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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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Un grupo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha determinado que la masa de los neutrinow no excede de 0,26 electronvoltios, dos millones de veces inferior a la masa del electrón
Asimismo, el equipo ha descubierto que la suma de las masas de los tres tipos de neutrinos que existen (electrónicos, muónicos y tauónicos) no representa más del 6 por mil del total de la masa-energía del cosmos.
El análisis se basa en datos obtenidos de una selección de 900.000 galaxias luminosas, que son utilizadas para estudiar la distribución espacial de galaxias. Estos resultados se presentan hoy en la reunión anual de la Sociedad Astronómica Americana, que se celebra hasta el 12 de enero en Austin (Texas).
A margen de la comunidad científica y los aficionados a la física teórica, apenas nadie conocía la existencia de los neutrinos hasta que un experimento del CERN de Ginebra dio a conocer sus resultados sobre la velocidad de estas partículas. Según sus conclusiones, los neutrinos son capaces de viajar más rápido que la luz, lo que invalidaría la Ley de la Relatividad Especial y abriría una puerta a los viajes en el tiempo.
Clave para estudiar la evolución del Universo
“Determinar con precisión la influencia de la masa de los neutrinos en el Universo es fundamental para estudiar su evolución, ya que hasta hace poco se creía que estas partículas carecían de masa y, por tanto, no aparecía en los modelos cosmológicos, señala la investigadora del CSIC Olga Mena, del Instituto de Física Corpuscular (centro mixto del CSIC y la Universidad de Valencia).
Las galaxias utilizadas para los datos de este estudio están siendo analizadas por el equipo del experimento BOSS, que forma parte del Sloan Digital Sky Survey (SDSS)-III. SDSS se inició en 2000 y desde sus comienzos ha examinado más de un cuarto del cielo nocturno y producido el mapa en color del Universo en tres dimensiones más grande que existe hasta el momento.
Los neutrinos son partículas elementales muy ligeras que apenas interactúan con la materia. Un neutrino puede atravesar 200 Tierras y permanecer inalterado. Por eso, su detección es extremadamente difícil.
Hasta que se midió lo que se conoce como “oscilación de los neutrinos”, la transformación de un tipo a otro durante su recorrido, los investigadores pensaban que no tenían masa. Además, aceptar que los neutrinos tienen masa implica grandes cambios en los modelos utilizados para considerar la evolución del Universo, ya que es una de las partículas más abundantes del cosmos.
“Por experimentos de física de partículas sabemos que el valor mínimo de la masa total del neutrino es cinco veces menor que el límite superior que hemos encontrado. Nuestros resultados muestran que se puede alcanzar una detección cosmológica de la masa del neutrino, lo cual es sumamente interesante”, destaca Mena.
Fuente: El Mundo. Aportado por Eduardo J. Carletti
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Un estudio basado en datos procedentes de un observatorio espacial de rayos gamma pone en dificultades las propuestas existentes de teorías cuánticas de la gravedad
El observatorio espacial de rayos gamma INTEGRAL (de International Gamma Ray Astrophysics Laboratory) ha proporcionado recientemente una cota al tamaño de la supuesta textura del espacio-tiempo. Este satélite de la ESA es similar a su homólogo Fermi lanzado por la NASA y que también ha puesto restricciones a esta textura del espacio-tiempo.
Si tal textura existe debe ser menor de lo que algunas teorías habían propuesto.
Según la Teoría General de la Relatividad (TGR) el espacio-tiempo es liso, sin grumos a cualquier escala. Pero esta teoría, que tan buenos resultados ha dado en todo objeto astronómico que se puede observar, tiene algunos problemas. Predice que durante el Big Bang o en el interior de los agujeros negros se dio o se da una situación especial del espacio-tiempo denominada singularidad. Digamos que una singularidad representa del fin del espacio-tiempo, un límite más allá del cual la teoría no puede predecir nada.
El instrumento IBIS de INTEGRAL capturó un estallido de rayos gamma (GRB)
el 19 de diciembre de 2004, que Philippe Laurent y sus colegas han analizado en detalle.
Era tan brillante que INTEGRAL pudo medir su polarización, permitiendo que Laurent
y sus colegas buscaran las diferencias de diferentes energías en la señal. El GRB que se
muestra aquí, del 25 de noviembre de 2002, fue el primero capturado con la poderosa
cámara de rayos gamma de INTEGRAL. Cuando ocurren, los GRBs brillan tanto como
cientos de galaxias conteniendo cada una de miles de millones de estrellas.
Aunque hay soluciones a las ecuaciones de Einstein para el Big Bang en universos especiales para las que no hay singularidades, se cree que las singularidades aparecen debido a que la TGR es una teoría clásica, no es cuántica. Es de esperar que si alguna tenemos una teoría cuántica de la gravedad solvente este tipo de problemas y elimine toda singularidad. La Teoría Cuántica de Lazos, que es una teoría aún sin terminar, es una de las propuestas a Teoría Cuántica de la Gravitación. Según algunos de los estudios hechos sobre esta teoría hay “átomos” de espacio que tienen propiedades cuánticas. Entre ellas sufrirían una especie de principio de exclusión de Pauli que impediría el colapso absoluto del espacio-tiempo evitando así las singularidades. Incluso algunos modelos de juguete basados en esta teoría pueden remontarse a un tiempo anterior al Big Bang pasando por un estado de muy alta densidad no singular hasta llegar a un universo previo.
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Sorprendente hallazgo de neutrinos podría obligar a los físicos a replantear los fundamentos de la física de partículas
Los neutrinos, partículas elementales generadas por reacciones nucleares en el Sol, sufren de una crisis de identidad a cruzar el universo, pasando por tres “sabores” diferentes. Sus homólogos de la antimateria (que son idénticos en masa pero opuestos en carga y espín) hacen lo mismo.
Un equipo de físicos, entre los que se encontraban varios científicos del MIT, ha descubierto sorprendentes diferencias en el comportamiento al cambiar de sabor de los neutrinos con respecto a los antineutrinos. Si se confirma, el descubrimiento podría explicar por qué la materia domina el universo, y no la antimateria.
Gráfico de un evento de neutrino grabado por el experimento MiniBooNE. El anillo de luz, registrado por algunos de los más de 1.000 sensores de luz en el interior del detector, indica la colisión de un neutrino muón con un núcleo atómico. Gráfico: Fermilab “La gente está muy exitada con esto porque indica que hay diferencias entre los neutrinos y los antineutrinos”, comentó Georgia Karagiorgi, estudiante del MIT y una de las líderes del análisis de datos experimentales que se produjeron en el Booster Neutrino Experiment (MiniBoonE) en el acelerador del Laboratoro Nacional Fermi.
El nuevo resultado, anunciado en junio y enviado a la revista Physical Review Letters, parece corresponder a una de las primeras violaciones de la simetría CP: la teoría que dice que la materia y la antimateria deberían de comportarse de la misma manera. La violación de la simetría CP se vio anteriormente en los quarks, otro tipo de partícula elemental que se presenta en protones y neutrones, pero nunca en neutrinos o en electrones.
El descubrimiento podría también forzar a los físicos a revisar el Modelo Estándar, que cataloga todas las partículas conocidas que constituyen la materia. El modelo ahora postula sólo tres sabores del neutrino, pero un cuarto (o un quinto o un sexto) pueden ser necesarios para explicar los nuevos resultados.
“Si esto se demostrase, tendría implicaciones enormes para la física de partículas”, comentó John Learned, profesor de la Universidad de Hawaii, quien no tomó parte en la investigación.
Por el momento, los investigadores tienen datos suficientes para presentar sus resultados para presentarlo con un nivel de seguridad justo por debajo del 99.7% (llamado 3 sigma), que no es suficiente como para asegurar un descubrimiento. Para llegar a ese nivel, se necesita 5 sigma (99.99994%). “La comunidad demandará, con todo el derecho, unos resultados 5 sigma”.
Oscilaciones inesperadas
Desde los años 60, los físicos han estado obteniendo pruebas de que los neutrinos pueden cambiar, o oscilar, entre tres sabores diferentes, cada uno con una masa diferente. Sin embargo, no han podido descartar aun la posibilidad de que haya más sabores.
En un intento de ayudar a limitar el número de neutrinos, los físicos de MiniBooNE enviaron haces de neutrinos o antineutrinos a un túnel de 500 metros, al final del cual hay un tanque de un 1000 metros cúbicos de aceite, los rastros de energía que deja tras de sí permiten a los físicos identificar qué sabor de neutrino tomó parte en la colisión. Los neutrinos, que no tienen carga, no suelen interactuar con otra materia, así que esas colisiones son extrañas.
MiniBooNE fue construido en 2002 para confirmar o refutar el descubrimiento controvertido que se obtuvo en un experimento en el Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) de Los Alamos. En 1990, el LSND informó de la aparición de un número mayor del esperado de antineutrinos que parecían oscilar a distancias relativamente cortas, lo que sugiere la existencia de un cuarto tipo de neutrino, llamado “neutrino estéril”.
En 2007, los investigadores de MiniBooNE anunciaron que sus experimentos con neutrinos no produjeron oscilaciones similares a las del LSND. En aquel momento, asumieron que pasaría lo mismo con los antineutrinos. “En 2007, te habría dicho que podías descartar LSND”, dijo el profesor del MIT Janet Conrad, uno de los autores del nuevo artículo.
MiniBooNE luego pasó al modo antineutrino y recopiló datos los tres años siguientes. El equipo de investigación no analizó ningún dato hasta principios de este año, cuando les sorprendió encontrar más oscilaciones de las esperadas para sólo tres sabores de neutrinos -el mismo resultado que el LSND.
Los físicos teóricos ya están publicando artículos online con teorías sobre los nuevos resultados. Sin embargo, “no hay una clara e inmediata explicación”, comentó Karsten Heeger, una física de neutrinos de la Univerisdad de Wisconsin. “Para estar seguros necesitamos más datos del MiniBooNE, y luego tenemos que hacer los test experimentales de forma diferente”.
El equipo planea recopilar datos de antineutrinos durante los próximos 18 meses. Conrad también espera lanzar un nuevo experimento que podría utilizar un ciclotrón, un tipo de acelerador de partículas en el que estas viajan en círculos en vez de en una línea recta, para intentar confirmar o refutar los resultados de MiniBooNE.
Fuente: Ciencia Traducida y MIT. Aportado por Eduardo J. Carletti
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