Científicos creen que ciertos resultados inexplicables de este experimento podrían haber sido causados por energía oscura y no por materia oscura.

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La energía oscura, la fuerza misteriosa que hace que el universo se acelere, podría haber sido la responsable de los resultados inesperados del experimento XENON1T, situado debajo de los Apeninos de Italia.

¿Hemos detectado energía oscura?

El universo visible, las galaxias, las estrellas... todo ello apenas representa menos del 5% del universo. ¿Qué es lo que resta? Oscuridad. Aproximadamente el 27% de nuestro cosmos está compuesto de materia oscura, esa fuerza invisible que mantiene unidas a las galaxias y la red cósmica. El 68% que resta es energía oscura, lo que hace que el universo se expanda a un ritmo acelerado.

Ahora, una nueva investigación, dirigida por investigadores de la Universidad de Cambridge (Inglaterra), sugiere que algunos resultados inexplicables del experimento podrían haber sido causados por la energía oscura, y no por la materia oscura, que es para lo que fue diseñado tal experimento.

Los investigadores construyeron un modelo físico para ayudar a explicar los resultados. La conclusión es que este trabajo podría indicar un paso importante en la detección de energía oscura a partir de partículas de energía oscura producidas en una región del Sol con fuertes campos magnéticos.

Materia oscura, energía oscura

"A pesar de que ambos componentes son invisibles, sabemos mucho más sobre la materia oscura, ya que se sugirió su existencia ya en la década de 1920, mientras que la energía oscura no se descubrió hasta 1998", comenta Sunny Vagnozzi del Instituto Kavli de Cosmología de Cambridge y líder del estudio que publica la revista Physical Review D. "Los experimentos a gran escala como XENON1T han sido diseñados para detectar directamente la materia oscura, mediante la búsqueda de signos de que la materia oscura 'golpee' la materia ordinaria, pero la energía oscura es aún más esquiva".

¿Cómo se detecta la energía oscura?

Lo que hacen los científicos es buscan interacciones gravitacionales: la forma en que la gravedad arrastra los objetos. Y, a escalas más grandes, el efecto gravitacional de la energía oscura es repulsivo, aleja las cosas unas de otras y acelera la expansión del universo. Y es lo que, hace aproximadamente un año, detectó el experimento XENON1T: una señal inesperada sobre el fondo. ¿Una casualidad?

"Exploramos un modelo en el que esta señal podría atribuirse a la energía oscura, en lugar de a la materia oscura para la que se diseñó originalmente el experimento", aclaran los autores.

Partieron de un modelo para mostrar lo que sucedería en el detector si la energía oscura se produjera en una región particular del Sol, llamada tacoclina, donde los campos magnéticos son particularmente fuertes. "Fue realmente sorprendente que este exceso pudiera, en principio, haber sido causado por la energía oscura en lugar de la materia oscura", dijo Vagnozzi. "Cuando las cosas encajan así, es realmente especial".

Serán necesarios muchos más experimentos en el futuro para confirmar esta hipótesis, pero si el exceso fue el resultado de la energía oscura, las próximas actualizaciones del experimento XENON1T representarían la posibilidad de detectar directamente la energía oscura en la próxima década.

Fuente: ABC Ciencia

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Se trata de las mismas moléculas que hicieron posible la vida en la Tierra. El hallazgo implica que algo similar podría haber sucedido en otros muchos mundos

Los planetas nacen ya con una importante reserva de moléculas precursoras de la vida. Ese es el espectacular resultado obtenido por un extenso equipo de investigadores de decenas de instituciones científicas de tres continentes tras analizar las "huellas dactilares" de la luz emitida por los discos de material alrededor de cinco estrellas jóvenes, discos a partir de los cuales se forman después los planetas. Se trata de uno de los mayores esfuerzos científicos realizados hasta ahora para determinar lo común podría ser la vida en otros lugares del Universo.

El trabajo, que fue llevado a cabo con el interferómetro ALMA, un enorme radiotelescopio formado por 66 antenas individuales (de siete y doce metros de diámetro cada una) y operado por investigadores de Europa, Norteamérica y Asia, consta de veinte artículos diferentes, numerados bajo el epígrafe "MAPS" (Moléculas con ALMA a escalas de formación planetaria). Todos ellos se publicarán próximamente en una edición especial de The Astrophysical Journal Supplement Series. Los veinte artículos, sin embargo, se pueden consultar ya en el servidor de prepublicaciones arXiv.

John Ilee, de la Universidad de Leeds y primer firmante de uno de los artículos (el IX), asegura que en su conjunto, los hallazgos sugieren que las condiciones químicas básicas que dieron lugar a la vida en la Tierra podrían existir también en muchos otros mundos de la Galaxia.

Los 'ladrillos' de la vida

La "significativa reserva" de grandes moléculas orgánicas fue identificada en el interior de discos protoplanetarios alrededor de estrellas recién nacidas. Cuando nuestro Sistema Solar se estaba formando, un disco similar también rodeó al joven Sol. Y a partir de ese disco, hecho del material sobrante de la formación de nuestra propia estrella, surgieron poco después los planetas que ahora integran nuestro Sistema Solar. La presencia de esas moléculas resulta significativa porque constituyen un paso intermedio entre moléculas más simples basadas en carbono, como el monóxido de carbono, que se encuentra en abundancia en el espacio, y las moléculas más complejas que se requieren para crear y mantener la vida.

El equipo de Ilee, formado por astrofísicos de 16 universidades diferentes, se centró en estudiar la existencia, ubicación y abundancia de esas moléculas precursoras En palabras del investigador, "estas grandes moléculas orgánicas complejas se encuentran en varios entornos por todo el espacio. Estudios anteriores habían sugerido que estas moléculas son los 'ingredientes crudos' necesarios para construir otras moléculas, que a su vez son los componentes esenciales en la química biológica de la Tierra, creando azúcares, aminoácidos e incluso los componentes del ácido ribonucleico (ARN), si se dan las condiciones adecuadas. Sin embargo, muchos de los entornos donde encontramos estas moléculas orgánicas complejas están bastante lejos de dónde y cuándo pensamos que se forman los planetas. Queríamos entender más sobre dónde exactamente y en qué cantidad estaban presentes estas moléculas en los lugares de nacimiento de los planetas: los discos protoplanetarios".

Todo empieza en los discos protoplanetarios

Los discos protoplanetarios, en efecto, "alimentan" a los jóvenes mundos que se van formando en su interior y hacen posible que sigan creciendo. La Tierra joven, por ejemplo, fue ampliamente surtida de material del disco a través de los impactos de los asteroides y cometas que se habían ido formando por acreción en el propio disco protoplanetario alrededor del Sol. Pero los científicos no estaban seguros de si todos los discos protoplanetarios, es decir, los que rodean a otras estrellas recién nacidas, también contienen depósitos de moléculas orgánicas complejas capaces de crear a su vez otras moléculas biológicamente significativas.

El estudio de Ilee y sus colegas está comenzando a responder a esa pregunta. De hecho, los investigadores hallaron las moléculas en cuatro de los cinco discos observados. Y además, en una cantidad considerablemente mayor de lo que esperaban.

Según Ilee, "ALMA nos ha permitido, por primera vez, buscar estas moléculas en las regiones más internas de estos discos, en escalas de tamaño similares a nuestro Sistema Solar. Nuestro análisis muestra que las moléculas están ubicadas principalmente en esas regiones internas, con abundancias entre 10 y 100 veces más altas de lo que los modelos habían predicho”.

En otras palabras, lo importante es que se han encontrado alrededor de otras estrellas los mismos "ingredientes" (y en gran cantidad) necesarios para el surgimiento de la vida en la Tierra. Por lo que es posible que esas mismas moléculas estén igualmente disponibles en todos los entornos de formación de planetas.

El equipo tratará, a partir de ahora, de averiguar si también existen moléculas aún más complejas en los discos protoplanetarios "a disposición" de los mundos que se van formando. Según Ilee, es algo muy posible, ya que "si hemos encontrado estas moléculas en cantidades tan grandes, nuestro conocimiento actual de la química interestelar sugiere que también deberían ser observables moléculas aún más complejas. Esperamos poder utilizar ALMA para buscar los siguientes escalones de complejidad química en estos discos. Si los detectamos, estaremos aún más cerca de comprender cómo los ingredientes ´crudos´ de la vida se pueden ensamblar alrededor de otras estrellas".

Fuente: ABC Ciencia

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El MIT ha anunciado que este dispositivo, un gran electroimán superconductor de alta temperatura, propició el campo magnético más poderoso de su tipo

Aspecto del imán superconductor de alta temperatura de gran calibre y escala completa - GRETCHEN ERTL, CFS/MIT-PSFC

'Embotellar' la energía del Sol en centrales de fusión está cada vez más cerca. El último paso para conseguir reproducir este proceso en la Tierra ha sido anunciado recientemente por el MIT, que junto con la compañía Commonwealth Fusion Systems (CFS), han anunciado la creación de un gran electroimán superconductor de alta temperatura que ha conseguido elevar su potencia hasta una intensidad de campo de 20 teslas, «el campo magnético más poderoso en su tipo jamás creado en la Tierra», afirman en un comunicado. Un nuevo avance en el camino para construir la primera planta de energía de fusión comercial que haga realidad la promesa de una energía casi ilimitada, limpia, segura y a bajo coste.

«La fusión en muchos sentidos es la fuente de energía limpia definitiva», afirma Maria Zuber, vicepresidenta de investigación del MIT y profesora de geofísica de EA Griswold. «La cantidad de energía disponible es realmente revolucionaria». Porque el combustible que utilizan estas centrales proviene del agua. «La Tierra está llena de agua, es un recurso casi ilimitado. Solo tenemos que descubrir cómo utilizarlo».

La idea simplificada de la energía de fusión es, como su nombre indica, la fusión de dos átomos pequeños creando uno más grande. De esta reacción se libera una enorme cantidad de energía, como ocurre en la mayoría de estrellas, incluido nuestro Sol. Pero, en realidad, este tipo de reactores no provocan exactamente la misma reacción de fusión que las estrellas. Ellas utilizan hidrógeno simple para desencadenar el proceso, mientras que en la Tierra se usan núcleos con hidrógeno especial: deuterio y tritio. Además, el Sol produce este fenómeno por la acción de su enorme gravedad, gracias a altísimas presiones.

Sin embargo, en la Tierra no poseemos ese mecanismo, por lo que los científicos se afanan en encontrar otros métodos para almacenar el gas en estado de plasma a altísimas temperaturas, del orden de 100 a 200 millones de grados centígrados (lo que es paradójico, porque en el Sol se registran cifras más bajas, si bien su enorme gravedad compensa esta diferencia). Así, para contener toda esta energía aquí y que se produzca la reacción de fusión, se necesita un método diferente. Y reactores como el del MIT o el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER, por sus siglas, y en el que tiene participación varios países, incluida España) utilizan la fuerza magnética para contener toda esa 'sopa' energética.

El desarrollo de un imán lo suficientemente poderoso para contenerla es uno de los principales escollos de esta tecnología. Avances como el del propio MIT o hace unos meses el del ITER están llevando a cabo los primeros pasos hacia la resolución del problema. El primero, que será un dispositivo de demostración -es decir, no tendrá de momento aplicaciones comerciales-, será instalado en la central SPARC, que empezará con las primeras pruebas en 2025, a la par que el ITER. «Es realmente un momento decisivo en la ciencia y en la tecnología de fusión», destaca Dennis Whyte, director del Plasma Science and Fusion Center del MIT, que está trabajando con CFS para desarrollar SPARC.

Reactor tipo tokamak

Tanto el SPARC como el ITER utilizan reactores tipo tokamak, un diseño con forma de rosquilla. La mayoría de estos dispositivos han producido sus campos magnéticos utilizando electroimanes convencionales hechos de cobre. Sin embargo, el ITER que se está construyendo en Francia (y tiene previsto empezar sus primeras pruebas a la par que SPARC), utiliza lo que se conoce como superconductores de baja temperatura. La novedad del imán del MIT es que está hecho en base a superconductores de alta temperatura, «que permiten un campo magnético mucho más fuerte en un espacio más pequeño», señalan sus responsables. Es decir, mayor rendimiento en menos espacio.

Porque, hasta ahora, la única forma de lograr los enormes campos magnéticos necesarios para crear una 'botella' magnética capaz de contener plasma era hacerlos cada vez más grandes. «Pero el nuevo material permite lograr un campo magnético mayor en un dispositivo más pequeño, igualando el rendimiento que se lograría en un aparato 40 veces más grande en volumen utilizando imanes superconductores convencionales de baja temperatura», afirman.

«El nuevo enfoque, dirigido por Zach Hartwig, investigador principal del MIT y profesor asistente de desarrollo de carrera Robert N. Noyce de ciencia e ingeniería nuclear, utiliza un diseño bien conocido, pero reduce todo a aproximadamente la mitad del tamaño lineal y aún logra lo mismo. condiciones operativas debido al campo magnético más alto», continúan. Este diseño está basado en una serie de artículos científicos publicados el pasado año en la revista ' Journal of Plasma Physics'. Los artículos mostraron que, si los imanes funcionaban como se esperaba, todo el sistema de fusión debería producir una potencia neta, por primera vez en décadas de investigación sobre la fusión.

Los siguientes pasos

Ahora el consorcio tendrá que construir SPARC, que solo producirá calor, no electricidad. Una vez que los investigadores hayan construido y probado SPARC, planean construir el reactor ARC (Affordable Robust Compact), que generaría electricidad a partir de ese calor para 2035. «Eso es muy ambicioso, pero ese es el objetivo hacia el que estamos trabajando», dijo Greenwald. «Creo que es realmente plausible».

Fuente: ABC Ciencia

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Una serie de experimentos con cristales de silicio determina cuál sería su radio de acción

Un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Energía (NIST) de los Estados Unidos acaba de revelar propiedades hasta ahora desconocidas en cristales de silicio, ampliamente utilizados en tecnología. Al mismo tiempo, ha descubierto también una novedosa característica de los neutrones y aporta nuevos datos que apuntan a la existencia de una quinta fuerza de la Naturaleza.

El Modelo Estándar, la gran teoría que predice la existencia de todas las partículas que componen la materia y las leyes que las gobiernan, describe las interacciones entre partículas con cuatro fuerzas fundamentales: electromagnetismo, gravedad, fuerza nuclear fuerte, responsable de la cohesión de los núcleos atómicos, y fuerza nuclear débil, de la que dependen todas las desintegraciones radiactivas que se dan en la naturaleza.

Durante los últimos años, sin embargo, algunos científicos han encontrado indicios de la existencia de una 'quinta fuerza' no predicha por el Modelo Estándar. Numerosos experimentos han tratado, hasta ahora sin éxito, de encontrar esa fuerza y determinar sus características.

Ahora, los investigadores del NIST se han centrado en el comportamiento de los neutrones (que junto a los protones forman los núcleos atómicos) en el interior de estructuras de cristales de silicio, y los han estudiado con una nueva y refinada técnica que les ha permitido obtener tres resultados extraordinarios: la primera medición en 20 años de una nueva propiedad del neutrón; la medición más precisa hasta el momento de los efectos de las vibraciones relacionadas con el calor en los cristales de silicio; y el rango de acción y los límites de esa posible quinta fuerza más allá de las predicciones del Modelo Estándar. Los resultados de la investigación se publican hoy en ' Science'.

Normalmente, cuando se trata de obtener información sobre materiales cristalinos a escala atómica, los científicos suelen dirigir hacia ellos un haz de partículas (rayos X, electrones o neutrones). Midiendo después los ángulos, la intensidad y los patrones del haz a medida que este rebota o atraviesa los diferentes planos de la compleja estructura cristalina, los investigadores consiguen medir y establecer muchas de sus propiedades.

En el caso de los cristales de silicio, la información así obtenida es de vital importancia tanto para caracterizar las propiedades electrónicas, mecánicas y magnéticas de los cristales, que se utilizan como componentes de microchips, como para diseñar nuevos materiales que serán usados en las próximas generaciones de dispositivos, incluidos los ordenadores cuánticos. De hecho, la continua reducción de tamaño de los chips, que actualmente tienen ya apenas unos pocos nanómetros, obliga a los investigadores a profundizar más y más en ese conocimiento, ya que en esas diminutas escalas cada vez son más importantes los extraños efectos predichos por la Mecánica Cuántica.

«Una comprensión enormemente mejorada de la estructura cristalina del silicio, el sustrato 'universal' o material de base sobre el que se construye todo -asegura Michael Huber, investigador principal del NIST en el estudio-, será crucial para comprender la naturaleza de los componentes que operan cerca del punto en el que la precisión de las mediciones está limitada por los efectos cuánticos».

Como todos los objetos cuánticos, en efecto, los neutrones tienen propiedades que les hacen comportarse, a la vez, como partículas y ondas. A medida que un neutrón viaja a través del cristal, forma ondas estacionarias (como una cuerda de guitarra pulsada) tanto en el medio como en la parte superior de las filas u hojas de átomos de la estructura cristalina, llamados planos de Bragg. Cuando las ondas de cada una de las dos rutas se cruzan, o 'interfieren', en el lenguaje de la física, crean sutiles patrones, llamados 'oscilaciones de péndulo' que proporcionan información sobre las fuerzas que experimentan los neutrones dentro del cristal.

«Imagine dos guitarras idénticas -explica Huber-. Tóquelas de la misma manera, y cuando las cuerdas vibren, conduzca una por una carretera con badenes, es decir, a lo largo de los planos de átomos en la estructura cristalina, y lleve a la otra por una carretera de la misma longitud pero sin los badenes, lo que sería como moverse entre los planos de la estructura. La comparación de los sonidos de ambas guitarras nos dice algo sobre la naturaleza de los badenes: ¿cómo son de grandes, cómo de pronunciados, tienen formas interesantes?».

La investigación, que se llevó a cabo en el Centro NIST de Investigación de Neutrones (NCNR) en Gaithersburg, Maryland, en colaboración con investigadores de Japón y Canadá, permitió mediciones cuatro veces más precisas de la estructura de los cristales de silicio de las que se habían conseguido hasta el momento.

Los neutrones, no tan 'neutros'

En uno de sus sorprendentes resultados, los investigadores consiguieron medir el 'radio de carga' eléctrico del neutrón con la mayor precisión conseguida hasta ahora. Como indica su propio nombre, los neutrones son eléctricamente neutros. Pero cada neutrón, a su vez, está formado por tres partículas cargadas, los quarks, cuyas propiedades eléctricas no están distribuidas de manera uniforme.

Como resultado, la carga predominantemente negativa de un tipo de quark tiende a ubicarse hacia la parte exterior del neutrón, mientras que la carga neta positiva se ubica hacia el centro. La distancia entre esas dos concentraciones es el 'radio de carga'. Esa dimensión, importante para la física fundamental, se ha medido en otros experimentos similares, pero sus resultados difieren significativamente. Los nuevos datos, sin embargo, no se ven afectados por los factores que se cree que llevaron a estas discrepancias.

Ser capaces de medir las 'oscilaciones de péndulo' en un entorno con carga eléctrica brindó a los científicos una forma única de medir el radio de carga. «Cuando el neutrón está en el cristal -explica por su parte Benjamin Heacock, primer formante del estudio- está bien dentro de la nube eléctrica atómica. Allí, debido a que las distancias entre cargas son tan pequeñas, los campos eléctricos interatómicos son enormes, del orden de cien millones de voltios por centímetro. Debido a ese campo muy, muy grande, nuestra técnica es sensible al hecho de que el neutrón se comporta como una partícula compuesta esférica con un núcleo ligeramente positivo y una capa circundante ligeramente negativa».

¿Detectada una quinta fuerza de la Naturaleza?

Con todo, el resultado más llamativo de esta investigación es una nueva pista que apunta directamente a la existencia de una quinta fuerza. Como se ha dicho, el Modelo Estándar es la mejor teoría que tenemos sobre las partículas subatómicas y las fuerzas que gobiernan todas sus interacciones. Sin embargo, la teoría ofrece una explicación incompleta de cómo funciona la naturaleza, y desde hace tiempo los científicos sospechan que hay mucho más en el Universo de lo que la teoría predice.

El Modelo Estándar, por ejemplo, sólo es capaz de describir tres de las cuatro fuerzas fundamentales: la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil. Cada una de ellas, en efecto, opera por medio de la acción de una 'partícula mensajera', que es portadora de la unidad mínima de cada fuerza. En el caso de la fuerza electromagnética, la partícula portadora es el fotón, en el de la nuclear fuerte es el gluón y en el de la nuclear débil son los bosones W y Z, partículas todas que han sido observadas en los aceleradores modernos. Pero el Modelo Estándar aún tiene que incorporar a la gravedad en su descripción, cosa que se lleva intentando, sin éxito, desde hace décadas. Se supone que, igual que sucede con las otras fuerzas, también la gravedad debería tener su propia partícula portadora, el 'gravitón'. Pero nadie ha conseguido encontrarla por ahora. Y por si fuera poco, algunos experimentos y teorías sugieren la posible existencia de una quinta fuerza, una que no está prevista en absoluto en el Modelo Estándar.

«Generalmente -explica Heacock-, si hay un portador de fuerza, la escala de longitud sobre la que actúa es inversamente proporcional a su masa, lo que significa que sólo puede influir en otras partículas en un rango limitado. Pero el fotón, que no tiene masa, puede actuar en un rango ilimitado. Entonces, si conseguimos abarcar el rango sobre el que podría actuar, podremos también poner límites a su fuerza». Los resultados de los científicos mejoran en un factor de diez las anteriores restricciones sobre el rango de actuación de una quinta fuerza potencial. Heacock y sus colegas, en efecto sitúan el radio de acción de la quinta fuerza en una escala de longitud que va desde los 0,02 nanómetros (un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro) y los 10 nm, lo que brinda a los 'cazadores' de la quinta fuerza un rango mucho más estrecho en el que buscar.

Los investigadores, que no se conforman con estos resultados, ya planean una nueva serie de mediciones aún más precisas, lo que podría incluso permitir que en el futuro sean ellos, y no otros equipos, los que descubran por fin esa enigmática quinta fuerza de la Naturaleza.

Fuente: ABC Ciencia

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Miércoles, 08 Septiembre 2021 09:46

¿UNA SOLUCIÓN PARA EL MAYOR PROBLEMA DE LA FISICA?

El secreto que permitirá conciliar la Relatividad y la Mecánica Cuántica podría estar oculto en las ondas gravitacionales

¿Por qué la Relatividad General de Einstein y la Mecánica Cuántica no son compatibles entre sí? Ese es uno de los mayores misterios de la Ciencia. Uno con el que la Física lleva lidiando varias décasas sin que de momento se vislumbre una solución. En ambos casos, se trata de teorías que han demostrado mil veces su efectividad y su gran capacidad de predicción, cosechando éxito tras éxito y superando todas las pruebas y escrutinios a los que han sido sometidas. Ambas, en efecto, describen con acierto el mundo que nos rodea, aunque a escalas muy distintas.

Las leyes de la relatividad, en efecto, gobiernan el comportamiento del Universo a gran escala, dictan cómo los objetos, desde planetas a

 galaxias enteras, se relacionan a través de la gravedad y dan lugar a las enormes estructuras de materia que podemos ver a nuestro alrededor. Según la relatividad, la gravedad es una característica de todo el espaciotiempo.

La Mecánica Cuántica, por su parte, hace lo mismo, aunque en el reino de las partículas subatómicas, de lo infinitamente pequeño. Y allí, sorprendentemente, las leyes cambian. Los efectos de la relatividad apenas se sienten en el diminuto mundo cuántico, del mismo modo que los efectos cuánticos resultan despreciables en los dominios de la relatividad. Ambos mundos, el de lo grande y el de lo pequeño, están gobernados por leyes totalmente distintas. Y lo que es peor, incompatibles entre sí. ¿Cómo es posible que los "ladrillos" más básicos de la realidad se comporten de forma tan distinta a los 'conjuntos de ladrillos' que son los objetos que nos rodean? ¿Cómo puede ser que las leyes que rigen un mundo no se apliquen también en el otro?

Si tuviéramos que elegir algo donde esas diferencias se vuelven del todo insoportables para los físicos, ese algo sería indiscutiblemente la gravedad. Los científicos conocen cuatro grandes fuerzas de la naturaleza: Electromagnetismo, fuerzas nucleares (fuerte y débil) y gravedad. Tres de esas cuatro fuerzas están 'cuantificadas', es decir, que existe una unidad mínima de cada fuerza que es transportada por una partícula concreta. Así, los fotones son las 'partículas mensajeras' del electromagnetismo, mientras que los gluones y los bosones W y Z son, respectivamente, las partículas mensajeras que se encargan de las fuerzas nucleares: la fuerza nuclear 'fuerte', responsable de la cohesión de los núcleos atómicos; y la fuerza nucler 'débil', responsable de todos los fenómenos de descomposición radiactiva que se dan en la Naturaleza.

Pero ¿Qué hay de la cuarta fuerza? La gravedad, en efecto, se resiste a ser 'cuantificada'. Y a pesar de que los físicos creen que debería haber, como en las demás fuerzas, una partícula encargada de transportar la cantidad mínima de gravedad, nadie ha conseguido aún encontrar esa partícula, que desde hace décadas los científicos conocen como 'gravitón'. Lo cual deja a la física fundamental y a nuestro conocimiento del Universo como algo que se compone de dos partes que no encajan entre sí. Si queremos tener, por fin, una imagen coherente del mundo que nos rodea, es necesario combinar esas dos mitades.

Hoy, la buena noticia es que un equipo de investigadores dirigidos por Maulik Parikh, de la Universidad Estatal de Arizona, podría haber dado un paso importante para detectar la 'naturaleza cuántica' de la gravedad, es decir, para encontrar por fin a los gravitones. Y esa forma tiene que ver con las ondas gravitacionales, las 'ondulaciones' en el tejido mismo del espaciotiempo causadas por fenómenos violentos (colisiones de agujeros negros o explosiones de supernovas) y que recorren el Universo como las ondas de agua que se forman en un lago cuando tiramos una piedra. Según explican Parikh y sus colegas en un estudio que aparece esta semana en ' Physical Review Letters', el modo en que las fluctuaciones cuánticas afectan a las ondas gravitacionales podría ayudar a los físicos a resolver el problema de una vez y para siempre.

A la caza del gravitón

Después de varias décadas de esfuerzo, los científicos han llegado a la conclusión de que los niveles de energía a los que serían evidentes los efectos cuánticos sobre el comportamiento de la gravedad son extremadamente altos, mucho más allá del alcance de nuestros mayores acereradores de partículas. Sin embargo, Pahrik y su equipo creen que un lugar en el que encontrar esos niveles de energía extremadamente altos son, precisamente, los eventos astronómicos que producen ondas gravitacionales, algunos de los sucesos más violentos de todo el Universo.

La idea puede parecer complicada, pero resulta aplastantemente lógica. Las ondas producidas por campos cuanticos, como la luz, son a la vez ondas y partículas (fotones). Por lo tanto, si también los campos gravitacionales son cuánticos, entonces también las ondas gravitacionales deberían comportarse como partículas. Y esas partículas (hoy aún hipotéticas) son los gravitones.

En su estudio, Parikh y su equipo explican que los gravitones podrían causar sutiles alteraciones en las señales de ondas gravitacionales. Y esas alteraciones podrían detectarse con los observatorios actuales de ondas gravitacionales.

«Es posible -asegura Parikh- que la naturaleza cuántica de la gravedad no esté tan fuera del alcance de los detectores de ondas gravitacionales. Y tal vez haya una firma experimental detectable en ella. Nuestra predicción es que existe una especie de 'ruido', una granulosidad en la gravedad, y las características de ese ruido dependen del estado cuántico del campo gravitacional».

Según el estudio, ese 'ruido' podría aislarse del que procede de otras fuentes externas, y distinguirse entre todos porque, a diferencia de un 'ruido local' que afectara a un solo detector, se manifestaría exactamente de la misma forma en todos los detectores al mismo tiempo. Ser capaces de observar ese ruido aportaría la prueba de que la gravedar es realmente una fuerza cuántica.

¿Pero cómo sería exactamente el ruido que hay que buscar?

Parikh y su equipo trabajan ahora justo en esa cuestión, y están realizando ya modelos de cómo se vería ese ruido cuántico en las detecciones de ondas gravitacionales de la vida real, para que los científicos puedan buscarlo a partir de ahora. Si finalmente lo encontraran, se habría dado un paso de gigante hacia la unificación de la gravedad con la mecánica cuántica. «Toda la historia de la gravedad -concluye Parikh- es en realidad la historia del espacio y el tiempo. En una teoría del todo, esperaríamos que el espacio, el tiempo y la materia fueran uno, y observar esto sería un gran paso para demostrarlo».

Fuente: ABC Ciencia

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Este descomunal estallido cósmico desafía la teoría sobre los rayos gamma en el universo. Por su cercanía y por su colosal energía.

DESY SCIENCE COMMUNICATION LAB

Un equipo de científicos ha conseguido la mejor vista hasta ahora de las explosiones más brillantes del universo: los estallidos de rayos gamma (GRB), asociadas a explosiones extremadamente energéticas en galaxias distantes.

Ha sido un observatorio especializado en Namibia el que ha registrado la radiación más enérgica y el resplandor de rayos gamma más largo de un estallido de rayos gamma (GRB) hasta la fecha. Ha sido tan colosal la explosión cósmica que las observaciones con el Sistema Estereoscópico de Alta Energía (H.E.S.S.) desafían la idea establecida de cómo se producen los rayos gamma en estas colosales explosiones estelares.

Uno de los fenómenos más energéticos del universo

“Los estallidos de rayos gamma son rayos X brillantes y destellos de rayos gamma observados en el cielo, emitidos por fuentes extragalácticas distantes”, explica la científica de DESY Sylvia Zhu, coautora del trabajo. “Son las explosiones más grandes del universo y están asociadas con el colapso de una estrella masiva que gira rápidamente en un agujero negro. Una fracción de la energía gravitacional liberada alimenta la producción de una onda expansiva ultrarelativista. Su emisión se divide en dos fases distintas: una fase inicial caótica y rápida que dura decenas de segundos, seguida de una fase de resplandor de larga duración que se desvanece suavemente ".

El evento explosivo supuso la muerte de una estrella y el inicio de su transformación en un agujero negro, según expertos del Sincrotrón de Electrones Alemán en Hamburgo. Fue detectado por los telescopios espaciales Fermi y Swift, con el apoyo del telescopio del Sistema Estereoscópico de Alta Energía (H.E.S.S) en Namibia.

La explosión, denominada GRB 190829A, se detectó por primera vez el 29 de agosto de 2019. A pesar de que esta explosión se encuentra a unos 1.000 millones de años luz de distancia, se cree que está en nuestra región cósmica.

"La energía de los rayos gamma se detectó durante varios días", explican los expertos. Antes de esto, los estallidos de rayos gamma generalmente suelen ser detectados a unos 20.000 millones de años luz de distancia (esta vez a solo 1.000 millones de años luz) y su resplandor solo se pudo observar durante unas pocas horas cada una y con energías mucho más bajas.

"Estábamos realmente sentados en primera fila cuando se produjo esta explosión de rayos gamma", celebra el coautor Andrew Taylor, del DESY. El equipo captó el resplandor posterior a la explosión inmediatamente cuando se hizo visible para los telescopios HESS. "Pudimos observar el resplandor posterior durante varios días y a energías de rayos gamma sin precedentes", comenta Taylor.

Su distancia, relativamente corta, permitió realizar mediciones detalladas del espectro del resplandor, la distribución de 'colores' o energías de los fotones de la radiación, en el rango de energía muy alto.

"Podríamos determinar el espectro de GRB 190829A hasta una energía de 3,3 tera-electronvoltios, que es aproximadamente un billón de veces más energético que los fotones de la luz visible", explica Edna Ruiz-Velasco del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg.

Los resultados

"Nuestras observaciones revelaron similitudes curiosas entre los rayos X y la emisión de rayos gamma de muy alta energía del resplandor de la explosión", comentan los autores.

La teoría establece que los dos componentes de emisión deben ser producidos por mecanismos separados. Pero las observaciones del resplandor crepuscular de GRB 190829A muestran que ambos componentes, rayos X y rayos gamma, se desvanecieron en sincronía. Esto plantea un desafío para el origen del sincrotrón de la emisión de rayos gamma de muy alta energía.

Fuente: Muyinteresante.com

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La información que rodea a la energía nuclear continúa plagada de miedos y mitos. ¿Estás realmente informado? Compruébalo respondiendo a las preguntas que te proponemos en este test.

La energía nuclear es una forma de generación de energía alternativa a los tradicionales –y tan perjudiciales para la habitabilidad de planeta y la salud humana– combustibles fósiles (el carbón y el petróleo). Se basa en un proceso físico del interior de los átomos y de las partículas más pequeñas que los forman: los protones y los electrones. La gran ventaja de esta fuente energética es que produce grandes cantidades, estallidos enormes de energía que, controlada y dosificada, se ha utilizado como combustible desde mediados del siglo XX en muchos países del mundo. Su descubrimiento es relativamente reciente, de principios del siglo pasado, y algunos de los nombres más célebres de la ciencia contemporánea resuenan en la historia de esta fuente de energía (Marie Curie o Albert Einstein

La radiactividad puede provocar daño en nuestro ADN. La nuclear es un tipo de radiación ionizante, que puede arrancar un electrón de un átomo. Por eso, su poder es un arma de doble filo, como ya se experimentó en las primeras décadas del siglo XX. Por desgracia, el maravilloso potencial de la energía nuclear se utilizó con fines militares durante la Segunda Guerra Mundial, mediante el lanzamiento de bombas atómicas, el arma más destructiva que se conoce. 

Sin embargo, la tecnología empleada en las centrales nucleares poco o nada tiene que ver con la antigua tecnología militar nuclear. Es más, los procesos detrás de la obtención de energía nuclear han evolucionado mucho con el paso de las décadas. La seguridad de las centrales nucleares se ha perfeccionado; los métodos de obtención de combustibles nucleares se han perfeccionado; y los errores cometidos con el tratamiento de residuos –uno de los principales problemas y críticas a esta fuente de energía– se han ido mejorando. 

Buena parte de la comunidad científica deposita sus esperanzas en esta fuente de energía como apoyo para dejar atrás a los peligrosos combustibles fósiles, para abrir camino a una transición energética de la mano de las conocidas como energías renovables (eólica, solar...) No obstante, pese a su enorme potencial, posee muchos detractores. 

Debido a su mala fama heredada de los horrores de las armas nucleares, y de algunos accidentes de centrales nucleares primitivas (que poco tienen que ver con las actuales), la información que rodea a la energía nuclear continúa plagada de miedos y mitos. 

Por suerte, con ayuda de algunos expertos, hemos elaborado este test para comprobar cuánto sabes sobre energía nuclear. ¿Estás preparado para comprobarlo?

¡Comenzamos!

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