Un físico ha logrado simular un agujero negro en el laboratorio, haciendo una versión de la radiación de Hawking

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Después de todo, los agujeros negros finalmente no son tan negros como se creía. Al menos eso es lo que ha intentado demostrar un científico a partir de la simulación de estos majestuosos sumideros cósmicos.

Hace 40 años, el físico inglés Stephen Hawking predijo que los agujeros negros finalmente emiten radiación y son capaces  de evaporarse después de un cierto periodo de tiempo.

Después de siete años de un trabajo constante en solitario, Jeff Steinhauer, un físico experimental del Instituto de Tecnología de Israel en Halifa, ha creado un hoyo negro artificial que es capaz de emitir la llamada radiación de Hawking, a través de fluctuaciones cuánticas que emergen a partir del experimento que llevó a cabo.

Es prácticamente imposible observar la radiación de Hawking en un verdadero agujero negro, y experimentos previos con agujeros negros artificiales no han podido demostrar que éstas fluctuaciones cuánticas puedan existir, de tal suerte que el experimento que acaba de llevar a cabo Stenhauer sería el primero en su tipo en demostrar que esta radiación realmente existe (o no).

El autor del trabajo también sostiene que crear simulaciones de agujeros negros deben ayudar a resolver algunos de los dilemas que el fenómeno produce para otras teorías, como la llamada “paradoja de la información de los agujeros negros”; teoría que podría ayudar a unir la mecánica cuántica con una teoría sobre la gravedad.

Algunos físicos están impresionados por los nuevos resultados, aunque advierten que estos no son completamente claros. De hecho, algunos de ellos llegan a dudar de si creando agujeros negros en el laboratorio, estos pueden realmente simular a un agujero negro real. “Este experimento es realmente asombroso”, afirma Silke Weinfurtner, un físico teórico experimental de la Universidad de Nottingham en Inglaterra, quien señala también que “este experimento no prueba que la radiación de Hawking existe alrededor de agujeros negros”.

Fue a mediados de los años 70 que Hawking, un físico teórico de la Universidad de Cambridge, descubrió que el horizonte de sucesos de un agujero negro –una superficie donde nada, incluida la luz, puede escapar– tendría consecuencias tan peculiares para la física.

Su punto de partida fue que la aleatoriedad de la teoría cuántica descarta la existencia de verdadera nada. Aún la región más vacía del espacio está repleta de fluctuaciones en campos de energía, causando que pares de fotones aparezcan de forma continua, para luego destruirse mutuamente. Estos fotones virtuales podrían convertirse en verdaderas partículas si el horizonte de sucesos los separa antes de que se aniquilen el uno al otro. Uno de los fotones caería en el horizonte de sucesos y el otro escaparía en el espacio.

Esto, mostró Hawking, causa que los agujeros negros emitan radiación y finalmente entrarían en un proceso de contracción y, finalmente, desaparecerían, ya que la partícula que cae dentro del agujero tiene energía negativa que agota el agujero negro. Más controversial es el hecho de que Hawking sugiera que la desaparición de un agujero negro destruiría toda la información sobre objetos que caen dentro éstos, contradiciendo así la sabiduría popular que afirma que toda la información en el Universo permanece constante.

A principios de los años 80, el físico Bill Unurh de la Universidad de British Columbia en Vancuver, Canadá, propuso una manera de probar algunas de las predicciones de Hawking. Él imaginó un medio que experimentaba movimiento de aceleración, como el agua aproximándose a una caída o cascada. Como sucede con un nadador que llega a un punto donde él no puede nadar lo suficientemente rápido para escapar de la fuerza que produce la caída de agua en una cascada, las ondas de sonido que han pasado el punto en el que se supera la velocidad del sonido tampoco son capaces de moverse en contra de la corriente de agua. Unruh predijo que este punto es equivalente a un horizonte de eventos de un agujero negro, y esto debería de producir una forma de sonido de la radiación de Hawking.

Por otra parte, lo que hizo Jeff Steinhauer fue implementar la idea de Unruh en una nube de átomos de rubidio que congeló a una fracción de temperatura sobre el cero absoluto que es de -273 grados bajo cero. Contenida en una trampa con la forma de un cigarrillo de algunos milímetros de longitud, los átomos entraron en un estado cuántico llamado condensado Bose-Einstein (BEC), en donde la velocidad del sonido era solo de la mitad de un milímetro por segundo. Steinhauer creó un horizonte de sucesos acelerando los átomos hasta que algunos estuvieron viajando a más de 1mms-1: una velocidad supersónica para el condensado.

A esta temperatura ultra fría, el BEC sufre solo fluctuaciones cuánticas débiles que son similares a aquellas que se producen en el vacío del espacio. Y esto debe producir paquetes de sonido llamados “fonones”, algo parecido a lo que sucede cuando el vacío produce fotones (las partículas de la luz). Las partículas compañeras se deben de separar unas de otras, con un compañero del lado supersónico del horizonte y el otro formando la llamada radiación de Hawking.

En un lado de este evento de horizonte de sucesos, donde los átomos se mueven a velocidades supersónicas, los “fonones” quedan atrapados. Y cuando Steinhauer tomó fotografías del BEC, encontró correlaciones entre las densidades de los átomos que estaban a igual distancia del horizonte de sucesos pero en lados opuestos. Esto demostró que pares de fotones estaban entrelazados: un signo de que se originaron de forma espontánea de las mismas fluctuaciones cuánticas y que de esta manera el BEC produjo radiación de Hawking.

Por el contrario, la radiación que observó en una versión anterior del experimento debió de haber activado en lugar de emerger por si mismo del BEC, mientras que un experimento anterior en las ondas de agua dirigido por Unruh y Weinfurtner no intentó mostrar efectos cuánticos.

Así como los agujeros negros no son tan negros, los agujeros negros acústicos de Steinhauer no están completamente en silencio. Su sonido, si fuera posible escucharlo, podría asemejarse al ruido estático que podemos escuchar en una radio mal sintonizada.

Si los resultados de Stenhauer fueran confirmados, sería un triunfo para Hawking, quizá un descubrimiento de la misma importancia que el descubrimiento del Bosón de Higgs.

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Traducido y editado por Julio Moll. 

Referencia: http://www.nature.com/news/artificial-black-hole-creates-its-own-version-of-hawking-radiation-1.20430

Los cúmulos de estrellas podrían albergar civilizaciones interestelares

The NASA/ESA Hubble Space Telescope has captured a crowd of stars that looks rather like a stadium darkened before a show, lit only by the flashbulbs of the audience’s cameras. Yet the many stars of this object, known as Messier 107, are not a fleeting phenomenon, at least by human reckoning of time — these ancient stars have gleamed for many billions of years. Messier 107 is one of more than 150 globular star clusters found around the disc of the Milky Way galaxy. These spherical collections each contain hundreds of thousands of extremely old stars and are among the oldest objects in the Milky Way. The origin of globular clusters and their impact on galactic evolution remains somewhat unclear, so astronomers continue to study them through pictures such as this one obtained by Hubble. As globular clusters go, Messier 107 is not particularly dense. Visually comparing its appearance to other globular clusters, such as Messier 53 or Messier 54 reveals that the stars within Messier 107 are not packed as tightly, thereby making its members more distinct like individual fans in a stadium's stands. Messier 107 can be found in the constellation of Ophiuchus (The Serpent Bearer) and is located about 20 000 light-years from the Solar System. French astronomer Pierre Méchain first noted the object in 1782, and British astronomer William Herschel documented it independently a year later. A Canadian astronomer, Helen Sawyer Hogg, added Messier 107 to Charles Messier's famous astronomical catalogue in 1947. This picture was obtained with the Wide Field Camera of Hubble’s Advanced Camera for Surveys. The field of view is approximately 3.4 by 3.4 arcminutes.

Un nuevo estudio sugiere que los cúmulos de estrellas son sitios asombrosos en muchos sentidos porque, su densidad, permite que existan millones de estrellas en un radio de tan solo 100 años luz. Estos cúmulos se remontan a los orígenes de la Vía Láctea y su existencia podría estar ligada con la existencia de vida extraterrestre en el sentido de que podrían ser un buen sitio para el surgimiento de vida.

“Un cúmulo de estrellas puede ser el primer sitio en el cuál la vida inteligente puede ser identificada”, afirma Rosanne DiStefano, del Centro de Astrofísica de la Universidad de Harvard-Smithsonian.

DiStefano presentó esta investigación en una conferencia de prensa que recientemente tuvo lugar en un encuentro de la Sociedad Americana de Astronomía.

La Vía Láctea, nuestra galaxia, contiene alrededor de 150 cúmulos estelares; la mayoría de estos cúmulos orbitan la parte más externa de la galaxia. Se cree que se formaron hace unos 10 mil millones de años. Como consecuencia de su edad, las estrellas que pertenecen a estos cúmulos contienen muy pocos elementos pesados que son necesarios para formar planetas, ya que estos elementos (como el hierro y el silicón) se forman en generaciones jóvenes de astros. Algunos científicos arguyen que esto hace que los cúmulos de estrellas sean considerados como lugares poco probables para albergar planetas. De hecho, y hasta la fecha, solamente un planeta ha sido identificado residiendo en uno de estos cúmulos.

Sin embargo, DiStefano y su colega Alak Ray, argumentan que este punto de vista es muy pesimista y afirman que los expoplanetas han sido encontrados alrededor de estrellas con tan solo un 10% de todo el metal que tiene el Sol. Y mientras que planetas del tamaño de Júpiter han sido hallados preferentemente alrededor de estrellas que contienen altos niveles de elementos pesados, los planetas del tamaño de la Tierra sí que pueden encontrarse en cualquier tipo de ambiente por muy hostil que este sea. Al menos es lo que ellos opinan.

Otra de las preocupaciones es que el ambiente tan cargado de los cúmulos de estrellas (el ambiente tan lleno de éstas), amenazaría la presencia de planetas que se pudiesen formar. De hecho, se cree que una estrella vecina cercana a uno de estos hipotéticos sistemas planetarios, causaría que su atracción gravitatoria obligara a estos planetas a vivir en una eterna edad de hielo que impediría a su vez la formación de vida.

Ahora bien, la zona de habitabilidad de una estrella (que es el punto exacto donde el agua sería lo suficientemente caliente para que ésta se presente en estado líquido), varía dependiendo del tamaño y la intensidad de energía que produce un astro. Mientras que las estrellas más brillantes suelen tener a mayor distancia la zona de habitabilidad, aquellas estrellas que poseen poco brillo tienen la zona de habitabilidad mucho más cerca. También es importante mencionar que las estrellas más brillantes tienen un periodo de vida más corto y debido a que a los cúmulos de estrellas suelen ser viejos, por consiguiente la mayoría de las estrellas más brillantes ya han muerto, dejando solamente la presencia de estrellas que viven mucho más tiempo como las enanas rojas. En este caso, cualquier planeta que se encuentre orbitando una enana roja tendrá menos probabilidad de que el tirón gravitatorio de una estrella vecina le afecte.

“Una vez que los planetas se forman, pueden sobrevivir por largos periodos de tiempo, inclusive aún más que la edad actual del universo”, explica DiStefano.

Entonces, si los planetas habitables se pueden formar en cúmulos de estrellas y pueden sobrevivir por millones de años, ¿qué consecuencias tiene esto para la formación y evolución de la vida? Dado este escenario, podemos decir que la vida podría ser bastante compleja y podría dar lugar a la formación de vida inteligente como la nuestra.

Una civilización de este tipo disfrutaría de un ambiente totalmente diferente al que actualmente hay en la Tierra. La estrella más cercana a nuestro Sistema Solar se encuentra a unos 4 años luz de nosotros (se llama Alpha Centauro), en un ambiente como el que existe en un cúmulo de estrellas, esa distancia se reduciría unas 20 veces, por lo que la comunicación entre  inteligencias de diferentes sistemas podría estar presente y sería sumamente interesante.

“Nosotros le podríamos llamar a esto ´la oportunidad del cúmulo estelar´, afirma DiStefano. “Ya que enviar una señal de radio entre dos estrellas no tomaría el tiempo que llevó enviar un mensaje de Estados Unidos a Europa en el siglo XVIII.

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Traducido y editado por Julio Moll. 

Referencia: http://www.astrobio.net/topic/deep-space/alien-life/globular-clusters-could-nurture-interstellar-civilizations/

Hablando genéticamente, los mamíferos somos más parecidos a nuestro padre que a nuestra madre

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Probablemente te parezcas o actúes como tu madre, que adquieras ciertos rasgos como el color de sus ojos, por ejemplo, pero una nueva investigación llevada a acabo por investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Carolina del Norte en los Estados Unidos, revela que los mamíferos somos genéticamente más parecidos a nuestro padre. De manera puntual, los investigadores manifiestan que recibimos la misma cantidad de mutaciones genéticas de nuestros padres y madres (esa mutación que nos permite ser lo que somos y no otra persona) y que utilicemos más del ADN de nuestro padre.

La investigación, que ha sido publicada en la revista Natural Genetics, tiene amplias implicaciones en lo que respecta al estudio de las enfermedades humanas, especialmente cuando se utilizan investigaciones con modelos de mamíferos. Por ejemplo, en muchos modelos donde se utilizaron ratones, creados para estudiar las expresiones genéticas relacionadas con enfermedades, los investigadores no tomaron en cuenta si expresiones genéticas específicas se originaron de la madre o el padre. Pero esta nueva investigación muestra que heredar una mutación tiene diferentes consecuencias en los mamíferos, dependiendo si la variante genética es heredada del padre o de la madre.

“Ésta es una nueva y excepcional investigación que abre la puerta a una nueva área de exploración en la genética humana”, afirma Fernando Pardo-Manuel de Villena, doctor en genética y quien es el principal autor del estudio. “Hemos sabido que existen 95 por ciento de genes que están sujetos a los efectos que tienen los padres sobre ellos. Estos son llamados “genes impresos” que pueden jugar un rol importante en el desarrollo de enfermedades y dependiendo si la mutación genética proviene del padre o de la madre. Ahora hemos encontrado que, adicionalmente a esto, existen miles de otros genes que tienen un efecto novedoso en lo que respecta a la transmisión genética que se da por la línea paterna”, afirma este investigador.

Estas mutaciones genéticas que son impuestas por ambos padres, tienen que ver con el desarrollo de complejas enfermedades que involucran muchos genes, como la diabetes tipo 2, enfermedades del corazón, esquizofrenia, obesidad y algunos cánceres. Y estudiándolos en la diversidad genética que presentan los modelos en ratones, esto les otorga a los científicos una perspectiva más profunda de las causas subyacentes y de la creación de terapias u otras intervenciones.

La clave para esta investigación es la llamada “Cruz de Colaboración”, que es la población genética más diversa de ratones en el mundo, y la cual es es generada, hospedada y distribuida por la Universidad de Carolina del Norte. Los laboratorios tradicionales de ratones son mucho más limitados en cuanto a su diversidad genética, por lo tanto son muy limitados en estudios que intentan comprender importantes aspectos de enfermedades en humanos. La “Cruz de Colaboración” conjunta varios tipos de ratones para crear una amplia diversidad en el genoma de estos animales. Pardo-Manuel de Villena afirmó que esta diversidad es comparable a la variación encontrada en el genoma humano. Esto ayuda a los científicos a estudiar enfermedades que involucran varios niveles de expresión genética a través de diferentes genes.

La expresión genética conecta el ADN a las proteínas, las cuales producen varias funciones dentro de las células. Este proceso es crucial para el buen funcionamiento y la salud de los seres humanos. Las mutaciones que alteran la expresión genética son llamadas “mutaciones reguladas”.

“Hemos encontrado que la gran mayoría de los genes -alrededor del 80%- poseen variaciones que alteran la expresión genética”.

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Traducido y editado por Julio Moll. 

Referencia: http://www.sciencedaily.com/releases/2015/03/150302123253.htm

 

Planetas como la Tierra que giran en torno a estrellas pequeñas, con mayor probabilidad de albergar vida, revela estudio

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Planetas del tamaño de la Tierra, orbitando estrellas pequeñas, probablemente tengan campos magnéticos que los protegerían de la radiación que emite su astro y les ayudaría a mantener las condiciones de su superficie que ayudarían para que la vida se pueda desarrollar.  A esta conclusión han llegado astrónomos de la Universidad de Washington.

El campo magnético de un planeta emanaría del centro del planeta y ayudaría a desviar las partículas cargadas del viento solar, protegiendo a la atmósfera de diluirse y finalmente perderse en el espacio. Los campos magnéticos, que nacen por las temperaturas frías del interior de los planetas, podrían proteger la vida de radiaciones dañinas, como lo hace el campo magnético de la Tierra.

Las estrellas de poca masa son muy comunes en el universo. Los planetas que orbital este tipo de estrellas son fáciles de detectar por los astrónomos debido a que, cuando transitan, o pasan enfrente de su estrella, bloquean una larga fracción de la luz, mucho más larga que la luz que podría ser bloqueada de una estrella mucho más masiva. Pero debido a que este tipo de estrellas pequeñas no irradian mucha energía en su zona de habitabilidad (que es la zona donde un planeta que orbita adquiere el calor necesario para sustentar la vida), el planeta en cuestión debe de estar más cerca de su estrella para ser habitable.

Y un planeta tan cerca de su estrella es objeto del empuje gravitatorio que ejerce esta última, produciendo que el planeta adquiera una órbita de tipo ancla, donde la luz de la estrella solamente es emitida a una de las caras del planeta, tal y como sucede con la Luna, por ejemplo, donde hay una cara que siempre ver al Sol mientras que la otra siempre permanece en absoluta obscuridad.

En una investigación publicada el 22 de septiembre en la revista Astrobiología, el principal autor del trabajo, Peter Driscol, trató de determinar el destino de estos mundos a través del tiempo: “La pregunta que quiero hacer es, alrededor de estas estrellas pequeñas, donde la gente va a buscar planetas, ¿éstos planetas van a quedar rostizados por las mareas gravitacionales? Driscoll también tiene curiosidad sobre el efecto de estas mareas gravitacionales en los campos magnéticos por largos periodos de tiempo,

La investigación combinó modelos de interacciones orbitales y calor realizadas por el investigador Rory Barnes, profesor asistente de astronomía, con otros modelos de evolución térmica que suceden en el interior de los planetas.

Las simulaciones van desde estrellas con 1 masa solar (estrellas del tamaño del Sol) hasta estrellas con una masa menor. Mediante la fusión de sus modelos, Barnes afirmó que la idea fue “producir una imagen más realista de lo que está sucediendo dentro de estos planetas”.

Barnes comentó también que existe un sentimiento general en la comunidad astronómica respecto a que los planetas que tienen órbitas de tipo ancla tienen menos probabilidad de poseer un campo magnético protector y, por ende, están completamente a merced de su estrella.

Y lejos de ser dañino para el campo magnético del planeta, las órbitas ancladas de hecho ayudan a que la vida se pueda desarrollar sin problema en un determinado planeta.

Esto se debe a una cuestión un tanto contraintuitiva que tiene que ver con que entre más calor experimenta el manto de un planeta, mayor es su capacidad para disipar el calor. Este fenómeno, por consiguiente, enfría el núcleo del planeta y ayuda a crear campos magnéticos que, como hemos dicho, ayudarían a crear las condiciones necesarias para la formación de vida.

Barnes ha afirmado que en las simulaciones por computadora es posible generar campos magnéticos que provocarían un aumento en la posibilidad de vida.

“Estos resultados preliminares son prometedores, pero aún seguimos sin saber como cambiarían en planetas como Venus, donde el lento enfriamiento está obstaculizando la creación de un campo magnético. En el futuro, los campos magnéticos de los planetas extrasolares podrían ser observados, de tal suerte que veremos un interés mucho mayor de los científicos en este tema tan importante”, afirma Barnes.

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Traducido y editado por Julio Moll. 

Referencia: http://www.astrobio.net/topic/deep-space/cosmic-evolution/earth-like-planets-around-small-stars-likely-have-protective-magnetic-fields-aiding-chance-for-life/

Nuevas evidencias sugieren que las partículas subatómicas podrían desafiar el Modelo Estándar

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El Modelo Estándar de la física de partículas, el cuál explica la mayoría de las interacciones y comportamientos de las partículas subatómicas, se ha mantenido notablemente bien durante varias décadas. Esta teoría de largo alcance tiene algunas deficiencias, una de ellas es que la fuerza de gravedad no puede integrarse bien  en el modelo estándar. Con la esperanza de revelar partículas y fuerzas que no son estándar, los físicos han estado en la búsqueda de las condiciones y el comportamiento que directamente violan el modelo estándar.

Ahora, un equipo de científicos que trabajan en el acelerador de partículas más grande del mundo, que se encuentra en la frontera entre Francia y Suiza, mejor conocido como CERN, han encontrado nuevas pistas de la existencia de partículas (leptones, para ser más precisos), que están siendo tratados de forma extraña ya que no han sido predichas por el modelo estándar. El descubrimiento, que se encuentra listo para ser publicado el 4 de septiembre de 2015 en la revista Physical Review Letters, podría probar la existencia de partículas que no se rigen bajo los principios de este modelo.

El equipo, que incluye a físicos de la Universidad de Maryland, quienes han hecho contribuciones claves para el estudio, analizaron datos que fueron coleccionados por el Gran Acelerador de Partículas. Los científicos se han encargado de analizar el decaimiento del meson B: proceso que produce partículas de luz, incluyendo a dos tipos de leptones: el leptón tau y el muon. Al contrario que su lepton estable, al que conocemos como electrón, los leptones tau y los muones son altamente inestables y rápidamente decaen en fracciones de segundo.

En este sentido, de acuerdo al concepto del Modelo Estándar llamado “universalidad del leptón”, que asume que los leptones son tratados de igual manera por todas las fuerzas fundamentales, el decaimiento del leptón tau y del muon suceden a la misma velocidad, una vez corregida su diferencia de masas. Sin embargo, el equipo encontró una pequeña pero notable diferencia en las tasas predichas de decaimiento. sugiriendo que las actuales fuerzas o partículas podrían estar interfiriendo en el proceso.

“El modelo estándar afirma que el mundo interactúa con todos los leptones de la misma manera. Hay una democracia ahí. Pero no hay garantía de que esto sea verdad si descubrimos nuevas partículas o nuevas fuerzas”, afirma uno de los investigadores que se han hecho cargo de escribir el artículo. “La universalidad del leptón está realmente consagrada en el Modelo Estándard. Si esta universalidad se rompe, podemos decir que hemos encontrado evidencia de un nuevo modelo no estándar.

El resultado del LCHb se suma al descubrimiento de un decaimiento previo, uno que se hizo a través del experimento BaBar del Centro de Aceleración Lineal de la Universidad de Stanford, que sugiere una desviación similar a las predicciones realizadas por el Modelo Estándar.

“Los experimentos fueron hechos en ambientes totalmente diferentes, pero ambos reflejan el mismo modelo físico. Esta respuesta otorga una importante independencia de las observaciones”, explicó el coautor del estudio Brian Hamilton.

“Mientras que estos resultados tomados juntos son muy prometedores, la observación del fenómeno no podría considerarse una verdadera violación del modelo Estándar mientras no se hagan futuros experimentos para verificar las observaciones”.

“Estamos planeando una gama de otro tipo de medidas. El experimento LHCb está obteniendo más información durante su segunda puesta en funcionamiento ahora mismo. Estamos trabajando en actualizaciones en el detector LHCb para los próximos años. Si este fenómeno es corroborado, tendremos décadas de trabajo por delante. Podría llevarnos a lugares aún desconocidos de la física teórica y hacia nuevas maneras de observar el modelo estándar y el modelo no estándar de la física”, afirma otro de los investigadores.

Con el descubrimiento del bosón de Higgs, (la mayor pieza perdida del Modelo Estándar de la Física), los físicos están buscando ahora fenómenos que no estén relacionados, que se desvíen, de las predicciones del Modelo Estándar. Los investigadores están emocionados con el futuro. Y es que la física teórica se mueve hacia terrenos aún desconocidos.

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Traducido y editado por Julio Moll. 

Referencia: http://phys.org/news/2015-08-evidence-subatomic-particles-defy-standard.html