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Astroparticulas

La Física de Astropartículas o Astrofísica de Partículas es un campo relativamente reciente de investigación que se dedica al estudio de las partículas elementales de origen astrofísico.

Fisica de particulas

La física de partículas es la rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos.

Cosmologia

Estudiar y determinar la naturaleza, energía y lugar de origen de los rayos cósmicos como vía para comprender mejor el origen del Universo.

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lunes, 30 de abril de 2012

Descubren una nueva partícula en el LHC

Descubren una nueva partícula en el LHC
Un barión 'beauty' denominado Xi_b*^0 es la última partícula descubierta en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN). El hallazgo lo han anunciado científicos del experimento CMS tras analizar las colisiones efectuadas durante el año pasado.

Investigadores del experimento CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN han confirmado la existencia de una nueva partícula compuesta. Tras analizar los datos de colisiones a 7 TeV durante 2011 (con una 'luminosidad integrada' de unos 5,3 femtobarn inversos), CMS ha descubierto con significación estadística (más de 5 sigmas) una partícula nueva para la ciencia: un barión del tipo 'beauty' 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 (Suiza) y responsable del análisis, la cadena de desintegraciones del Xi_b*^0 es muy larga, con cuatro 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 gran colisionador.

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). Allí participó en el descubrimiento de la desintegración electrodébil del quark 'top' y luego pasó a trabajar en la universidad suiza dentro del experimento CMS donde se ha realizado el hallazgo.

El nuevo barión se suma a una lista creciente de descubrimientos en el CERN durante los últimos meses. En diciembre, el experimento ATLAS anunció la observación de un nuevo "estado quarkonium" con un quark ‘beauty’ (belleza) ligado a su antiquark. En noviembre, el experimento LHCb informó de un nuevo efecto en las desintegraciones de partículas que contienen un quark o antiquark ‘charm’ (encantado).

CPAN/SINC

jueves, 19 de abril de 2012

Los neutrinos 'no cooperan' para resolver el misterio de los rayos cósmicos

Los neutrinos 'no cooperan' para resolver el misterio de los rayos cósmicos
Una de las hipótesis para explicar las altas energías de la radiación cósmica es que se acelera gracias a los estallidos de rayos gamma. Los físicos del telescopio polar IceCube esperaban que sus observaciones de neutrinos les ayudaran a confirmar esta idea, pero no ha sido así. Por eso creen que los modelos teóricos deberían ser revisados.

Los rayos cósmicos procedentes del espacio exterior viajan con tanta energía que, según los físicos, “solo los núcleos activos de las galaxias o los estallidos de rayos gamma pueden producirlos”, explica a SINC Nathan Whitehorn, científico del telescopio IceCube. A pesar de estas dos hipótesis, su origen sigue siendo un misterio.

Whitehorn y su equipo han intentado dilucidar de dónde proceden estos rayos cósmicos superenergéticos. Esperaban encontrar la respuesta en la Antártida, donde opera IceCube, el telescopio de neutrinos más sensible del planeta. Pero no lo han conseguido, como explican en un artículo publicado en la revista Nature.

“Determinar el origen de esta radiación es algo muy difícil por varias razones –señala el científico–, como por ejemplo, que no viaja en línea recta”. En cambio los neutrinos sí lo hacen y, según los modelos teóricos vigentes, las explosiones de rayos gamma que acelerarían la radiación cósmica también producirían neutrinos.

El resultado esperado era que, entre los años 2008 y 2010, los telescopios detectaran 10 neutrinos asociados a brotes de rayos gamma, pero no ha sido así. “No hemos detectado ninguno y esto significa que quizás hemos de revisar los modelos teóricos actuales sobre el origen de los rayos cósmicos”, afirma Whitehorn.

Los autores del estudio contemplan dos posibles explicaciones para estos sorprendentes resultados. Una es que los estallidos de rayos gamma no sean la única fuente de rayos cósmicos, “lo que desviaría nuestra atención hacia otros posibles orígenes, como los núcleos activos de galaxias”, especifica Whitehorn. Y la otra es que la producción de rayos cósmicos no esté acompañada por tantos neutrinos como se creía.

Los brotes de rayos gamma son los eventos electromagnéticos más luminosos del universo. Están asociados a grandes explosiones en galaxias muy lejanas y se ha comprobado que un estallido típico es muy corto, de unos pocos segundos, y puede generar la misma energía que el sol en un período de diez mil millones de años.

“Todavía son fenómenos misteriosos para nosotros. Necesitamos continuar con las medidas de neutrinos para llegar a entender este proceso”, explica el físico.

Midiendo neutrinos desde la estación Ice Cube

“La información que nos pueden proporcionar los neutrinos es la única ventana que tenemos para conocer los procesos astrofísicos”, afirma Whitehorn. Pero no es tarea fácil. La dificultad reside en que estas partículas atraviesan la Tierra sin interactuar con nada ni con nadie. “Se necesitan detectores enormes bajo tierra para observarlos”, explica este científico des del polo sur.

Más de cincuenta investigadores de distintas nacionalidades, España entre ellas, están instalados en la estación del polo sur de IceCube. Este telescopio está construido en las profundidades del hielo antártico por medio del despliegue de millares de sensores situados entre 1.450 y 2.450 metros bajo la superficie.

SINC

miércoles, 18 de abril de 2012

La misteriosa ausencia de materia oscura en las vecindades del Sol

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.

Hoy en día se acepta ampliamente que este componente oscuro constituye cerca del 80% de la masa del Universo, pese al hecho de que se ha resistido a todos los intentos de aclarar su naturaleza, que permanece a oscuras. Todos los intentos por detectar materia oscura en laboratorios en Tierra han sido un fracaso.

Midiendo cuidadosamente los movimientos de numerosas estrellas, particularmente aquellas que están lejos del plano de la Vía Láctea, el equipo pudo ir hacia atrás, deduciendo cuánta materia hay presente. Los movimientos son el resultado de la atracción gravitatoria mutua de todo el material, ya sea materia normal, como estrellas, o materia oscura.

Los actuales modelos de los astrónomos, que explican cómo se forman y rotan las galaxias, sugieren que la Vía Láctea está rodeada por un halo de materia oscura. No pueden predecir con precisión qué forma adquiere el halo, aunque se espera encontrar una gran cantidad de esta materia oscura en la región que rodea al Sol. Pero solo formas muy improbables para el halo de material oscura — como una forma muy alargada — pueden explicar la ausencia de materia oscura revelada en el nuevo estudio.

Los nuevos resultados también significan que los intentos por detectar materia oscura en la Tierra para explicar las extrañas interacciones entre las partículas de materia oscura y la materia “normal” tienen pocas probabilidades de éxito.

“Pese a los nuevos resultados, la Vía Láctea rota sin duda más rápido de lo que cabría esperar si solo fuera materia visible. Por tanto, si la materia oscura no está presente donde suponíamos que debía estar, debemos encontrar una nueva solución para el problema de la materia que falta. Nuestros resultados contradicen los modelos aceptados actualmente. El misterio de la materia oscura acaba de hacerse aún más misterioso. Los próximos sondeos, como el de la misión Gaia de la ESA, serán cruciales para dar un paso adelante en este punto”, concluye Christian Moni Bidin.

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Observatorio Europeo Austral, ESO

lunes, 16 de abril de 2012

Describen la formación y ruptura de una nebulosa planetaria

Describen la formación y ruptura de una nebulosa planetaria
La nebulosa planetaria NGC 6778 muestra unos flujos de material a alta velocidad que han producido la ruptura de su 'cascarón' y su anillo ecuatorial, dándole su forma actual. Así lo refleja un estudio de dos astrónomos del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que publica la revista Astronomy & Astrophysics.

Una investigación realizada por los astrónomos Martín A. Guerrero y Luis F. Miranda del IAA (CSIC) ha analizado la morfología y cinemática de la nebulosa planetaria NGC 6778 y ha concluido que su forma, con dos lóbulos y numerosas estructuras menores, ha podido verse significativamente alterada debido a un evento explosivo y a la formación de flujos de material a alta velocidad. El trabajo aparece destacado en la portada del número de marzo de la versión on line de Astronomy & Astrophysics.

Las nebulosas planetarias son el producto de la muerte de estrellas de masa baja e intermedia -inferior a diez masas solares- que, en sus últimas etapas, han ido perdido su envoltura. Cuando el núcleo queda finalmente expuesto, su energía ioniza el gas de la envoltura y esta comienza a brillar.

"Se cree que la interacción del viento estelar tenue y veloz que emana del núcleo con el viento emitido en la fase anterior, más denso y lento, determina la forma que finalmente presentará la nebulosa", comenta Luis F. Miranda. "Sin embargo, se han detectado estructuras en nebulosas planetarias, como flujos de material muy estrechos -colimados- y veloces, que obligaban a ampliar el escenario de vientos en interacción para comprender cómo adoptan su forma las nebulosas planetarias", matiza el astrónomo.

Nebulosa en forma de 'S'

Ese es el caso de NGC 6778, una nebulosa planetaria cuya estrella central es en realidad un sistema formado por dos estrellas -una estrella binaria-, que giran en torno a un centro común a una distancia tan reducida que llegaron a compartir la misma envoltura. La nebulosa muestra una forma de 'S' dibujada por los flujos de material, cuyos extremos se hallan distantes de una región central donde se aprecia un anillo ecuatorial muy fragmentado y sendos lóbulos bipolares, también con indicios de ruptura.

Las observaciones aportadas en este último estudio muestran una visión más detallada de NGC 6778, revelando nuevas e interesantes estructuras, como una especie de jirones que emergen de la región ecuatorial o nebulosidades con un núcleo brillante y cola que recuerdan a los cometas. Estas estructuras y el estado fragmentario del anillo y los lóbulos constituyen una clara evidencia de la existencia de interacciones dinámicas muy fuertes en la nebulosa planetaria, quizá originadas en una súbita eyección de masa tras un evento explosivo que produjo al mismo tiempo los flujos colimados de material.

"Mientras que el origen de los flujos colimados de alta velocidad hallados en muchas nebulosas planetarias es incierto, NGC 6778 representa un caso singular en el que estos flujos colimados sí pueden asociarse con la evolución en una fase de envoltura común de la estrella central binaria", señala Martín A. Guerrero. "Además, podemos decir que los distintos flujos de NGC 6778 han intervenido de forma crucial en la formación y evolución de esta nebulosa planetaria", concluye el astrónomo.

IAA-CSIC

jueves, 5 de abril de 2012

El Gran Acelerador de Partículas rompe un nuevo récord mundial de energía

El Gran Acelerador de Partículas rompe un nuevo récord mundial de energía
El Gran Acelerador de Partículas (LHC) del Laboratorio Europeo de Física Nuclear (CERN) rompió esta madrugada un nuevo récord mundial de energía, sólo seis semanas después de que empezara a funcionar tras la parada técnica que realizó para recibir mantenimiento.

Poco después de la medianoche de hoy, dos haces de protones que circulaban en direcciones opuestas dentro del anillo del LHC colisionaron "al nivel de cuatro puntos de interacción", generando una energía récord de 8 TeV (teraelectronvoltios), comunicó el CERN.

Este resultado "aumenta considerablemente el potencial de descubrimiento de la máquina", agregó la institución.

El objetivo del experimento es que de las colisiones entre protones a una energía tan elevada surjan nuevas partículas cuya existencia se ha enunciado en tratados teóricos, pero que nunca han sido vistas.

La más buscada es sin duda el Bosón de Higgs, la partícula sobre la que reposan las bases del Modelo Estándar de la física y que es, por el momento, la única explicación disponible sobre una cuestión tan fundamental como el origen de la materia.

"Gracias a la experiencia adquirida en los dos años de explotación fructífera a una energía de 3,5 TeV por haz, podemos elevar de manera serena la energía este año", comentó el director de los aceleradores y tecnología del CERN, Steve Myers.

La idea inicial era que los haces de protones inyectados en el LHC viajaran en 2012 propulsados por una energía de 3,5 TeV, pero el óptimo rendimiento de la máquina durante el año pasado convenció a los científicos de que valía la pena aumentar la intensidad hasta los 4 TeV.

Gracias a esta apuesta, la energía acumulada de colisión ha llegado ahora hasta los 8 TeV, que jamás se había alcanzado en ningún otro experimento.

Este avance multiplica las posibilidades de descubrir ciertas partículas hipotéticas, como las llamadas "supersimétricas", que se espera sean producidas en mucho mayor número a una energía más alta.

La supersimetría es una teoría de la física de partículas que va más allá del actual Modelo Estándar y que podría explicar la presencia de la materia oscura en el Universo.

Igualmente, a 8 TeV la partícula de Higgs, si existe, será producida en mayor cantidad que si la máquina funcionase sólo a los 7 TeV previstos anteriormente.

El riesgo es que también aumenten otro tipo de "señales" que podrían eventualmente ser confundidas con dicha partícula, por lo cual los investigadores consideran que se requiere al menos un año completo de explotación "para transformar los índices prometedores observados en 2011 en descubrimientos o excluir definitivamente a Higgs del Modelo Estándar", indicó el CERN.

El pasado diciembre, los equipos de los detectores del LHC que buscan partículas nuevas anunciaron los resultados obtenidos hasta entonces, que daban indicios de la presencia del Bosón de Higgs, pero a un nivel estadístico todavía insuficiente como para proclamar el gran descubrimiento.

EFE

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