Archive for Fisica Teorica
Sobre agujeros negros
Gigantes oscuros con una fuerza tan inmensa que ni la luz puede escapar de ellos.
Con esta sencilla definición uno enseguida comprende que este post habla de agujeros negros, esos objetos que se han convertido en compañeros omnipresentes de todo artículo de divulgación sobre física por mérito propio. Y no es que los físicos tengamos un fetiche con el cuero y nos ponga sobremanera todo lo negro, si no que, debido a sus especiales características, los agujeros negros (AN) son excelentes laboratorios donde poner a prueba el desarrollo de nuevas teorías que busquen unificar la gravedad con el resto de interacciones del Universo. Por esta razón se han escrito miles de libros sobre agujeros negros que, sin embargo, siempre se quedan a medias (al menos los que yo he leído) y nunca cuentan aquello que de verdad tiene miga de los agujeros negros, algunas propiedades que han hecho que nos obsesionemos con ellos desde los años 70, esas cosas que quizás nunca se atrevieron a contarte sobre agujeros negros.
Lo que entra, no sale
Antes de nada, establezcamos algo de sintaxis.
Un agujero negro es, técnicamente, un cuerpo con una masa tan grande que su gravedad superficial no permite escapar ni siquiera la luz, razón por la que los observamos negros y de la que deriva su nombre. Si bien un AN tiene un tamaño definido, no ocurre lo mismo con la masa que genera el campo gravitatorio. Debido a que a partir de cierta distancia de un objeto la luz ya no va a escapar, un agujero negro bien puede ser una esfera de un tamaño u otro, o incluso no tener forma esférica, siempre que cumpla la condición de que su campo gravitatorio sea lo suficientemente intenso como para que a partir de una distancia se cumpla esta condición de velo.
A la “superficie” oscura que vemos a esa distancia, normalmente tomada como el radio efectivo del agujero negro, la denominamos horizonte de sucesos o simplemente horizonte y es la distancia a partir de la cual uno no puede escapar del AN, pues necesitaría moverse a una velocidad mayor que la de la luz para librarse de su atracción gravitatoria. Por ello, lo que entra en un agujero negro, no sale.
1 — Dentro no es lo mismo que fuera
Si bien es verdad que desde nuestra perspectiva sólo podemos observar un agujero negro desde su exterior, las leyes de la física son capaces de predecir qué ocurriría en el interior de uno de estos monstruos siderales.
Cuando uno contempla un AN desde la teoría de la Relatividad General, lo primero que se encuentra es que el horizonte no es un lugar especial desde el punto de vista de la atracción gravitatoria, que ni siquiera tiene que ser especialmente intensa en este lugar ni producir ningún fenómeno particular. Este hecho, unido a la universalidad de las leyes de la física nos indica que nuestra teoría ha de ser válida también en el interior del agujero (al menos en aquellos en los que los efectos cuánticos no son dominantes) y, por tanto, podemos predecir lo que un aguerrido astronauta observaría al cruzar el horizonte de sucesos de un AN…[]
Completo:
Sobre agujeros negros
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El CERN confirma una nueva partícula compuesta hallada por el LHC
El experimento CMS observa una nueva partícula en el LHC
El experimento CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN ha confirmado la existencia de una nueva partícula compuesta.
The ≡b*0 particle shows a clear signal (blue) above the background level (red) (Image: CMS)
The Compact Muon Solenoid (CMS) experiment at CERN has submitted a paper for publication describing the first observation of a new particle, an excited beauty baryon called the ≡b*0 (≡b is pronounced “Csai – bee”).
Baryons are subatomic particles whose mass is equal to or greater than that of a proton. The Standard Model of particle physics predicts the existence of ≡b baryons in charged, neutral or excited states. Though charged and neutral ≡b baryons have been seen in detectors before, this is the first time the an excited ?b beauty baryon has been observed. CMS measured the mass of the new particle to be 5945.0 ± 2.8 MeV.
CMS physicists found the ≡b*0 signal in a sample of about 530 trillion proton—proton collisions (an integrated luminosity of 5.3 inverse femtobarns) which were delivered by the Large Hadron Collider (LHC) operating at a centre-of-mass energy of 7 TeV in 2011.
The ≡b*0 adds to a growing list of discoveries at CERN in recent months. In December the ATLAS experiment announced the observation of a new “quarkonium state” containing a beauty quark bound with its antiquark, and in November the LHCb experiment reported a new effect in the decays of particles containing a charm quark (or antiquark).
With the LHC now running at 4TeV per beam, the collision number is set to increase, which enhances the machine’s discovery potential considerably, and opens up new possibilities for searches for new and heavier particles.
Find out more
http://public.web.cern.ch/public/
Tras analizar los datos de colisiones a 7 TeV durante 2011, unos 5,3 femtobarn inversos, CMS ha descubierto con una significación estadística de 5 sigmas una nueva partícula, un barión llamado Xi_b*^0. Los bariones son partículas compuestas por tres quarks, como el protón y el neutrón. Los quarks que componen esta nueva partícula son un quark up, un strange y un bottom.
El Xi_b*^0 es inestable y se desintegra inmediatamente, en el mismo punto de interacción de los protones que chocan. Esto quiere decir que no se puede observar directamente, sino que hay que reconstruir la cadena de desintegraciones desde los productos finales.
Según explica Ernest Aguiló, postdoc en la Universidad de Zürich y responsable del análisis, la cadena de desintegraciones del Xi_b*^0 es muy larga, con 4 estados intermedios. Lo que ha detectado son las trazas que provienen de los productos finales, y de ahí, paso a paso, se logró identificar el estado inicial.
De entre los miles de millones de colisiones registradas por CMS en 2011 se han encontrado solo 18 colisiones en que esta partícula se ha producido. Esto da una idea de la complejidad de los análisis de física realizados con la ingente cantidad de datos obtenida en el LHC.
Ernest Aguiló se doctoró en la Universidad de Barcelona trabajando en el experimento LHCb. Posteriormente estuvo de postdoc en DZero, uno de los dos experimentos de Tevatron (el acelerador de partículas estadounidense que dejó de funcionar el año pasado), donde participó en el descubrimiento del quark single top. Actualmente trabaja para la Universidad de Zürich en el experimento CMS.
Enlaces:
- Enlace al artículo en arXiv
- Información sobre la observación de Xi_b*^0 en la web de CMS
- Descarga la imagen, una de las 18 colisiones que muestra el barión Xi_b*^0 (jpg)
Download:
Figure 1. Display of a typical event showing the reconstructed decay products of the expected signal.
Figure 2. schematic diagram of the decay chain explored in this analysis.
Figure 3. Invariant mass of the J/psi Xi- pairs showing a clear Xi_b signal
Figure 4. Q mass-difference plot showing a clear signal for a new b baryon.
The CMS experiment has submitted a paper for publication describing the first observation of a new, excited beauty baryon known as the ?*b0, with a statistical significance of more than 5 standard deviations (5?) above the expected background. The mass is measured to be 5945.0 ± 2.8 MeV.
The observation was made in a data sample of proton—proton collisions delivered in 2011 by CERN’s Large Hadron Collider (LHC) operating at a centre-of-mass energy of 7 TeV. The sample corresponds to an integrated luminosity of 5.3 fb-1[1].
Expectations of the Standard Model of Particle Physics
The well-established quark model predicts the existence of so-called ≡b baryons containing one beauty (b) quark, one strange (s) quark, and either an up (u) quark, which results in a neutral ?b0 baryon, or a down (d) quark, which results in a charged ?b- baryon. These may exist with various values of the quantum numbers for angular momentum (J) and parity (P). The ground-state, lowest-mass ?b baryons — both charged and neutral — have been previously observed.
None of the predicted excited states have ever been seen, including the ?*b0 state (with JP=3/2+), which is expected to break up rapidly in a cascade of decays to lower mass particles…[]
http://cms.web.cern.ch/news/observation-new-xib0-beauty-particle
http://news.stanford.edu/news/2004/july21/femtobarn-721.html
http://cms.web.cern.ch/news/should-you-get-excited-your-data-let-look-el…
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El hidrógeno cambia la dirección de la imanación de películas de cobalto de dos átomos de grosor
Una investigación internacional en la que ha participado el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha descubierto que es posible cambiar la dirección de la imanación de películas de cobalto de dos átomos de grosor mediante la exposición a pequeñas cantidades de hidrógeno. Los resultados de este estudio, publicado en la revista Physical Review B, podrían servir para fabricar sensores magnéticos orientados a la detección de gases.
“La dirección de la imanación de las películas de cobalto crecidas en rutenio es perpendicular al plano. Hemos visto que tras la exposición al hidrógeno, los dominios magnéticos de la película se rompen en otros más pequeños y después la dirección de la imanación gira 90 grados hasta apuntar dentro del plano de la película”, explica el investigador del CSIC Juan de la Figuera, del Instituto de Química-Física Rocasolano.
Según el estudio, el origen de este fenómeno se halla en los cambios que se producen en la estructura electrónica de los átomos de cobalto enlazados directamente con los átomos de hidrógeno.
El descubrimiento ha sido posible gracias a la microscopía electrónica de baja energía polarizada en espín, que permite observar la imanación de forma local. Esta técnica posibilita, además, ver los cambios que se producen en los dominios magnéticos a causa de agentes externos.
Los expertos creen que los resultados del trabajo pueden emplearse para fabricar sensores magnéticos orientados a la detección de gases. “Las cantidades de hidrógeno a las que se expone la película son extremadamente bajas. Una presión de hidrógeno un billón de veces inferior a la presión atmosférica es suficiente para producir el efecto en unos minutos. Esto nos muestra el riesgo que la contaminación por hidrógeno, muy frecuente en sistemas experimentales de vacío, puede suponer en experimentos para determinar la dirección de imanación”, concluye el investigador del CSIC.
Medio Departamento de Comunicación http://www.csic.es
- Benito Santos, Silvia Gallego, Arantzazu Mascaraque, Kevin F. McCarty, Adrian Quesada, Alpha T. N’Diaye, Andreas K. Schmid, Juan de la Figuera. Hydrogen-induced reversible spin-reorientation transition and magnetic stripe domain phase in bilayer Co on Ru(0001). Physical Review B. DOI: 10.1103/PhysRevB.85.134409
Nota de prensa (.pdf 135K) [Descargar]
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Japón reinicia el acelerador de partículas T2K
El proyecto Tokai de Kamioka (el acelerador de partículas japonés más conocido como T2K) ha iniciado de nuevo su actividad un año después de que se produjera el terremoto que obligó a su cierre. Según han informado los medios de comunicación del país asiático, los físicos encargados de este proyecto, entre ellos algunos españoles, ya trabajan en el experimento que llevará “hacia una nueva era de comprensión de la creación del Universo”.
Así, el T2K ya ha disparado un primer haz intenso de partículas de neutrino, 295 kilómetros a través de la corteza de la Tierra, desde la localidad donde se encuentra el acelerador, Tokai-mura, hasta la cordillera occidental de Japón.
The T2K ND280 neutrino detector is housed in the bottom of the Neutrino monitor pit at the Japan Proton Accelerator Complex (JPARC) in Tokai, Japan. The video of the neutrino detector was taken from the top of the pit. The detector (silver sections in the center of the pit) is observeable with the magnet (red) open during the installation of the neutrino detectors. The neutrino beam produced by the JPARC accelerator will move from right to left in this video.
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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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¿Serio golpe a las teorías sobre materia oscura?
Un nuevo estudio detecta la misteriosa ausencia de materia oscura en las vecindades del Sol
El estudio más preciso hecho hasta el momento sobre los movimientos de las estrellas en la Vía Láctea no ha encontrado evidencias de materia oscura en un amplio espacio alrededor del Sol. De acuerdo con las teorías ampliamente aceptadas, las vecindades del Sol deberían estar repletas de materia oscura, una misteriosa sustancia invisible que solo puede detectarse de manera indirecta por la fuerza gravitatoria que ejerce. Pero, en este nuevo estudio, llevado a cabo en Chile por un equipo de astrónomos, las teorías no coinciden con los hechos observacionales. Esto puede significar que es bastante improbable que los intentos por detectar directamente partículas de materia oscura en la Tierra tengan éxito.
Utilizando, junto con otros telescopios, el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros de ESO, en el Observatorio de La Silla, un equipo ha cartografiado los movimientos de más de 400 estrellas situadas a más de 13.000 años luz del Sol. Con estos nuevos datos han calculado la masa de materia en las vecindades de nuestro Sol, teniendo en cuenta un volumen cuatro veces mayor que el utilizado hasta ahora.
“La cantidad de masa derivada encaja muy bien con lo que vemos — estrellas, polvo y gas — en la región que rodea al Sol,” afirma el líder del equipo Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile). “Pero esto no deja espacio para materia extra — la materia oscura — que esperábamos encontrar. Nuestros cálculos muestran que debería haberse visto claramente en nuestras medidas. Pero, simplemente, ¡no estaba allí!”.
La materia oscura es una sustancia misteriosa que no puede verse, pero que se muestra por la atracción gravitatoria que ejerce en la materia que hay a su alrededor. Este ingrediente extra del cosmos se sugirió en un principio como explicación de por qué las partes más externas de las galaxias, incluyendo nuestra Vía Láctea, rotaban tan rápido, pero la materia oscura ahora también es un componente esencial de las teorías que intentan explicar cómo se formaron y evolucionaron las galaxias.
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¿Una señal de materia oscura en Fermi?
La búsqueda de materia oscura en los rayos cósmicos es una tarea digna de Sísifo. Una analogía sería buscar una nueva física en el LHC sin saber la función de distribución de partones dentro del protón. Aun así, recientemente hemos sido testigos de varios excesos astrofísicos (positrones en PAMELA, electrones en Fermi) que los teóricos de partículas han reconocido como “materia oscura” y los astrofísicos como “púlsares o alguna otra cosa”, ambos con argumentos igualmente sólidos. El sentimiento es que el descubrimiento inequívoco de materia oscura en rayos cósmicos es imposible, aunque perfectamente podríamos descubrir materia oscura mediante otros medios y luego usar la astrofísica para restringir sus propiedades.
Sin embargo, hay una excepción a esta regla. La tradición dice que sólo la materia oscura puede producir una línea de fotón monocromático; todos los fenómenos cósmicos estándar que conocemos producen un espectro continuo de fotones que normalmente pueden aproximarse bien mediante una ley exponencial. Por otra parte, la línea de rayos gamma puede producirse fácilmente mediante la aniquilación de partículas de materia oscura de escala débil en el centro galáctico. Actualmente, la velocidad media de las partículas de materia oscura de nuestra galaxia es aproximadamente 1/1000 la velocidad de la luz, por tanto están prácticamente en reposo desde el punto de vista de la cinemática relativista. Si dos partículas de materia oscura se encuentran y se aniquilan formando 2 fotones (o un fotón y una partícula neutra adicional) la conservación del momento implica que la energía de los fotones resultantes debe ser igual a la masa de la materia oscura. Por tanto una observación de una línea de rayo gamma desde el centro galáctico se consideraría como la pista decisiva de la presencia de materia oscura, y como bonus nos daría una estimación de la masa de la partícula de materia oscura.
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