Agujeros negros como detectores de partículas - principal


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Una investigación reciente apoya la idea, hasta hace poco sólo vista en la ciencia-ficción, de que podría haber partículas subatómicas desconocidas para la ciencia pululando en las inmediaciones de los agujeros negros. Y, además, esas acumulaciones de partículas extrañas podrían ser detectables a distancia

Encontrar nuevas partículas subatómicas requiere, generalmente, de altas energías. Debido a ello, se han construido enormes aceleradores de partículas que pueden aumentar su velocidad hasta casi la velocidad de la luz.

Sin embargo, puede haber otras maneras de hallar nuevas partículas. Unos científicos en la Universidad Tecnológica de Viena han presentado un método que permitiría comprobar la existencia de los hipotéticos axiones. Hay indicios que hacen suponer que estos axiones pueden acumularse alrededor de un agujero negro y extraer energía por efecto de éste. Este proceso emitiría ondas de gravedad que se podrían medir.

Los axiones son partículas hipotéticas con una masa muy baja. Según Einstein, la masa está directamente relacionada con la energía, y por lo tanto se requiere muy poca energía para producir axiones. No se ha demostrado la existencia de ellos, pero se considera que su existencia es bastante probable.

En el Instituto de Física Teórica, adscrito a la Universidad Tecnológica de Viena en Austria, Daniel Grumiller y Gabriela Mocanu han calculado cómo podrían detectarse los axiones.

En la física cuántica, cada partícula se describe como una onda. La longitud de onda corresponde a la energía de la partícula. Las partículas pesadas tienen longitudes de onda pequeñas, pero los axiones, de baja energía pueden tener longitudes de onda de muchos kilómetros. Los resultados de Grumiller y Mocanu, basados en estudios de Asmina Arvanitaki y Sergei Dubovsky (Estados Unidos / Rusia), muestran que los axiones pueden circundar a un agujero negro, de manera similar a cómo los electrones rodean el núcleo atómico. En vez de la fuerza electromagnética que mantiene atados a los electrones con el núcleo, es la fuerza gravitacional la que actúa entre el agujero negro y los axiones.

Sin embargo, hay una diferencia muy importante entre los electrones de un átomo y los axiones que giran alrededor de un agujero negro: Los axiones son bosones, de modo que muchos de ellos pueden ocupar el mismo estado cuántico al mismo tiempo, algo que no pueden hacer los electrones, que son fermiones. Los axiones pueden crear una “nube bosónica” que rodea el agujero negro. Esta nube absorbe continuamente energía que se deriva del agujero negro, y el número de axiones en ella crece.

Una nube así no es necesariamente estable. Al igual que un montón de arena suelta de la cual de repente se desprende una parte, justo tras echarle encima un puñadito más, esta nube de bosones puede desmoronarse de manera repentina, explica Grumiller. Este colapso de una nube de axiones se puede medir. El desmoronamiento haría que el espacio y el tiempo vibrasen y emitiesen ondas de gravedad.

Ya se han desarrollado detectores de ondas gravitatorias, y en 2016 se espera alcanzar una precisión que permita detectar de forma inequívoca esas escurridizas ondas. Los nuevos cálculos en Viena muestran que estas ondas de gravedad pueden proporcionar a la ciencia no sólo nuevos conocimientos sobre astronomía, sino también sobre nuevos tipos de partículas.

El axión es una partícula subatómica peculiar. Su existencia (todavía no demostrada) fue postulada por la teoría de Peccei-Quinn en 1977 para explicar la conservación de la simetría CP en el marco de la cromodinámica cuántica (QCD), suponiendo que sería una partícula de masa muy pequeña y sin carga eléctrica.

El nombre fue introducido por Frank Wilczek, co-escritor del primer artículo que predijo el axión. Wilczek buscaba un nombre para la partícula, y mientras lavaba la ropa se fijó en el nombre del detergente que estaba usando, “Axion”, y decidió ponerle ese nombre a la partícula, ya que esperaba que “limpiara” el problema de la QCD con la simetría CP.

En cosmología, el axión se considera un buen candidato para resolver el problema de la materia oscura. También se especula con la posibilidad de que, bajo determinadas circunstancias, los fotones puedan convertirse temporalmente en axiones, lo que explicaría por qué los fotones de alta energía pueden atravesar largas distancias por el universo sin ser absorbidos por la radiación de fondo.

A finales de 2006, Piyare Jain y Gurmukh Singh publicaron el descubrimiento de una partícula de masa inesperadamente grande (6-20 MeV) y muy reducida vida (del orden de 10-13 segundos), que podría ser el tan buscado axión.

Estudios recientes han teorizado que, de existir los axiones, éstos tendrían una masa particularmente ligera, inferior a 10-7 eV. Esta característica reduciría drásticamente sus posibilidades de formar parte de la materia oscura, pues se espera que sea más pesada.

Fuente: Varios sitios. Aportado por Eduardo J. Carletti

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