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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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jueves, 29 de agosto de 2013

Convierten el flujo de las partículas en la 'sonata de la antimateria'

Convierten el flujo de las partículas en la 'sonata de la antimateria'
La Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) ha convertido las oscilaciones de las partículas entre la materia y la antimateria en sonidos y ha rebajado su frecuencia hasta convertirlas en un sonido audible por el oído humano al que han llamado la sonata de la antimateria.

"Para cada partícula fundamental de materia, hay una de antimateria con su misma masa pero con algunas características opuestas, como su carga eléctrica", han explicado los científicos del organismo, que han explicado que, mientras algunas partículas existen solo como materia o antimateria, otras pueden cambiar en una u otra.

Así, mediante el detector del acelerador de partículas situado en los laboratorios del CERN, los investigadores pudieron observar que algunas de las partículas llegaban a oscilar entre la materia y la antimateria hasta 3 billones de veces por segundo, y lo que hicieron fue traducir esa frecuencia a notas musicales, según han indicado.

Sin embargo, han tenido que ralentizar la frecuencia "millones y millones de veces" para lograr que pudiera ser detectada como un sonido por el oído humano.

La grabación del sonido, que ha sido colgada en la cuenta de Youtube del físico de partículas Robert Lambert, trabajador del organismo, incluye una gráfica de las ondas de frecuencia de oscilación de las partículas junto con unos pocos apuntes explicativos para permitir seguir la representación gráfica del sonido conforme se escucha.



EUROPA PRESS

sábado, 17 de agosto de 2013

Una curiosa estrella muerta presenta uno de los campos magnéticos más intensos del universo

Una curiosa estrella muerta presenta uno de los campos magnéticos más intensos del universo
Gracias al telescopio espacial XMM-Newton, de la ESA, un equipo de científicos ha descubierto que una curiosa estrella muerta presenta uno de los campos magnéticos más intensos del universo, a pesar de que todos los indicios parecían indicar que su magnetismo era inusualmente débil.

Este objeto, conocido como SGC 0418+5729 (o SGR 0418, de forma abreviada), es un magnetar, un tipo de estrella de neutrones.

Una estrella de neutrones es el núcleo muerto de una estrella masiva que terminó colapsando sobre sí misma tras agotar todo su combustible y explotar como supernova. Son objetos extraordinariamente densos, acumulando una masa mayor que la de nuestro Sol en una esfera de apenas 20 kilómetros de diámetro– el tamaño de una ciudad.

Un pequeño porcentaje de las estrellas de neutrones se transforman en magnetares, objetos con un intenso campo magnético. Como referencia, pueden presentar un magnetismo miles de millones o billones de veces más intenso que el generado por las máquinas de resonancia magnética de los hospitales. Estos campos magnéticos provocan que los magnetares emitan de forma esporádica potentes explosiones de radiación de alta energía.

SGR 0418 se encuentra en nuestra galaxia, a unos 6.500 años luz de la Tierra. Fue detectado por primera vez en junio de 2009 por los telescopios espaciales Fermi (NASA) y Koronas-Photon (Roscosmos), cuando se iluminó de repente en las bandas de los rayos X y de los rayos gamma. Desde ese momento se ha estado estudiando con toda una flota de observatorios, entre los que se encuentra el telescopio espacial XMM-Newton de la ESA.

"Hasta hace poco, todo parecía indicar que este magnetar tenía uno de los campos magnéticos más débiles jamás registrados, de apenas 6 x 1012 Gauss, unas 100 veces menos intenso que el de un magnetar típico”, explica Andrea Tiengo, del Instituto Universitario de Estudios Superiores de Pavía, Italia, autor principal del artículo que presenta estos resultados en Nature.

“Comprender estos resultados fue todo un reto. Sospechábamos que SGR 0418 ocultaba un campo magnético mucho más intenso, fuera del alcance de las técnicas de análisis habituales”.

Los magnetares giran más lento que las estrellas de neutrones convencionales, pero también son capaces de completar una revolución cada pocos segundos. La forma habitual de medir el campo magnético de un magnetar es determinar a qué velocidad se está frenando esta rotación. Basándose en los datos recogidos a lo largo de tres años, los astrónomos llegaron a la conclusión de que el campo magnético de SGR 0418 era extremadamente débil.

El equipo de Andrea Tiengo desarrolló una nueva técnica capaz de analizar este campo magnético con un nivel de detalle sin precedentes, basada en el estudio de las variaciones en el espectro de rayos X del magnetar sobre una escala temporal extremadamente corta. Esta técnica ha desvelado que SGR 0418 es en realidad un monstruo magnético.

“Nuestras observaciones sugieren que este magnetar tiene un campo magnético muy fuerte y retorcido, que alcanza los 1015 Gauss en ciertas regiones de su superficie, de apenas unos pocos cientos de metros de diámetro”, aclara Andrea.

“El campo magnético global puede parecer débil, como sugerían las primeras observaciones, pero ahora somos capaces de estudiar la sub-estructura del campo magnético en la superficie del magnetar y hemos descubierto que es extremadamente intenso”.

Este fenómeno es similar al que podemos observar en nuestro Sol, que presenta campos magnéticos localizados anclados en las manchas solares. Cuando la configuración de estos campos varía, pueden colapsar produciendo una erupción solar, o en el caso de SGR 0418, una explosión de rayos X.

“Los datos espectrales recogidos por XMM-Newton, combinados con una nueva técnica de análisis, nos han permitido realizar el primer estudio detallado del campo magnético de un magnetar, confirmando que es uno de los más intensos del universo conocido”, añade Norbert Schartel, Científico del Proyecto XMM-Newton para la ESA.

“Ahora disponemos de una nueva herramienta que nos permitirá estudiar el campo magnético de otros magnetares y perfeccionar nuestros modelos de estos exóticos objetos”.

ESA

viernes, 16 de agosto de 2013

La variabilidad en la emisión gamma conecta fenómenos estelares

La variabilidad en la emisión gamma conecta fenómenos estelares
Un estudio liderado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha descubierto que el sistema binario LS I 61 303, compuesto por una estrella Be y un púlsar y situado a unos 6.400 años luz de la Tierra, varía su emisión de rayos gamma cada 4,5 años aproximadamente, ciclo que coincide con su periodo orbital. El trabajo, publicado en la revista The astrophysical Journal Letters, conecta la variabilidad en la emisión gamma con la fenomenología de los discos en torno a las estrellas.

Las estrellas Be son cuerpos variables que poseen vientos ecuatoriales cuya materia forma discos en torno a ellas. Variaciones en la emisión a diferentes frecuencias, a lo largo de años, se han relacionado con la formación y dispersión del material del disco.

“En este estudio hemos analizado cuatro años y medio de observaciones realizadas con el satélite Fermi, dentro del experimento Large Area Telescope, y hemos descubierto que la emisión gamma de LS I 61 303, que sabíamos que era variable con una periodicidad igual a su periodo orbital, presenta también una variabilidad de larga duración, de alrededor de 1667 días”, explica el investigador del CSIC en el Instituto de Ciencias del Espacio Diego Torres.

Esta medición es compatible con los datos recopilados hasta ahora con tecnología óptica y de radio. Se trata de la primera variabilidad de larga duración detectada en rayos gamma y, según los autores del estudio, denota una relación entre la modulación gamma y los procesos relacionados con el disco, como por ejemplo, un aumento o disminución de su tamaño, fenómenos ya observados en otros sistemas pero nunca en rayos gamma.

“Se trata de la primera vez que se emplean los rayos gamma para medir las propiedades del disco de decreción de las estrellas. Esperamos que nuestros resultados aporten, además de información valiosa sobre LS I 61 303, pistas suficientes para estudiar esta fenomenología en otros sistemas binarios, ya que no todos los objetos compactos se ven afectados de la misma forma por estas variaciones”, añade la investigadora Daniela Hadasch.

CSIC

martes, 6 de agosto de 2013

Descartada la presencia de hielo puro de CO2 amorfo en el espacio

Descartada la presencia de hielo puro de CO2 amorfo en el espacio
Un estudio realizado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial ha identificado en condiciones de laboratorio una nueva banda espectral del hielo puro y amorfo de dióxido de carbono (CO2), que ha recibido el nombre de Banda X. Según este trabajo, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), en un primer estadio del proceso de cristalización las moléculas de CO2 se encuentran desordenadas y forman una capa de hielo puro amorfo. Hasta el momento, la Banda X no ha sido detectada durante las observaciones espaciales, lo que ha llevado a los investigadores a descartar que exista hielo puro de CO2 amorfo en el espacio.

El dióxido de carbono es uno de los elementos más abundantes en el Universo. El hielo seco, como se conoce su forma congelada, está presente en multitud de cuerpos celestes del Sistema Solar, así como en el polvo interestelar, lo que lo convierte en un indicador del historial térmico de la evolución de las estrellas jóvenes.

“La formación de hielos en el espacio interestelar es un proceso del que aún se desconocen muchos aspectos. La mayor parte de la información de la que disponemos proviene de observaciones espectroscópicas que analizan la interacción entre la radiación electromagnética y la materia. En esas mediciones no aparece la Banda X que hemos identificado en este estudio, por lo que deducimos que en el espacio el dióxido de carbono sólo puede existir como hielo cristalino, en el que las moléculas forman un patrón ordenado, o estar mezclado con otras especies”, explica el investigador del CSIC Rafael Escribano, del Instituto de Estructura de la Materia.

Experimentos en ultra alto vacío

Este trabajo ha combinado técnicas de análisis espectroscópicos, modelos teóricos y la formación en el laboratorio de hielos ultrafinos, de tan solo unas moléculas de grosor.

La mayor parte de los experimentos se realizaron en un sistema de ultra alto vacío a temperaturas próximas al cero absoluto, que intentaba imitar el vacío interestelar. “Para estudiar la formación del hielo, las moléculas de CO2 se iban añadiendo poco a poco, de manera que se formasen películas muy finas. En ese proceso observamos que antes de la creación de cristales ordenados tenía lugar otra etapa, identificada por medio de la Banda X, en la que el dióxido de carbono presentaba una estructura amorfa”, añade el investigador del CSIC Guillermo M. Muñoz Caro, del Centro de Astrobiología, centro mixto del CSIC y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial.

Según los investigadores, esta nueva evidencia sobre el estado de los hielos en otras regiones de nuestra galaxia supone un hallazgo importante, ya que es poco común recabar información sobre objetos tan lejanos debido a las limitaciones asociadas a su observación.

CSIC

jueves, 1 de agosto de 2013

Primeros indicios experimentales de una nueva física más allá del modelo estándar

Primeros indicios experimentales de una nueva física más allá del modelo estándar
Un equipo de físicos de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) y del CNRS francés han predicho desviaciones en la probabilidad de una de las desintegraciones del mesón B que han sido detectadas experimentalmente en el acelerador LHC del CERN. La confirmación de los resultados sería la primera prueba directa de la existencia de la 'nueva física', una teoría más fundamental que el vigente modelo estándar de las partículas.

El modelo estándar, el modelo teórico más completo que existe hasta ahora para explicar el universo, tiene carencias y no permite explicar fenómenos como la materia oscura o la interacción gravitatoria entre partículas. Los físicos buscan una teoría más fundamental a la que llaman 'nueva física', pero hasta ahora no había ninguna prueba directa de su existencia, aparte de la observación indirecta de la materia oscura, deducida, entre otros, a partir del movimiento de las galaxias.

Un equipo de físicos formado por el profesor del departamento de Física de la UAB Joaquim Matias, el investigador posdoctoral Javier Virto, de la misma universidad, y el investigador del CNRS / Université Paris-Sud Sébastien Descotes-Genon, ha predicho que esta nueva física implicaría la existencia de unas desviaciones en la probabilidad de una desintegración muy específica de una partícula, el mesón B. Detectar estas pequeñas desviaciones mediante un experimento sería la primera prueba directa de la existencia de esta teoría más fundamental.

El 19 de julio pasado, científicos del detector LHCb, uno de los grandes experimentos que se llevan a cabo en el acelerador LHC del CERN, mostraron en la conferencia internacional de física de partículas EPS 2013 de Estocolmo (Suecia), los resultados de las medidas experimentales de esta desintegración del mesón B. Las medidas muestran unas desviaciones respecto a las predicciones del modelo estándar que los investigadores de la UAB y del CNRS calcularon. El hecho relevante ha sido que estos investigadores han demostrado que todas estas desviaciones muestran un patrón coherente que les ha permitido identificar su origen en una única fuente.

Los resultados de su análisis apuntan a una desviación respecto a la predicción del modelo estándar de 4,5 sigmas. Si se confirma, sería todo un acontecimiento, ya que los científicos consideran 3 sigmas como "evidencia científica" de la nueva física y 5 sigmas como "descubrimiento".

"Hay que ser prudentes, porque serán necesarios más estudios teóricos y más medidas experimentales para confirmarlo", explica Joaquim Matias, "pero si se confirman estaríamos ante la primera prueba directa de la nueva física, una teoría más general que el actualmente vigente modelo estándar". "Si el Higgs ha completado el puzle del modelo estándar, estos resultados pueden ser la primera pieza de un nuevo puzle mucho mayor", añade el Dr. Matias.

Los investigadores apuntan que uno de los modelos de nueva física que podría explicar estos resultados sería el que postula la existencia de una nueva partícula llamada Zprima, "pero podría haber muchos otros modelos compatibles", puntualiza Matias.

El interés del resultado ha llevado a los científicos del otro gran experimento del LHC, el detector CMS, a querer hacer esta medida. El CMS ha invitado al Dr. Matias a explicar los detalles teóricos en un seminario para tratar de corroborar el resultado. Al mismo tiempo LHCb también está añadiendo nuevos datos para mejorar la estadística y confirmar estas medidas el próximo mes de marzo de 2014.

Más allá del modelo

Hace años que los físicos de partículas saben que la teoría que utilizan, a pesar de ser un modelo muy exitoso en todos los test realizados hasta ahora, tiene importantes carencias como la falta de un candidato de materia oscura. También presenta otros problemas más fundamentales como el llamado problema de las jerarquías o de la asimetría materia-antimateria del universo.

Dos de los objetivos centrales del acelerador Large Hadron Collider (LHC) son encontrar el bosón de Higgs y la nueva física, una teoría más fundamental y más general que la del modelo estándar en la que este solo sería un caso particular. Los físicos encontraron, hace un año, el bosón de Higgs, pero al parecer la partícula encaja perfectamente en el modelo estándar y de momento no da ninguna pista clara de nueva física.

Resultados presentados en la conferencia EPS 2013

En el CERN hay cuatro experimentos, cuatro grandes detectores (ATLAS, CMS, LHCb, y Alice) que registran las colisiones entre partículas para que los científicos analicen su comportamiento. El detector del LHCb está diseñado para estudiar el comportamiento de los quarks y estudiar desintegraciones llamadas raras, muy poco frecuentes.

El 19 de julio pasado, en la conferencia de Física de Altas Energías EPS 2013 de la Sociedad Europea de Física, en Estocolmo (Suecia), el Dr. Matias presentó las predicciones teóricas de su grupo sobre una de estas desintegraciones: la de un mesón B, formado por un quark b y un antiquark d, en un par de muones y en una partícula llamada K*. El grupo de investigadores de la UAB y CNRS calculó la predicción de cómo debe funcionar esta desintegración, y cómo cambiaría en diversos escenarios de Nueva Física.

Poco después, un físico experimental del detector LHCb, Nicola Serra, presentó en la misma conferencia los primeros resultados experimentales completos de esta desintegración. De manera sorprendente, las medidas experimentales eran coherentes con las desviaciones predichas por Joaquim Matias y sus colaboradores. Por primera vez, este tipo de desviaciones eran consistentes con predicciones teóricas basadas en la presencia de contribuciones más allá del modelo estándar.

UAB | SINC

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