado los planetas gigantes de nuestro sistema: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, así como 48 de sus satélites. Las baterías de plutonio de las sondas están diseñadas para funcionar hasta 2025. A partir de esa fecha dejarán de transmitir a la Tierra, pero continuarán su viaje hacia otras estrellas de la Vía Láctea.
   Ambas llevan un saludo de la Humanidad dirigido a una inteligencia extraterrestre que en teoría sería capaz de descifrar una grabación de un disco de cobre con sonidos e imágenes de la vida y la cultura terrestres seleccionados por un grupo de intelectuales bajo la dirección del científico Carl Sagan.


Fuente: http://www.europapress.es

Logran cambiar, desde el presente, un evento del pasado

De Jose Manuel Nieves (el 01/05/2012 a las 01:35:09, en Ciencia) 

 

Un grupo de físicos acaba de lograr lo que parecía imposible: modificar desde el presente un evento que ya había sucedido con anterioridad. La hazaña se ha conseguido aprovechando una extraña capacidad de las partículas subatómicas que ya había sido predicha, pero que jamás hasta ahora había podido ser demostrada. El espectacular hallazgo se publica en Nature Physics.

A la larga lista de propiedades extraordinarias de las partículas subatómicas habrá que añadir, a partir de ahora, su capacidad para influir en el pasado. O, dicho de otra forma, para modificar acontecimientos ya sucedidos. El concepto clave que permite este nuevo y sorprendente comportamiento es un viejo conocido de los físicos: el entrelazamiento cuántico, un fenómeno aún no del todo comprendido y que consiste en una suerte de "unión íntima" entre dos partículas subatómicas sin importar a qué distancia se encuentren la una de la otra. Cuando dos partículas están "entrelazadas", cualquier modificación que llevemos a cabo sobre una se reflejará de inmediato en la otra, aunque ésta se encuentre en el otro extremo de la galaxia.

Ahora, y por primera vez, un grupo de investigadores ha conseguido entrelazar partículas después de haberlas medido, es decir, a posteriori y en un momento en que alguna de ellas podría haber dejado ya de existir.

Suena desconcertante, es cierto. Incluso los propios autores del experimento se refieren a él como "radical" en el artículo que aparece esta semana en Nature Physics. "Que estas partículas estén o no entrelazadas -reza el artículo, cuyo primer firmante es Xiao-song Ma, del Instituto de Óptica Cuántica de la Universidad de Viena- es algo que se decidió después de haberlas medido".

En esencia, los investigadores han conseguido demostrar que acciones llevadas a cabo en el futuro pueden ejercer influencia en eventos del pasado. Siempre y cuando, claro, limitemos la experiencia al ámbito de la Física Cuántica.

Allí, en el extraño mundo de las partículas subatómicas, las cosas suceden de forma muy diferente a como lo hacen en el mundo "real" y macroscópico que podemos ver y tocar cada día a nuestro alrededor. De hecho, cuando el entrelazamiento cuántico fue predicho por primera vez, el mismísimo Albert Einstein expesó su disgusto por la idea calificándola de "acción fantasmal a distancia".

Después, durante las últimas décadas, el entrelazamiento fue probado cientos de veces en laboratorio, sin que hasta el día de hoy los físicos hayan podido averiguar cómo puede producirse esa especie de "comunicación instantánea" entre dos partículas que no están en contacto físico. Ahora, el equipo de la Universidad de Viena ha llevado el entrelazamiento un paso más allá, y ha conseguido lo que nadie había podido hacer hasta ahora.

Para realizar su experimento, los físicos partieron de dos parejas de partículas de luz, esto es, de dos "paquetes" de dos fotones cada uno. Cada una de las dos partículas de cada  pareja de fotones estaban entrelazadas entre sí. Más tarde, un fotón de cada pareja fue enviado a una persona hipotética llamada Victor. Y de las dos partículas (una por pareja) que quedaron detrás, una fue entregada a Bob y la otra a Alice. (Bob y Alice son los nombres que se utilizan habitualmente para ilustrar los experimentos de Física Cuántica).

Víctor, al tener un fotón de cada pareja entrelazada, tiene pleno control sobre las partículas de Bob y Alice. Pero qué sucedería si Victor decidiese entrelazar a su vez sus dos partículas? Al hacerlo, también los fotones de Bob y Alice (ya entrelazados con cada uno de los dos fotones en poder de Víctor), se entrelazarían el uno con el otro. Lo bueno es que Víctor puede decidir llevar a cabo esta accíon en cualquier momento que quiera, incluso después de que Bob y Alice hubieran medido, modificado o incluso destruído sus propios fotones.

"Lo realmente fantástico -afirma Anton Zellinger, también de la Universidad de Viena y coautor del experimento- es que esa decisión de entrelazar los dos fotones puede ser tomada en un momento muy posterior. Incluso en uno en que los otros fotones podrían haber dejado de existir".

La posibilidad de llevar a cabo este experimento había sido predicha en el año 2000, pero hasta ahora nadie había conseguido realizarlo. "La forma en que entrelazamos las partículas -explica Zeilinger- es enviándolas hacia un cristal cuya mitad es un espejo. El cristal, por lo tanto, refleja la mitad de los fotones y deja pasar a la otra mitad. Si tu envías dos fotones, uno a la izquierda y otro a la derecha, cada uno de ellos olvidará de dónde procede. Es decir, perderán sus identidades y ambos quedarán entrelazados".

Zeilinger asegura que la técnica podrá ser usada algún día para la comunicación ultrarápida entre dos computadoras cuánticas, capaces de usar el entrelazamiento para almacenar información. Por supuesto, una máquina así no existe todavía, aunque experimentos como el descrito suponen un paso muy firme hacia ese objetivo.

"La idea -asegura Zeilinger- es crear dos pares de partículas, y enviar una a un ordenador y la otra al otro. Entonces, si entrelazamos esas partículas (como en el experimento), los dos ordenadores podrán utilizarlas para intercambiar información".