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

 

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¿Es el bosón de Higgs la fuente de la energía oscura? Un nuevo estudio dice que sí

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Uno de los grandes misterios de la física de partículas y de la cosmología actual es saber por qué la energía oscura, que domina toda la energía del universo, tiene un valor que es de casi cero. Este valor es tan pequeño que probablemente tenga 120 órdenes de magnitud menos de lo que se esperaría en física fundamental. Este problema, llamado problema de la constante cosmológica, ha traído de cabeza a los científicos durante mucho tiempo.

Pero ahora, dos físicos reconocidos en el mundo, Lawrence Kauss de la Universidad Estatal de Arizona y James Dent de la Universidad de Louisiana, han sugerido que el recientemente descubierto Bosón de Higgs podría explicar algunos de los atributos de la enigmática energía oscura y podría ayudar a resolver el problema de la constante cosmológica,

Krauss y Dent exploran la posibilidad de una conexión entre la partícula de Higgs y una nueva partícula que podría estar asociada con lo que comúnmente se conoce como la Teoría de la Gran Unificación que posee una escala de, quizá, 16 órdenes de magnitud menor al tamaño de un protón, y en la que convergerían las 3 grandes fuerzas de la naturaleza (electromagnetismo, la fuerza nuclear débil y la fuerte) pero exceptuando a la gravedad. La unificación de estas tres fuerzas resultaría en la existencia en un nuevo campo que se añadiría al actual campo Higgs y que contribuiría como densidad de energía para el espacio vacío o para corregir la actual densidad de energía,

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El físico estaoduninde Lawrence Krauss, uno de los autores del estudio. /Crédito: hyeroglyph.edu

En este sentido, las actuales observaciones del universo muestran que se expande a una velocidad acelerada. Pero esta aceleración no puede ser producto únicamente de la presencia de materia, ya que poner energía en el espacio vacío produce una fuerza de gravedad repulsiva que es opuesta a la fuerza producida por la materia, incluyendo a la materia oscura que domina la masa de todas las galaxias, pero que no puede interactuar con la luz y de la que solamente se puede conocer su existencia por la influencia de su gravedad.

Debido a ese fenómeno, y debido a lo que actualmente podemos saber del universo, se piensa que la llamada energía oscura contribuye con más del 70 por ciento de toda la densidad de energía que hay en el universo. La materia observable solamente contribuye con el 5% y el restante 25% proviene de la materia oscura.

“Nuestra investigación hace progresos en uno de los aspectos de este problema. Ahora que se ha descubierto el Bosón de Higgs, abrimos una nueva puerta para analizar la física a escalas de energía mucho más altas, donde podríamos encontrar nuevos campos escalares que operarían en estas nuevas dimensiones”, afirma Lawrence Krauss.

“Lo que hemos demostrado es que donde se mezcla lo más simple, que está relacionado con las proporciones en las que opera la física electrodébil, y posiblemente también la fuerza de Gran Unificación, se produce energía en el vacío que corregiría el orden de magnitud o la cantidad de energía oscura existente.

En otras palabras: la teoría de Krause y su colega pretende comprender el origen de la energía y el autor afirma que su constructo teórico es solamente un paso en la dirección para comprender este misterio. Resolverlo significaría unificar todas las cuatro teorías sobre el Universo, algo así como el Santo Grial de la física.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Daily Galaxy. 

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Científicos descubren cómo controlar electrones para desarrollar computadoras cuánticas

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Investigadores de Instituto Niels Bohr, junto con colegas de Estados Unidos y Alemania, han desarrollado un método para controlar un bit cuántico a través de la comunicación cuántica en una serie de puntos, que se comportan como átomos artificiales en estado sólido. Los resultados ya han sido publicados en la revista Physical Review Letters.

En un ordenador convencional, la información está hecha de bits de 0’s y 1’s. En la  computación cuántica, en cambio, estos números pueden convivir simultáneamente, permitiendo un tipo de computación paralela en donde largos números de estados computacionales pueden coexistir al mismo tiempo en una misma máquina.  Esto hace que una computadora cuántica sea exponencialmente más rápida que una convencional. Pero el verdadero problema  con el mundo cuántico radica en que estos estados cuánticos no pueden ser medidos ya que, si son medidos, paradójicamente pierden sus propiedades cuánticas.

“Hemos desarrollado una nueva manera de controlar electrones de tal manera que el estado cuántico puede ser controlado sin ningún tipo de medición”, explica el profesor Charles Marcus, del Instituto Neils Bohr de Copenhague.

Ha explicado que se han podido aplicar estados sólidos clásicos a escala nanométrica con técnicas de resonancia que se aplican en física atómica.

En un material semiconductor existen electrones libres que se mueven entre el material de la estructura.  La información es guardada en el movimiento del electrón que puede subir y bajar. Pero los electrones y su giro deben ser controlados.

“Lo que hicimos fue capturar cada uno de estos electrones en una especie de ‘caja’. Cada caja consiste en punto cuántico, que es un átomo artificial. Los puntos cuánticos están incrustados en el semiconductor y cada punto cuántico puede capturar un electrón. Cuando abrimos y hacemos que cada caja haga contacto con la otra (se utilizaron tres) los electrones pueden ‘percibir’ la presencia del otro. Las tres cajas juntas forman una sola entidad llamada qubit o qubit cuántico”, dice Marcus.

Luego, desde el exterior es enviada

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El profesor Charles Marcus en su laboratorio de la Univesidad de Copenhague. /Crédito: Phys.org

una señal eléctrica y rápidamente se abren las cajas y el sistema comienza a balancearse en una vibración dinámica. Los investigadores pueden utilizar esto para cambiar el estado cuántico de los electrones.

Combinando tres electrones en un punto cuántico triple y aplicando un campo de energía a una frecuencia determinada que separa los niveles adyacentes de energía, los científicos pueden controlar el giro de los electrones sin la necesidad de medirlos,

El próximo paso será crear no solamente una secuencia de tres puntos cuánticos, sino muchísimo más secuencias. Como hemos dicho ya, una secuencia forma 1 qubit, por lo tanto se necesitarán más secuencias para crear más bits para que una hipotética computadora pueda funcionar.

“El potencial de una computadora cuántica es que será capaz de realizar una infinidad de cálculos al mismo tiempo. Por lo tanto será mucho más rápida que una computadora convencional y serán capaz de resolver problemas y otras cuestiones que  actualmente  son imposibles de realizar, debido a que llevarían mucho tiempo”, afirma Marcus,

Hay que decir que, por el momento, las computadoras cuánticas no se utilizarán en nuestra vida cotidiana, ni las podremos comprar en cualquier supermercado. Pero  seguramente en pocos años serán una herramienta útil para hacer investigaciones en laboratorios que las utilizarán para hacer cálculos complejos como los necesarios para predecir el clima o para hacer simulaciones de átomos, moléculas y quizá tal vez hasta de todo el contenido del universo.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Phys.org

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El Gran Colisionador de Hadrones dejará de funcionar hasta 2014

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El Gran Colisionador de Hadrones que se encuentra en el CERN, en Ginebra Suiza, será desconectado por un periodo de dos años.

El acelerador de partículas es mundialmente conocido por haber identificado, en 2012, una partícula que, se cree, es el Bosón de Higgs.

Y es que, después de un fallo técnico que sufrió hace apenas unos años, la máquina no ha podido volver a funcionar con toda la energía que es capaz de producir y para la que fue diseñada.

Será hasta este sábado cuando todos las piezas magnéticas del LHC se pongan a temperatura ambiente, lo que quiere decir que ese día dejará de funcionar oficialmente para dejar de producir temperaturas superiores a los 10,000 grados centígrados, cifra que es mayor a la temperatura que tiene el Sol. Entonces un periodo sin precedentes de actualizaciones y reparaciones tendrá lugar.

En 2012 la máquina logró batir un récord en lo que respecta a la producción de energía al haber alcanzado los 8 billones de electro-voltios. El récord anterior fue en 2011 cuando produjo 7 billones de electro-voltios.

Cuando concluya el `apagón´, que tendrá lugar a finales de noviembre de 2014, los científicos esperan que sea capaz de producir 14 billones de electro-voltios.

Al respecto, Tony Wediberg, quien trabaja para el Detector Atlas del LHC, comentó que “el Colisionador ha estado funcionando con éxito, pero solamente a la mitad de la máxima energía que podríamos alcanzar”.

Y el problema para que no funcione con toda su capacidad se ha debido a las fallas en las  conexiones entre los inmensos magnetos que ayudan a transportar a las partículas cargadas alrededor de los 27 kilómetros que mide la circunferencia del acelerador.

En 2008, justo a los nueve diez de que un haz de partículas circulara por el LHC, un bloqueo en los magnetos provocó la fuga de helio que es esencial para el funcionamiento del sistema por lo que el acelerador tuvo que ser reparado a lo largo de más de un año.

En lo que se realizan las reparaciones de 2014, los científicos se mantendrán ocupados analizando gran candidatos de datos han ido recopilando a lo largo de 2012.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: BBC.

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Nueva observación hace tambalear a la teoría de la Supersimetría

En esta imagen se aprecia el decaimiento del Meson Bs que produjo dos Muones. /Crédito: CERN

Investigadores del Gran Acelerador de Partículas de Ginebra, Suiza, han detectado uno de los más raros decaimientos de partículas de la naturaleza.

El descubrimiento asesta un duro golpe a la teoría de la física conocida como Supersimetría y muchos investigadores esperaban que, tarde o temprano, estos decaimientos se observaran.

La Supersimetría ha ganado popularidad como una manera de explicar algunas de las inconsistencias presentes en la teoría tradicional de física subatómica conocida como Modelo Estándar.

La nueva observación, que ha sido dada a conocer públicamente en la conferencia de Física del Gran Acelerador de Partículas que se está realizando en Kyoto, no es coherente con muchos de los modelos que sustentan la Supersimetría, la cual predice la existencia de versiones más masivas de las partículas que hasta ahora se han detectado.

Y su existencia, de las partículas supermasivas, ayudaría a explicar por qué las galaxias rotan más rápido de lo que el Modelo Estándar sugiere. En este sentido, los físicos han especulado con el el hecho de que, así como hay partículas que conocemos, las galaxias contienen materia oscura que no puede ser detectada y la cual estaría formada por super-partículas. Por consiguiente, las galaxias contienen más masa de la que puede detectarse que hace que giren más rápido de lo que deberían.

Pero los investigadores del detector LHCb del Gran Acelerador de Partículas han asestado un duro golpe a esta idea al medir el decaimiento entre una partícula conocida como Mesón Bs en dos partículas conocidas como Muones. Esta es la primera vez que este decaimiento ha sido observador y el equipo ha calculado que por cada millón de veces que el Meson Bs decae, solamente por tres veces de ese millón forma Muones.

Este es el detector que ha sido utilizado para observar el decaimiento del Meson Bs en dos Muones /Crédito: CERN.

Si las super-partículas existieran, el decaimiento ocurriría con mayor frecuencia por lo que, esta nueva observación, es una de las “pruebas de oro” de la supersimetría y todo parece indicar, a partir de estas observaciones, que ha fallado y que no es consistente.

Para el profesor Val Gibson, del equipo de la Universidad de Cambridge que investiga en el LHC, “el nuevo resultado está poniendo a nuestros colegas que estudian la supersimetría en un apuro”.

Por otra parte, los resultados están, de hecho, completamente en línea con lo que cabría esperar del Modelo Estándar.

Si la Supersimetría no representa una explicación sobre la presencia de materia oscura, entonces los teóricos tendrán que buscar ideas alternativas para explicar estas inconsistencias en el Modelo Estándar y, hasta ahora, los investigadores que están luchando por encontrar evidencia de la llamada “nueva física” se han topado con una serie de callejones sin salida, sin respuestas.

“Si existe una nueva física, entonces está muy bien escondida detrás del Modelo Estándar”, comentó Marc-Olivier Bettler, un miembro del equipo de analistas.

Por otro lado, el resultado de esta nueva investigación no descarta la posibilidad de la existencia de superpartículas. Pero, de acuerdo con el profesor Parkes, “se están quedando sin lugares donde esconderse”.

Y quienes apoyan la supersimetría, como el profesor John Ellis del King´s College de Londres, dejan el asunto abierto a un gran debate, porque para él “ la observación es “bastante consistente con la supersimetría” al esperarse resultados así en algunos modelos de supersimetría que se han desarrollado.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: BBC

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