Novedades II Primavera 2010

Hola Gaussianos,

De forma no casual, se han sucedido estas últimas semanas, y casi se han amontonado literalmente, noticias de los diversos centros de investigación de física de partículas de todo el mundo. No me parece una coincidencia casual, porque como vereis no obedece a una serie , de grandes hallazgos inesperados, que han coincidido en el tiempo, y que no podían esperar a ser publicados. La razón para mí es sencilla: todos querían decir que ellos también están realizando investigaciones importantes y complementarias antes del arranque del LHC de primavera. Los centros de todo el mundo temen que se les retiren los fondos de financiación de los que dependen para sobrevivir. Estos centros exploran energías de hasta casi 1Gev. Y dado que en USA están también contribuyendo al LCH del CERN en Ginebra, sería natural que los responsables políticos, tan sobrados de dinero por estas fechas, pensaran que ya no necesitan gastar en lo mismo y sobre todo a energías ya explortadas y superadas.

Así, se abre un debate sobre si se "debe publicar sólo lo importante" o "lo importante es publicar" a cualquier consta para seguir "vivos en la carrera", ¿quién sabe si algún descubrimiento importante no se hubiera conseguido sin mantener fondos de inversión durante varios años (aunque para ello haya que recurrir a pequeñas argucias).

Noticia1:

 El Laboratorio Nacional de Brookhaven, en su RHIC (Relativist Heavy Ion Collider) ha descubierto nuevos "antiisótopos exóticos" relativamente longevos, que en lugar de antineutrones o antiprotones emplean combinaciones con antiquarks extraños. Así obtenemos toda una nueva tabla periódica: con extrañeza S=0 tenemos la tabla periódica de siempre: proton, neutron, deuterio, tritio, Helio3, Helio4, etc...

con S=1 y sustituyendo un quark down por uno strange tenemos un nuevo piso

con S=2 un tercer piso.

Es sorpendente que a las energías de 1GeV ya hayamos observado "materia extraña" como la predicha para "estrellas extrañas" suponiendo que fueran el siguiente escalón estable antes del colapso gravitatorio (algo así como un estado intermedio entre agujero negro y una estrella de neutrones) y puede que incluso el nucleo de una estrella de neutrones esté realmente constituido por una materia así.

Pero esto tiene más consecuencias de todo tipo. Una de ellas es que a las energías a las que la hemos observado este efecto nos fuerza a tenerlo muy en cuenta, cuando estudiamos  el proceso de nucleogénesis en estrellas en su fase estable, donde se crean la mayoría de los elementos químicos (y por supuesto en la fase final donde se crean los que hay por encima del Hierro). Así, las cadenas de reacciones nucleares que crean los diversos isótopos pueden complicarse con varios estados intermedios adicionales que pasan por estos nuevos "isótopos extraños". Hay que recalcular las abundancias relativas que estos nuevos modelos predicen.

Noticia2:

En el proyecto Gran Sasso y Borexino (colaboración entre Italia, US, Alemania, Rusia, Polonia y Francia), básicamente un gran detector de neutrinos, están detectando  los primeros neutrinos procedentes del centro de la Tierra. Si todo va como debe, se abre la puerta a un observatorio y a imágenes con información de primera mano sobre lo que sucede en el Nucleo Terrestre. Podremos "mirar" dentro de la Tierra y observar su interior en una especie de radiografía de neutrinos. Mejor dicho de antineutrinos procedentes de las desintegraciones nucleares del Uranio (U), Thorio (Th), Potasio (K) y Rubidio (Rb)depositados en el interior.

El observatorio que consta de 300 toneladas de líquido "escintilador", se diseñó para detectar neutrinos de baja energía porcedentes del sol.

Los datos deben complementarse y corroborarse con los de los detectores KamLAND en Japón y SNO+ en Canada.

Dichos datos son muy importantes también para entender cómo funciona el núcleo y el interior terrestre, sobre el que tenemos una gran duda: ¿Cuál es el origen del calor que genera? Nada menos que 40TW. Se postulaban el calor residual del origen de la Tierra, la desintegración radiactiva, interacción con el campo magnético solar, etc... Por estos estudios sobre neutrinos sabemos que sólo una parte se debe a la desintegración radiactiva.

Dicho calor es el origen del campo magnético terrestre y de la tectónica de placas responsable del vulcanismo y los terremotos.... no hace falta explicar lo importante que sería comprender mejor estos dos últimos fenómenos para predecirlos. Ni lo que dependemos del campo magnético terrestre que nos apantalla de toda partícula de alta energía cargada procedente sobre todo del viento solar o del espacio más profundo, sin él literalmente nos "freiríamos".

Noticia3:

En el Tevatron del Fermilab se están obteniendo resultados sorprendentes en el proyecto DZero, que indica evidencias significativas de la violación de la simetría CP entre materia y antimateria. El proyecto DZero ha analizado todos los datos recopilados en los últimos 8 años: trillones y trillones de impactos tipificados de partículas!

Se han centrado en estudiar con una precisión sin precedentes el decaimiento de mesones B (de quarks "Botton") en muones y antimuones. Encontrando desviaciones importantes sobre las predicciones del modelo standard. Dicho modelo no consigue distinguir entre materia y antimateria. O al menos no de la manera que esperamos para poder explicar por qué no hay antimateria en nuestro Universo, o mejor aún, por qué hubo un exceso de producción de una sobre la otra en el origen del mismo que hizo que actualmente usted y yo seamos "materia". ¿Por qué no se aniquiló toda la materia con la antimateria una vez que se enfrió, si en teoría se producen en "pares" o sea en igual cantidad?. Se cree que realmente hay una diferencia muy sutil en las leyes de la naturaleza que "distingue" entre materia y antimateria. Así se debió de producir una ligerísima cantidad inferior de antimateria con respecto al de materia en el comienzo y esa "ligera" diferencia es nada menos que "toda" la meteria que vemos ahora (incluyendo todas las estrellas galaxias, etc...).

De no ser así, aún sería más interesante, porque ¿dónde está si no toda la antimateria que no observamos? Hasta donde podemos "ver": el Universo observable es tan sólo una esfera de radio 13.500 millones de años luz, ya que desde el origen del Universo nada ha podido ir más rápido que la luz. Desconocemos si el Universo es más grande que el Universo observable, si coinciden en tamaño o si incluso es "menor" (¿sabéis lo que implicaría ésto: que alguna lejana región observable es en realidad otra región más cercana pero por ejemplo hace 8.000 millones de años y la luz procedente de algo que ya no está o ha cambiado nos llega tras dar la vuelta al Universo y volver: serái una especie de "espejismo" literal lo que observamos cómo muy lejano). Pero podría ser que el Universo hasta donde sabemos pudiera incluso ser "infinito", o ser sólo una parte de un "multiverso" formado por muliples Universos incluso con leyes físicas totalmente distintas.... y totalmente separados del nuestro. Si se crearon a la vez, ¿pueden constar éstos sólo de antimateria y no afectarnos de ninguna manera?

Hay muchas más.... pero lo fundamental, además de manteneros informados, es si es o no lícito y conveniente forzar a los centros de investigación básica a que publiquen como sea y lo que sea... y si éste debería ser el patrón de medida de la calidad o prioridad de su investigación con respecto a otras.

El simple hecho de que ellos sepan cómo se les evalúa altera la medida. De hecho ya hay varias fórmulas y hasta una constante (Landa) que definen a que tiende este proceso interactivo.

¿Que pensáis vosotros elementales? Sobre la necesidad o conveniencia de publicar. Y sobre todo de la pregunta realmente importante ¿Está bien gastado este dinero o se podría emplear en otros expemientos más interesantes pero más parcos en publicidad y que no acceden por tanto a la financiación? Espero que os haga reflexionar y si queréis podamos compartir vuestras reflexiones...

Un saludo

Francisco Menchen

 

Noticias Fisica de Particulas Primavera 2010. Parte I

Ya se ha puesto en marcha de nuevo el LHC tras la programada parada invernal.

Recordemos que nos habíamos quedado justo antes de la parada programada de invierno, que se produce de forma ordenada, para lograr una doble finalidad:  por un lado ajustar esta inmensa máquina (proceso contínuo ya que en sí mismo constituye un sistema muy grande hecho a medida y con partes del sistema también hechas a medida, practicamente un sistema nunca antes montado hecho de prototipos) y por otro lado, se trata de no coincidir con el mayor consumo eléctrico de la zona en los meses de más frío y menos luz ambiental. La última noticia había sido que todo fué bien, se llegó a batir un nuevo record mundial de potencia superando el 1GeV del Tevatrón del Fermilab e incluso se estrenaron los 4 detectores con "fuego real" al producir choques de partículas.

En la nueva puesta en servicio del aparato ya se ha llegado a la energía de trabajo maxima prevista para la primera fase: 7GeV (se consiguió el 21 de Marzo pasado). Este sí es un record absoluto Mundial! Circulando dos haces de protones en sentido contrario, se consigue esa energía disponible en el choque.

Queda por conseguir el incremento progresivo de la intensidad para lograr un número mayor de choques por segundo.

Durante un año y medio se explorará sistematicamente las energías desde hasta donde se habían explorado previamente (aprox. 0.65GeV) hasta los 7GeV. Y se acumularán múltiples datos para que los centros de investigación de todo el mundo comprueben o descarten modelos teóricos. Por supuesto si se descubre una partícula nueva se sabrá casi en tiempo real.

A partir de ahí (pasando una nueva parada técnica del invierno del año que viene) se comenzará a explorar energías superiores, cargando otros proyectiles: en lugar de protones se inyectarán iones o núcleos de plomo (está por ver si incluso oro). Con lo que casi se prodría llegar a duplicar su energía eficaz de choque hasta 14GeV (al menos seguro superar los 10-12GeV). Tras lo que se estará otro año y medio, tal vez dos años.

El evento ha tenido una gran repercusión mediática: nada menos que 3 minutos en el telediario de todas las cadenas del mundo en horario de máxima audiencia con un vídeo realizado en el propio CERN con imágenes expectaculares del propio centro y simulaciones de todo tipo de los choques previstos (para los ojos expertos se vieron huellas de las posibles partículas esperadas: el Bosón de Higgs, partículas supersimétricas, etc...

Hasta una entrevista en el canal 24 horas de RTVE (www.rtve.es/mediateca/fotos/20091121/lhc-se-pone-nuevo-marcha/41092.shtmla) un físico profesional que había trabajado en varios centros a lo largo del mundo y por supuesto en el CERN. Y el hombre intentó explicarlo con palabras que todo el mundo pudiera entender (creo que lo hizo muy bien). Incluso surgió la típica e inevitable pregunta final, no típicamente técnica o científica: El presentador preguntó si tenía alguna implicación "moral" lo que allí se puediera descubrir. ¿Qué pensais vosostros Elementales?

Antes de responder os pondré unas premisas sobre la mesa. En sí la pregunta es muy ambigua, poco concreta, y se puede interpretar de muchas formas. Además creo que no está ni siquiera bien formulada: la moral es el objeto de estudio de la ética, y sólo versa sobre las repercusiones de las acciones humanas: por ejemplo no tiene sentido preguntarse si un cuchillo es bueno o malo, en sí mismo, sí lo tiene el uso que de él hagamos (si es para comer es bueno y si es para agredir es malo). Tal vez nos confunde el hecho de que si un objeto sólo tiene malas aplicaciones decimos coloquialmente de él que es "malo", y todos entendemos que realmente lo que es malo es su uso. Del mismo modo preguntarse sobre si investigar es "bueno o malo" ya es ambiguo y en los tiempos que corren hasta sorprende: el conocimiento en sí mismo no es bueno ni malo, sólo el uso que hagamos de él, pero casi todo el mundo está de acuerdo en que es bueno en el sentido de que es una obligación y casi una necesidad de la especie humana. Como veis, se está además realizando en un entorno multinacional, totalmente trasparente, y prácticamente todo el mundo tiene acceso a lo descubierto en tiempo real: en un proyecto modelico de colaboración internacional, con fines claramente científicos.

El entrevistado de forma positiva y cómplice, contestó: supongo que se refiere a la polémica sobre si se podría crear algo que nos pudiera poner en peligro, algo así como un agujero negro que pudiera hipotéticamente empezar a engullir materia y eventualemente a la Tierra entera. La respuesta es NO, ya que las energías a las que nos moveremos son ampliamente superadas a diario por muchas partículas que chocan con la atmósfera, desde hace millones de años, y es evidente que no ha sucedido nada de eso.

Yo añadiría que hay más: al Bosón de Higgs se le ha denominado (a mi juicio de forma malintencionada) la "Partícula Divina". Y la gente se pregunta si es lícito seguir investigando más allá de esa frontera digamos "divina". Personalmente creo que es una estupidez colosal confundir alegremente términos tan dispares, y en general mezclar religión y conocimiento (ya que la religión también trata sobre la moral y como tal hemos visto que a ésta sólo le debería importar las acciones humanas en cuanto a sus consecuencias e intencionalidad). De todas formas para los lectores con profundo sentimiento religioso, y mente abierta al conocimiento, y que pudieran tener algún dilema, me remitiré a la historia que cuenta en múltiples libros Stephen Hawkins,  http://es.wikipedia.org/wiki/Stephen_Hawking , sobre unas conferencias que dieron en el Vaticano múltiples sabios invitados por la propia Iglesia (en los primeros años 80), para ponerse al día del avance de las investigaciones científicas (y esa vez que no les pasase lo que les sucedió con el caso de Galileo) y ver cómo encajaba con la versión oficial según sus mejores teólogos. Al final de las mismas, la Iglesia les indicó que oficialmente consideraban la Teoría del Big Bang o Gran Explosión de acuerdo y conforme con las Escrituras, y que dicho momento lo consideraban el Instante mismo de la "Creación", pero también advertían (y aquí se cubrían de momento en salud, a mi juicio innecesariamente) de que no investigaran lo que sucedió antes de ese momento porque eso ya era de dominio divino.

Mis comentarios al intento de frenar el conocimiento me los reservo, pero ahora añadiré dos cosas: una que con las energías disponibles estamos todavía lejísimos de las que reinaron en el instante mismo o previo al Big Bang, luego estamos todavía tras el Big Bang, y segundo que hasta San Agustín fué más perspicaz y sabía que no tenía sentido preguntarse que hacía Dios antes de la Creación porque el propio tiempo se creó con el Universo y no tiene sentido siquiera preguntar por "anterior" en el sentido clásico del término.

Veremos no obstante, que hay teorías que ya permiten adentrarnos en el instante anterior al Big Bang (ya que en ellas el tiempo no empezararía en ese instante si no que habría un pasado anterior y están definiendo si se podría saber algo de él a partir de medidas de lo que nosotros llamamos nuestro Universo actual), como las Terías de Supercuerdas, para las que no habría singularidades ni en el Big Bang ni en un Agujero Negro. Para ellas lo que había antes del Big Bang o un Agujero Negro serían tan sólo la forma más compacta posible de energía-materia conocida, que podría ser estable durante tiempos inimaginablemente largos de tiempo pero que podrían "rebotar" explosionando, debido bien a nuevas fuerzas que se postulan en dichas teorías o a algo similar a fluctuaciones cuánticas. ¿Podría todo nuestro Universo haber sido previamente un Agujero Negro supermasivo en otro Universo anterior?

Y como fin de la anécdota: el propio Stephen Hawkings había pronunciado una conferencia, unas horas antes en el mismo Vaticano, donde decía que ya que en las teorías de la Gravedad que él manejaba (de fusión entre la Relatividad General y la Mecánica Cuántica) se manejaba el Tiempo en el dominio Complejo, ¿por qué consideramos que el tiempo Real, con sóla una dimensión, al que estamos acostumbrados es el verdadero Tiempo? ya que para él, bien podría ser que el Tiempo Complejo (de dos o más dimensiones temporales) fuera el "verdadero tiempo", y el otro sólo una proyección unidimensional del mismo. Pues según él, el tiempo Complejo ni empezaba ni terminaba. En el mismo sentido que la superficie de la Tierra no tiene ni comienzo ni final en un punto singular (nadie se va a caer por un límite de la Tierra porque llegue a un borde, podría caminar por su superficie eternamente sin llegar a ningún fin). Según sus resultados, el tiempo complejo es similar a la superficie de la Tierra sin comienzo ni final y autocontenido (matemáticamente está muy bien definido). Así el Big Bang sería un instante similar al polo norte terrestre, a partir del cual podemos continuar avanzando en cualquier dirección.

Para saber cuál de estas teorías está en lo cierto o equivocada, o si sigue viva en la competición por la Teoría Definitiva (si es que la hay), necesitamos experimentar en máquinas como el LHC del CERN y similares, y observando cada vez mejor el propio Universo.

¿Qué opináis vosotros?

Un Elemental saludo

Francisco Jose Menchen

Los Quarks!

Hola Elementales,

Pese a ser verano, no vamos a dejar de publicar...

Nos habiamos quedado en la entrada anterior en lo siguiente: el maravilloso y simple modelo de tres particulas: electrones, neutrones y protones junto con el foton, se vino a bajo: se descubrió la antimateria (el positrón), los piones, los muones, etc...

La década de los años cincuenta fue una auténtica explosión demográfica de partículas: primero en los rayos cósmicos y seguidamente en los aceleradores de partículas que se crearon a la sazón: se empezaron a descubrir un auténtico zoo de partículas aparentemente elementales:
partículas extrañas, más mesones, el neutrino muónico...

Vamos a ver unas cuantas:
Mesones: piones(pi-,pio,pi+), kaones (K+, Ko, K-), ...
Bariones: Protones, neutrones, partícula lambda, sigma (+, o, -), cascada o Xi (Xo,X-), ...

Vamos a familiarizarnos antes con las palabras de la jerga de particulas subatomicas y cómo se clasifican:

Una clasificación es:

Fermiones: toda partícula que cumple el principio de exclusión de Pauli.
Bosones: si no cumple el principio de exclusión.

A su vez ambos pueden ser Hadrones (partículas que participan y por tanto, a las que sí afecta la fuerza nuclear fuerte) o No Hadrones (si no les afecta).

Combinando ambos criterios surgen cuatro grupos:


Empezaron a surgir tantas partículas nuevas, y cada vez que se aumentaba la potencia del acelerador con que se creaban surgían más, que se empezaron a preguntar si de verdad eran todas elementales.

Al igual que sucedió en el siglo XIX empezaba a haber demasiados elementos quimicos para ser todos ellos partículas fundamentales. Con Dalton, ... se descubrieron las leyes de la química pero no por que funcionaba así.

Por suerte, apareció Mendeleyev, quien en 1869 concibió la Tabla Periódica de los elementos químicos. La tabla no sólo colocaba todos los elementos conocidos si no que al quedar huecos en ella, además permitía predecir la existencia de nuevos elementos aún no descubiertos: años después se descubrieron el Escandio (1876), el Galio (1875) y el Germanio (1886). Y lo que era más importante aún: predecir qué propiedades tendrían: peso, valencia quimica, etc...

Sin embargo no permitía predecir cuantos grupos había ni por qué. Fué un autentico descubrimiento el primer gas noble en 1894, el neón (de ahí el nombre "el nuevo") que no encajaba en ningún grupo o columna anterior, así se creo una nueva la de los "gases nobles". ¡Nadie había predicho el hueco en la tabla de toda una fila!

Al igual que entonces apareció el genio de mediados del siglo XX: Murray Gell-Mann, quien junto con Yuval Ne`eman, se dieron cuenta de que la nueva jauría de partículas podía ordenarse según una forma de geometría, una especie de tabla periódica. En lo que se llamó la Vía Óctuple: Físicamente sería como un conjunto de grupos a veces de ocho elementos, a veces de diez y donde las propiedades podían deducirse como en el caso de la tabla de elementos químicos de su posición

Ordenando en familias por hadrones del mismo spin, e igualmente para mesones, surgían grupos y subgrupos de diez, ocho, etc... así los hadrones se agrupaban en dedupletes (diez miembros), octetes (ocho), tripletes (tres), dupletes (dos) y singletes (sólo uno)...

El esquema funcionaba tan bien que predecía la existencia de una partícula aún no descubierta así como sus características más importantes (masa en eV, spin, etc...) fué como un reto a los físicos experimentales: Murray la llamó partícula Omega, ya que era la última del grupo. Todos se lanzaron a buscarla ¡y se descubrió al poco en 1964!.

Todo el mundo creía en la VIA OCTUPLE. ¿Pero, por qué funcionaba? Al igual que sucedió con la tabla periódica había demasiados miembros integrantes, y una estructura geométrica sencilla que claramente indicaba un orden o un nivel jerarquico inferior subyacente.

Hablaremos antes un poco de las partículas extrañas, que sólo tenían de extrañas que tardaban en desintegrarse mucho más de lo que predecían las teorias: luego pese a que deberían desintegrase por intermediación de la fuerza fuerte parecía que lo hacían por la fuerza débil... les pareció "extraño".

Murray se dió cuenta de que podíamos definir un nuevo número cuántico al que llamó Extrañeza. Este número se conservaba en todas las interaciones salvo un único tipo de desintegración débil. Pero incluso en ese caso la extrañeza sólo variaba en una unidad cada vez.

De nuevo con unas reglas sencillas podríamos predecir los fenómenos, pero no explicarlos...

Justo cuando se encontraba la partícula Omega (1964) Murray Gell-Man ideó la solución: la llamó Quarks! (el origen del nombre es una simpática cita del James Joyce: "Three quarks for muster Mark").

Efectivamente lo planteó así:

Debía de haber unos constituyentes más pequeños: Al ser los hadrones fermiones y cumplir el principio de exclusión de Pauli, debían estar compuestos a su vez por fermiones y en número impar. El número uno es trivial (sustituimos una partícula por otra... y no arreglamos nada es una identidad) vamos a intentarlo con el número tres:

Hasta entonces sólo se habían encontrado partículas con carga +2, +1, 0 y -1, (nunca por ejemplo -2, ni +3), se sabía pero no podía explicarse.

Por combinatoria divimos entre 3 (el numero de partículas combinadas) la más alta y la más baja: y nos salen cargas de +2/3 y -1/3 las llamó quarks Up (u) +2/3 y Down (d) -1/3.

Sí... ya sé que ofende a la vista la primera vez que se ve una carga fraccionaria, pero dejad que continue...

Las combinaciones que salen son:

uuu +2
uud +1 (protón)
udd 0 (neutrón)
ddd -1


¡Bingo! Ahora ya se explica y demostraba por que sólo salían esas cargas y no otras.

(En la figura un neutrón)

Y para explicar las partículas extrañas necesitaba un tercer ingrediente otro "sabor" para su receta y le llamó "Extraño" (s), del inglés strange, que tenía también carga -1/3 y era más pesado que los otros dos (de masa casi muy parecida, por eso el neutrón pesa casi igual que el protón pero ligeramente más).

Quedaba por aclarar sólo un misterio: ¿cómo podían estar tres partículas de spin 1/2 en el mismo estado cuántico? dos sí pueden apuntando una en una dirección y otra en la contraria (imaginadlas como una pequeña flecha una apuntando hacia arriba y la otra hacia abajo, la tercera debe coincidir o bien hacia arriba o bien hacia abajo).

Esta paradoja se resolvió al explicar cómo funcionaba la fuerza fuerte realmente, ya que ahora lo que une realmente son quarks, y entre ellos y como una manifestación "menor" de su enorme fuerza une a los nucleones: la fuerza fuerte actúa sobre partículas que tienen "carga nuclear". Carga al igual que en el caso del electromagnetismo, pero en vez de dos cargas distintas (que en ese caso se denominaron positiva o negativa, aunque no tienen nada que ver con los signos aritméticos, también lo podíamos haber denominado masculino-femenino o ying-yang....) la carga nuclear es de tres tipos y al igual que en el electromagnetismo sólo se anula cuando se juntan y equilibran todas las distintos tipos de cargas (en este caso tres). Los físicos del siglo XX fueron más imaginativos que los precedentes: ¿qué hay que se anule de tres en tres? El color en la luz, así juntando luz verde, roja y azul obtenemos luz blanca que no posee ningún color a nuestros ojos, es transparente.

Se añadió un nuevo número cuantico: el del color, así pueden coincidir tres quarks a la vez cada uno de un color o si son dos, de un color y su antiquark: un mesón puede formarse a partir de un quark rojo y otro quark antirojo, la suma sigue siendo neutra (en cuanto a carga de color se refiere).

(En la figura un Meson, que consta de un quark y un antiquark que además deben de ser de un color y su anti color, aqui el antiazul es el amarillo _si los mezclas obtienes luz blanca de nuevo...)

No le importa el "sabor" a la fuerza fuerte, es "ciega" a éste, sólo importa el color del quark. Así para la fuerza fuerte un proton es indistinguible de un neutrón.

Por supuesto no tiene nada que ver con el color real (todas son mucho menores que la longitud de onda de la luz visible). A la teoría que explicaremos en la proxima entrega se la llamó Cromodinámica Cuántica (por el paralelismo con la electrodinámica cuantica).

(Arriba en la figura, la predicha particula Omega-, ¡Claro que faltaba! Era la única combinación de los tres primeros quarks aún no encontrada y la más energética ya que consta de tres quarks extraños que es el más pesado de los otros dos).

¿Fácil no? Como todas las ideas geniales un vez explicado todo el mundo se dijo: ¿pero cómo no lo ví yo mismo antes?

Justo por estas fechas ya había indicios por parte de los físicos experimentales, de que los nucleones tenían constituyentes menores. Se habían realizado experimentos apuntando chorros muy energéticos de electrones contra el neutron y el protón, que dibujaban o dejaban entrever unos corpúsculos que giraban aparentemente de forma libre en su interior y a los que se denominó "partones" (que inmediatamente se asociaron a los quarks predichos por los teóricos).
También dejaban claro que el nucleón era un sistema extenso, no era puntual, con un diametro de al menos 10 elevado a la -13 m.

A Murray le faltó sólo una cosa... las teorías se volvían irrenormalizables.. se predecían corrientes neutras de cambio de extrañeza que nadie había observado (no se daban en la naturaleza realmente...) y por esta fecha un doctorado de Julian Swinger, Sheldon Glashow demostró que se necesitaba un cuarto sabor de quarks: lo llamó "Charmed" (c), encantamiento. Según él porque alejaba todo maleficio de la teóría. Carga +2/3 y mucho más pesado que los otros. Aparte de que estéticamente se veía de lejos: un primo gordo del quark down, pedía a gritos otro del quark up.

Sheldon ha sido injustamente olvidado o poco citado, pese a que recibió el premio Nobel de Física en 1979 por su teoría de unificación de la fuerza débil con la lectromagnética, junto con Steven Weinberg y Abdus Salam los cuales le añadieron en 1971 a su teoría (que databa de 19961) el mecanismo de ruptura de simetría con bosones de Goldstone cuyo más simple mecanismo son las partículas de Higgs. No sólo apostó por los quarks, si no que predijo un nuevo cuarto sabor y sus características (carga, masa , spin, etc...). Unificó dos grandes fuerzas, ideó los diagramas renacuajo o pingüino, el mecanismo GIM (Glashow, Iliopoulos, Maiani) y una candidata a Teoría de la Gran Unificación (unificando las fuerzas electrodébil y fuerte).

Algunos años después (1974) se descubrió la primera partícula "encantada" la llamaron J/Shi (que en inglés suena y da lugar a la simpática broma "Gipsy" partícula gitana). Compuesta por un quark encanto y su anti quark. Un "Charmonium" (al igual que el positronium era con un electron y un positron, su antiparticula). Un grupo de investigadores (liderados por Sam Ting) la encontró y la llamó J y otro a la vez la llamó Shi (liderados por Burt Richter), al coincidir y ser la misma se la llamó así JShi. Ambos recibieron el premio Nobel de Física de 1976 por el descubrimiento, que fue crucial: no sólo se confirmaba el cuarto sabor de quark si no que se confirmaba de hecho la teoría de los propios quarks por entonces aún en tela de juicio, pese a la abrumadora acumulación de pruebas y éxitos teóricos. Pero la física es así, si no se puede comprobar ni medir nada, no es física aún, no se diferencia tanto de la metafísica.

Lo que fué un descubrimiento no esperado fué el quinto quark. Al que llamaron "Bottom" (b) (Fondo o Valle y a veces, Belleza).
Así que aunque no se encontró hasta 1991 se postuló inmediatamente la existencia del sexto sabor al que llamaron "Top" (Cima o Cresta)

Si veis en la tabla el salto en la masa veréis por que se tardó una década en encontrar al por ahora último quarks. Hay un salto de 4,2 GeV a casi 175 GeV) unas cuarenta veces más pesado!.

El quark Top es tan pesado casi como un nucleo de oro o plomo. Y se desintegra tan rapidamente que no le da tiempo a formar hadrones

(se espera que gracias a eso igual puede observarse un quark aislado y se acaba de encontrar un Top aislado y solo sin su antiquark hace unos meses y nos hicimos eco en nuestro blog en Noticias del Fermilab).

Colores, sabores... al igual que con la tabla periodica, la teoría funciona pero no podemos predecir un nuevo grupo entero, ni por qué hay tres, ni si hay más. Sólo sabemos que al menos debe haber tres familias, como demostraron desde 1972 los japoneses Kobatashi y Maskawa (premios Nobel de Fisica este año 2009 del que nos hicimos eco con una entrada en nuestro blog en primavera). Demostraron que la ruptura de la simetría CP sólo funciona si hay al menos tres familias de quarks-leptones. Gracias a esas familias que parecen no servir para nada estamos nosotros aqui: si sólo hubiera una única amilia (los quaks u y d y el electrón con su neutrino) toda la materia y la antimateria se habrían aniquilado al comienzo del univeso y no quedaría nada salvo radiación.

Todo nuestro mundo del día a día actual se explica con la primera familia. ¿Por qué se molestó la naturaleza en crear más?, ¿para qué sirven? ¿No parecen de nuevo muchas partículas? ¿Hay algunas partículas por debajo, menores aún?... ¿Qué pensais vosotros? Existieron en condiciones de temperatura y energía tales que sólo se dieron al comienzo del universo... pero puede que ahora también se estén dando constantemente en otras partes en condiciones extremas: como la muerte de una estrella, cercanías o elinterior de objetos masivos como estrellas de neutrones, agujeros negros, etc...

Como curiosidad os comentaré que se han postulado también recientemente las "estrellas extrañas", un siguiente paso en el colapso gravitatorio de un estrella tras su muerte. En este caso la gravedad también aplasta a la estrella de neutrones, cuyo principio de exclusión entre neutrones aguanta hasta cierto peso de la estrella, por encima del cual se creía que colapsaba en un agujero negro. Ahora pensamos que puede haber otro escalón siguiente: una sopa de quarks...constituiría una estado intermedio entre las estrellas de neutrones (con toda la masa de una estrella mucho más pesada que nuestro Sol y un diametro de apenas 30 Kms) y un agujero negro. La estrella de quarks estraños sería un poco más pesada aún y su diámetro algo mayor de 10 Kms!.

Haciendo combinatoria el modelo de la via octuple se organiza en preciosas figuras geometricas.

En la figura se ven todas las combinaciones que incluyen quarks u,d,s,b (que es por donde se esta buscando y comprobando ahora mismo, solo falta comprobar la bbb). Cada piso tiene numero de belleza creciente (b=0, b=1, b=2, b=3). Hay una figura similar para u,d,s,c y ya se han encontrado todas.

Hace unos meses se encontró la partícula "Omega sub b"(ssb), ya os ampliaré la noticia.

(Observar que la base hexagonal con numero cuantico de belleza b=0 es nuestro esquema hexagonal de más arriba de Bariones de spin 1/2 de la via octuple original)

Todo esto son los hadrones, pero los leptones tampoco se quedaron cortos. Se descubrió que el neutrino del muón era distinto del que acompañaba a los electrones. Por si fuera poco, al igual que el quark top, se encontró inesperadamente otro "primo" aún más pesado que el muón y se le llamó "Tau". Inmediatamente se postuló la existencia de su neutrino. Y la imagen de partículas quedó así: tres familias de quarks cada una con su correspondiente famialia leptón (electrón y neutrino, etc...).

TEORIA PROPIA: Yo tengo mis propias ideas: para mí ya hay demasiadas partículas otra vez para ser todas elementales y no podemos predecir su número... pistas que indican un orden inferior (hay elementos más pequeños aún SEGURO!).

Incluso así, ya veremos que las partículas de Higgs dotan de masa a las otras, se ha postulado para explicar que, a mucha energía, el fotón (sin masa) y las W y Z (fuerza debil muy pesadas) sean hermanas, digamos que adquieren masa absorviendo Higgs.

¿A nadie se le ha ocurrido que las distintas familias de quarks sean realmente una única interactuando de distintas formas con el campo Higgs o similar? ¡No me lo puedo creer!

Otra pista es la carga fraccionaria. Sólo indica que es la tercera parte de la del electrón (en el caso de -1/3) o dos veces y de signo contrario (en el caso de 2/3). Pero, ¿Por qué debería ser la carga básica o menor la del electrón? Hasta las energías, esto es las distancias o tamaños, a las que se ha podido prospeccionar en laboratorio, el electrón se comporta como si fuera una partícula sin constituyentes más pequeños (al igual que el quark).

Pero yo me apuesto algo con vosotros elementales: si tomamos como carga elemental la del quark down su carga sería de -1, la del up sería de 2 y la del electrón de -3, ¿no os parece un buena pista de que hay algo más pequeño debajo? Al menos el electrón consta de 3 de ellos. Y el quark al menos de 2, pero como hemos dicho que es un fermion debe tener un número impar... Aparente paradoja. Hay que descubrir un nuevo orden inferior, y probablemente con reglas nuevas (como sucedió cuando se descendió a distancias inferiores al átomo y aparecieron las reglas del mecánica cuantica, tan aparentemente alejadas del sentido común).

Según mi teoría los tres quarks con carga +2/3 (u,c,t) son el mismo! Pero han adquirido distinta masa al interactuar a distinta energía con las Higgs. Idem para los de carga-1/3 (d,s,b) se trata del mismo, no de tres distintos! Lo mismo les debe suceder a los tres leptones (electrón, muón y tau) deben ser el mismo. Y a los tres neutrinos: que son el mismo! (de hecho ya hay pruebas de que cambian de sabor entre ellos en su camino desde el Sol hasta nosotros). Sólo hay que definir mejor y ampliar el mecanismo de Higgs o alguno similar.

En nuestra próxima entrega continuaremos con el modelo standard del que nos faltan aún las fuerzas y todo lo demás para que "funcione", y seguiremos con las propuestas para más allá del modelo y qué queda por comprobar del mismo, ver si se va cumpliendo..., qué sorpresas se han encontrado ya, y cuáles nos encantaría encontrar.

Un saludo Elementales

Francisco Menchen

¿Series Divergentes?

¡Hola Elementales!

En el mes de Abril la revista Investigacion y Ciencia traía un artículo sobre el Efecto Casimir, cuyo nombre se debe al físico Holandés Hendrik B.G. Casimir, quien predijo el efecto que ahora lleva su numbre. Sólo se puede apreciar a escalas nanometricas.

Consiste en una manifestación observable de "la energía del vacío" o de la "fluctuación cuántica del vacío". Se manifiesta como una atracción (o repulsión) de dos placas metálicas paralelas y separadas entre sí una distancia muy pequeña (típicamente nanométros) comparada con el tamaño de las mismas (las consideraremos lo suficientemente grandes para considerar que los efectos en sus bordes son despreciables).

El vacío, según la mecánica cuántica no está tan vacío, y en él se están produciendo constantemente pares de partículas y antipartículas, de periodos de vida muy cortos, ya que rápidamente se aniquilan mutuamente o con otras cercanas de una forma continua: se crean y destruyen y en promedio siempre hay un cierto número de ellas, en un número que va decreciendo con la frecuencia (energía) asociada a las mismas. Así las de alta energía y por tanto mayor frecuencia son más infrecuentes y su número escasea.

En principio el efecto viene a ser como las ondas estacionarias en una cuerda tensa, como por ejemplo de una guitarra, donde al imponer condiciones de contorno (los dos extremos de la misma no pueden oscilar porque están fijos). Así sólo terminan propagándose ondas de una longitud de onda igual a la mitad de la longitud de la cuerda y todos sus múltiplos o armónicos(todas las que empiecen y terminen, "quepan" exactamente entre ambos puntos).

Este mismo efecto se produce con las partículas que se van generando en el vacío, con la frecuencia y su longitud de onda asociada, se van primando unas sobre otras y al final hay algunas que se van anulando hasta que sólo quedan determinadas al imponer las placas una condiciones que limitan al vacío, produciendo un efecto de atracción entre las placas que se ha medido tal y como se predijo. Parecía una curiosidad y ahora hay que tenerlo en cuenta, en los nuevos diseños de nanodispositivos y chips.

Lo más interesante del artículo era que manifestaba la dificultad matemática de la mecanica cuántica en general, y en este efecto en partícular, para obtener el resultado de sumas y series infinitas, aparentemente divergentes: como el efecto de la suma de infinitos armónicos de frecuencia creciente, y por tanto de resultado infinito en su cálculo, pero que al medir en el laboratorio producían en cambio resultados finitos y perfectamente medibles.

Por ejemplo: la serie Sn= - 1 + 1 - 1 + 1 - 1 + 1 - 1 + .... ¿alguien ve si tiende a algo?

Es curioso porque parece que depende de si empezamos en 1 o en -1. Esta serie nos da mucho juego y es peligrosa de usar: todas las series que no sean absolutamente convergentes (según los criterios de Dirichlet http://es.wikipedia.org/wiki/Dirichlet) pueden dar valores distintos o absurdos dependiendo de cómo agrupemos términos o en qué orden se sumen parcialmente.

Euler y muchos otros se interesaron por ellas e idearon algún método para abordarlas.

En esta de nuestro ejemplo iremos con mucho cuidado y veremos a donde llegamos:

Tras el primer -1 el resto de la serie es la propia serie cambianda de signo, o sea que podríamos escribirla así:

Sn = -1 -(-1+1-1+1-1+1-1+...);

Sn = -1 - Sn;

2Sn = -1;

Sn = -1/2;

Que coincide con la solución que se precisa para justificar los resultados experimentales: -1/2.

¿No os parece sorprendente?

Este problema de la física cuántica se denomina "renormalización" y consiste en todo un conjunto de reglas o "trucos", según sus detractores, para "eliminar" la enorme cantidad de "molestos infinitos" que aparecen sin cesar en los cálculos.

Uno de estos métodos es efectuar los cálculos siguiente estrictamente un orden muy concreto: el de los famosos diagramas de Feynman http://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_Feynman. Al principio parecían sólo una manera muy didáctica de representar interacciones entre partículas y finalmente resultaron muy útiles para "dirigir" los cálculos. Si se hacían los mismos en el orden adecuado siguiendo dichos diagramas se obtenían resultados finitos, en otro orden no.

Otra forma fascinante de conseguir resultados finitos es ¡Usando la Función Zeta de Riemann! la que él empleó para determinar la cantidad y distribución de los números primos. En concreto la expresión que él extendió a todo el plano complejo (salvo en S=1, que es donde se hace infinita).

C(1)= 1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + 1/5 + ... la famosa serie armónica, que es divergente

C(2)= serie de la inversa de los cuadrados (el Problema de Basilea) = pi^2/6

C(3)=1,202... (serie de la inversa de los cubos) = constante de Apéry

...

En el semiplano de valor real negativo, y para valores enteros tenemos que:

C(0)=-1/2 ¿os suena?

C(-1)=1+2+3+4+5+.... que aparentemente debería tender a infinito, pero

C(-1)=-1/12 según la sumación de Ramanujan .

De este genial matemático de origen Indio Srinivasa Ramanujan, descubierto por Hardy, hablaremos monográficamente en otra entrada. En sus escritos enigmáticos que envió para que los revisara Hardy a Cambridge (UK) podía leerse entre otras muchas cosas:

1+2+3+4+5+...=-1/12

Él entendía las matemáticas como reveladas por inspiración divina y decía que una diosa indú se las comunicaba en sueños... ha habido pocos matemáticos como él en todos los sentidos (era capaz de escribir de memoria fórmulas sorprendentes de tamaño increíble como si alguien se las dictara al oído y nadie más sabía de dónde procedían ni por qué camino llegaba a ellas). Por desgracia murió muy jóven (el clima y la comida Inglesas le hicieron enfermar de forma fatal).

Hoy se escribe así en su nombre: 1+2+3+4+5+...=-1/12(R) que significa sumación de Ramanujan, para distinguirla de la suma normal.

Tenemos pues que la función Zeta de Riemann se usa explicitamente en los cálculos del Efecto Casimir. ¿es una coincidencia? También la sumación de Ramanujan (que surgió igualmente para Teoría de Números). Y los misteriosos números de Bernoulli!, que son de hecho valores de función zeta para enteros negativos. B1=-1/2 (Euler los relacionó en una formula con dicha función, os debo una entrada dedicada a ellos).

Como veis las coincidencias entre la matemática más básica, como Teoría de Números (y los números primos) y el Mundo Físico en su escala más elemental son sorprendentes (al menos a mí me lo parece) y están íntimamente relacionados.

¿De nuevo os parece una coincidencia? Al igual que le sucede a los números Pi o e (y en este caso también Phi la constante de Euler-Mascheroni) que aparecen constantemente por todas partes en matemáticas y física.

¿Conoce alguien alguna otra serie aparentemente divergente pero con resultado finito?

O alguna otra curiosidad. Que se anime y lo cuentee o lo planteé.

Un saludo Elementales!

Los Neutrinos

Hola Elementales,

Dedicaremos la entrada de hoy a las partículas más misteriosas de todas las que se han descubierto: Los Neutrinos.

Se están poniendo en marcha, justo ahora, dos de los proyectos más ambiciosos para estudiarlos: el proyecto T2K (Tokai to Kamioka) en Japón, el proyecto NOvA (NuMI Off-Axis Electron Neutrino Appearance) en USA. Junto con el proyecto Ice Cube, en La Antártida para seguir los neutrinos que proceden del espacio, y el SuperKamiokande, hacen que los neutrinos estén más de moda que nunca.

El neutrino se postuló en 1930 por el genial Wolfgang Pauli como la solución para que no se violara el principio de conservación de la energía (en el que se creía y aún hoy se cree firmemente): aunque no fuéramos capaces de observarla, debía de haber una partícula neutra que se llevaba parte de la energía y del momento lineal, en la desintegraión Beta (proceso de desintegración radiativa donde un neutrón se convierte en un protón y se emite un electrón a muy alta energía, y hoy sabemos que además un antineutrino, tal y como acertadamente predijo Pauli).

La partícula postulada, hoy llamada neutrino (en italiano neutro-pequeño) es un leptón (de la misma familia que el electrón), y como tal no le afecta la fuerza nuclear fuerte. Sin carga eléctrica, luego tampoco le afecta la interacción eléctromagnética. Y, se creía que, sin masa en reposo, como el fotón. Hoy sabemos que sí tienen una masa muy, muy pequeña, pero no nula. Y de spin 1/2.

Como un neutrino, casi únicamente sólo interactúa a través de la fuerza nuclear débil, y sólo a distancias inferiores al radio de un protón, puede atravesar la materia como si ésta no estuviera: ¡uno de ellos podría atravesar un bloque de acero de un año luz de largo para tener alguna probabilidad significativa de trasformar un protón en un neutrón, por ejemplo, tras chocar con él!

A nosotros mismos, en este momento, nos están atravesando miles de millones de neutrinos cada segundo procedentes del Sol. Que a continuación prosiguen su camino y atraviesan la Tierra de lado a lado como si tampoco estuviera... ¡son como verdaderos fantasmas!

Así que, no es raro que tardaran 26 años en encontrar una prueba experimental de su existencia: en 1956 Clyde Cowman y Frederick Reines lo consiguieron. Bombardeando agua pura con un haz de 1018 neutrinos por segundo, obtuvieron una emisión de fotones subsiguiente y así quedó comprobada su existencia.

Según el Modelo estándar (detalles básicos) de la Física de partículas, hay tres familias de partículas conocidas, cada una de ellas con su propio tipo de neutrino asociado: el neutino electrónico (asociado al electrón), el muónico (asociado al muón, una especie de electrón más pesado y de corta vida) y el tauónico (asociado al leptón tau, un primo muchísimo más pesado aún del electrón).

Fué en 1987 cuando Leon Max Lederman, Melvin Schwartz y Jack Steinberger descubrieron estos dos restantes tipos de neutrinos: tauónicos y muónicos.

Uno de los mayores misterios que los envolvía era si poseían masa o no, ya que no se había podido medir dado lo "ligeros" que eran . Si poseían algo de masa, aunque fuera poca, podrían tener un "peso" enorme en el conjunto del Universo, por ejemplo para determinar si finalmente la expansión se pararía, o en la propia geometría del Universo, ya que son muy, muy numerosos.

Hoy sabemos que no sólo no se está frenando la expansión del Universo si no que se está acelerando, debido a la "Energía Oscura", una suerte de energía del vacío o costante cosmogológica, que actúa como una gravedad repulsiva.

También sabemos que hay mucha más materia de la que podemos "ver". Y los neutrinos han sido durante mucho tiempo un candidato a ingrediente de la denominada materia oscura (no es lo mismo que la energía antes mencionada, ojo): de la que sabemos que "pesa" pero no podemos observarla (sentimos y podemos medir sus efectos gravitatorios, pero no interactua con el electromagnetismo, por lo que no emite ninguna luz en ninguna frecuencia). Hoy sabemos que tampoco podrían ser un ingrediente significativo de la misma. Se calcula que la materia ordinaria no llega ni al 4% de todo lo que hay en el Universo Observable (lo que le ha dado tiempo a recorrer la luz desde el comienzo hace unos 15.000 Millones de años), la Materia Oscura un 20%-25% y el resto es Energía Oscura (como un 70%).

Las reacciones que mantienen encendido al Sol, así como el ritmo necesario para mantenerlo estable, se cree desde hace tiempo que se conocen bien, y básicamente, aunque mediante dos tipos de ciclos, al final trasforman dos protones en dos neutrones uniéndolos con otros dos protones más para lograr un núcleo de helio (2p2n). En el proceso se liberan dos positrones (la antipartícula del electrón pero con carga positiva) y dos neutrinos electrónicos.

Según estos cálculos, a la Tierra le deberían llegar del orden de 10^20 neutrinos por segundo y por unidad de área. ¡La sorpresa sobrevino cuando tras medir concienzudamente se descubrió que a la Tierra sólo le llegaba una tercera parte de lo esperado!. ¿No sería que al final no conocíamos tan bien como creíamos lo que sucede dentro del Sol?

La explicación más plausible fué aún más misteriosa y se conoce como "Oscilación Neutrínica" o "Problema de los neutrinos solares". No se sabía cómo, pero los neutrinos cambian de sabor conforme viajan desde el Sol a la Tierra, con una probabilidad casi al azar entre los sabores, de ahí el tercio observado. Así al medir sólo los neutrinos electrónicos, que son los que debería producir el Sol, no veíamos los otros sabores en los que se habían ido trasformando. Se sabe que dependen de la distancia recorrida desde su generación y que dentro de la materia el efecto es más acusado... y poco más.

Esto desafiaba el Modelo Estandar, ya que según el mismo, los neutrinos sólo podrían cambiar de sabor si su masa fuera no nula (aunque a priori les había asignado masa cero). Al final el modelo podría modificarse sin demasiados problemas para masas pequeñas (como las acotadas por los experimentos, como posibles).

Los neutrinos son la única partícula que nos podría permitir mirar directamente qué sucede dentro de una estrella, o al comienzo mismo del Universo: ya que en origen del Universo la radiación no pudo viajar libremente debido a las altas condiciones de temperatura y presión reinantes, todo él estaba en estado de plasma, y no podía ser atravesado por los fotones, hasta que se enfrió lo bastante como para dejar de ser plasma (los nucleos atraparon a los electrones y se crearon los primeros átomos). Tras los primeros cientos de miles de años el Universo se volvió transparente a la luz!. A partir de ahí, podemos mirar diretamente en la Radiación Cósmica de Fondo, aún observable, entonces muy caliente como el propio Universo. Hoy en día todavía es un débil eco de tan sólo unos pocos grados por encima del Cero Absoluto, y se enfriado hasta ese punto debido a la expansión del Universo.

Así los telescopios de neutrinos serán la siguiente revolución en la observación del Cosmos, que nos permitirá ver cosas totalmente nuevas e insospechadas, tal y como sucedió antes con la aparición de la astronomía en ondas de radio o radioastronomía, la infrarroja, la de rayos X, o la de rayos Gamma. De hecho el proyecto Ice Cube bajo los hielos Antárticos podría considerarse el primer telescopio de neutrinos rudimentario.

La presión en el interior de una estrella moribunda es tan alta, que hasta los propios neutrinos empiezan a interactuar con la materia, que empieza a dejar de ser transparente para ellos en esas condiciones. Se sabe que juegan un papel muy importante en el fin de una estrella masiva, y que se llevan casi toda la energía de la estrella en esos momentos finales. Así, en una supernova casi toda la energía de la explosión es emitida en forma de neutrinos de alta energía.

El detector SuperKamiokande en Japón logró algo sin precedentes: pudo medir en la supernova 1987A el retraso entre la llegada de los fotones y de los neutrinos procedentes de la explosión, demostrando así que los neutrinos sí tenían masa: si no la hubieran tenido habrían viajado a la velocidad de la luz, como los fotones y llegado por tanto a la vez que éstos, y no lo hicieron, llegaron casi a la vez, pero al final un poco después (la masa debe de ser al menos 2000 veces inferior a la del electrón, ya que su velocidad era de 0,99999... con muchos decimales la de la luz).

Las trampas actuales para detectar neutrinos, suelen ser de dos tipos, pero siempre incluyen tanques enormes llenos de alguna sustancia que reaccione bien con ellos, cuando chocan (como moléculas de cloro, agua pesada, etc...). La cantidad de sustancia debe de ser enorme: ya que un sólo neutrino tiene una probabilidad tan baja de interactuar con la materia, hay que aumentar enormemente el número de neutrinos (el sol es una fuente enorme de neutrinos de tipo electrónico, y las centrales nucleares de fisión) y sobre todo el de partículas de materia.

El tipo Radiactivo: el neutrino choca con una partícula del núcleo, trasmutando un protón en un neutrón o viceversa, y dando lugar a algún elemento próximo pero radiactivo (ejemplo el Cloro 37 se transmuta en Argón 37 radiactivo (y podamos ver sus emisiones).

El tipo Cherenkov: el neutrino choca con un electrón, y le comunica una velocidad que en ese medio puede ser superior al de la luz en él, emitiendo la característica radiación de Cherenkov (algo así como el estruendo de un avión cuando supera la velociadad del sonido pero con luz. ¡Ojo! Esto no viola la Relatividad de Einstein, sólo supera la velocidad de luz en ese medio material (donde será inferior a la del vacío por supuesto, la partícula viaja a menor velocidad que la luz en el vacío). En este tipo de detector se ponen cientos o miles de fotoamplificadores-detectores en el inmenso tanque de líquido transparente para detectar todos y cada uno de los destellos que se produzcan.

Deben estar enterrados bajo tierra a cientos o miles de metros para no confudir el experimento con los destellos procedentes de choques de neutrinos y otras partículas procedentes del espacio exterior con moléculas de la atmósfera. Normalmente en minas muy profundas ya avandonadas.

Los neutrinos procedentes del espacio y que chocan con la atmósfera o con la superficie de la Tierra, también son muy interesantes y se están estudiando aparte. Nos traen información de primera mano sobre fenómenos increíblemente energéticos en el Universo, como supernovas, choques de estrellas de neutrones, agujeros negros, etc...

El proyecto NOvA acaba de empezar a construirse en una mina de Minnesota coordinado con el Laboratorio de Aceleración Nacional Fermi. Contendrá 15.000 toneladas de sustancia para detectar partículas, y pretende investigar el papel de los neutrinos en el origen del Universo. El haz de neutrinos se generará en el Fermilab y se detectarán en el detector Nova en Minnesota, atravesando las 500 millas que los separan (unos 800 kilómetros) en 3 milisegundos. Las cifras son enormes: acero, carreteras, 180 científicos e ingenieros de 28 instituciones...

Para más información, podeis echarle un vistazo en:


http://www.fnal.gov/nova/

El proyecto T2K (Tokai to Kamioka) en Japón se dedicará a investigar la oscilación neutrínica. Acaba de detectar el primez haz de neutrinos muónicos producidos el J-PARC (Japan Proton Accelerator Complex). Ya el superKamiokande detecto las primeras oscilaciones entre sabores muónicos y electrónicos, producidos en la alta atmósfera. Se trata de generar un haz controlado y medible con una intensidad enorme para poder medir en el detector. Se generarán neutrinos muónicos de 12GeV (Giga electrón voltios, una manera de medir la energía para estas partículas tan pequeñas y su masa conforme a E=mc2). 1 Electrón Voltio es la energía que adquiere un electrón en reposo tras someterlo a un campo electrico de 1Voltio. 1GeV y viene a ser aproximadamente similar a la masa del protón (en reposo).

Para saber más:

http://j-parc.jp/index-e.html


http://kek.jp/intra-e/press/2009/J-PARCT2K.html

El proyecto Ice Cube es simplemente espectacular e imaginativo: para detectar los neutrinos procedentes del espacio, que traen tanta información del Universo entero, se ha considerado que los hielos Antárticos son el mayor depçosito de una sustancia (en este caso agua) lo suficientemente pura y transparente que hay en el planeta. Así se están perforando miles de pozos en un área de varios kilómetros cuadrados, de una profundidad similar al lado del cuadrado, formando un Cubo de kms de lado "lleno" de fotodetectores ubicados de forma uniforme cada cierta distancia en metros en todas direcciones.

¿La idea es buena o no? Imaginaros la dificualtad técnica y de ingeniería civil. Y mantener gente permanentemente allí. Por no hablar del matenimiento de los detectores a kms bajo el hielo..

Para saber más:

http://icecube.wisc.edu/

Como veis, pese a que cumplen casi 80 años desde su descubrimiento, los neutrinos gozan aún de una salud de hierro, en lo que a misterios y secretos suponen aún para los investigadores.

¿Quien iba a decir que un truco matematico para conservar la energía llegaría tan lejos?

¿Tu qué opinas? Los trucos matemáticos en física, siempre han pasado finalmente de ser considerados únicamente eso : un truco útil que simplificaba cálculos, a convertirse en una realidad física con entidad propia; como la propia energía, el concepto de campo (frente a fuerza), etc...

¿Hay una misteriosa conexión entre las ideas matemáticas más sencillas y elegantes y la realidad última de nuestro Universo? ¿o es una simple casualidad desconcertante?

¿Subyace una verdad profunda bajo todo ésto?, como que el Universo es en realidad pura matemática, tal y como creían los antigüos Pitagóricos y Platónicos ¿O el cerebro humano, fruto de millones de años de evolución para adaptarse a él y realizar modelos y predicciones, realmente piensa de un modo similar a como el Universo realmente actúa, fruto de nuestra propia experiencia en él?.

¡No seais tímidos y exponer vuestras ideas! Cualquier participación es mejor que "nada". Incluso las primeras ideas aún sin elaborar, (y sin tener una opinión previa formada). A veces esta primera intuición suele ser muy acertada, aunque se exprese de forma coloquial.

Muchos saludos (pero muy pequeños, como los neutrinos).

Franciso Jose Menchen

Novedades en fisica de particulas - Primavera'09

Hola Elementales!

¡Parece que, desde el CERN, las noticias son que no hay noticias! Al menos de las malas, que son a las que desde hace una año nos han venido acostumbrando.

Han realizado un comunicado para anunciar que ya han terminado de sustutuir todos los imanes dañados en el túnel en el sector III del LHC (Gran Colisionador de Hadrones), donde tuvo lugar el fallo eléctrico que produjo un escape de helio y nos condenó a todos a esperar un año más antes de ver resultados.

Han tenido que sustituir un total de 53 imanes (superconductores, de tipo tetrapolos) de los empleados para enfocar el haz de partículas en su recorrido por el largo túnel.

También han aprovechado para instalar un nuevo sistema de seguridad, del que antes se carecía, para que este tipo de fallos no vuelva a ocurrir. Este sistema incluye monitorización muy precisa de diversas partes y un nuevo sistema de control y actuación incluyendo nuevas válvulas de control de presión del helio liquido.

Según el comunicado, si todo va según lo previsto, el sistema comenzará a funcionar en pruebas de nuevo en Otoño y se espera que algún tiempo después se puedan obtener los primeros datos en una cantidad y a un ritmo suficiente como para que les sean útiles a los investigadores del mundo entero que los están esperando de forma ansiosa desde hace ya tanto tiempo.

Que no pase nada más... no podemos esperar otra cosa (¡53 imanes!)

¿Teneis vosotros alguna otra noticia sobre el LHC? Animaros y contadnosla

Un elemental saludo