Nuevas observaciones del misterioso elemento químico 117

Un equipo internacional, trabajando en el laboratorio alemán del acelerador GSI, ha creado y observado varios átomos del elemento superpesado cuyo número atómico (número total de protones que tiene su átomo) es 117. Las propiedades de semidesintegración medidas coinciden con datos anteriores, fortaleciendo la posibilidad de que el 117 sea reconocido pronto como un nuevo elemento. Los nuevos hallazgos obtenidos en el presente trabajo marcan un paso importante hacia la capacidad de observar núcleos superpesados de vida aún más longeva, como se espera que existan en la “isla de estabilidad” de los elementos superpesados.

La tabla periódica de los elementos se está poblando en el lado de sus miembros más pesados, como ilustra la obtención reciente de pruebas de la creación artificial del elemento 117 en el Centro Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados, en Darmstadt, Alemania. El experimento fue puesto en marcha por un equipo internacional de químicos y físicos entre quienes figuran Christoph Düllmann, de ese centro y de la Universidad Johannes Gutenberg en la ciudad alemana de Maguncia, y Khuyagbaatar Jadambaa de la primera institución citada. El equipo incluye 72 científicos e ingenieros de 16 instituciones en Australia, Finlandia, Alemania, India, Japón, Noruega, Polonia, Suecia, Suiza, el Reino Unido y los Estados Unidos.

Los elementos con número atómico más allá del 104 son denominados elementos superpesados. Los que tienen una vida más larga deberían estar situados en un punto numérico conocido como "isla de estabilidad", donde deberían encontrarse núcleos atómicos con períodos de semidesintegración extremadamente largos.

Aunque no se han encontrado elementos superpesados en la naturaleza, pueden ser producidos mediante haces de núcleos atómicos acelerados y disparados hacia los núcleos objetivo más pesados que sea posible. La fusión de dos núcleos, un suceso muy infrecuente, produce ocasionalmente un elemento superpesado. Aquellos a los que actualmente podemos acceder generalmente existen sólo durante un corto tiempo.


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¿Hacia las neveras domésticas con refrigeración magnética?

Un nuevo descubrimiento en el campo de la física podría llevarnos al aprovechamiento doméstico de una forma de refrigeración totalmente distinta a la convencional, lo que permitiría un aumento notable en la eficiencia de neveras, bombas de calor y otros aparatos que se fabricasen sobre la base de este fenómeno físico, y esta situación podría llegar quizá dentro de tan solo una década.

Un equipo de físicos y de expertos en ciencia de los materiales, dirigido desde la Universidad de Virginia en Estados Unidos, ha descubierto una ley universal que gobierna las propiedades magnéticas de los metaimanes, aleaciones metálicas que pueden experimentar grandes incrementos en la magnetización cuando se les aplica un pequeño campo magnético externo, como el procedente de un imán permanente o un electroimán modesto.

El equipo del físico Bellave Shivaram, de la Universidad de Virginia, ha descubierto que ese efecto magnético, que aparentemente pueden experimentar todos los metaimanes, no es lineal. Cuando estos metaimanes son colocados en un campo magnético inicial y éste es duplicado, multiplican por más de dos su fuerza magnética. Esto es importante ya que ofrece una forma muy eficaz de generar un campo magnético, lo bastante como para aprovecharlo en innumerables aplicaciones, algunas de las cuales no son viables para un uso doméstico con la tecnología convencional disponible. Entre estas últimas está la refrigeración doméstica.

La recién anunciada propiedad no lineal puede ser explotada de muchas maneras. Una aplicación muy útil de este tipo de magnetismo se encuentra en la refrigeración magnética. Ya hay dispositivos de refrigeración mediante magnetismo, pero básicamente están anclados a laboratorios y se usan para refrigerar a temperaturas bajísimas, mucho más bajas incluso que las de los congeladores industriales alimentarios. Entre otros componentes aparatosos y caros, emplean electroimanes superconductores. Obviamente, no sirven para refrigeración doméstica.

Pero recurriendo al aprovechamiento del nuevo hallazgo sobre esa propiedad de los metaimanes, la refrigeración magnética podría pasar a ser una tecnología doméstica más, abarcando bombas de calor (las cuales sirven para dotar de aire acondicionado a una vivienda en verano y de calefacción en invierno), neveras o heladeras y otros aparatos por el estilo.

Las neveras actuales se hallan entre los principales aparatos consumidores de energía en el hogar. Incluyen varias piezas móviles, que las hacen costosas de reparar, y pueden tener fugas de fluorocarbonos hacia la atmósfera, que pueden reducir la capa de ozono. Las neveras del futuro, utilizando metaimanes, tendrían menos piezas móviles, no necesitarían sustancias refrigerantes, y, muy probablemente, usarían menos electricidad.

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Una nanoesfera levitando incumple la segunda ley de la termodinámica

Mirar una película al revés a menudo causa gracia porque sabemos que los procesos en la naturaleza no suelen revertirse. La ley física que explica este comportamiento es la segunda ley de la termodinámica, que postula que la entropía de un sistema, una medida de su desorden, nunca disminuye de forma espontánea. Esto favorece el desorden –alta entropía– frente al orden –baja entropía–.

Sin embargo, cuando nos adentramos en el mundo microscópico de los átomos y las moléculas, esta ley pierde su rigidez absoluta. De hecho, a escalas nano la segunda ley puede ser violada de forma temporal en algunas raras ocasiones, como por ejemplo la transferencia de calor desde un sistema frío a uno caliente.

Ahora un equipo de físicos del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona (España), el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich (Suiza) y la Universidad de Viena (Austria) han logrado predecir con exactitud la probabilidad de eventos que violan de forma temporal la segunda ley de la termodinámica.

Idearon un teorema de fluctuación matemática y lo pusieron a prueba utilizando una pequeña esfera de cristal, menor a 100 nm en diámetro, y atrapándola y levitándola mediante luz láser.

De esta forma se logró capturar la nanoesfera y mantenerla levitando en su lugar, así como medir su posición en las tres dimensiones del espacio con extrema precisión. Dentro de la trampa, la nanoesfera se mantiene en movimiento debido a colisiones con las moléculas de gas circundantes.

Utilizando una técnica para manipular la trampa de láser, los científicos lograron enfriar la nanoesfera por debajo de la temperatura del gas circundante, conduciéndola a un estado de inestabilidad. Después apagaron la refrigeración y observaron como la partícula lograba relajarse hacia una mayor temperatura a través de la transferencia de energía desde las moléculas de gas a la esfera.

Sin embargo, observaron que la pequeña esfera de cristal en ocasiones excepcionales no se comporta como debería según la segunda ley de la termodinámica: en vez de absorber calor, lo libera al gas de alrededor, que se encuentra más caliente.

El resultado y el teorema planteado confirma la existencia de limitaciones en la segunda ley a escala nanométrica, y sugiere su revisión. En este nanomundo se mueven objetos como los bloques constituyentes de las células vivas o dispositivos nanotecnológicos, que están expuestos continuamente a un zarandeo aleatorio debido al movimiento térmico de las moléculas que están a su alrededor. Según los autores, el marco teórico y experimental, publicado en la revista Nature Nanotechnology, puede tener aplicaciones en esos campos.

A medida que la miniaturización se acerca cada vez más a escalas nanométricas, las nanomáquinas experimentarán condiciones cada vez más aleatorias. Por tanto, los estudios futuros buscarán entender a fondo la física fundamental de los sistemas a nanoescala fuera de equilibrio. La investigación será fundamental para ayudar a comprender cómo las nanomáquinas se comportan en esas condiciones fluctuantes.


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Crean gatos de Schrödinger que están vivos, muertos y en otros 101 estados a la vez

Los estados en los que pueden estar las partículas elementales, como los fotones, tienen propiedades que escapan al sentido común. Se producen superposiciones, como la posibilidad de que se encuentren en dos sitios a la vez, que desafían a la intuición. Cuando dos partículas están entrelazadas se genera además un vínculo: medir el estado de una de ellas (si está en uno u otro sitio, o si gira en uno u otro sentido, por ejemplo) afecta el estado de la otra, por lejos que estén, de manera instantánea. 

Los científicos llevan años combinando ambas propiedades para construir redes de partículas entrelazadas en estado de superposición, unos montajes que permiten avanzar hacia la construcción de ordenadores cuánticos capaces de realizar cálculos a velocidades impensables, encriptar información con total seguridad y realizar experimentos de mecánica cuántica que serían imposibles de realizar de ningún otro modo.

Hasta ahora, para incrementar la capacidad de 'cálculo' de estos sistemas de partículas se ha recurrido, principalmente, a incrementar el número de partículas entrelazadas, cada una de ellas en un estado de superposición de dos dimensiones: un qubit (el equivalente cuántico a un bit de información, pero en el que los valores pueden ser 1, 0, o una superposición de ambos). Con este método se ha conseguido hasta ahora entrelazar 14 partículas, una auténtica multitud por la dificultad experimental que ello supone.

Un equipo internacional de investigadores, dirigidos por Anton Zeilinger y Mario Krenn, del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia Austríaca de Ciencias, y en el que ha participado el investigador del Grupo de Información y Fenómenos Cuánticos del Departamento de Física de la UAB Marcus Huber, también investigador visitante en el Instituto de Ciencias Fotòniques (ICFO), en España, ha dado una vuelta de tuerca más a los sistemas cuánticos entrelazados.

Los científicos describen cómo han logrado un entrelazamiento cuántico de, al menos, 103 dimensiones con sólo dos partículas. “Tenemos dos gatos de Schrödinger que pueden estar vivos, muertos, o en otros 101 estados más al mismo tiempo”, bromea Huber, “además, están entrelazados de tal manera que lo que le ocurra a uno afecta inmediatamente al otro”. El resultado supone un récord en el entrelazamiento cuántico de múltiples dimensiones con dos partículas, establecido hasta ahora en 11 dimensiones.

En lugar de entrelazar muchas partículas con un qubit de información cada una, los científicos han generado un sólo par de fotones entrelazados que podían estar en más de cien estados diferentes cada uno de ellos, o en cualquier superposición de estos estados, algo mucho más fácil de llevar a cabo que entrelazar muchas partículas. Estos estados tan complejos corresponden a diferentes modos en los que se pueden encontrar los fotones, con una distribución de su fase, de su momento angular y de su intensidad características para cada modo. 

“Este entrelazamiento cuántico de alta dimensión ofrece un gran potencial para las aplicaciones de información cuántica. En criptografía, por ejemplo, nuestro método permitiría mantener la seguridad de la información en situaciones realistas, con ruido e interferencias. Además el descubrimiento podría facilitar el desarrollo experimental de los ordenadores cuánticos, ya que presenta un modo más fácil para obtener altas dimensiones de entrelazamiento con pocas partículas”, explica el investigador de la UAB Marcus Huber.

Ahora que los resultados muestran que es accesible obtener entrelazamiento de altas dimensiones, los investigadores concluyen en el artículo que el siguiente paso será averiguar cómo se pueden controlar experimentalmente esos cientos de modos espaciales de los fotones, con el fin de realizar operaciones de computación cuántica.


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Científicos del LHC y Tevatron anuncian su primer resultado conjunto

Los científicos de los aceleradores de partículas más potentes del mundo, el ya extinto Tevatron (Fermilab, EE UU) y el LHC (CERN, Suiza), han unido sus fuerzas, combinado sus datos y producido su primer resultado conjunto. Los investigadores de los cuatro experimentos (ATLAS y CMS del LHC, CDF y DZero de Tevatron) anunciaron en el marco de la conferencia internacional de Moriond (Italia) el considerado mejor valor para la masa del quark top.

Los cuatro experimentos reunieron su poder de análisis de datos para llegar al mejor valor para la masa del quark top, estimada ahora en 173,34 ± 0,76 GeV/c2. Tevatron y LHC son los únicos experimentos en física de partículas del mundo capaces de producir el quark top, la más pesada de las partículas elementales. La enorme masa del quark top, más de 100 veces la del protón, lo convierte en una de las herramientas más importantes para los físicos en su búsqueda para entender la naturaleza del universo.


La nueva medida del valor de la masa del quark top permitirá a los científicos realizar más pruebas con el modelo matemático que describe las conexiones cuánticas entre el quark top, la partícula de Higgs y el portador de la fuerza electrodébil, el bosón W. Los físicos teóricos explorarán cómo este nuevo y más preciso valor cambiará las predicciones sobre la estabilidad del campo de Higgs y sus efectos en la evolución del universo. Además, permitirá a los científicos buscar incoherencias en el Modelo Estándar de Física de Partículas, así como buscar indicios de nueva física.

"El resultado combinado de los datos del CERN y Fermilab para alcanzar la masa más precisa del top quark es un gran ejemplo de la colaboración internacional que se realiza en nuestro campo", dijo el director de Fermilab, Nigel Lockyer. Por su parte, para el director general del CERN, Rolf Heuer, "la competencia entre colaboraciones experimentales y laboratorios nos estimula, pero una colaboración como esta apuntala el esfuerzo global de la física de partículas, y es esencial en el avance de nuestro conocimiento del universo en el que vivimos".

Más de seis mil científicos de más de 50 países participan en las cuatro colaboraciones internacionales, con una importante participación española en todas ellas que se coordina desde el Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN). Los experimentos CDF y DZero descubrieron el quark top en 1995, y el Tevatron produjo alrededor de 300.000 quarks top en sus 25 años de vida, finalizada en 2011. Desde su puesta en marcha en 2009, el LHC ha producido cerca de 18 millones de quarks top, convirtiéndose en la mayor factoría del mundo en la producción de esta partícula.


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Registrada la masa atómica más precisa del electrón

El último dato sobre la masa atómica del electrón facilitado por el grupo de trabajo del Comité de Información para Ciencia y Tecnología (CODATA) que se dedica a las constantes fundamentales era 0,00054857990943(23) –medido en unidades de masa atómica unificada (u)–.

Ahora, un equipo alemán liderado desde el Instituto Max-Planck de Física Nuclear ha calculado que ese valor es 0,000548579909067(14)(9)(2), donde los números entre paréntesis corresponden respectivamente a la incertidumbre estadística, sistemática y teórica. En gramos, la masa atómica del electrón ronda los 9,109 x 10^-28.

La nueva medida es 13 veces más precisa que la anterior, según publican los autores en la revista Nature. Para obtenerla han utilizado una triple trampa de Penning, un dispositivo donde se estudian partículas cargadas mediante campos magnéticos y eléctricos, y la base teórica ha sido la electrodinámica cuántica.

La masa del electrón es una medida clave de la física fundamental, ya que es responsable de la estructura y propiedades de átomos y moléculas. “Es un parámetro importante para el modelo estándar de la física (que explica los componentes básicos de la materia y sus interacciones)”, subraya a SINC Sven Sturm, el primer autor del trabajo.

“Una manera de buscar nueva física es comparar las predicciones del modelo estándar con resultados experimentales precisos –añade–, y el elemento de unión entre las predicciones y los resultados experimentales son las constantes fundamentales como la masa del electrón, por lo que este dato permitirá tener una visión mucho más detallada para esa nueva física”.

La unidad de masa atómica se define como la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12. Para la partícula del estudio, los investigadores la han calculado al medir un solo electrón unido a un ion de referencia (un núcleo de carbono desnudo) de masa atómica conocida.

“El nuevo valor para la masa atómica del electrón es un eslabón en una cadena de medidas que permitirá hacer un test del modelo estándar de la física de partículas con una precisión superior a una parte por trillón, además del impacto que tiene en los datos de otras constantes fundamentales”, destaca también en Nature el investigador Edmund G. Myers, de la Universidad Estatal de Florida (EE UU).


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Los quarks se mueven al otro lado del espejo

Miembros de una colaboración científica del Jefferson Lab de EE UU han medido una propiedad intrínseca de los quarks con una precisión cinco veces superior a la conseguida hasta ahora, hace casi 40 años.

Se trata de un raro caso de ruptura de la simetría del espejo, lo que los científicos denominan violación CP o violación de la paridad, cuando se realiza un experimento de dispersión electrón-quark. Los detalles técnicos se publican en la revista Nature.

El resultado se ajusta a lo que predice el modelo estándar de la física, una teoría que describe las partículas subatómicas y sus interacciones, salvo la gravedad; y confirma una propiedad concreta: la simetría especular de quarks.

En principio las características de un objeto se mantienen aunque se voltee como si fuera su imagen en el espejo. En el caso de los quarks, tres de las cuatro fuerzas que intervienen en sus interacciones –la gravedad, el electromagnetismo y la nuclear fuerte– presentan esta simetría especular; pero la cuarta, la fuerza débil, no.

Esto significa que las características intrínsecas que determinan cómo interactúan los quarks a través de la fuerza débil –los acoplamientos débiles– son diferentes de la carga eléctrica de la fuerza electromagnética, la carga de ‘color’ de la fuerza fuerte o la masa de la gravedad.

Los investigadores han registrado la ruptura de la simetría especular de quarks a través de un proceso de dispersión inelástica profunda, una forma de analizar el interior de los protones y neutrones mediante electrones. Para ello se envió un haz de 6,067 GeV de electrones hacia núcleos de deuterio (isotopo del hidrógeno con un neutrón y un protón).

"En una dispersión inelástica profunda, el impulso realizado por el electrón va dentro del nucleón (protón o neutrón) y lo rompe", explica Xiaochao Zheng , profesor en la Universidad de Virginia y portavoz de la colaboración científica.

Para producir el efecto de visualización de los quarks a través de un espejo, la mitad de los electrones enviados se programaron para girar en su trayecto hacia la derecha (diestros) y la otra mitad hacia la izquierda (zurdos).

Durante dos meses unos 170.000 millones de electrones interactuaron con los quarks a través tanto de la fuerza débil como la electromagnética y los datos se registraron de forma independiente en dos espectrómetros de alta resolución.

El equipo encontró una asimetría o diferencia en el número de electrones que interactuaban con el objetivo, según se los hiciera girar en una dirección u otra. La fuerza débil entre el electrón y los quarks está detrás del fenómeno.

La fuerza débil experimentada por quarks tiene dos componentes. Uno es análogo a la carga eléctrica y se ha medido bien en experimentos anteriores, pero el otro está relacionado con el spin o giro del quark y se ha aislado por primera vez en el experimento del Jefferson Lab.

En concreto, los resultados conducen a una combinación de acoplamiento débil electrón- quark formulada como  2C2u - C2d (donde u son los quarks up o arriba y d los down o abajo), que es cinco veces más precisa que la determinada con anterioridad.

Este acoplamiento particular describe cuanto de la ruptura en la simetría especular en las interacciones electrón-quark se origina por las preferencias de giro de los quarks durante la interacción débil. El último experimento que registró esto se desarrolló en el actual SLAC National Accelerator Laboratory (EE UU) hace más de 70 años.

El nuevo resultado es el primero que muestra que esta combinación no es cero, según lo predicho por el modelo estándar, pero también establece nuevos límites para ir más allá. Estos datos complementan, y en ciertos aspectos superan, a los que ofrecen los colisionadores de partículas, como el LHC del CERN.


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Un experimento del CERN produce el primer haz de antihidrógeno

En un artículo publicado en Nature Communications, la colaboración internacional de ASACUSA (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons) informa de la detección de 80 átomos de antihidrógeno 2,7 metros después de su producción, donde la influencia de los campos magnéticos usados para producir los antiátomos es pequeña.

Según los científicos, este resultado es un importante paso adelante para realizar estudios precisos con espectroscopía de átomos de antihidrógeno.
La antimateria primordial (producida en los primeros instantes tras el Big Bang) nunca ha sido observada en el universo, y su ausencia sigue siendo uno de los mayores enigmas científicos. Sin embargo, es posible producir significativas cantidades de antihidrógeno en los experimentos del CERN.

Los espectros del hidrógeno y el antihidrógeno deberían ser idénticos, según la teoría, por lo que cualquier pequeña diferencia abriría una ventana al descubrimiento de 'nueva física', y podría ayudar a resolver el enigma de la antimateria.

El átomo de hidrógeno es el más simple (un protón acompañado por un electrón), y por ello uno de los sistemas más estudiados y mejor comprendidos en Física. Por tanto, las comparaciones entre átomos de hidrógeno y antihidrógeno es una de las mejores formas de medir con precisión la simetría entre materia y antimateria.

Ambas se aniquilan inmediatamente cuando se encuentran, así que, además de crear antihidrógeno, uno de los retos es mantener los antiátomos aislados de la materia ordinaria. Para lograrlo, los experimentos aprovechan las propiedades magnéticas del antihidrógeno (similares a las del hidrógeno) y usan campos magnéticos no uniformes muy intensos para 'atrapar' antiátomos el tiempo suficiente para estudiarlos.

Sin embargo, la intensidad de estos campos magnéticos degrada las propiedades espectroscópicas de los antiátomos. Para permitir estudios de espectroscopía de alta resolución, la colaboración ASACUSA ha desarrollado un innovador sistema para transferir átomos de antihidrógeno a un lugar donde pueden ser estudiados 'en vuelo', lejos del intenso campo magnético.

"Los antiátomos de hidrógeno no tienen carga eléctrica, por lo que es un gran reto transportarlos desde la trampa”, explica Yasunori Yamazaki, investigador japonés de RIKEN que lidera la colaboración ASACUSA.
“Nuestros resultados son muy prometedores para estudios de alta precisión de átomos de antihidrógeno –continúa–, particularmente en su estructura hiperfina, una de las dos propiedades mejor conocidas del hidrógeno. Su medida en antihidrógeno permitirá la prueba más precisa de la simetría entre materia y antimateria. Estamos ansiosos por empezar de nuevo las pruebas este verano con un dispositivo incluso mejor".

El siguiente paso para el experimento ASACUSA será optimizar la intensidad y la energía cinética de los haces de antihidrógeno, y entender mejor su estado cuántico.

Los progresos en experimentos que trabajan con antimateria en el CERN han avanzado significativamente en los últimos años. En 2011, el experimento ALPHA anunció haber atrapado átomos de antihidrógeno durante 1.000 segundos (unos quince minutos), y la observación de transiciones hiperfinas de los antiátomos atrapados en 2012. Y en 2013 el experimento ATRAP anunció la primera medida directa del momento magnético de un antiprotón, con una precisión nunca antes lograda.


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Un fenómeno inesperado puede ser la clave para mitigar inestabilidades de la fusión nuclear

En una llamativa demostración de que una tecnología muy antigua puede encontrar usos muy nuevos, unos físicos nucleares han descubierto que un fenómeno inesperado, creado por un dispositivo inventado en el siglo XIX y conocido como La Bobina de Helmholtz, ofrece nuevas y fascinantes pistas sobre una manera en la que se podría conseguir la fusión nuclear controlada en la Máquina Z, una máquina que en muchos aspectos es de un tipo único en el mundo, y que es capaz de generar temperaturas más calientes que el Sol.

En los últimos años, la Máquina Z, emplazada en unas instalaciones de los Laboratorios Nacionales de Sandía en Estados Unidos, se ha empleado para experimentos a cada cual más asombroso. Por ejemplo, uno de ellos, sobre el cual los redactores de NCYT de Amazings escribimos un artículo (http://www.amazings.com/ciencia/noticias/200407a.html) publicado el 17 de abril de 2007, consistió en generar hielo en cuestión de nanosegundos, aunque un hielo más caliente que el punto de ebullición del agua.

En experimentos recientes, dos Bobinas de Helmholtz, instaladas para proporcionar un campo magnético secundario, adicional al descomunal campo magnético de la Máquina Z, inesperadamente alteró y enlenteció el crecimiento de la Inestabilidad de Rayleigh-Taylor magnética, una distorsión plasmática inevitable que se traduce usualmente en un giro rápido e incontrolable que trunca, sin que se pueda evitar, todos los intentos de lograr una fusión nuclear controlada en los cuales dicha distorsión aparece.

Los experimentos del equipo del físico Tom Awe con Bobinas de Helmholtz alteraron de manera espectacular la naturaleza de dicha inestabilidad. Tal como reconoce Awe, él y sus colegas todavía no alcanzan a comprender del todo qué hace exactamente la Bobina de Helmholtz en el medio reproducido en los experimentos, pero sin duda han dado con una puerta "secreta" hacia avances potencialmente muy útiles dentro de la fusión nuclear.


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Experimento para detectar la existencia de un fotón con masa, posible identidad de la materia oscura

La materia oscura que, según se cree, supera en abundancia a la materia normal del universo, representa más de las tres cuartas partes de masa de éste, en tanto que la materia normal constituye el resto. La materia oscura no se puede detectar por métodos convencionales (de ahí que se la llame oscura) excepto por la percepción de su influencia gravitatoria. Sin embargo, ciertas señales delatadoras de la presencia de materia oscura podrían ser detectables, según algunas de las muchas teorías que compiten entre sí para explicar la naturaleza de esta forma enigmática de materia.

Recientemente, unos científicos han desarrollado una máquina que podría permitir comprobar algunas de las predicciones hechas con una de las principales teorías de esta clase, y así demostrarla o refutarla.


El equipo de investigación está estudiando la posible existencia de un fotón masivo. Esto puede parecer una contradicción, ya que a los fotones, o partículas de luz, se les considera carentes de masa. Ello se debe a que viajan a la velocidad de la luz, algo que, según la teoría de la relatividad de Einstein, es imposible para cualquier cosa que tenga masa.

Sin embargo, una exótica partícula que es como un fotón normal excepto en que, a diferencia del fotón normal, posee masa, ha sido propuesta por algunos teóricos para explicar qué es la materia oscura. Esta enigmática forma de materia, que pasaría desapercibida de no ser por la atracción gravitacional que ejerce sobre la materia ordinaria, se manifiesta en detalles perceptibles como la forma en la que las galaxias giran sobre sí mismas y se agrupan. Ahora, un experimento conocido como DarkLight, desarrollado por Fisher y Milner en colaboración con investigadores del Laboratorio del Acelerador Nacional Thomas Jefferson, y otros, buscará un fotón con masa y con un nivel específico de energía, propuesto en una teoría sobre la materia oscura.

La idea es más que una mera predicción teórica: existen indicios de tal partícula obtenidos en otros experimentos, por lo que vale la pena buscar una respuesta definitiva en una dirección concreta. Si este enigmático fotón con masa existe, el experimento DarkLight será capaz de aportar pruebas sólidas de ello.

Si existe, representaría un gran descubrimiento, tal como enfatiza Milner. Según él, sería algo que iría mucho más allá de los límites de la física conocida. Un fotón masivo sería totalmente diferente a cualquiera de las posibilidades permitidas por el Modelo Estándar, al que hoy se considera la base de la física de partículas moderna.

Para comprobar la existencia de esa partícula teórica, el nuevo experimento contará con un acelerador de partículas que se ha ajustado para producir un haz muy estrecho de electrones con un megavatio de potencia.


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Partículas subatómicas con 4 quarks, ¿un nuevo campo de la física?

Un equipo internacional de físicos especializados en altas energías ha determinado que el descubrimiento reciente de una partícula subatómica con carga eléctrica, llamada Z.sub.c(4020), es una señal de que la comunidad científica está comenzando a desvelar toda una nueva familia de partículas compuestas por cuatro quarks.

Este equipo científico del experimento BESIII, una iniciativa internacional entre cuyos colaboradores figuran científicos de la Universidad de Hawái en Manoa, Estados Unidos, anunció en abril de 2013 el hallazgo de otra misteriosa partícula integrada por cuatro quarks y denominada Z.sub.c(3900).

Los quarks son un grupo de seis clases de partículas fundamentales que difieren en cuanto a sus masas y cargas. Los dos quarks más ligeros, que reciben el nombre de quark Up y quark Down, forman los protones y los neutrones. Los otros cuatro quarks son muy inestables y esencialmente solo se les puede estudiar en experimentos de física subatómica en los que se logra crearlos y hacer que existan durante un instante fugaz. Se cree que fueron relativamente abundantes en el Big Bang (la explosión formidable con la que nació el universo), aunque se desintegraron al cabo de muy poco tiempo, en fracciones de segundo. En la naturaleza no hay quarks aislados. Siempre forman parte de conjuntos.

Aunque se sabe desde hace tiempo que los quarks se unen en grupos de dos o tres, hallar otra partícula integrada por cuatro quarks parece significar que no estamos ante una rareza irrepetible sino ante una nueva forma de materia con múltiples tipos de partículas hechas de cuatro quarks, tal como razona Frederick Harris, profesor de física y astronomía en la Universidad de Hawái en Manoa, y uno de los portavoces del equipo científico del experimento BESIII.

Aunque todavía no hay conclusiones firmes en el ámbito teórico, cada vez hay más indicios de que se está abriendo en la física un nuevo y enigmático capítulo con una forma de materia que hasta fechas recientes era desconocida.

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Un discreto físico, padre de la esquiva partícula

En septiembre de 2008 comenzó la búsqueda de la partícula Dios, la última pieza del rompecabezas subatómico destinada a explicar el origen de la masa. Hasta entonces, pocos sabían de la (supuesta) existencia del bosón de Higgs. Pero menos aún que el apellido que da nombre a la esquiva partícula es el del físico inglés Peter Ware Higgs (Newcastle, 1929), quien planteó su existencia a mitad de la década de 1960.

Higgs es un hombre discreto, reacio a las celebraciones y las declaraciones. Sin embargo, esta mañana no ha faltado a la presentación de los datos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) y el anuncio del descubrimiento de lo que todo apunta a ser la famosa y huidiza partícula. Un aplauso colectivo ha celebrado su entrada en el auditorio de las instalaciones de Ginebra minutos antes del inicio de la conferencia.

"Nunca pensé que esto ocurriría en mi vida", ha afirmado esta mañana. "Al principio, hace más de cuarenta años, la gente no tenía ni idea de qué es lo que podíamos esperar. Estoy sorprendido de que haya ocurrido tan rápido, es asombroso", ha comentado con la voz entrecortada, a sus 83 años.

Alguna vez, este científico ha explicado que la teoría sobre la famosa partícula le sobrevino mientras daba un paseo por los montes Cairngorms, en Escocia, en 1964. De ese paseo salieron dosartículos. El segundo fue rechazado por la revista Physics Letters, al considerar que apenas aportaba nada nuevo respecto al anterior. Volvió a enviarlo, con algunas modificaciones entre las que se encontraba la mención expresa de la partícula, a otra publicación: Physical Review Letters, donde no solo fue aceptado, sino que se convirtió en uno de los artículos que han pasado a la historia de la física.

A partir de la década de 1970 distintos grupos de investigación europeos centraron sus esfuerzos en la caza de la partícula. Por entonces, ya se había bautizado como el bosón de Higgs, como relata a la BBC Ken Peach, profesor emérito de la Universidad de Oxford y antiguo colega del físico británico. Al regreso de una conferencia, en la que los investigadores se referían repetidamente a Peter Higgs, se dirigió al físico. “Le vi en el salón de café y le dije: ‘eres famoso”. Apenas sonrió de forma contenida, recuerda Peach. “Creo que durante muchos años se sintió un poco avergonzado por la atención que recibía, con el tiempo se ha ido acostumbrando”.

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Bosón de Higgs, descubrimiento del año 2012

El Gran Acelerador de Hadrones (LHC), o destructor de átomos, del Laboratorio Europeo de Física de Partículas, en Suiza, concluyó esta semana la primera ronda de colisiones de protones, un proceso que ha durado tres años, en los cuales se han producido seis mil billones de choques, que permitieron la observación de una partícula muy parecida al buscado “bosón de Higgs”.

El bosón de Higgs es una partícula elemental que recibe su nombre en honor a Peter Higgs quien, junto con otros, propuso en 1964 el hoy llamado mecanismo de Higgs, para explicar el origen de la masa de las partículas elementales, es decir las que no están compuestas por partículas más pequeñas como los electrones y los quarks.

Los investigadores revelaron evidencias de este bosón de Higgs el 4 de julio, poniendo la última pieza que faltaba en el rompecabezas que los físicos llaman el modelo estándar de la física de partículas.

Esta teoría explica cómo las partículas interactúan vía fuerzas electromagnéticas, fuerzas nucleares débiles y fuerzas nucleares fuertes a fin de formar la materia en el Universo. Sin embargo, hasta este año, los investigadores no podían explicar cómo las partículas elementales involucradas obtienen su masa.

La búsqueda ha sido difícil y costosa. El acelerador cuesta 5.500 millones de dólares y miles de investigadores han trabajado en torno a dos detectores de partículas gigantescos, conocidos como ATLAS y CMS para ubicar el tan buscado bosón.

Aún no está claro a dónde este descubrimiento conducirá al campo de la física de partículas, pero su impacto en la comunidad de la física este año ha sido innegable, razón por la cual Science llama la detección del bosón de Higgs el ‘Avance del Año 2012′.

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