CERN prepares its long-term future

CERN-FCC

Geneva, 6 February 2014. Particle physics takes the long-term view. Originally conceived in the 1980s, the LHC took another 25 years to come into being. This accelerator, which is unlike any other, is just at the start of a programme which is expected to run for another 20 years. Even now, as consolidation work aimed at a restart in 2015 continues, detailed plans are being hatched for a large-scale upgrade to increase luminosity and thereby exploit the LHC to its full potential. The HL (High Luminosity) LHC is CERN1’s number-one priority and will increase the number of collisions accumulated in the experiments by a factor of ten from 2024 onwards.

Even though the LHC programme is already well defined for the next two decades, the time has come to look even further ahead, so CERN is now initiating an exploratory study for a future long-term project centred on a new-generation circular collider with a circumference of 80 to 100 kilometres. A worthy successor to the LHC, whose collision energies will reach 14 TeV, such an accelerator would allow particle physicists to push back the boundaries of knowledge even further. The Future Circular Colliders (FCC) programme will focus especially on studies for a hadron collider, similar to the LHC, capable of reaching unprecedented energies in the region of 100 TeV.

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Latest measurements from the AMS experiment unveil new territories in the flux of cosmic rays, AMS desvela 'nuevos territorios' en el flujo de rayos cósmicos

18 Sep 2014

Published in

http://press.web.cern.ch/press-releases/2014/09/latest-measurements-ams-experiment-unveil-new-territories-flux-cosmic-rays

©NASA

AMS desvela 'nuevos territorios' en el flujo de rayos cósmicos

La colaboración científica internacional del Espectrómetro Magnético Alpha (AMS, por sus siglas en inglés) presentó sus últimos resultados en un seminario en el CERN, basados en el análisis de miles de millones de partículas detectadas con el detector AMS, ubicado en la Estación Espacial Internacional. Estos resultados ofrecen nuevas pistas de la naturaleza del misterioso exceso de positrones observado en el flujo de rayos cósmicos. Los hallazgos se publican en Physical Review Letters. En el experimento participan 56 instituciones científicas de 16 países, entre ellos España a través del CIEMAT y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

Los rayos cósmicos son partículas presentes de forma habitual en el Universo, compuestos principalmente por protones y electrones aunque hay otros muchos tipos de partículas viajando a través del espacio, incluyendo los positrones. Los positrones son la contraparte de antimateria de los electrones, con la misma masa pero carga opuesta. La presencia de algunos de estos positrones en el espacio puede explicarse a partir de las colisiones de rayos cósmicos, pero este fenómeno produciría solo una pequeña porción de antimateria en el espectro total de rayos cósmicos. Puesto que la antimateria es extremadamente escasa en el Universo, cualquier exceso significativo de partículas de antimateria registrado en el flujo de rayos cósmicos energéticos indica la existencia de una nueva fuente de positrones. Estrellas muy densas como los púlsares son candidatas potenciales.

El experimento AMS es capaz de realizar un mapa del flujo de rayos cósmicos con una precisión sin precedentes. En los resultados publicados, la colaboración presenta nuevos datos a energías nunca antes registradas. La colaboración AMS ha analizado 41.000 millones de eventos de rayos cósmicos primarios, entre los cuales 10 millones fueron identificados como electrones y positrones. La distribución de estos eventos en el rango de energías de 0,5 a 500 GeV muestra un incremento bien medido de positrones a partir de los 8 GeV, sin ninguna dirección preferente de llegada en el espacio. La energía a partir de la cual la fracción de positrones deja de crecer se ha medido en 275±32 GeV.
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Laniakea, nuestro supercúmulo galáctico

Definen los contornos del supercúmulo al que pertenece la Vía Láctea y se le da nombre.

El conocimiento que tenemos sobre el Universo está condicionado porque nosotros, como observadores, ocupamos una posición fija en el mismo. No podemos salir de nuestra galaxia para saber cómo es esta por fuera, por lo que conocemos mejor otras galaxias que la Vía Láctea.
Para otras estructuras locales ocurre lo mismo. Además, no podemos ver a través del disco de gas y polvo de nuestra propia galaxia y encima toda vista que tenemos del Cosmos es plana, sin profundidad. Si queremos saber la profundidad, o distancia a nosotros, tenemos que recurrir al corrimiento al rojo entre otras técnicas.
Ahora, unos astrónomos han determinado que la Vía Láctea forma parte de un gigantesco supercúmulo de galaxias al que han llamado Laniakea, que significa “cielo inmenso” en hawaiano. El nombre es en honor de los navegantes polinesios que, gracias al conocimiento que tenían del cielo nocturno, navegaron a lo largo de la inmensidad del Océano Pacífico.
Este descubrimiento clarifica los bordes de nuestro vecindario galáctico y establece relaciones previamente desconocidas entre varios cúmulos de galaxias en el universo local. Por tanto, se puede decir que con esto se han establecido los contornos del supercúmulo de galaxias al que podemos denominar “nuestro hogar”.

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Midieron un exoplaneta con extraordinaria precisión

Hace apenas 30 años, los únicos planetas que los astrónomos habían descubierto se encontraban justo aquí, en nuestro propio sistema solar. La Vía Láctea está plagada de estrellas, millones de ellas similares a nuestro Sol. Sin embargo, el conteo de mundos conocidos en otros sistemas de estrellas era exactamente de cero.

Pero unas pocas décadas pueden hacer una gran diferencia.

En el transcurso del año 2014, los astrónomos no solamente han descubierto más de mil “exoplanetas” girando alrededor de soles distantes, sino que también están comenzando a medirlos con precisión. El antiguo vacío de la ignorancia sobre los exoplanetas ahora está siendo ocupado con datos cuya precisión ronda el segundo lugar decimal.

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Observan un nuevo tipo de desintegración en núcleos ricos en protones

Una de las cuestiones básicas para la Física nuclear es entender la estructura del núcleo atómico, cómo protones y neutrones se mantienen unidos permitiendo la formación del núcleo. Esto, que se conoce bien en los núcleos estables que dan lugar a los elementos que vemos en la Naturaleza, no es tan conocido en los llamados núcleos exóticos, elementos que se crean en el laboratorio y están lejos de la estabilidad, desintegrándose casi inmediatamente.

Beta-minus Decay

Ahora, un experimento liderado por las investigadoras Sonja Orrigo y Berta Rubio, del Grupo de Espectroscopía Gamma del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV), ha observado una nueva forma de desintegración en núcleos atómicos con abundancia de protones, concretamente en el cinc 56 (56Zn). Los resultados de este experimento, realizado por una colaboración internacional en el laboratorio Ganil (Francia), se han publicado en la prestigiosa revista científica Physical Review Letters.
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DOS ESTRELLAS DE NEUTRONES CONTRAPUESTAS

Las estrellas masivas ponen fin a sus días explotando como supernovas y liberando una gran cantidad de materia y energía. Todo lo que queda de ellas es un pequeño remanente extremadamente denso: una estrella de neutrones o un agujero negro.

Title Magnetar discovered close to supernova remnant Kesteven 79 Released 01/09/2014 9:54 am Copyright ESA/XMM-Newton/ Ping Zhou, Nanjing University, China Description Massive stars end their life with a bang, exploding as supernovas and releasing massive amounts of energy and matter. What remains of the star is a small and extremely dense remnant: a neutron star or a black hole. Neutron stars come in several flavours, depending on properties such as their ages, the strength of the magnetic field concealed beneath their surface, or the presence of other stars nearby. Some of the energetic processes taking place around neutron stars can be explored with X-ray telescopes, like ESA's XMM-Newton. This image depicts two very different neutron stars that were observed in the same patch of the sky with XMM-Newton. The green and pink bubble dominating the image is Kesteven 79, the remnant of a supernova explosion located about 23,000 light-years away from us. From the properties of the hot gas in Kesteven 79 and from its size, astronomers estimate that it is between 5000 and 7000 years old. Taking account of the time needed for light to travel to Earth, this means that the supernova that created it must have exploded almost 30,000 years ago. The explosion left behind a  a young neutron star with a weak magnetic field, which can be seen as the blue spot at the centre of Kesteven 79. Beneath it, a blue splotch indicates an entirely different beast: a neutron star boasting an extremely strong magnetic field, known as a magnetar. Astronomers discovered this magnetar, named 3XMM J185246.6+003317, in 2013 by looking at images that had been taken in 2008 and 2009. After the discovery, they looked at previous images of the same patch of the sky, taken before 2008, but did not find any trace of the magnetar. This suggests that the detection corresponded to an outburst of X-rays released by the magnetar, likely caused by a dramatic change in the structure of its magnetic field. While the neutron star in the supernova remnant is relatively young, the magnetar is likely a million years old; the age difference means that it is very unlikely that the magnetar arose from the explosion that created Kesteven 79, but must have formed much earlier. This false-colour image is a composite of 15 observations performed between 2004 and 2009 with the EPIC MOS camera on board XMM-Newton. The image combines data collected at energies from 0.3 to 1.2 keV (shown in red), 1.2 to 2 keV (shown in green) and 2 to 7 keV (shown in blue).

Title Magnetar discovered close to supernova remnant Kesteven 79
Released 01/09/2014 9:54 am
Copyright ESA/XMM-Newton/ Ping Zhou, Nanjing University, China
Description
Massive stars end their life with a bang, exploding as supernovas and releasing massive amounts of energy and matter. What remains of the star is a small and extremely dense remnant: a neutron star or a black hole.
Neutron stars come in several flavours, depending on properties such as their ages, the strength of the magnetic field concealed beneath their surface, or the presence of other stars nearby. Some of the energetic processes taking place around neutron stars can be explored with X-ray telescopes, like ESA's XMM-Newton.
This image depicts two very different neutron stars that were observed in the same patch of the sky with XMM-Newton. The green and pink bubble dominating the image is Kesteven 79, the remnant of a supernova explosion located about 23,000 light-years away from us.
From the properties of the hot gas in Kesteven 79 and from its size, astronomers estimate that it is between 5000 and 7000 years old. Taking account of the time needed for light to travel to Earth, this means that the supernova that created it must have exploded almost 30,000 years ago. The explosion left behind a a young neutron star with a weak magnetic field, which can be seen as the blue spot at the centre of Kesteven 79.
Beneath it, a blue splotch indicates an entirely different beast: a neutron star boasting an extremely strong magnetic field, known as a magnetar. Astronomers discovered this magnetar, named 3XMM J185246.6+003317, in 2013 by looking at images that had been taken in 2008 and 2009. After the discovery, they looked at previous images of the same patch of the sky, taken before 2008, but did not find any trace of the magnetar. This suggests that the detection corresponded to an outburst of X-rays released by the magnetar, likely caused by a dramatic change in the structure of its magnetic field.
While the neutron star in the supernova remnant is relatively young, the magnetar is likely a million years old; the age difference means that it is very unlikely that the magnetar arose from the explosion that created Kesteven 79, but must have formed much earlier.
This false-colour image is a composite of 15 observations performed between 2004 and 2009 with the EPIC MOS camera on board XMM-Newton. The image combines data collected at energies from 0.3 to 1.2 keV (shown in red), 1.2 to 2 keV (shown in green) and 2 to 7 keV (shown in blue).

Las estrellas de neutrones se presentan de diversas formas, en función de su edad, la intensidad del campo magnético confinado bajo su superficie o la presencia de otras estrellas en sus alrededores. Los telescopios de rayos X, como XMM-Newton, pueden estudiar los procesos energéticos que tienen lugar en el entorno de las estrellas de neutrones.

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Public lecture: The Dawn of the standard revolution

Author(s) DE RUJULA, Alvaro (speaker) (Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC) (ES))
Corporate author(s) CERN. Geneva
Imprint 2014-06-06. - Streaming video.
Series (Public Events)
(The dawn of the standard revolution)
Lecture note on 2014-06-06T15:30:00
Subject category Public Events
Copyright/License © 2014 CERN
Submitted by ulla.tihinen@cern.ch

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