Category Archives: Antimatter

Científicos españoles analizan las posibilidades del reinicio del LHC en 2015

El nuevo arranque del gran colisionador de hadrones del CERN durante el año que viene, los experimentos sobre neutrinos, el observatorio de rayos gamma CTA y la presencia de investigadores españoles en el laboratorio de física nuclear FAIR serán algunos de los temas que trataron los cerca de 200 investigadores que asisten en Sevilla a la reunión anual del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear. La divulgación científica y la transferencia tecnologica también estarán presentes en las jornadas.

Expertos españoles en la física del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), la investigación de la estructura nuclear y los experimentos para descubrir el 95% del universo 'invisible' se reúnen la semana próxima en Sevilla en las VI Jornadas del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN). Este congreso, que se celebra por primera vez en la capital hispalense, congrega a 200 investigadores en estos ámbitos de la física, que discutirán sobre los principales avances en sus respectivos campos.

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El CPAN entrega los premios de su concurso de divulgación

El Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN) ha entregado hoy en Sevilla los premios de su quinto concurso de divulgación científica en un acto que ha puesto fin a las VI Jornadas CPAN, que se han celebrado en la capital hispalense esta semana. Un artículo sobre la masa del neutrino, el blog de física médica Desayuno con fotones, un vídeo sobre la 'temperatura' de un agujero negro, una noticia publicada en El Mundo sobre la búsqueda de la supersimetría y un experimento que reproduce un detector de partículas del LHC han resultado ganadores en esta edición, donde se han presentado 66 trabajos. El concurso se convoca con la colaboración de la Fundación General CSIC.

En la categoría de Artículos de divulgación ha sido premiado el texto "La masa de los neutrinos: dónde está nuestro Neptuno", de Mikael Rodríguez Chala. El autor, doctor en Física por la Universidad de Granada y actualmente en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich, describe cómo estas elusivas partículas elementales adquieren su ligerísima masa, considerada hasta hace poco nula por la teoría. El Jurado valora la claridad del texto y la utilización de un símil con la astronomía que enlaza el funcionamiento de las leyes físicas a gran escala con el mundo cuántico.

En la modalidad de páginas webs ha resultado ganador el blog colaborativo Desayuno con fotones, iniciativa surgida de un grupo de radiofísicos de diferentes hospitales que cuenta con 30 colaboradores, entre ellos médicos e investigadores. El Jurado valora esta unión de profesionales de la medicina e investigadores para ofrecer contenidos de calidad en temas como medicina y salud, así como su potencial para convertirse en un sitio de referencia para el público que busque información contrastada sobre estos temas.

Agujeros negros y Supersimetría

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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

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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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¿Está compuesta la materia oscura por neutrinos?

Un par de trabajos sugieren que los neutrinos tienen mayor masa de lo pensado y tendrían una gran contribución a la materia oscura.

A estas alturas todos conocemos el problema de materia oscura, esa masa que no vemos y que altera la rotación de las galaxias o contribuye al fenómeno de lentes gravitatorias. Normalmente se propone la existencia de partículas exóticas que den cuenta de esa masa, que es mucho mayor que la masa de la materia visible.
A veces se ha propuesto que sean los neutrinos los que hagan la materia oscura, al fin ya la cabo no interactúan prácticamente con la materia ordinaria. Para poder detectar alguno de los millones de neutrinos que nos atraviesan constantemente se usan miles de números de Avogadro de átomos corrientes y se espera a alguna interacción en un sitio aislado de la radiación natural. Esta baja interacción se debe a que los neutrinos sólo interaccionan con la materia ordinaria a través de la fuerza nuclear débil o la gravedad (que es la más débil de todas las fuerzas).
Hay tres tipos o “sabores” de neutrinos, cada uno asociado al electrón, al muón y al tau. Además, desde hace un tiempo, se ha propuesto la existencia de un cuarto neutrino que no interaccionaría con la materia ordinaria ni siquiera a través de la fuerza nuclear débil, sino que sólo interaccionaría con el resto de los neutrinos y con la gravedad. Tampoco sería capaz de cambiar su sabor. Los neutrinos estériles son un concepto puramente teórico, a diferencia de los otros tres tradicionales, que sí se han observado.

Neutrino mass and effective number constraints, labeled as in Fig. 1 (× indicates the ML model, + its shift from a 9% cluster mass increase). Bottom: S? sterile case for Td (left) and Ad (right). The region excluded by the msDW<7??eV prior is left of the dashed line. Top: A? active case for Td (left) and Ad (right). In all cases the minimal ?m?=0.06??eV, Neff=3.046, and ms=0 is highly excluded.

Neutrino mass and effective number constraints, labeled as in Fig. 1

En un principio se creía que los tres neutrinos tradicionales carecían de masa, pero el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos que hace que unos tipos se transformen en otros (y que resuelve el problema de la paradoja de los neutrinos solares) nos dice que tienen alguna masa. Esta masa es muy pequeña, con una cota inferior es de 0,06 eV. Pero nadie sabe su masa real. Si tuvieran una masa pequeña, pero muy por encima de esa cota, entonces podrían dar cuenta de la materia oscura, pues la cantidad de neutrinos (principalmente primordiales) es inmensa. Por el contrario, si tuvieran una masa un poco superior a esos 0,06 eV, entonces su contribución a la materia oscura sería despreciable.
Una manera de medir la materia oscura es analizando el fondo cósmico de microondas (FCM), que se corresponde a la luz emitida al cabo 380.000 años tras del Big Bang. El FCM contiene pequeñas irregularidades que dan cuenta de varios aspectos del Universo y que permiten testar los distintos modelos cosmológicos. También permite determinar la cantidad de materia oscura.
La distribución de las irregularidades es un reflejo de las fluctuaciones en densidad de materia que había tras el Big Bang. Fue precisamente en donde la densidad era mayor en donde la gravedad pudo actuar y crear más tarde los cúmulos de galaxias. Si se analiza la distribución de cúmulos en una época posterior y se comparan con las irregularidades del FCM se observa que no coinciden del todo. Pero, usando ciertos modelos, se puede deducir, usando la masa que tendrían que tener los neutrinos para que todo encajara.
Al principio del Universo, los neutrinos se moverían a velocidad relativista y no serían agrupados por la fuerza de gravedad. Pero una vez el Universo se enfrío lo suficiente, los neutrinos se moverían más despacio hasta agruparse al igual que la materia normal. El número de cúmulos de galaxias sería un reflejo de la masa de los neutrinos. Cuanto más masivos más contribuirían a la materia oscura.
En un artículo publicado recientemente Richard Battye (University of Manchester) y Adam Moss (University of Nottingham) se analizan los datos del FCM aportados por las misiones WMAP y Planck usando la idea antes expuesta y se llega a la conclusión de que la contribución de los neutrinos podrían dar cuenta de la materia oscura. Algo similar han hecho Mark Wyman (University of Chicago) y sus colaboradores.
En ambos casos proponen dos posibilidades. En la primera los tres neutrinos tradicionales tendrían una masa de 0,32 eV y 0,39 eV respectivamente, con barras de error que tienen una intersección común.
En la segunda sugieren la participación de neutrinos estériles en el escenario. Dependiendo del modelo usado se asigna una masa al neutrino estéril de entre 0,3 eV y 0,5 eV. Al parecer, esta segunda opción encaja mejor que la primera con los datos experimentales.

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Experimento ASACUSA (antimateria) produce primeras particulas de antihidrógeno

El experimento ASACUSA en el CERN (Imagen: Yasunori Yamakazi)

El experimento ASACUSA en el CERN (Imagen: Yasunori Yamakazi)

El experimento ASACUSA en el CERN ha tenido éxito por primera vez en la producción de un haz de átomos de antihidrógeno.

En un artículo publicado en Nature Communications , la colaboración ASACUSA informa de la detección inequívoca de 80 átomos de antihidrógeno a la distancia de 2,7 m. , donde la influencia perturbadora de los campos magnéticos inicialmente utilizado para producir los antiátomos es pequeño.
Este resultado es un paso significativo hacia la espectroscopia hiperfina preciso de átomos de antihidrógeno.Primordial antimateria hasta ahora nunca se habia observado en el universo, y su ausencia sigue siendo un gran enigma científico. Sin embargo, es posible producir cantidades significativas de anti-hidrógeno en experimentos en el CERN mezclando antielectrones (positrones) y antiprotones de baja energía producidos por el Antiprotones desacelerador.

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Partículas y antipartículas en un superconductor nanométrico

Un equipo internacional con participación de científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha demostrado la superconductividad inducida en una estructura nanométrica que combina hilos semiconductores con un material superconductor. Los resultados, publicados en la revista Nature Nanotechnology, explican por primera vez las propiedades magnéticas de los estados excitados de electrones y huecos en este sistema y podrían abrir nuevos campos de estudio en nanotecnología.

A temperaturas muy bajas, algunos metales se convierten en superconductores y cambian radicalmente sus propiedades eléctricas y magnéticas. En particular, los superconductores, que tienen numerosas aplicaciones, no ejercen resistencia al paso de la corriente eléctrica, por lo que la conducción de los electrones se realiza sin pérdidas de energía. 

Particulas-y-antiparticulas-en-un-superconductor-nanometrico

“Cuando un material superconductor se encuentra en su estado de energía más baja, se convierte en una onda cuántica colectiva formada por pares de Cooper, parejas de electrones que se unen a pesar de ser cargas negativas que tienden a repelerse. En nuestro trabajo hemos demostrado esta superconductividad inducida en hilos semiconductores de tamaño nanométrico”, explica Ramón Aguado, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid.

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Tiempo de espera en el LHC

Cerca de 800 técnicos trabajan para que el gran acelerador de partículas del CERN busque nueva física a partir de 2015. Después del descubrimiento del bosón de Higgs, los científicos reconocen que en realidad se lo esperaban y que no acaban de dar con la clave para avanzar en las grandes cuestiones sobre el universo. Confían en que surja un nuevo ‘Einstein’ que traiga nuevas ideas.

Lift of the positive preshower endcap (ES+) above CMS, from the UXC55 cavern into the SX5 surface building

Lift of the positive preshower endcap (ES+) above CMS, from the UXC55 cavern into the SX5 surface building

Es la pista más rápida del planeta, donde se circula casi a la velocidad de la luz. Un lugar tan vacío como el espacio interestelar. Uno de los más fríos del universo (–271ºC), pero a la vez donde se generan temperaturas mil millones de veces más altas que las del Sol. Cuenta con los detectores más grandes y sofisticados jamás construidos, y un sistema de computación, el Grid, también el más grande del mundo.

Estas cifras récord las ostenta el gran colisionador de hadrones o LHC, el famoso acelerador que el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) opera bajo la frontera franco-suiza. Mantenerlo cuesta alrededor de mil millones de euros al año, de los que España aporta unos 75 millones como estado miembro. “A cada europeo le cuesta como tomar una taza de café”, le gusta decir a su director, Rolf Heuer, satisfecho de que nuestro país esté solucionando los retrasos en la cuota.

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