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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.

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

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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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martes, 28 de agosto de 2012

Dos enanas blancas ponen a prueba la teoría de la relatividad de Einstein

Dos enanas blancas ponen a prueba la teoría de la relatividad de Einstein
Un equipo internacional, en el que ha participado el IAC, ha descubierto que las enanas blancas del sistema binario J0651 orbitan cada vez más rápido, tal y como predice la teoría de la relatividad general de Einstein, al perder energía por emitir ondas gravitacionales.

La confirmación de las predicciones teóricas se ha realizado con varios telescopios en Estados Unidos y con el GTC, que realizó las observaciones más rápidas del sistema.

Un equipo internacional, en el que han participado astrónomos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y el Gran Telescopio CANARIAS (GTC), ha puesto a prueba la teoría de la relatividad general de Einstein al observar la reducción progresiva de la órbita de un singular par de estrellas: las enanas blancas del sistema binario J0651. Estos dos objetos, remanentes de estrellas como el Sol que ya han agotado su combustible nuclear, completan en la actualidad una órbita cada 13 minutos, con grandes aceleraciones y velocidades que llegan a alcanzar más de 600 kilómetros por segundo, según acaba de publicar el grupo de investigación en la revista Astrophysical Journal Letters.

De acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein, las aceleraciones de estas estrellas en su movimiento orbital causan ondas en el tejido del espacio-tiempo, que se denominan ondas gravitacionales. Aunque todavía no se han observado directamente, la emisión de estas ondas resta energía al sistema binario, lo que provoca que las enanas blancas se acerquen progresivamente la una a la otra y orbiten cada vez más rápido.

La teoría de la relatividad predice que la órbita de este sistema binario se reduce en unos 0,25 milisegundos cada año. La confirmación de que las estrellas están acercándose cada vez más viene dada por la comparación de las medidas tomadas en 2011, cuando el equipo de astrofísicos descubrió este sistema, con las tomadas en la actualidad.

El GTC, el mayor telescopio óptico infrarrojo del mundo, con un espejo primario de 10,4 metros, ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma, proporcionó el conjunto de datos con la cadencia más rápida de estos objetos. “Gracias al GTC, hemos logrado tomar cientos de imágenes seguidas de este interesante sistema sin perder un segundo”, comenta Carlos Allende Prieto, investigador del IAC y uno de los autores del estudio.

Para Antonio Cabrera Lavers, astrónomo del GTC y coautor de la investigación: "Estamos ante uno de esos casos en los que tenemos la oportunidad de utilizar telescopios para poner a prueba nuestra comprensión de los aspectos más fundamentales de la física".

Un sistema peculiar

J0651 es el quinto sistema binario conocido con un periodo orbital de menos de 15 minutos. En los otros cuatro casos, no obstante, se produce transferencia de masa de una de las estrellas a la otra, lo que causa variaciones de brillo y complica las observaciones de la reducción del periodo orbital, así como su interpretación en términos de ondas gravitacionales.

Este sistema binario es también peculiar en cuanto a su orientación respecto a la Tierra, ya que el plano orbital está alineado con nuestra línea de visión. "Cada seis minutos una de las estrellas en J0651 eclipsa a la otra, lo que proporciona un reloj de extrema precisión a 3.000 años luz", dice el estudiante de doctorado de la Universidad de Tejas, en Austin (EE UU), y primer autor del artículo, J.J. Hermes. “Los eclipses en este momento tienen lugar unos seis segundos antes de lo esperado a partir de las medidas de hace un año", señala el profesor de la Universidad de Oklahoma y miembro del equipo, Mukremin Kilic.

Los resultados de este estudio han sido posibles gracias a las más de 200 horas de observaciones, además de con el GTC, con el telescopio de 2,1 metros Otto Stuve, en el Observatorio McDonald en Tejas, con el telescopio Géminis de 8,2 metros, en Hawái, y con el telescopio de 3,5 metros del Observatorio Apache Point, en Nuevo Méjico, todos ubicados en EE UU.

Detectar directamente las ondas gravitacionales es extremadamente difícil. En concreto, medir el efecto de las ondas gravitacionales producidas por J0651 desde el sistema solar requeriría varios satélites situados a millones de kilómetros y comunicados por láseres. Aunque los físicos llevan años planeando un sistema de este tipo, aún no hay ninguna misión espacial definida y con financiación de estas características.

"De este modo tenemos una vía más fácil, si bien indirecta, de detectar los efectos de las ondas gravitacionales", añade Allende Prieto.

Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)

jueves, 16 de agosto de 2012

El LHC se adentra en la materia del universo primigenio

El LHC se adentra en la materia del universo primigenio
En los comienzos del universo, justo después del Big Bang, existió un ‘plasma de quarks y gluones’, dos partículas confinadas hoy en la materia pero que entonces vagaban libremente. Ahora los científicos han recreado aquellas condiciones en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN y esta semana presentan los últimos datos en Washington (EEUU) durante el congreso Quark Matter 2012.

Las colisiones de iones pesados en el LHC están ayudando a comprender mejor el estado de la materia en los primeros instantes del universo. Los experimentos ALICE, CMS y ATLAS del gran colisionador trabajaron con iones de plomo durante 4 semanas en 2011y obtuvieron una cantidad de datos 20 veces superior a la de 2010.

Ahora, los resultados de unos mil millones de colisiones se presentan en el congreso Quark Matter 2012, que entre el 13 y 18 de agosto se celebra en Washington (EEUU). Los investigadores informarán sobre la materia más densa y más caliente jamás estudiada en el laboratorio, unas 100.000 veces más caliente que el interior del Sol y más densa que una estrella de neutrones.

En concreto, los científicos han tomado nuevas medidas sobre el denominado ‘plasma de quarks y gluones’, un estado de la materia generado justo después del Big Bang y en el que vagaban libremente los quarks (hoy uno de los constituyentes fundamentales de la materia) y los gluones (portadores de la interacción nuclear fuerte -una de las cuatro fuerzas fundamentales- y responsables de que los quarks se mantengan unidos formando protones -dos quarks ‘arriba’ y uno ‘abajo’- y neutrones -dos quarks ‘abajo’ y uno ‘arriba’-).

"El campo de la física de iones pesados ​​es fundamental para probar las propiedades de la materia en el universo primordial, una de las cuestiones clave de la física fundamental que el LHC puede abordar”, dice el director general del CERN, Rolf Heuer. “Aquí los físicos no solo investigan la recientemente descubierta partícula tipo Higgs, también muchos otros fenómenos importantes mediante colisiones protón-protón y plomo-plomo".

ALICE y los quarks encantados

Los científicos de ALICE van a aportar gran cantidad de nuevos resultados en todos los aspectos de la evolución en el espacio y el tiempo de esa materia de alta densidad. Algunos de los estudios que despiertan mayor interés son los relacionados con las partículas ‘encantadas’, que contienen un quark encanto (charm, en inglés) o anti-encanto.

Estos charm quarks, que son cien veces más pesados que los quarks arriba y abajo que forman la materia normal, se desaceleran cuando pasan por del plasma de quarks y gluones, lo que ofrece a los científicos una herramienta única para investigar sus propiedades.

Físicos de esta colaboración explicarán que el flujo en el plasma es tan fuerte que las pesadas partículas ‘encantadas’ ​​son arrastradas por ella. El experimento también ha observado indicios de un fenómeno conocido como ‘termalización’, en el que se combina un quark encanto con su anti-encanto para formar ‘charmonium’, cuya disociación inicial se relaciona con la formación del plasma de quarks y gluones.

CMS y ATLAS con los ‘jets quenching’

Por su parte, el experimento CMS también ha observado signos claros de la supresión de estados quarkonium, constituidos por un quark y su correspondiente antiquark. "CMS presenta importantes resultados nuevos con iones pesados no sólo en la supresión de quarkonium, sino también en las propiedades del material intermedio y en una variedad de estudios de jet quenching (enfriamiento o frenado de los jets)”, dice Joseph Incandela, el portavoz de CMS.

Cuando los quarks y los gluones se alejan del punto de colisión se forman unos chorros (jets, en inglés) de partículas. En las colisiones de protones, los jets suelen aparecer en parejas, en direcciones opuestas y energías similares. Sin embargo, en las colisiones de iones pesados los chorros interactúan con las tumultuosas condiciones del medio denso y caliente formado por el plasma de quarks y gluones como el del universo primigenio.

Esto produce una señal muy característica conocida como jet quenching, en la que la energía de los chorros se puede degradar mucho, lo que indica que se producen interacciones con el medio. Así, el enfriamiento del jet es una poderosa herramienta para estudiar el comportamiento del plasma en detalle.

La colaboración ATLAS también informará sobre los últimos avances en el conocimiento de este fenómeno, incluyendo un estudio de alta precisión de cómo los chorros se fragmentan en materia, y en las correlaciones entre los jets y los bosones electrodébiles. Los resultados se complementan con otros también de interés, como novedades sobre el flujo del plasma.

"Hemos entrado en una nueva fase en la que no sólo observamos el fenómeno del plasma de quarks y gluones, sino que también podemos hacer mediciones de alta precisión usando variedad de sondas", dice Fabiola Gianotti, portavoz de ATLAS, que concluye: “Todos estos estudios contribuirán significativamente a nuestra comprensión del universo temprano".

CERN | SINC

miércoles, 1 de agosto de 2012

El CERN presenta datos más contundentes sobre el Higgs

El CERN presenta datos más contundentes sobre el Higgs
El pasado 4 de julio los científicos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas anunciaron con un valor 5 sigma (una escala para valorar la certeza) el descubrimiento de una nueva partícula, que podría ser el ansiado bosón de Higgs. Hoy el CERN lo confirma con un nivel de confianza de 5,9 sigma, según los artículos que han enviado a la revista Physics Letters B.

Los equipos de los detectores ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) han presentado a la revista Physics Letters B los papers con los últimos datos en su búsqueda del bosón de Higgs. Así lo confirma hoy el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en un comunicado.

Los investigadores aportan en sus trabajos más evidencias sobre la existencia de una nueva partícula tipo Higgs que las anunciadas a principios del mes pasado. El 4 de julio los responsables de los dos equipos mostraron pruebas de la presencia de la nueva partícula, que podría ser el bosón de Higgs, en la región de masa alrededor de 126 gigaelectronvoltios (GeV) y con un nivel de significación del resultado de 5 sigma.

Nivel de certeza

En la escala que utilizan los físicos de partículas para describir la certeza de un descubrimiento, 1 sigma significa que los resultados podrían ser fluctuaciones aleatorias de los datos, 3 sigma se considera como una observación (era lo que tenían en diciembre de 2011, por ejemplo) y un resultado 5 sigma es un descebrimiento.

Este último valor implica tener una confianza de al menos el 99,99994% en el hallazgo, es decir, que los científicos se pueden equivocar con una probabilidad de solo el 0,00006%.

Pero ahora los investigadores del CERN han llegado más allá. Los resultados de la colaboración CMS confirman un nivel de significación de 5,8 sigma, y ​​los del equipo ATLAS –a partir de los análisis de eventos donde la partícula tipo Higgs se desintegra en dos bosones W– alcanzan hasta los 5,9 sigma. Este resultado muestra que solo hay una probabilidad entre 550 millones de que la señal que se ha registrado se hubiera originado en ausencia de un Higgs.

Con el anuncio de hoy se avanza en los resultados "preliminares" que el CERN presentó hace un mes. Los cientificos confían en tener a finales de año una imagen más completa de la partícula gracias a los nuevos datos que vaya facilitando el LHC. El objetivo es determinar si se trata exactamente del bosón de Higgs del modelo estándar de la física de partículas, o de una versión algo diferente.

SINC

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