Los escurridizos neutrinos ponen la Física patas arriba

Los neutrinos son unas de las partículas fundamentales más fascinantes del Universo. Fueron postulados por el físico austríaco W. Pauli en 1930 para explicar la desintegración de los neutrones durante la emisión de radiactividad beta. Sin embargo, su existencia no se confirmó hasta 1956 ya que practicamente no interactúan con la materia, lo cual dificulta terriblemente su detección: para detener la mitad de los neutrinos de un haz se necesitaría una barrera de plomo de ¡un año-luz de espesor!. De hecho, los neutrinos procedentes del Sol atraviesan la Tierra limpiamente sin generar prácticamente ninguna señal de su paso.

Estas fantasmagóricas partículas encierran todavía multitud de secretos: aunque parecía que no tenían masa en reposo, en la actualidad se piensa que ésta podría tener una pequeño valor, suficiente para tener consecuencias sobre la densidad del Universo, ya que es extraordinariamente abundante. También hay que aclarar que existen tres tipos diferentes de neutrinos (electrónico, muónico y tauónico), existiendo evidencias de que se pueden convertir unos en otros, proceso que llamado oscilación de neutrinos .

Precisamente para confirmar esta osiclación se diseñó el experimento OPERA, consistente en enviar neutrinos desde la sede del CERN en Ginebra hasta un detector situado bajo el Gran Sasso, en los Apeninos italianos, a 730 km de distancia. Finalmente este proyecto ha proporcionado un resultado aún más rocambolesco: el pasado viernes 23 de Septiembre se anunció desde el CERN el adelanto de los neutrinos a la luz, ya que superan su velocidad en un factor de veinte partes por millón. De confirmarse este resultado, los físicos tendrían bastante trabajo los próximos años ajustando la Teoría de la Relatividad de forma que pudiera explicar esta anomalía.

En su libro "La estructura de la revoluciones científicas", Thomas S. Kuhn define el paradigma científico, es decir, el marco teórico y la práctica de una comunidad científica. Cuando se observa una anomalía dentro de un paradigma, se intenta inicialmente explicarlo dentro de este marco conceptual, hasta que el paradigma entra en crisis y se produce una revolución científica que lo replantea  desde sus fundamentos. Todavía no sabemos si esta anomalía tendrá consecuencias, pero parece que no conviene perder de vista a estos incómodos neutrinos.

Os dejo con la explicación de Darío Autiero, a la que podeis hacer algún comentario:

Capturando antimateria durante 16 minutos

Ya hemos hablado en otros artículos de la existencia de antimateria,  cuyos elementos constituyentes, las antipartículas, tienen las mismas propiedades que las partículas materiales, pero con carga eléctrica opuesta.

Todavía no entendemos completamente por qué estas antipartículas son tan escurridizas y misteriosas: a pesar de que en el Big Bang se debió de formar teóricamente la misma cantidad de materia que de antimateria, en el Universo actual no se detectan cantidades apreciables de ésta última ya que, en cuanto se forman antípartículas se desintegran inmediatamente al entrar en contacto con las partículas correspondientes.

© CERN

El Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) está estudiando la antimateria desde diferentes perspectivas. Por un lado, ha diseñado y construido un detector, el AMS (Espectrómetro Magnético Alfa) ensamblado a la Estación Espacial Internacional, que rastrea los confines del Universo en busca de antimateria. Por otro lado, en su sede de Ginebra, se convirtió en 1995 en el primer laboratorio que consiguió generar de forma artificial antiátomos de antihidrógeno. Dentro de este programa acaba de publicarse que se ha conseguido  almacenar durante 1000 segundos una muestra de unos 300 antiátomos. Este logro permitirá su estudio detallado y la comparación de sus propiedades con las del hidrógeno, y quizás desvele finalmente parte del misterio que rodea a esta fantasmagórica antimateria.
Os recomiendo este video donde se explica el funcionamiento del Programa ALPHA.

La antimateria

En 1928, el físico inglés Paul Dirac postuló la existencia de antipartículas, objetos que tenían las mismas características que las partículas ya conocidas -protón y electrón- pero cuya carga era opuesta, con el fin de explicar la aparición de soluciones dobles en la Ecuación de Dirac. Había nacido el concepto de antimateria.

Un razonamiento que permite justificar la existencia de la antimateria es la posibilidad de convertir energía en materia. Einstein explicó en su Teoría Restringida de la Relatividad que la materia se podía transformar en energía  de acuerdo con la expresión E = m.c². Si pretendemos realizar el proceso inverso, es decir, transformar energía en materia, se deberá formar una partícula cargada y su complementaria de carga opuesta para mantener la neutralidad de la carga. Esto implica que una cantidad de energía debe generar una partícula y su antipartícula correspondiente, la misma cantidad de materia que de antimateria. Otra consecuencia de este hecho es que cuando se encuentran en un mismo punto materia y  antimateria, ambas se desintegran, liberando una cantidad enorme de energía

Desde que se detectó la primera antipartícula en 1932, se han generado de forma rutinaria en laboratorios de todo el mundo. Por ejemplo, la Tomografía de emisión de positrones es una técnica de diagnóstico patentada en el CERN y extendida por todo el mundo. Pero la antimateria todavía encierra enigmas sin aclarar: ¿por qué no se detecta prácticamente nada de antimateria estable en el Universo?. ¿Dónde se encuentra la antimateria que se tuvo que formar durante el Big Bang?. El lanzamiento y puesta en órbita del AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) en la Estación Espacial Internacional contribuirá a aclarar estos misterios que rodean a la antimateria.

A la caza de antimateria

En 1928, Paul Dirac unificó la Teoría de la Relatividad y la Mecánica Cuántica por medio de una ecuación que lleva su nombre. Al resolverla se observó que la solución podía ser doble, lo que permitió a Dirac postular la existencia de la antimateria, un estado constituido por antipartículas, objetos de propiedades ideénticas a las partículas ya conocidas, pero de carga opuesta.

La confirmación de esta hipótesis se produjo en 1932, cuando se descubrió el positrón, la antipartícula correspondiente al electrón. Desde entonces se han detectado infinidad de antipartículas y algunos de los últimos avances tecnológicos están relacionados con la antimateria, como la Tomografía de Emisión de Positrones (P.E.T.), una técnica de diagnóstico que produce imágenes tridimensionales muy precisas de nuestro organismo.

Lanzadera espacial Endeavour © NASA

Sin embargo, la antimateria esconde todavía grandes enigmas, ya que aunque la Física predice que depués del Big Bang, en los inicios del Universo, se tuvo que producir igual cantidad de materia y antimateria, no encontramos ésta última en ninguna parte del Universo. Por esta razón, hoy se lanzqa al espacio el A.M.S., Espectrómetro Magnético Alfa, un detector de antimateria construido en el C.E.R.N., que será ensamblado en la Estación Espacial Internacional (I.S.S.), donde medirá durante 10 años la presencia de antipartículas en el espacio exterior con una sensibilidad que nunca ha sido alcanzada. España ha colaborado, a través del CIEMAT, en la construcción de uno de los ocho detectores que forman el A.M.S.

Esperamos que esta sonda permita una mayor conocimiento del Universo y desentrañar los enigmas del siglo XXI: la materia oscura, el origen del Universo y la constitución fundamental de la materia.

Chernobyl, 25 años después

Hoy, 26 de Abril de 2011, se cumplen 25 años del accidente de Chernobyl en un ambiente muy diferente del que nos habíamos imaginado.

Cuando todos parecían haber olvidado las dramáticas consecuencias de la tragedia, que causó centenares de miles de muertos de acuerdo con el Informe de AIMPGN (2006), nos encontramos con el siniestro déjà vu de Fukushima, donde se repiten todas las pesadillas que recordamos bien: helicópteros sobrevolando la central intentando controlar su temperatura; un muro de silencio y de desinformación ocultando las dimensiones del accidente; liquidadores jubilados limpiando el entorno contaminado de la central; los isótopos yodo-131, cesio-137, estroncio-90 en vuelo transoceánico para hacer turismo en california, Europa o Groenlandia.

La historia nuclear de la Humanidad se ha caracterizado por mostrar unos rasgos de frivolidad que rozan el esperpento, como las pruebas atmosféricas realizadas por Estados Unidos y la Unión Soviética en los años 50 o el depósito de resíduos nucleares de alta actividad en la Fosa Atlántica frente a la costa gallega en los años 80. Ahora descubrimos unos adosados nucleares en primera línea de tsunami, urbanizaciones de centrales nucleares situadas en una zona exclusiva: la de mayor riesgo sísmico del mundo. Ojalá que dentro de treinta años no tengamos que repetir la crónica de un desastre anunciado. Por cierto, en 1988 se publicó en Japón un cómic que anunciaba el accidente nuclear en una de las centrales del pais.

Para los que necesiten más información, os recomiendo el siguiente documental

G.O.C.E., el mejor fotógrafo de la Tierra

G.O.C.E. es un satélite de la Agencia Espacial Europea cuyas siglas son Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer (Explorador del campo Gravitatorio y la circulación oceánica). Fue lanzado en 2009 y su misión consiste en determinar con gran precisión la gravedad terrestre y la forma del geoide terráqueo. 

From  E.S.A.

Esta semana, después de dos años  de recogida de datos, se ha publicado un mapa de la gravedad terrestre que no tiene precedentes, en el que se muestran con distintos colores las diferencias de gravedad sobre la superficie de la Tierra. Las zonas de mayor gravedad están coloreadas en amarillo y las de menor, que se superponen con los oceános, en azul.

Además, el satélite ha caracterizado con una precisión de unos dos centímetros la forma exacta del geoide terráqueo. Desde el siglo XVII sabíamos que la Tierra está achatada por los Polos, pero ahora podemos afirmar que tiene forma de pera, más achatada en un polo que en el otro. La caracterización perfecta del geoide permitirá conocer mejor las corrientes marinas y  avanzar en los estudios del clima.

Este satélite continuará girando alrededor de la Tierra otros dos años más, por lo que se espera que todavía aporte una información fundamental para el estudio del cambio climático. Podeis observar en este video la calidad de los datos suministrados por G.O.C.E.

Álvaro de Rújula, un marqués en el C.E.R.N.

Álvaro de Rújula es uno de los físicos teóricos en activo más destacados del mundo. Nació en Madrid, estudió Físicas en la Universidad Complutense, donde se doctoró, y posteriormente trabajó en el Institut des Hautes Études Scientifiques (IHES) de Paris. Desde 1977 es miembro del C.E.R.N. y en la actualidad forma parte del Instituto de Física Teórica (IFT) de la Universidad Autónoma de Madrid / C.S.I.C.

Aprovechando que ayer pronunció una conferencia sobre el LHC en la Fundación Banco de Santander de Madrid ha sido entrevistado por el diario Público en su edición de hoy. En la entrevista se desvelan muchas sorpresas acerca de nuestro protagonista, entre las que está el origen nobiliario de su familia, que ostentaba el cargo de rey de armas, encargado por el rey del registro de títulos nobiliarios.

Pero son más interesantes sus investigacones sobre Física Teórica o sus consideraciones acerca de los retos de la Física de nuestro siglo: la detección del bosón de Higgs, las posibilidad de que el neutralino sea responsable de la materia oscura detectada en el Universo o, incluso, de la posible detección de vida inteligente fuera del Tierra.

Seguro que os ahora os quedais con ganas de haber asistido a su conferencia, pero no os preocupeis que la red nos permite disfrutar de esta entrevista a Álvaro de Rújula cargada en la página web del C.E.R.N.

El C.E.R.N., laboratorio europeo de Física de Partículas

El C.E.R.N. está de actualidad estos días en los que su acelerador principal, el L.H.C. trabaja a pleno rendimiento y se comienzan a publicar noticias de nuevos descubrimientos. Pero, ¿sabes exactamente qué es el C.E.R.N.?

Se trata de uno de los laboratorios más grandes del mundo, donde cualquiera de sus rasgos adquiere la categoria de colosal. Fue fundado en 1954, en plena Guerra Fría, por 12 países europeos, a los que se unió España en 1961, aunque más tarde se reincorporó en 1983 después de su retirada unilateral en 1969. Muchos físicos españoles han realizado parte de su doctorado o posdoctorado en sus instalaciones.

Podemos destacar cuatro objetivos principales en el C.E.R.N. El primero, lógicamente, es la investigación básica centrada en Física de Partículas, encontrándose  entre su plantilla varios Premios Nobel.

El segundo es el fomento de la cooperación internacional entre los países que participan en sus proyectos: ahí podemos encontrar trabajando juntos a científicos israelíes y palestinos, sin que importen sus ideas políticas, confesiones religiosas o diferencias culturales.

No menos importantes son los restantes objetivos: el fomento de la educación, desarrollando actividades de divulgación científica dirigidas a estudiantes de Secundaria y Universidad con el fin de que los jóvenes se interesen por la ciencia y la investigación; y , por último, la transferencia de tecnología a todos los países. Es importante saber que el C.E.R.N. no cobra patentes de los diferentes avances tecnológicos que se han desarrollado en sus instalaciones. Y como muestra, la más impactante: el nacimiento de internet en el C.E.R.N en 1990, gracias al diseño del protocolo HTML por el físico Tim Berners Lee.

Para los que querais aprender más cosas acerca del C.E.R.N. os recomiendo un video que podeis comentar más abajo.

Tsunami en Japón

Desde que se produjo el tsunami en Indonesia el 26 de Diciembre de 2004, los maremotos han atraido la atención de los medios de comunicación de todo el mundo.

Quizás lo primero que se debe decir sobre este fenómeno natural es que la palabra apropiada en castellano es maremoto. La popularización de tsunami se debió a que no existe en inglés ninguna palabra para referirse a los terremotos submarinos ni a  las olas que generan, por lo que se adoptó esta palabra japones que significa literalmente "ola de puerto".

La característica que diferencia un maremoto de  las olas de una tormenta, como las galernas del Cantábrico, es que éstas se producen superficialmente por la acción del viento, removiendo una masa de agua relativamente pequeña. Por el contrario, en los maremotos se agita toda la columna de agua situada entre el epicentro y la superficie. Esta cantidad de agua tan enorme, hace que la energía transportada sea mucho mayor y sus efectos, devastadores. 

© wikipedia

También contribuye a incrementar su capacidad destructora el hecho de que la pendiente de la plataforma continental sea muy grande, porque la velocidad de las olas depende de la profundidad y cuando se acercan a la costa aumentan de altura a medida que se propagan más despacio. Por esta razón, las olas de los maremotos pueden pasar desapercibidas en alta mar, aunque sean percibidas a mayor profundidad.

Un fenómeno que delata la llegada de un maremoto es la retirada muy rápida del mar, similar a una marea baja muy brusca 5 o 10 minutos antes de la gran ola. En cuanto a las magnitudes características de la onda, su longitud de onda puede llegar a ser de 100 km y su periodo oscila entre diez minutos o media hora; la velocidad de fase típica es  de unos 600 km/h en alta mar y la amplitud, pequeña mar adentro, puede alcanzar de 5 a 10 en la costa, donde se percibe como una riada que entra a gran velocidad.

Los maremotos más recientes han sido el ya mencionado en el Pacífico, en las Navidades de 2004 y el sufrido por Japón el pasado 11 de Marzo. Entre los históricos destaca el de Lisboa, el 1 de Noviembre de 1755, que arrasó la ciudad, produjo graves daños en Huelva y Cadiz e, llegando a percibirse el temblor en la Catedral de Salamanca y en otras ciudades de la Península Ibérica, siendo descrito en el Cándido de Voltaire.

Puedes dejar constancia en los comentarios de otros maremotos famosos e imaginarlos con el siguiente video filmado en Japón.

El desastre del puente de Tacoma

La resonancia es un fenómeno físico que poca gente conoce por su nombre, pero relacionado con situaciones muy próximas en la vida cotidiana. ¿Cuántas veces hemos encendido una radio y sintonizado nuestra emisora favorita?. Pero también interviene en sucesos tan increibles como el derrumbamiento del puente de Tacoma, ocurrido el 7 de Noviembre de 1940.

Todos los sistemas físicos tienen una o varias frecuencias de vibración características que dependen de sus dimensiones. Cuando una onda se propaga con esa frecuencia, estos sistemas vibran espontáneamente ya que absorben selectivamente la energía transmitida con esa frecuencia y no otra.  Por esa razón sólo oimos una emisora con una frecuencia, mientras se transmiten las demás por el aire,  o se rompe la copa de cristal cuando una cantante de ópera canta con cierta frecuencia.

Indica en los comentarios distintos fenómenos físicos debidos a la resonancia de una vibración, explicándolos brevemente.

La jaula de Faraday

¿Qué impresión os causaría ver la caida de un rayo sobre un avión?. Es un fenómeno muy frecuente durante las maniobra de despegue o aterrizaje

From gizmodo.com

Cuando alguien va a sufrir algún fenómeno natural - frío, calor, descargas eléctricas, etc.- se protege o aisla del exterior empleando algún aislante. Por ejemplo, utilizamos paraguas de plástico cuando llueve, pero a nadie se le ocurriría llevar una sombrilla de papel porque quedaría inservible después de la primera tromba de agua.

Sin embargo,  a veces el mejor material es el más insospechado: los edificios flexibles, que pueden parecer poco firmes, son los que mejor resistirán un terremoto, como saben en Japón, mientras que los rígidos se romperán ante las primeras sacudidas. Al estudiar el Electromagnetismo ocurre lo mismo: para protegerse de un rayo necesitamos un conductor en lugar de un aislante, por paradójico que pueda resultar

Llamamos jaula de Faraday a un revestimiento cerrado de material conductor que protege el interior de la acción de las cargas eléctricas. De acuerdo con el Teorema de Gauss, el campo eléctrico en el interior de un conductor debe ser nulo, por lo que todas las cargas eléctricas deben disponerse en el exterior del recinto, dejando el interior libre de fenómenos eléctricos. El fenómeno físico fue descubierto por Michael Faraday, del que recibe el nombre, aunque parece que B. Franklin, el inventor del pararrayos, observó el fenómeno previamente.

Podemos observar este fenómeno en muchos museos de Ciencia, pero seguramente resulta más espectacular  ver este video, en el que se explica brevemente  el fundamento de la jaula de Faraday. Indica en tu comentario alguna aplicación posible de una jaula de Faraday, buscando en los enlaces de esta entrada.

Fukushima, 25 años después de Chernobyl

El viernes 11 de Marzo de 2011 Japón sufrió uno de los mayores terremotos de su Historia, que alcanzó una intensidad 9 en la escala de Richter. Aunque el país resistió relativamente bien el impacto del terremoto, el posterior tsunami que inundó las zonas próximas a la costa del Pacífico ha elevado provisionalmente la cifra de victimas hasta los nueve mil.

Los desastres naturales no se pueden prever fácilmente, aunque se pueden paliar sus efectos. Sin embargo, si se puede meditar seriamente acerca de las alternativas posibles  a las que se enfrenta la Humanidad: ¿qué cantidad de recursos vamos a consumir?; ¿cuánta energía necesitamos generar y a qué coste?; ¿qué planeta queremos legar a nuestros hijos?. Desde esta perspectiva resulta inconcebible cómo se pueden emplazar seis reactores nucleares en una zona de gran actividad sísmica y expuestos al riesgo de un maremoto.

La inundación de las centrales tras el tsunami, seguida de un fallo en la refrigeración de cuatro  reactores, produjo  el aumento de la presión en el interior de las vasijas, varias explosiones de hidrógeno y, finalmente,  la emisión de varios radioisótopos al entorno de la central.

Las consecuencias, de acuerdo con los datos publicados por el gobierno francés y Greenpeace, son de momento la emisión de yodo-131 y cesio-137 y la contaminación del agua potable y alimentos en varios departamentos.

Cuando están a punto de cumplirse 25 años del accidente de Chernobyl, resulta muy triste comprobar que seguimos repitiendo los errores del pasado. Espero que esta presentación nos recuerde la tragedia vivida en Chernobyl el 26 de Abril de 1986. Por favor, indicad en vuestro comentario las ventajas e inconvenientes de esta fuente de energía y vuestra opinión personal acerca de su uso.

Chernobyl

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