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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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lunes, 19 de noviembre de 2012

La ruptura de la simetría en el tiempo en las leyes de la Física

La ruptura de la simetría en el tiempo en las leyes de la Física
Una investigación liderada por el Instituto de Física Corpuscular, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Valencia, ha obtenido evidencias de la ruptura de la simetría en el tiempo en las leyes de la Física. El hallazgo, que se publica hoy en la revista Physical Review Letters, ha contado con el apoyo de la colaboración internacional BaBar del laboratorio SLAC (Stanford Linear Accelerator Center, de sus siglas en inglés) del Departamento de Energía de Estados Unidos en la Universidad de Stanford (California).

El tiempo discurre inexorablemente. En la historia del universo y en los sistemas complejos, la evolución temporal está asociada al aumento de entropía. Dicho de otro modo, con el paso del tiempo, el desorden siempre crece a partir de una situación inicial más ordenada.

Para explicarlo, podemos imaginar que vemos hacia atrás una película en la que un jarrón cae al suelo y se rompe en pedazos. Nos percataríamos muy rápido de que lo que observamos es imposible desde el punto de vista de las leyes físicas, porque sabemos que no es posible que los pedazos vuelen del suelo y se ordenen formando un jarrón. Y eso es porque desde nuestro punto de vista, “la flecha del tiempo” transcurre sin interrupción desde el pasado al futuro.

Ahora bien, para una partícula aislada, el paso del tiempo parece el mismo hacia delante y hacia atrás, es decir, su movimiento es reversible o temporalmente simétrico. Imaginemos que ahora vemos una película en la que aparece una bola de billar que choca contra una banda. Si no nos lo dicen, no seríamos capaces de saber si la proyección de la película va hacia delante o hacia atrás. Esto se debe a que, en ambos sentidos temporales, el movimiento de la bola de billar cumple las mismas leyes físicas. Este concepto se conoce como simetría bajo inversión temporal y nos dice que, en el mundo de las partículas, las teorías físicas son válidas tanto para un sentido de su movimiento como para su inverso, lo que equivale a decir que funcionan igual hacia delante como hacia atrás en el tiempo.

El tiempo tiene una dirección preferente

El investigador José Bernabéu explica: “La ruptura de la simetría temporal o simetría T en física de partículas está relacionada con la asimetría CP existente entre materia y antimateria, necesaria para generar el universo actual de materia en algún momento de su historia. La simetría C afirma que, sabiendo que a cada partícula de la naturaleza le corresponde una antipartícula con carga opuesta, las leyes de la física serían las mismas al intercambiar las partículas con carga positiva con las de carga negativa”.

También existe la simetría P, que señala que las leyes de la física permanecerían inalteradas bajo inversiones especulares, es decir, el universo se comportaría igual que su imagen en un espejo. Estas dos simetrías combinadas dan lugar a la simetría carga-paridad o simetría CP. En experimentos previos con partículas conocidas como mesones K y B, se observó que no se cumplía la simetría CP. El teorema CPT indica que, para cualquier sistema de partículas, las simetrías deben mantenerse equilibradas, es decir, si la simetría CP no se cumple, la simetría T tampoco.

El investigador Fernando Martínez-Vidal añade que “la clave para medir directamente la ruptura de la simetría T nos la dio el experimento BaBar del SLAC, que fue diseñado para el estudio en profundidad de la asimetría entre materia y antimateria”.

Entre 1999 y 2008, en el acelerador de partículas del SLAC, se produjeron más de 500 millones de mesones B, y sus contrapartidas de antimateria llamados B-bar. Así, los científicos observaron cómo estas partículas incumplían la simetría CP. El problema para observar la ruptura de la simetría T residía en que los mesones B se desintegran irreversiblemente en pocas billonésimas de segundo, impidiendo invertir su situación inicial y final. La solución se ha encontrado mediante la correlación cuántica entre los dos B, que permite que la información de la partícula que se desintegra primero se utilice en ese momento para determinar el estado de su partícula compañera que aún vive. Los investigadores han descubierto que el estado de este último mesón B se transforma en otro unas seis veces más a menudo en un sentido que en el inverso.

Bernabéu aclara: “Este hecho demuestra inequívocamente la ruptura de la simetría bajo inversión temporal en las leyes fundamentales de la Física. Estos resultados son tan contundentes que la probabilidad de que sean una casualidad es similar a la de obtener la misma cara de un dado al lanzarlo 55 veces seguidas, 14 sigma en lenguaje estadístico”. Los físicos de partículas consideran que a partir de 5 sigma se trata de un descubrimiento.

La investigación cuenta con el apoyo del Ministerio de Economía y Competitividad, a través del Programa Nacional de Física de Partículas, y de la Generalitat Valenciana, a través del Programa de Excelencia Prometeo.

CSIC

jueves, 15 de noviembre de 2012

El CERN tendrá el cronómetro más rápido del mundo

El CERN tendrá el cronómetro más rápido del mundo
El Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) podría convertirse en el cronómetro más rápido del mundo. Una investigación realizada por investigadores de la Universidad de Tecnología de Viena acaba de demostrar, gracias a una simulación por ordenador, que las colisiones de iones pesados ​​en el CERN podrían producir los pulsos de luz más cortos que se hayan creado hasta la fecha.

Según la investigación, para lograrlo no sería necesario instalar ningún nuevo instrumento en el acelerador de partículas, sino podría utilizarse un detector que va a ser instalado en el CERN en 2018.

Los fenómenos que tienen lugar en escalas de tiempo muy cortos se suelen investigar usando pulsos láser ultracortos. Hoy en día, las duraciones de pulso más rápidas que se pueden crear con la tecnología existente son del orden de attosegundos (la trillonésima parte de un segundo). Sin embargo, el nuevo método propuesto podría batir este récord pronto: "Los núcleos atómicos en colisionadores de partículas como el LHC pueden crear pulsos de luz un millón de veces más rápidos que los actuales", dice Andreas Ipp de la Universidad de Tecnología de Viena.

En el experimento ALICE del CERN, los núcleos de plomo se chocan casi a la velocidad de la luz. Los restos de los núcleos dispersos junto con nuevas partículas creadas por el impacto forman lo que los físicos llaman un plasma de quarks y gluones, un estado de la materia que es tan caliente que funde incluso los protones y los neutrones. Este plasma de quarks y gluones sólo existe durante unos pocos yoctosegundos, una medida un millón de veces menor que el attosegundo...

ELMUNDO.es

sábado, 10 de noviembre de 2012

Los electrones acumulados en las paredes áureas de las nanoesferas pueden experimentar el efecto túnel

Los electrones acumulados en las paredes áureas de las nanoesferas pueden experimentar el efecto túnel
Una investigación coliderada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y la Universidad de Paris Sud (Francia) ha estudiado el comportamiento del vacío que existe entre dos nanoesferas de oro. En concreto, cuando la distancia entre ambas bolas es inferior a un nanométro el espacio vacío puede cambiar de color según el trabajo, publicado en la revista Nature. El efecto se debe a que los electrones acumulados en las paredes áureas de las nanoesferas pueden experimentar el efecto túnel, lo que reduce la carga de la superficie y modifica su color de rojo a azul.

El investigador del Centro de Física de Materiales (centro mixto del CSIC y la Universidad del País Vasco) Javier Aizpurua, que ha dirigido la parte española de la investigación, compara esta reducción de carga con la tensión liberada a través de un beso: “Cuanto más se acercan las nanoesferas de oro más carga presentan sus superficies y dicha carga sólo es liberada a través del salto cuántico de sus electrones, del mismo modo que la tensión previa a un beso aumenta según se acercan las caras y se libera cuando finalmente se juntan los labios”.

En este caso, el acercamiento de las nanoesferas de oro generaría entre ellas un beso virtual, ya que nunca llegan a tocarse, que liberaría de carga a sus superficies y cambiaría el color de la cavidad existente entre ellas.

A distancias inferiores a un nanómetro, el vacío existente entre dichas bolas metálicas adquiere color gracias a la interacción de los electrones de su superficie con la luz. El haz los empuja y los hace oscilar, lo que les aporta un color plasmónico rojo que se va intensificando a medida que se acercan las esferas. Cuando la distancia entre ambas se reduce por debajo de 0,35 nanómetros, los electrones de sus superficies comienzan a experimentar el efecto túnel, lo que va transformando el color plasmónico del vacío en azul a medida que se reduce la carga eléctrica.

El investigador de la Universidad de Cambridge Jeremy Baumberg, responsable del equipo experimental, explica: “Alinear dos nanoesferas de oro es como cerrar los ojos e intentar que dos agujas sostenidas con los dedos se toquen por ambas puntas”. Según Baumberg, conseguirlo les “ha costado años de duro trabajo”.

Por su parte, Aizpurua detalla que para poder predecir los cambios de color obtenidos en el experimento fue necesaria “la fusión de la visión cuántica y clásica del mundo”. “La modelación de tantos electrones oscilando dentro de las bolas de oro en respuesta a un haz de luz no podría ser descrita con las teorías existentes”, asegura el investigador del CSIC.

Esta reinterpretación de la interacción entre la luz y la materia a escala nanométrica podría aportar nuevas maneras de describir y medir el mundo a escala atómica y abre la puerta a nuevas estrategias para la fabricación de dispositivos tecnológicos optoeléctricos luminosos.

La investigación ha contado, además, con la participación de investigadores del Centro Nacional de Investigación Científica (Francia); y ha sido financiada a través del proyecto ETORTEK de Nanociencia y Nanotecnología del Gobierno Vasco, el proyecto Eranet CUBiHOLE de la Unión Europea y por la agencia vasca de Ciencia IKERBASQUE.

CSIC

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