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Pronto se podrá responder la cuestión de si la contraparte de la materia normal, la antimateria, ejerce una especie de “anti-gravedad”, según los investigadores de la Universidad de California en Riverside, que se están acercando a abordar la cuestión de una vez por todas. Se trata del gran misterio de la antimateria
El equipo dice que ha preparado pares estables de electrones, y de su partícula de antimateria, los positrones. Un haz formado de estos pares se puede utilizar para resolver por fin el enigma de la anti-gravedad.
La física actual sostiene que, en el nacimiento del Universo, se creó materia y antimateria en cantidades iguales, pero cuando se encontraron, se fueron destruyendo una a otra en destellos energéticos de luz. Lo que plantea la pregunta es ¿por qué el universo ha llegado a ser lo que es ahora y por qué está hecho mayormente de materia normal?
Uno de los atributos que puede diferenciar la antimateria es su comportamiento gravitatorio. La mayoría de los científicos creen que la antimateria es atraída por la materia normal.
Por otra parte, un equipo del Gran Colisionador de Hadrones del CERN teoriza que la antimateria puede repeler, o sea “subir” en lugar de caer, y esto tiene implicaciones para la pregunta de por qué el Universo no desapareció en un destello de luz gigantesco tan pronto como se formó, y también podría ayudar a explicar por qué el Universo se está expandiendo cada vez más rápido.
Ellos han creado pares electrón-positrón que se encuentran en órbita estable uno alrededor del otro, algo llamado positronio, en el que se evita que las pares colisionen y se destruyan entre sí, vertiendo cuidadosamente energía entre ellos para crear lo que se conoce como “estados de Rydberg”, en el que las partículas se pueden mover en diferentes órbitas alrededor una de la otra si alcanzan energías mayores. Estos átomos de positronio de Rydberg giran a altas energías, con una duración relativamente grande, de tres milmillonésimas de segundo.
El equipo del CERN LHC espera extender este método hasta unas pocas milésimas de segundo, preparando un haz de átomos artificiales y observando de qué manera caen.
Fuente: The Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti
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El salto de nuestro universo a otro es ya teóricamente posible, dicen los físicos. Y la tecnología para poner a prueba la idea ya está disponible
La idea de que nuestro universo está inserto en un espacio multidimensional más amplio ha conquistado la imaginación de los científicos y también de la población en general.
La noción no es enteramente ciencia ficción. Según algunas teorías, el cosmos puede existir en paralelo con otros universos en otros conjuntos de dimensiones. Los cosmólogos llaman a estos universos mundos brana. Y entre las varias posibilidades que plantea está la idea de que algunas cosas de nuestro universo podrían terminar —de algún modo— en otro.
Hace un par de años, Michael Sarrazin, de la Universidad de Namur, en Bélgica, y algunos más, mostraron de qué modo podría saltar la materia en presencia de grandes potenciales magnéticos. Eso aporta una base teórica para un intercambio real de materia.
En la actualidad, Sarrazin y sus compañeros, aducen que nuestra galaxia podría producir un potencial magnético suficientemente grande como para que esto sucediera. Si es así, deberíamos poder observar la materia saltando de uno a otro universo en el laboratorio. De hecho, se podrían haber obtenido estas observaciones en algunos experimentos.
Los experimentos en cuestión consisten en atrapar neutrones ultra-fríos en botellas en lugares como el Instituto Laue Langevin de Grenoble, Francia, y el Instituto de San Petersburgo de Física Nuclear. Los neutrones ultra-fríos se mueven con tanta lentitud que es posible atraparlos en “botellas” hechas de campos magnéticos, materia ordinaria, e incluso por gravedad.
Una de las razones para hacerlo es medir a qué velocidad se desintegran los neutrones por emisión beta. Así que los físicos miden el ritmo con que golpean los neutrones en las paredes de la botella y cuán rápido se desintegran.
Hay dos procesos produciéndose aquí: la velocidad de desintegración de los neutrones y la velocidad en que escapan los neutrones de la botella. De modo que en el caso de una botella ideal, el ritmo de desintegración debería ser igual a la tasa de desintegración beta. Sin embargo, las botellas no son ideales, así que la tasa de desintegración siempre es más rápida.
Esto deja abierta la posibilidad de que podría haber un tercer proceso: que alguna desintegración adicional podría ser el resultado de neutrones que saltan de nuestro universo a otro.
Así que Sarrazin y compañía utilizaron la medición de los ritmos de desintegración para establecer un límite superior a la frecuencia a que puede suceder.
Su conclusión es que la probabilidad de que un neutrón salte por la borda es menor a aproximadamente uno por millón. Lo cual en realidad no nos dice nada acerca de si realmente tiene lugar el intercambio de materia. Sólo nos indica que si lo hace, no sucede muy a menudo.
No obstante Sarrazzin y sus compañeros dicen, también, que sería sencillo tomar mejores datos que definan límites más estrictos.
Según su trabajo teórico, también un cambio en el potencial gravitatorio debería influir en el rirmo de intercambio de materia. De modo que la idea podría ser realizar un experimento de captura de neutrones que dure al menos un año, o más, de mod que en ese lapso la Tierra complete una órbita alrededor del Sol.
En ese tiempo, el potencial gravitatorio cambia de tal manera que debería influir en la tasa de intercambio de materia. De hecho, debería haber un ciclo anual. “Si se puede detectar este tipo de modulación, sería un fuerte indicio de que el intercambio de materia está ocurriendo realmente.”
Éste podría ser uno de los descubrimientos más grandes y más controvertidos en la física moderna, y además, es posible con las tecnologías disponibles hoy.
¿Alguien tiene una botella de neutrones por ahí y un poco de tiempo libre para dedicarse al asunto?
Referencia de publicación: arxiv.org/abs/1201.3949: Experimental Limits On Neutron Disappearance Into Another Braneworld
Fuente: Technology Review. Aportado por Eduardo J. Carletti
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¿Qué implicaciones tendría la existencia de una partícula de Higgs de 125 GeV para la existencia de la Supersimetría?
Según los últimos datos del LHC puede que exista un bosón de Higgs con una masa de unos 125 GeV/c2, aunque habrá que esperar un año hasta tener una estadística suficientemente buena como para confirmar este punto. De hecho, o existe un Higgs de esa masa o no existe en absoluto, ya que se ha explorado las otras gamas de energía en donde puede estar y no se lo ha encontrado.
Mientras esperamos esa confirmación, podemos especular con las implicaciones de esa posible existencia. ¿Cómo afectaría esto la Supersimetría?
La Supersimetría es una teoría que propone que cada partícula conocida hasta ahora tiene una partícula supersimétrica con el spin cambiado. Si una partícula tiene spin entero, su correspondiente partícula supersimétrica tiene spin semientero, y viceversa. Es decir, los bosones conocidos tendrían “parejas” fermiónicas y los fermiones conocidos tendrían “parejas” bosónicas. Esto proporcionaría una nueva y bella simetría en la Naturaleza.
Conviene resaltar que esta teoría es independiente de las cuerdas y que las ideas que emplean cuerdas usan Supersimetría como una premisa. La Supersimetría no es una predicción de la teoría de cuerdas, sino una condición.
Así por ejemplo, cada quark tendría un squark y cada leptón un sleptón. Normalmente se añade una “s” delante del nombre de la partícula para designar su supersimétrica, sobre todo en inglés.
Si alguna vez hubo partículas supersimétricas en el Universo se tuvieron generar durante el Big Bang, pero se desintegraron al cabo de una fracción de segundo. Ya no quedan squarks ni sleptones.
Si queremos demostrar la existencia de la Supersimetría (SUSY) tendremos que encontrar esas partículas supersimétricas entre los subproductos generados en los choques de los colisionadores de partículas, si es que somos capaces de producirlas. El problema es que no se pueden crear partículas con una masa superior al equivalente en energía máxima que se puede obtener en esos choques y esto depende de la potencia del acelerador. Por encima de cierta masa no somos ni seremos capaces de crear esas partículas, pues no hay tecnología barata conocida que permita alcanzar esas energías.
Desde que LHC empezó a funcionar, se ha esperado encontrar alguna de estas partículas supersimétricas sin resultado alguno. SUSY podría ser una teoría equivocada o bien las partículas que predice están más allá de lo que hasta ahora hemos explorado. Un Higgs de 125 GeV/c2 explicaría la segunda posibilidad. Aunque, de momento, SUSY es sólo una creencia, algo que enamora a ciertos teóricos por la belleza que proporciona.
Hay físicos como Howard Baer que trabajan sobre las consecuencias de un Higgs de ese tipo sobre las características de las partículas supersimétricas.
Según la hipótesis en la que se basa la teoría que explica la masa de las partículas, el Higgs sería el bosón de un campo escalar (en contraposición a vectorial). Según sea la intensidad de interacción de una partícula con ese campo adquiere más o menos masa.
Según Baer y sus colaboradores, un Higgs de 125 GeV/c2 implica en varias versiones de la teoría de Supersimetría que los squarks y sleptones tendrían masas superiores a los 10.000 GeV/c2, algo inalcanzable por el LHC, y que levanta dudas sobre la falsabilidad de la teoría. Esta sería la razón por la cual no se habrían detectado dichas partículas supersimétricas. Sin embargo, también propone que, en ese caso, el LHC sí podría detectar gluinos, pues éstos tendrían una masa de entre 500 y 1000 GeV/c2. El gluino sería la pareja supersimétrica del gluón.
Otra posible partícula supersimétrica que podría detectarse sería el squark stop, pareja supersimétrica del quark top. Algunos modelos predicen un stop muy masivo, pero otras predicen un stop con una masa entre 100 y 130 GeV/c2. Si esta última posibilidad se corresponde con lo elegido por la Naturaleza entonces estaría al alcance del LHC.
El problema es que además hay varias versiones de SUSY, hay demasiadas incertidumbres teóricas que las ligan al Higgs y todavía no hemos ni confirmado el Higgs. Incluso éste podría no existir al final y el LHC no detectar absolutamente ninguna nueva partícula elemental.
El problema de la Física es que no son Matemáticas. Al final sólo podemos saber si una teoría física es correcta (o incorrecta) a través de experimentos u observaciones. Una de estas teorías puede ser finalmente falsa aunque sea muy bonita y matemáticamente autoconsistente. Puede que estas dos condiciones sean necesarias para una teoría física correcta, pero nunca son suficientes.
Fuente: Neofronteras. Aportado por Eduardo J. Carletti
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Un científico estadounidense plantea que el vacío debe comportarse como un metamaterial en los campos de alto magnetismo. Es probable que estos campos magnéticos hayan estado presentes en los inicios del universo y, por lo tanto, él sugiere que, es posible comprobar esta predicción observando la radiación del fondo cósmico de microondas (Cosmic Microwave Background = CMB), una reliquia de los inicios del universo que aún puede observarse en la actualidad
Una de las predicciones de la física más extrañas del 2011 fue la sugerencia de Maxim Chernodub, del Centro Nacional Francés de Investigaciones Científicas, que dijo que, con campos magnéticos extremadamente altos, pueden surgir estados superconductores a partir del vacío. Esto fue particularmente interesante, porque una de las principales dificultades que enfrentan los científicos que trabajan en la superconductividad tradicional es prevenir que los estados superconductores desaparezcan en presencia de campos magnéticos, incluso moderados.
Sopa de quarks y antiquarks
En abril del año pasado, Chernodub sostuvo que un campo magnético extremadamente alto debería crear superconducción en el vacío a lo largo del eje de ese campo, y el vacío restante aislando en dirección perpendicular al campo. Esta predicción se basa en la cromodinámica cuántica (quantum chromodynamics = QCD), que describe las interacciones entre quarks y gluones. La QCD trata al vacío no como un espacio vacío, sino algo así como una hirviente sopa de quarks y antiquarks virtuales que aparecen y desaparecen constantemente de la existencia. Un quark arriba puede combinar con un anti quark abajo para producir un mesón rho.
Normalmente, estos mesones rho son tan inestables que desaparecen casi al instante; sin embargo, Chernodub ha calculado que, si la intensidad del campo magnético es superior a 1016 T, los mesones se volverían partículas sin masa, por lo tanto estables. Esto, según su predicción, los llevaría a un estado superconductor. Esto sería imposible de reproducir en un laboratorio en la actualidad, ya que aquí, en la Tierra, los científicos tienen verdaderos problemas para producir campos de más de 100 T.
Ahora, Igor Smolyaninov, de la Universidad de Maryland, basándose en el trabajo de Chernodub quiere demostrar que las líneas paralelas de un campo magnético en el vacío se organizarían para formar un entramado triangular en el plano perpendicular al campo, similar a la red de Abrikosov de un superconductor. El vacío cercano una línea del campo sería un superconductor, mientras que las regiones entre las líneas del campo actuarían como aislantes.
Extrañas propiedades
Esta configuración es muy similar a la de ciertos metamateriales fabricados por el hombre, formados de regiones que contienen entramados de material conductor y material aislante. Smolyaninov ha demostrado que este entramado inducido por el campo magnético funcionaría como un metamaterial hiperbólico. Estos metamateriales poseen una extraña propiedad óptica, contraria a la intuición, de tener un índice de refracción negativo, y se han utilizado para crear superlentes capaces de resolver rasgos más pequeños que lo que impone el límite de difracción a las lentes normales.
Mientras que los físicos no tengan acceso a campos magnéticos suficientemente potentes como para poner a prueba la teoría de Smolyaninov, el campo magnético del universo, en la primera fracción de segundo después del Big Bang, podría haber sido lo suficientemente fuerte como para dar lugar al estado superconductor de Chernodub. El universo en su conjunto puede, por tanto, comportarse como una gigantesca superlente de metamaterial, argumenta Smolyaninov. Pese a que todavía debe hacer una predicción exacta y comprobable, Smolyaninov sugiere que, debería ser posible probar la idea del metamaterial, y, por inferencia, la idea de la superconductividad del vacío, mediante la búsqueda de señales de este efecto de lente en la actual estructura del universo, y en particular, en el CMB.
“Justo enfrente de mi nariz”
Chernodub está impresionado y explica que, mientras continúa trabajando en la superconductividad de vacío, también ha estado pensando en los metamateriales en la física de alta energía sin haber conectado ambos conceptos. “Entonces, replica Smolyaninov, sonriendo, ‘Hey, sabes que tu superconductor es un metamaterial perfecto’. Es como estar buscando una moneda y te la ponen justo enfrente de tu nariz”. Se pregunta, sin embargo, si las condiciones extremadamente calientes y densas del universo primitivo pudieron o no haber estado a tal distancia de la temperatura cero y del modelo de presión utilizados en el artículo de Smolyaninov y el propio como para que la superconductividad, y por lo tanto, la lente de metamaterial, fuesen imposibles.
El cosmólogo Andrew Jaffe, del Imperial College de Londres también se muestra escéptico sobre la posibilidad de probar esa idea utilizando como evidencia los inicios del universo. “Creo que hay una importante pega, que es que muchas de las ideas sobre la generación de campos magnéticos muy fuertes correponden a cuando el universo era pequeño en comparación con el radio del mesón rho. Por lo tanto, no estoy seguro de que se puedan aplicar los cálculos de Smolyaninov. Y en el momento en que ellos lo aplican, sospecho que la magnitud del campo habría sido demasiado pequeña como para tener un efecto de polarización del vacío.”
Fuente: Physics World. Traducido por Eduardo J. Carletti
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