Archive for Atomo

IceCube no detecta neutrinos en explosiones de rayos gamma

Los aceleradores de partículas más poderosos se encuentran en el espacio: algunas partículas subatómicas que llueven desde el espacio a la atmósfera terrestre tienen energías más de cien millones de veces mayores que las generadas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más potente del mundo. Sin embargo, es aún un misterio cómo estas partículas llamadas ‘rayos cósmicos’ son aceleradas a esas energías. Utilizando el mayor telescopio de neutrinos del mundo, el detector IceCube en la Antártida, los científicos han investigado uno de los posibles tipos de superaceleradores cósmicos y han descubierto que probablemente no son la principal fuente de los rayos cósmicos de mayor energía. Este resultado invita a una revisión de una de las hipótesis principales sobre el origen de partículas cósmicas muy energéticas, según publica la colaboración internacional de IceCube en Nature.

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Vídeo de interferencia cuántica

Realizan un vídeo de interferencia cuántica en el que usan moléculas relativamente grandes.

Patrones de interferencia de moléculas. Fuente: Nature..

Un experimento es una pregunta que se le hace a la Naturaleza. Dependiendo de lo habilidosos que seamos la respuesta puede ser más o menos interesante. Cuando nos vamos a la microescala en la que opera la Mecánica Cuántica (MC) el tipo de experimento que hagamos puede incluso cambiar completamente la respuesta que obtengamos.
Así por ejemplo, si queremos manifestar las propiedades ondulatorias de la luz un experimento de interferencia nos dice que la luz es efectivamente una onda. Si queremos manifestar su naturaleza corpuscular entonces un experimento fotoeléctrico nos dirá que efectivamente la luz se compone de partículas puntuales. La realidad es que la luz es la que es y somos nosotros los que la pretendemos encajar en un modelo mental nuestro, un modelo que no tiene por qué describir completamente la realidad física.
Esta dualidad también se presenta con partículas subatómicas. Así por ejemplo, podemos hacer interferir electrones entre sí y poner de manifiesto su naturaleza ondulatoria. Podemos lanzar un chorro de estas partículas hacia una doble rendija y ver como en la pantalla posterior se pone de manifiesto el típico patrón de interferencia.

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En el CERN ya se trabaja en sucesores del LHC

Si el LHC no revela signos de una nueva física de este año, su posible descubrimiento deberá esperar por lo menos hasta 2015, cuando las colisiones se produzcan allí de nuevo a más altas energías. En cualquier caso, los sucesores del LHC tienen como horizonte 2040, incluyendo un gran colisionador de protones y electrones, que ya está bajo consideración.

http://teknociencia.es/videos/experimento-seis-mil-millones-por.flv

Durante el año 2012, se producirán colisiones a 8 TeV en los detectores ATLAS y CMS en el LHC. Esperábamos la revelación de la existencia del bosón de Higgs, y más signos de la nueva física (especialmente en forma de partículas de materia oscura), ya sea a través de las características del bosón de Higgs. De lo contrario, es probable que tengamos que armarnos de paciencia, porque al final de 2012, las colisiones se pararán durante dos años.

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Intentando explorar la escala de Planck

Se intenta explorar experimentalmente la escala de Planck de manera indirecta usando sofisticados equipamientos y nuevas ideas.

Hay un mundo desconocido a la escala espacial más pequeña posible. Tenemos ideas y especulaciones sobre lo que podría ocurrir ahí, pero de seguro no sabemos nada. Depende del candidato a teoría cuántica de gravedad que consideremos.


Una teoría cuántica de la gravedad debería proporcionar la Relatividad General a gran escala, pero explicar las singularidades o el mismo Big Bang. Nos debería describir el espacio-tiempo a la escala de Planck. Pero a esas distancias ninguna de las máquinas más poderosas construidas por la Humanidad, como el LHC, puede explorar lo que sucede. Estudiar esa escala es un desafío tremendo. La longitud de Planck es igual a 1,6 & times;10-35 metros. Si esos 34 ceros no nos parecen suficientes como para describir lo pequeña que es, podemos imaginar una realidad alternativa en la esa longitud mide 1 metro y en ese caso un átomo tendría el tamaño de nuestro universo visible.
Lo malo es que no tenemos ninguna teoría cuántica de la gravedad fiable. De momento sólo proyectos en los que se puede creer o no. Y aunque la tuviéramos siempre se ha creído que no podríamos comprobar si es correcta con un experimento directo.

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Un nuevo material imita las propiedades exóticas del grafeno

Investigadores de la Universidad de Stanford (EEUU) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han desarrollado un material que imita las propiedades exóticas del grafeno. El trabajo, que se publica esta semana en ‘Nature’, abre la vía para sintetizar a gran escala materiales con propiedades parecidas al grafeno y nuevos dispositivos a medida.

Un equipo internacional con participación del investigador del Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid (CSIC) Francisco Guinea ha conseguido fabricar un material que imita las propiedades exóticas del grafeno. El trabajo, que aparece publicado en el último número de la revista Nature, puede ayudar a sintetizar materiales con propiedades cualitativamente similares al grafeno a gran escala, así como a disponer de nuevos dispositivos a medida.

El grafeno, a caballo entre un metal y un semiconductor, es bidimensional y se caracteriza por tener una sola capa de átomos de carbono colocados en una red hexagonal; es transparente, impermeable, duro y elástico y tiene ciertas deformaciones que dan lugar a campos magnéticos muy elevados. Cuando los premios Nobel de Física 2010 Andre Geim y Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester, consiguieron aislar este material hace ocho años, abrieron también las puertas al conocimiento de estas propiedades únicas.

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¿Por qué la constante cosmológica está tan mal calculada?

Usando una analogía que emplea los condensados de Bose-Einstein un grupo de físicos señala por qué el cálculo de la constante cosmológica a partir de la energía del vació es la peor predicción de la Física.

La Teoría Cuántica de Campos predice que el vacío, es decir, el espacio-tiempo despojado de cualquier materia y energía contiene fluctuaciones cuánticas, partículas que aparecen de la nada sólo durante el tiempo permitido por el principio de incertidumbre de Heisenberg.  Estas fluctuaciones del vacío, sin embargo, tienen un efecto sobre las partículas reales. Así por ejemplo, afectan a los electrones de los átomos y sus transiciones. Los electrones sufren transiciones cuando emiten o absorben energía que quedan reflejados en los espectros. Pero la espectroscopia es tan precisa que cualquier influencia sobre los electrones se hace visible, incluso cuando sólo se trata de fluctuaciones del vacío. De este modo, si medimos espectros con mucha precisión llegamos a la conclusión de que efectivamente hay fluctuaciones del vacío que afectan el comportamiento de los electrones en la misma medida que es predicha por la teoría. La precisión entre lo medido y lo predicho es inaudita: de una parte en mil millones o mejor. Esto constituye uno de los grandes logros de Física Moderna. Pero la Teoría Cuántica de Campos también ostenta lo que probablemente es el mayor fracaso de la Física Moderna: la determinación de la constante cosmológica a partir de la energía del vacío. Esas fluctuaciones tienen que tener una contribución de la energía total del vacío, del espacio-tiempo en sí. Esta energía del vacío daría lugar a un equivalente de la constante cosmológica. Si se usa la Teoría Cuántica de Campos para calcular esta energía del vacío se obtiene un valor para la constante cosmológica que es enorme. Pero, por otro lado, si se mide la constante cosmológica se observa que si existe es muy pequeña. La diferencia entre lo predicho y lo medido es enorme. El valor teórico no es que sea 10, 100 o 1000 veces más grande que el valor real, es que es 120 órdenes de magnitud mayo (sí, un 1 seguido de 120 ceros). Si existiera tal constante cosmológica  nunca se hubieran formado ni galaxia, ni estrellas, ni planetas, ni humanos, ni átomos. Todo se hubiera expandido a un ritmo endiablado al poco de darse el Big Bang. Este problema trae de cabeza a los físicos teóricos desde hace décadas y no se ha encontrado solución al mismo.

Ahora Stefano Finazzi (Universidad de Trento) y Lorenzo Sindoni (Instituto Albert Einstein) apuntan a una posible razón por la cual se obtiene tan descomunal resultado teórico. No es una solución definitiva al problema, pero permite tener esperanzas sobre su solución en algún momento y de paso nos da una excusa para hablar de estos temas. Una cosa es plantear unas ecuaciones y otra es resolverlas. Los físicos acostumbran a utilizar aproximaciones (el famoso chiste del burro esférico ilustra bien esto) porque muchas veces no hay nadie capaz de resolver el problema tal cual. O bien se tienen las ecuaciones y no se sabe resolverlas o bien ni siquiera se pueden obtener éstas a no ser que se simplifique el modelo.

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Sobre la interpretación del principio de Heisenberg

Un experimento permite distinguir entre dos interpretaciones distintas del principio de incertidumbre de Heisenberg.

Una de los principios más misteriosos e interesantes de la Mecánica Cuántica es el principio de incertidumbre (o indeterminación) de Heisenberg. Nos dice que hay límites a lo que podemos conocer sobre los sistemas cuánticos.
Así por ejemplo, si nos fijamos en la versión que relaciona la cantidad de movimiento (o momento) de una partícula y su posición nos dice que cuanto mejor conozcamos la posición de una partícula peor conoceremos su cantidad de movimiento (el producto de su masa y velocidad o momento) y viceversa. Estas dos cantidades conjugadas (posición y momento) no son las únicas, así por ejemplo, el tiempo y la energía también tienen su propia relación de incertidumbre. Se pueden buscar otras cantidades conjugadas que sufran de lo mismo.

Se considera a Heisenberg el padre de la Mecánica Cuántica (MC). Cuando introdujo su famoso principio en 1927 imaginó en un experimento mental a un electrón que es observado con un microscopio basado en fotones de rayos gamma. De este modo cuando se quisiera medir la posición del mismo con un error ?(q) se podía alterar su momento en una cantidad ?(p) que estarían regulados por la relación ?(q)?(p) ? h/4 ? (siendo h la constante de Plank). Digamos que la medida altera el estado del sistema de tal modo que no podemos saber ciertas cantidades simultáneamente mejor de lo que nos dice esa relación. Esta relación tendría en cuanta el error en la medición.

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