Un nuevo acelerador de partículas estudiará la naturaleza del bosón de Higgs

Un nuevo acelerador de partículas estudiará la naturaleza del bosón de Higgs 

Más de 1.000 científicos e ingenieros de 24 países del mundo, entre ellos España, han culminado el largo proceso de diseño del Colisionador Lineal Internacional (ILC), un nuevo acelerador de partículas de 31 kilómetros de longitud que podría arrojar luz sobre el bosón de Higgs o la materia oscura.

En tres ceremonias consecutivas, que tendrán lugar en Japón, Ginebra y Chicago, se entregará oficialmente el informe técnico del diseño del ILC al Comité Internacional para Futuros Aceleradores (ICFA). "La publicación del informe con el diseño supone un importante logro. Gracias al trabajo duro tenemos una máquina que podemos construir. El ILC está listo para comenzar", dijo en una nota de prensa el presidente del comité directivo del ILC, Jonathan Bagger.

El ILC, consistente en dos aceleradores de partículas lineales que acelerarán y colisionarán electrones y positrones, permitirá complementar y profundizar los resultados de las investigaciones efectuadas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en Ginebra.

"Agradecemos al equipo del ILC este informe, y esperamos ser testigos del siguiente paso del proyecto. El informe atestigua el esfuerzo y la cooperación global que han concluido con éxito en el diseño de una máquina de esta sofisticación y escala", aseguró Pier Oddone, presidente del ICFA.

La nueva máquina dispondrá de cavidades superconductoras aceleradoras que operarán a temperaturas cercanas al cero absoluto, dando a las partículas energía de forma continua hasta que colisionen en los detectores en el centro del acelerador de 31 kilómetros.

Durante su funcionamiento, paquetes de electrones y sus antipartículas (positrones) colisionarán aproximadamente 7.000 veces por segundo a una energía total de 500 GeV (gigaelectronvoltios), creando una serie de nuevas partículas que serán reconstruidas y registradas en los detectores del ILC.

Cada paquete contendrá 20.000 millones de electrones o positrones concentrados en un área mucho más pequeña que un cabello humano, lo cual implicará una tasa muy alta de colisiones.

El ILC permitirá ofrecer una gran cantidad de datos a los científicos para medir con precisión propiedades de las partículas como el bosón de Higgs, descubierto en el LHC del CERN, o aportar más información sobre nuevas áreas de la física, como la materia oscura.

"El descubrimiento de un bosón de Higgs en el LHC convierte los motivos para el ILC incluso en más apremiantes. El ILC puede estudiar sus propiedades en detalle, será una gran máquina complementaria al LHC", dijo Sakue Yamada, director de Investigación del ILC.

Por otro lado, el director de la colaboración internacional para la creación de un acelerador lineal y uno de los padres del LHC, Lyn Evans, añadió que el informe técnico de diseño es una obra impresionante que muestra madurez, escrutinio y audacia.

"El Colisionador Lineal Internacional debe ser lo siguiente en la agenda de una física de partículas global", aseguró Evans. Por su parte, el director del proceso de diseño del ILC, Barry Barish, manifestó que el informe "dice que estamos preparados para seguir adelante".

"La tecnología existe, los hitos en I+D se han alcanzado, la física que se persigue está clara y podríamos empezar la construcción mañana", aclaró Barish. El diseño ya está listo, pero los próximos pasos aún están por dar: proponer el ILC a los gobiernos colaboradores, realizar un presupuesto creíble, decidir que efectivamente se construirá y dónde se encontrará. "Hay fuertes indicios de que Japón apostará por albergar el proyecto", agregó Barish.

EFE

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La ‘pasta nuclear’ limita el periodo de rotación de los púlsares

La ‘pasta nuclear’ limita el periodo de rotación de los púlsares 

Un estudio en el que ha participado el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha detectado la que podría ser la primera evidencia observacional de la existencia de una nueva fase exótica de la materia en la corteza interna de las estrellas de neutrones (púlsares). Los resultados del trabajo, publicado de Nature Physics, podrían emplearse en futuras misiones de observatorios de rayos X para aclarar aspectos del funcionamiento de la interacción nuclear.

Los púlsares son estrellas de neutrones en rotación. Son estrellas ultracompactas y fuertemente magnetizadas que emiten radiación electromagnética con gran periodicidad. “Las misiones espaciales de la última década han detectado un creciente número de púlsares de rayos X y ninguno de ellos presenta un periodo de rotación superior a 12 segundos, pero no existía ninguna explicación teórica para este fenómeno. En este trabajo sugerimos que ese límite superior se debe a la existencia de una nueva fase exótica de la materia, denominada pasta nuclear, en la corteza interna de la estrella, cerca del núcleo”, explica la investigadora del CSIC Nanda Rea, del Instituto de Ciencias del Espacio.

Los púlsares nacen girando muy rápidamente, a más de 100 veces por segundo. Sin embargo sus intensos campos magnéticos los van frenando a lo largo de su vida, con lo que su periodo de rotación aumenta. Entre tanto, la corteza interna corroe el campo magnético de la estrella y cuando éste se vuelve débil ya no es capaz de frenar más la rotación de la estrella: el púlsar está “al dente”, con un periodo de 10 a12 segundos aproximadamente.

Lasaña o espagueti

La pasta nuclear, llamada así por similitud con la pasta italiana, sucede cuando la combinación de la fuerza nuclear y electromágnetica, a densidades cercanas a la de los núcleos atómicos, favorece el ordenamiento de los nucleones (protones y neutrones) en formas geométricas no esféricas, como láminas y filamentos (lasaña y espagueti).

“Esta puede ser la primera evidencia observacional de la existencia de la fase de pasta nuclear en el interior de estrellas de neutrones, lo cual puede permitir que futuras misiones de observatorios de rayos X puedan usarse para aclarar aspectos de cómo funciona la interacción nuclear que aún no están del todo claros”, concluye el investigador José Pons, de la Universidad de Alicante.

CSIC

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Primera fotografía del movimiento de átomos durante la reacción de una molécula

Primera fotografía del movimiento de átomos durante la reacción de una molécula 

Científicos de la Universidad de California en Berkeley (EE UU) y de la Universidad del País Vasco han fotografiado por primera vez los cambios atómicos en una molécula mientras experimenta una reacción química. Las imágenes permiten observar los procesos de ruptura y creación de enlaces entre sus átomos, según publica la revista Science Express.

Conseguir una imagen de una molécula mientras está sufriendo una reacción ha sido considerado uno de los santos griales de la química. Pero ahora científicos de la Universidad de California en Berkeley (EE UU) y de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) han logrado, por primera vez, fotografiar con gran precisión una molécula antes e inmediatamente después de una reacción orgánica compleja.

Las imágenes permiten apreciar los procesos de ruptura y creación de enlaces entre los átomos que componen la molécula, según revela el estudio que aparece esta semana en Science Express y que saldrá a mediados de junio en la edición en papel de Science. El primer autor del artículo es Dimas Oteyza, que acaba de reincorporarse al Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU) tras su estancia postdoctoral en Berkeley.

Los modelos estructurales de moléculas en los que tradicionalmente se ha confiado para comprender las reacciones provienen de medias calculadas sobre medidas indirectas de un enorme número de moléculas –del orden de 1020–, así como de cálculos teóricos, pero nadie había tomado antes imágenes de moléculas individuales antes y justo después de una reacción como la estudiada.

“La importancia de nuestro descubrimiento es que hemos sido capaces de obtener imágenes detalladas de las estructuras en las que una molécula se puede transformar sobre una superficie, y de esa manera hemos podido determinar los movimientos atómicos que subyacen en esas transformaciones químicas”, explica Ángel Rubio, catedrático de la UPV/EHU y coautor del trabajo.

Imágenes en alta definición

En concreto, los investigadores han captado imágenes de alta definición de un oligo-enediyne (una molécula simple compuesta por tres anillos de benceno enlazados por átomos de carbono) depositados en una superficie plana de plata. La técnica utilizada es la llamada non-contact Atomic Force Microscopy (nc-AFM), que se basa en un instrumento con una sonda táctil extraordinariamente sensible.

Este microscopio de fuerza atómica utiliza una aguja muy fina que puede detectar las más pequeñas protuberancias a escala atómica, de forma parecida a la que utilizamos para leer una palabra escrita en Braille con las yemas de los dedos. Como las moléculas de oligo-enediyne son tan pequeñas (10–9 m), la punta de la sonda se configuró para que consistiera en un único átomo de oxígeno. Ese átomo proviene de una única molécula de monóxido de carbono, CO, adsorbida en la punta del microscopio AFM y actúa como 'dedo' en la lectura táctil.

Moviendo este 'dedo' atómico adelante y atrás a lo largo de la superficie, obtuvieron perfiles que correspondían con las posiciones precisas de los átomos y los enlaces químicos del oligo-enediyne. Avances recientes en esta técnica de microscopia la han hecho tan precisa que los investigadores han podido incluso distinguir si los enlaces entre los átomos de carbono eran simples, dobles o triples. Después, calentaron la superficie en la que se encontraban las moléculas, induciendo una reacción química relacionada estrechamente con las ciclizaciones.

Las ciclizaciones, descubiertas por el profesor Bergman, de la Universidad de Berkeley, a comienzos de los años 70, consisten en la formación de anillos aromáticos, es decir, átomos de carbono enlazados en cadenas se pliegan en forma de anillo.

“Los perfiles que registramos tras hacer reaccionar las moléculas muestran claramente cómo se forman nuevos enlaces químicos y cómo los átomos dentro de las moléculas se reorganizan para formar nuevas estructuras”, explica Dimas Oteyza. Los resultados se han podido interpretar y analizar microscópicamente gracias a simulaciones realizadas en el grupo de Ángel Rubio.

Además de conseguir una sorprendente confirmación visual de los mecanismos microscópicos que subyacen a las reacciones químicas orgánicas predichas teóricamente, este trabajo tiene relevancia –según los autores– para la fabricación de nuevos materiales y aparatos electrónicos de medida de alta precisión a escala nanométrica.

Basque Research | SINC

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Confirmado el magnetar más antiguo y más débil

Confirmado el magnetar más antiguo y más débil 

Un estudio internacional liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha confirmado la existencia del segundo magnetar (estrella de neutrones de campo magnético muy intenso) anómalo conocido hasta el momento. Este cuerpo celeste, denominado SGR 0418+5729, es el más antiguo y más débil de los detectados de su tipología. El hallazgo, publicado en la revista The Astrophysical Journal, aporta información que podría ayudar a comprender la evolución de las estrellas de neutrones y las explosiones de supernovas.

La confirmación de SGR 0418+5729 como magnetar anómalo ha sido posible gracias a la observación obtenida durante tres años por los telescopios espaciales Chandra, XMM Newton, RXTE y Swift, de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Estadounidense (NASA). “Se han necesitado las observaciones de tantos instrumentos espaciales porque para medir el campo magnético con alta precisión, se necesita obtener observaciones durante muchos años y de forma muy regular”, comenta el investigador del CSIC en el Instituto de Ciencias del Espacio Alessandro Papitto.

“Este magnetar, detectado en 2010, presenta las erupciones violentas y repentinas en altas energías típicas de un magnetar clásico pero tiene un campo magnético mucho más débil. La debilidad de su campo magnético nos ha permitido estimar la edad de este objeto en unos 550.000 años, lo que lo convierte en el más antiguo de los conocidos hasta el momento”, explica la investigadora del CSIC Nanda Rea, del Instituto de Ciencias del Espacio.

Una de las hipótesis alternativas para justificar una rotación más lenta de lo esperado es la existencia de un disco de polvo alrededor del magnetar que podría estar frenando su rotación. Sin embargo, los investigadores han descartado esa posibilidad después de no haber hallado ningún rastro del disco en las observaciones con diferentes longitudes de onda. “La no detección del disco implica que este, si existe, no es lo suficientemente masivo como para modificar la rotación de la estrella, y el pequeño frenado que se observa sólo puede ser debido a un campo magnético débil”, añade la investigadora Aina Palau, también del Instituto de Ciencias del Espacio.

Magnetismo y supernovas

Los magnetares son estrellas de neutrones que poseen campos magnéticos muy intensos, unas 1.000 veces más que los radio púlsares, cuya intensidad es, a su vez, mil billones de veces mayor que la del Sol. Nacidas de las explosiones de supernovas, las estrellas de neutrones se caracterizan por rotar a gran velocidad y tener una masa un poco mayor que la del Sol pero concentrada en un radio de unos 10 kilómetros aproximadamente. Su edad se determina a partir de la velocidad de rotación ya que a medida que evolucionan van girando más lentamente.

El estudio sobre SGR 0418+5729 sugiere que las erupciones de rayos gamma podrían ser un indicio de la formación de magnetares. “Haber encontrado magnetares con campos magnéticos tan débiles indicaría que el ritmo de nacimiento de estos objetos es entre cinco y diez veces superior a lo que se creía, pero deben encontrarse escondidos en el Universo ya que se detectan solo durante dichas erupciones de alta energía, que son poco frecuentes. Ese campo magnético de gran intensidad que caracteriza a los magnetares podría entonces tener dos orígenes: ser generado en el núcleo de la estrella masiva durante la explosion de supernova, o que la estrella masiva se encuentre altamente magnetizada de su estadio previo a la ignición”, concluye Rea.

CSIC

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