lunes, 29 de mayo de 2017

Arranca la nueva temporada de física en el LHC

El LHC o gran colisionador de hadrones del CERN, en la frontera franco-suiza, comenzó este martes a funcionar, permitiendo a los experimentos tomar datos por primera vez en 2017. Las operaciones comienzan gradualmente, primero con solo unos pocos paquetes de protones en los haces. El equipo que controla el acelerador de partículas más potente del mundo incrementará progresivamente el número de protones que circulan por el anillo del LHC, y reducirá el tamaño de los haces en los puntos de interacción. En pocas semanas, se producirán más de mil millones de choques cada segundo en los experimentos.

El año pasado, el LHC produjo una cantidad impresionante de datos, unos 6,5 billones de colisiones, lo que representa una luminosidad integrada de unos 40 femtobarns inversos. La luminosidad, que corresponde al número de colisiones por unidad de superficie en un periodo determinado, es un indicador crucial del funcionamiento de un acelerador. En 2017, los operadores esperan obtener la misma cantidad de colisiones que en 2016 pero en un periodo inferior, puesto que el LHC ha arrancado un mes más tarde debido a la extensión de la parada técnica anual.

“En los primeros dos años de operaciones a una energía de 13 teraelectronvoltios (TeV) hemos conseguido entender muy bien cómo funciona el LHC, lo que nos permite optimizar más su operación en el tercer año”, dice Frédérick Bordry, director de Aceleradores y Tecnología del CERN. “Nuestro objetivo es incrementar la luminosidad y mantener la excelente disponibilidad del LHC, lo que sería un gran logro”.

La física de partículas se basa en el análisis estadístico de varios fenómenos, por lo que el tamaño de las muestras es esencial. En otras palabras, cuanto mayor es el número de colisiones que revela un cierto fenómeno, más fiable es el resultado. Los experimentos tratan de aprovechar la gran cantidad de datos proporcionada por el LHC para continuar su exploración de la física a la mayor energía jamás alcanzada por un acelerador de partículas.

“Los experimentos del LHC están preparados para doblar sus estadísticas comparadas con las que obtuvieron en 2016 a 13 TeV. Gracias a los nuevos datos, serán capaces de reducir las incertidumbres que rodean sus observaciones cada vez que entramos en un territorio inexplorado”, dice Eckhard Elsen, director de Investigación y Computación.

Los equipos de investigación del LHC trabajan en dos grandes áreas: mejorar su conocimiento de fenómenos conocidos y explorar lo desconocido. El fenómeno conocido es el modelo estándar de física de partículas, una teoría que comprende todo nuestro saber actual sobre las partículas elementales. El bosón de Higgs, descubierto en 2012, juega un papel crucial en este modelo. Es una partícula escalar, en lo fundamental distinta al resto de partículas elementales.

En 2017, los experimentos ATLAS y CMS continuarán trabajando en determinar las características de esta partícula. Estos dos detectores gigantes de propósito general observarán sus modos de desintegración y cómo interactúa con otras partículas. Sus medidas podrían proporcionar indicios de ‘nueva física’ más allá del modelo estándar. Los experimentos llevarán a cabo medidas precisas de otros procesos del modelo estándar, en particular los relacionados con el quark top, la partícula elemental más pesada.

Los físicos esperan ser capaces de identificar discrepancias entre sus medidas y el modelo estándar. Esta es una de las formas de explorar lo desconocido. Aunque describe de forma precisa muchos de los fenómenos de lo infinitamente pequeño, el modelo deja muchas cuestiones sin responder. Por ejemplo, describe solo el 5% del Universo; el resto está formado por materia y energía oscuras, cuya naturaleza es todavía desconocida. Cada discrepancia con respecto a la teoría podría llevar hacia otros marcos teóricos de nueva física que podrían resolver las cuestiones que surgen.

ATLAS, CMS y LHCb miden procesos de forma precisa para detectar anomalías. Los dos primeros buscan también nuevas partículas como las predichas por la supersimetría, que podrían ser los componentes de la materia oscura.

Por su parte, LHCb se interesa también por el desequilibrio entre materia y antimateria. Ambas se debieron crear en cantidades iguales en el Big Bang, pero la antimateria ha desaparecido prácticamente del Universo. LHCb estudia el fenómeno conocido como “violación de carga-paridad”, que se cree está detrás de este desequilibrio.

Este año no se producirán choques entre iones de plomo, en cuyo estudio está especializado el experimento ALICE, que continuará analizando los datos de 2016 y registrará colisiones entre protones que también permiten estudiar la fuerza fuerte. El experimento anunció recientemente la observación de un estado de la materia parecido al plasma de quarks y gluones (el estado de la materia que existió unos pocos milisegundos después del Big Bang) en los choques de protones de 2016.

Finalmente, también están programados varios días de funcionamiento del LHC con haces ‘descomprimidos’ para los experimentos TOTEM y ATLAS/ALFA. (Fuente: CPAN)

jueves, 9 de marzo de 2017

Se hallan unas "gemelas" de las galaxias primigenias que permiten estudiar las etapas iniciales de la formación galáctica

Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto una población de minúsculas galaxias recién nacidas a más de once mil millones de años luz de distancia, que arrojan nueva luz sobre las primeras etapas de formación de galaxias. Aunque raros, estos objetos revelan con un detalle sin precedentes las condiciones que existían en la época de formación de las primeras galaxias, formadas pocos cientos de millones de años después del Big Bang.

En astrofísica, mirar lejos equivale a mirar al pasado. De la misma manera que la luz del Sol tarda ocho minutos en alcanzarnos (y, por lo tanto, vemos el Sol cuando era ocho minutos más joven), si observamos a grandes distancias estaremos estudiando épocas pasadas. Y en las últimas décadas, los astrónomos han conseguido penetrar en lo que se conoce como "edades oscuras", un período correspondiente a los primeros setecientos millones de años después del Big Bang y en el que las primeras galaxias, muy débiles, se hallaban envueltas en hidrógeno neutro, un gas que aumenta la opacidad del medio.

Precisamente, ese gas opaco ha impedido realizar estudios detallados de estas galaxias con los observatorios actuales y, como resultado, el nacimiento y las primeras fases del crecimiento de las galaxias no han podido ser estudiadas en detalle.

Para identificar y estudiar las propiedades de estas galaxias primigenias, un equipo internacional de astrónomos ha adoptado un enfoque diferente. El equipo presenta el descubrimiento de galaxias nacientes observadas en un momento cósmico posterior, solo mil millones de años después del final de las edades oscuras, cuando el universo contaba con un 5% de su edad actual.

Al hallarse más próximas y en un entorno limpio de la "niebla" circundante, estas galaxias son más fáciles de estudiar en detalle. "Por primera vez, podemos observar una población de galaxias recién nacidas extremadamente jóvenes, que presentan todas las propiedades que se espera sean ubicuas en galaxias normales en tiempos mucho más antiguos", indica Ricardo Amorín (INAF/Universidad de Cambridge), investigador que encabeza el estudio

Las diez galaxias análogas a las galaxias primigenias halladas en el estudio. (Imagen: IAA)

Los datos obtenidos revelan que las galaxias son muy ricas en gas ionizado, "con muy pocas cantidades de polvo y elementos pesados, como el carbono y el oxígeno, que son liberados por estrellas masivas y calientes de corta vida", señala Enrique Pérez Montero, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) (España) que participa en la investigación.

Estas estrellas serían las responsables de ionizar el gas circundante, y quizá también del fin de las edades oscuras: las estrellas masivas terminan su vida en explosiones de supernova, que producen grandes flujos de gas que, por un lado, "contaminaron" el universo con los elementos pesados formados en sus núcleos y, por otro, desplazaron el hidrógeno neutro y fueron creando halos ya transparentes.  

Así, este estudio, que ha analizado más de dos mil galaxias y ha hallado diez de estas galaxias primigenias, ha capturado lo que parece ser uno de los primeros episodios masivos de formación estelar del universo. Estas galaxias son unas treinta veces más pequeñas y unas cien veces menos masivas que la Vía Láctea, con formas compactas e irregulares que en algunos casos se asemejan a renacuajos y pares de galaxias en proceso de fusión.

El hallazgo, publicado en la revista Nature Astronomy, ha sido posible gracias a un gran esfuerzo de observación, coordinado desde el Sondeo Ultraprofundo VIMOS desarrollado en el Very Large Telescope (VLT/ESO), que también incluye imágenes obtenidas por telescopio espacial Hubble (NASA/ESA). (Fuente: IAA)

martes, 31 de enero de 2017

Resuelven un misterio sobre los vientos en Júpiter

Los vientos arremolinados de Júpiter, que arrastran masas de gas multicolor y a los que se conoce como “chorros”, han intrigado desde hace mucho tiempo a los astrónomos. Uno de los misterios ha sido si los chorros existen solo en la atmósfera superior del planeta (de manera parecida a las corrientes en chorro de la propia Tierra) o si se zambullen en el interior gaseoso más denso de Júpiter. Esto último podría revelar pistas sobre la estructura interior y la dinámica interna del planeta.

Ahora, el equipo del geofísico Jonathan Aurnou, de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), Estados Unidos, y sus colaboradores en Marsella, Francia, han simulado por vez primera chorros de Júpiter en el laboratorio. Su trabajo demuestra que los vientos se extienden probablemente a lo largo de miles de kilómetros bajo la atmósfera visible del planeta.

Ya había modelos digitales simulándolo, pero era necesario recrear el proceso de manera material, aunque fuese a escala ínfima.

La dificultad en la recreación de vientos en forma de remolino en el laboratorio radicaba en construir un modelo de un planeta con tres atributos clave que, por lo que se sabe, son necesarios para que se formen los chorros: una rotación rápida, turbulencia y un “efecto curvatura” que imite la forma esférica de un planeta. Los anteriores intentos de crear chorros en un laboratorio fallaban a menudo porque los investigadores no podían hacerlos girar lo bastante rápido o crear suficiente turbulencia.

Una vista del polo sur de Júpiter (arriba a la izquierda y abajo a la derecha) y resultados de laboratorio del nuevo modelo de los vientos del planeta (arriba a la derecha y abajo a la izquierda). (Imagen: Jonathan Aurnou)

El equipo de Aurnou espera ensayar sus predicciones con datos reales procedentes de Júpiter, y no tendrán que esperar mucho: la sonda Juno de la NASA está orbitando el planeta ahora mismo, recogiendo datos sobre su atmósfera, campo magnético e interior.