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ME GUSTA LA FÍSICA

~ Para los que disfrutan con la ciencia y sobre todo con la Física.

ME GUSTA LA FÍSICA

Publicaciones de la categoría: Física

El bosón de Higgs y el modelo estándar

23 Domingo Feb 2020

Posted by Luis Nuñez in Física

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El diario El País tiene una sección titulada “Nosotras respondemos”, en la que científicas de reconocida solvencia contestan a las preguntas sobre diversas cuestiones relacionadas con las ciencias que les envían los lectores.

En una de las últimas, en un artículo denominado “¿Cómo transfiere masa el bosón de Higgs al fermión?”, la Dra. María Moreno Llácer, investigadora del Instituto de Física Corpuscular (centro mixto del CSIC y la Universidad de Valencia) que actualmente trabaja en el experimento ATLAS del CERN, nos explica en qué consiste el campo de Higgs, del que el bosón del mismo nombre es la partícula transportadora.

Para poder entenderlo debemos explicar antes qué son partículas elementales y en qué consiste el modelo estándar de partículas que clasifica las que hasta el momento consideramos partículas elementales. Es decir, aquellas partículas que no se pueden dividir más.

Toda la materia que vemos está formada por las tres partículas estables que todos conocemos: protones, neutrones y electrones. Sin embargo, de los tres solo los electrones son elementales, ya que, tanto neutrones como protones, están a su vez formados por la combinación de otras tres partículas elementales, los quarks.

El modelo estándar clasifica a las partículas elementales en dos grupos: fermiones y bosones. Los fermiones son partículas que tienen un valor del spin (giro de la partícula sobre si misma) igual a ½. Los bosones tienen un spin entero.

Modelo_standard_particulas_subatómicas

El spin es la propiedad de la partícula por la que el momento angular de la misma (giro) adopta valores fijos, predeterminados.

Los fermiones son las partículas que constituyen la materia y los bosones son los mediadores de las fuerzas.

Eso quiere decir que los bosones son las partículas encargadas de transmitir los campos de fuerzas, o dicho de otra manera, son los responsables de que los fermiones ejerzan y sufran fuerzas entre ellos.

Son bosones: Los fotones que transmiten la fuerza electromagnética, los bosones W y Z responsables de la interacción nuclear débil y los gluones de la interacción nuclear fuerte.

A su vez, los fermiones se dividen en dos tipos: leptones y quarks. De los leptones, el más conocido es el electrón. Pero también tenemos el Muón (m) y la partícula Tau (t) y, además, los tres neutrinos correspondientes a cada una de las anteriores.

Los quarks son seis, agrupados en tres parejas: arriba y abajo (up y down), encanto y extraño (charm y strange) y superior e inferior (top y bottom). La cuestión es que cada pareja presenta valores opuestos de un determinado número cuántico o propiedad. La combinación de tres de ellos genera un neutrón (un quark up y dos down) o un protón (dos quarks up y uno down).

El fotón es el responsable de la interacción electromagnética, interacción que nos dice qué carga eléctrica tienen los fermiones, ya que según sea esa carga así será su interacción.

De la misma forma, el bosón de Higgs es el mediador del campo de Higgs. Las particulas van adquiriendo la masa a través de la interacción en el campo de Higgs o, dicho de otra forma, es este campo es el que nos dice qué masa tienen los fermiones. Esto se debe a que, según sea su masa, así será su interacción, que se produce mediante el intercambio de energía entre estos fermiones y el campo de Higgs.

En resumen, el bosón de Higgs es el responsable de la interacción que dota de masa a los fermiones, partículas que forman la materia que vemos.

Efectivamente, no es fácil de entender, pero el hecho es que su existencia estaba predicha teóricamente desde 1964, aunque no se detectó experimentalmente hasta 2012 en los experimentos ATLAS y CMS en el Colisionador de Hadrones del CERN. Por ello, se concedió a Peter Higgs, junto a François Englert, el Premio Nobel de Física el 8 de octubre de 2013.

Os dejo el enlace del artículo de El País que os mencionaba al principio:

https://elpais.com/elpais/2020/02/11/ciencia/1581443372_576855.html

Materia y Energía oscuras

30 Viernes Mar 2018

Posted by Luis Nuñez in Astronomía, Física

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Según la tercera ley de Kepler que en 1618 relacionaba la velocidad de giro de los planetas alrededor del Sol con su distancia al mismo, ratificada y explicada después en 1687 por Isaac Newton en sus “Philosophiæ naturalis principia mathematica”, los objetos que giran debido a la atracción gravitatoria de un objeto masivo central, giran más despacio cuanto mayor es la distancia al mismo. Ocurre con los planetas alrededor del Sol o con los satélites alrededor de un planeta y debería ocurrir también con las estrellas de una galaxia.
Pero en 1978 la astrónoma estadounidense Vera Rubin y su colega Kent Ford que se habían dedicado a la medición de la velocidad de rotación de las estrellas respecto del centro de las galaxias, descubrieron que en contra de lo esperado las estrellas de una galaxia se mueven a la misma velocidad independientemente de su distancia al centro de la misma.
Este hecho no se explicaba con la masa observada, por lo que se dedujo que las galaxias debían contener mucha mayor masa de la que somos capaces de ver.
A esa masa que no podemos ver se la denominó materia oscura.

Aun seguimos sin verla a pesar de los costosos experimentos realizados. Aunque sí que tenemos una teoría que intenta explicar la existencia de esa materia, la Supersimetría. Según esta teoría, cada partícula elemental del Modelo Estándar -quarks, electrones, bosones, neutrinos, etcétera- tendría una pareja supersimétrica, pero con mucha más masa y con unas propiedades distintas,  que no emiten ni absorben luz y que no tienen carga eléctrica, por lo que nos resulta muy difícil detectarlas debido a sus débiles interacciones.

Por otro lado tenemos la energía oscura.
En 1998 las observaciones de supernovas de tipo 1A muy lejanas, realizadas por parte del Supernova Cosmology Project en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el High-z Supernova Search Team, sugirieron que la expansión del Universo se estaba acelerando.
Desde entonces, esta aceleración se ha confirmado a través de las medidas de la radiación de fondo de microondas o de las lentes gravitacionales.
Estas medidas sugieren la existencia de una especie de fuerza gravitatoria repulsiva que sería la responsable de que el universo se expanda a una velocidad superior a la que cabría esperar debido a la materia que contiene.

El resultado es una composición del universo como el que se ve en el gráfico:

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Es decir, la materia que podemos llamar normal, la que se puede ver como estrellas, galaxias o nebulosas, suponen menos del 5% de la materia total del universo.

Sin embargo, en un reciente trabajo publicado en The Astrphisycal Journal, investigadores de la universidad de Ginebra, han sido capaces de explicar tanto la velocidad de rotación de las estrellas en las galaxias, como la expansión acelerada del universo, a partir de un nuevo modelo que llaman “la invarianza del espacio vacío”.
Según André Maeder, del departamento de Astronomía de la Universidad de Ginebra y autor principal de la nueva investigación, en el modelo del Big Bang, el mas aceptado en la cosmología actual, hay una hipótesis de partida que no se ha tenido en cuenta, la invariancia de escala en el espacio vacío. Es decir, que tanto el espacio vacío como sus propiedades no cambian después de una dilatación o de una contracción.

A partir de este modelo, Maeder ha sido capaz de predecir la expansión acelerada del Universo sin tener que recurrir a la energía oscura. Es decir, es muy posible que, después de todo, la energía oscura no exista, y que la expansión acelerada esté contenida en las ecuaciones de la física.
Y por otro lado, aplicando su hipótesis a las leyes de Newton descubrió que estas sufrían una ligera que modificación en el sentido de la aparición de una pequeña aceleración hacia afuera que explicaba la velocidad de las estrellas en las zonas externas de las galaxias sin necesidad de la existencia de materia oscura.
En resumen este nuevo modelo aparentemente es capaz de explicar dos los enigmas mas importantes que presenta la Física actual: la materia y la energía oscuras.

De momento es prometedor. Veremos que recorrido tiene en el futuro.

Para mas información:

http://www.abc.es/ciencia/abci-materia-oscura-y-energia-oscura-existen-verdad-201711221603_noticia.html

http://www.elmundo.es/ciencia/2014/04/06/533ee252e2704eba338b4581.html

 

LA FUSIÓN NUCLEAR EUROPEA

14 Jueves Jul 2016

Posted by Luis Nuñez in Ciencia, Energía, Física, Renovables

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Para empezar debemos aclarar conceptos básicos.

Las reacciones químicas son aquellas que solo afectan a intercambios electrónicos entre los átomos, es decir, solo afectan a la parte externa de los mismos, la corteza electrónica, donde se encuentran los electrones girando alrededor del núcleo.

Este último, el núcleo, contiene los protones y los neutrones y por tanto la mayor parte de la masa del átomo.
Las reacciones nucleares, son aquellas que afectan al núcleo de los átomos y por tanto a la parte interna de los mismos.

Para que se produzcan las reacciones químicas basta con que los átomos choquen entre si, como la corteza electrónica es la parte mas externa, es relativamente fácil, es decir, no necesitan llevar demasiada velocidad en el choque para que se produzcan transferencias de electrones.
Pero en el caso de la reacciones nucleares, para llegar al núcleo de los átomos se requiere primero haber quitado la parte externa, es decir, la corteza electrónica de los átomos para poder llegar al núcleo. Por tanto es necesario llevar a los átomos al estado de plasma y después superar la repulsión electrónica de los protones de los núcleos que colisionan. Todo ello se consigue calentando el combustible hasta varios millones de grados. Debemos tener en cuenta que la temperatura de los cuerpos está relacionada con la velocidad a la que se mueven las partículas que los forman.

Cuando se fusionan dos núcleos ligeros (los que están situados en los primeros lugares de la tabla periódica) para dar otro mas pesado, se libera energía pues siempre este último tiene menos masa que los anteriores y la masa que falta, según la famosa ecuación de Einstein E=m·c2 se convierte en energía.
Todo ello es cierto hasta el Hierro, núcleo mas estable, pues es en el que se libera mas energía en su formación. Pero a partir del mismo se invierte la tendencia y ya no se obtiene energía en su formación. Mas bien al contrario en los núcleos mas pesados (los que están situados en los últimos lugares de la tabla periódica) se obtiene energía con su ruptura (fisión).

Pues bien, la primera reacción de fusión, la mas simple, que se produce en las estrellas y que es el origen de su energía, es en la que dos núcleos de hidrógeno (en realidad son dos isótopos del mismo, deuterio y tritio) se unen para producir otro de Helio y desprender un neutrón y ademas liberar una gran cantidad de energía.
Cuando en las estrellas se acaba el hidrógeno, la estrella se colapsa aumenta su temperatura y comienza la fusión del Helio para dar inicialmente Berilio y al final Carbono. Y este último con Helio nos da Oxigeno. De esta forma se van generando sucesivamente elementos mas pesados.
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Pero como ya hemos dicho, mediante la fusión no se puede llegar mas allá del Hierro 56 que es el núcleo mas estable.

Nosotros intentamos reproducir la reacción mas simple, la de fusión de deuterio y tritio para dar helio.
El primer problema que se nos plantea es que para que se produzca la fusión se requiere una temperatura de varios millones de grados. Y el siguiente problema es qué recipiente utilizamos para mantener un plasma a tal temperatura.
Existen al menos dos formas de solucionarlo llamadas confinamiento inercial, método adoptado en EEUU y el confinamiento magnético, método adoptado en Europa.
En el confinamiento inercial se consigue mantener estable una pequeña esfera de combustible de unos 10 mg, haciendo incidir sobre ella varios láseres desde diferentes direcciones.
En el confinamiento magnético se consigue mantener girando un aro de plasma de combustible dentro de un recipiente de forma toroidal mediante un campo magnético. Estos reactores se les conoce como TOKAMAK.

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El primer proyecto europeo fue el JET (Joint European Torus). Construido cerca de Oxford, en el RU pero bajo el consorcio europeo Eurofusión en el que participan 29 organizaciones de investigación de 26 países europeos (Austria, Bélgica, Bulgaria, Croacia, Chipre, República Checa, Dinamarca, Estonia, Finlandia, Francia, Alemania, Grecia, Hungría, Irlanda, Italia, Letonia, Lituania, Polonia, Portugal, Rumanía, Eslovaquia, Eslovenia, España, Suecia, Suiza, Países Bajos y Reino Unido).
Se empezó a construir en 1978 aunque los primeros experimentos llegaron en 1983. Hasta su paralización en 2004 nunca se obtuvo mas energía en los experimentos de la que se necesitó emplear para que se produjeran, por lo que no llegó a ser rentable desde el punto de vista energético.

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Gran parte de lo aprendido en el JET se está utilizando en la construcción del siguiente reactor por confinamiento magnético, el ITER que se esta construyendo en el sur de Francia como un gran proyecto internacional en el que colaboran China, Europa, India, Japón, Corea, Rusia y los EE.UU.
Esta pensado para producir 10 veces mas energía de la que consume. Será una planta de 500 MW que consumirá 50 MW. Todo ello se prevé que se pueda conseguir para el año 2050.

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Para mas información:

https://www.euro-fusion.org/

http://www.iter.org/

En Portugal:

http://www.cfn.ist.utl.pt/

En España:

http://www-fusion.ciemat.es/

http://www.foronuclear.org/es/el-experto-te-cuenta/119387-ique-es-la-fusion-nuclear

 

 

 

JUNO: Objetivo Júpiter

19 Domingo Jun 2016

Posted by Luis Nuñez in Actualidad, Astronomía, Exploración espacial, Física

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La misión Juno de la NASA consiste en el envío de una sonda que girará alrededor de Júpiter en una órbita polar.

Fue lanzada de Cabo Cañaveral en Florida en 2011 y tiene su llegada prevista para julio de este año 2016. Se espera que orbite Júpiter alrededor de un año, para caer después en su interior y ser aplastado por la enorme presión de la atmósfera del planeta

Estudiará la atmósfera de Júpiter, su posible núcleo y su enorme campo magnético, unas 20000 veces el de la Tierra.

Este enorme campo magnético es debido a que el hidrógeno, por la enorme presión de la atmósfera del planeta, llega a hacerse líquido en las capas intermedias del planeta. En esas condiciones el hidrógenos se comporta como un metal.

Júpiter es el planeta mas grande del sistema solar. Tiene unas 300 veces la masa de la Tierra. Acumula mas masa que todos los demás planetas del sistema solar y asteroides juntos.

Su composición es muy parecida a la de una estrella pues en su mayoría es Hidrógeno y Helio. Se piensa que fue el primer planeta que se formó en el sistema solar acumulando la mayor parte de los gases y permitiendo de esta forma la formación de planetas rocosos y por tanto la existencia de nuestro propio planeta con las condiciones que permitieron la aparición de la vida.

Ademas tiene unas características parecidas a muchos de los planetas extrasolares encontrados hasta la fecha.

La nave se acercará mucho mas de lo que cualquier ora nave lo haya hecho jamas. Llegara en una de sus diferentes órbitas a pasar a menos de 5000 km del borde exterior de la atmósfera de Júpiter.

Intentará ademas averiguar mediante sus diferentes instrumentos de observación (un magnetómetro, un espectrómetro de infrarrojos, un radiómetro de microondas, otro de ultravioleta, sensor de ondas de radio y ondas de plasma,…etc) si posee un núcleo sólido o es mas parecido a una estrella dado su tamaño.

Es una misión suicida ya que la nave después de estudiar el planeta durante un año en las sucesivas rotaciones alrededor del mismo, acabará por caer en su interior.

Mas información:

https://www.nasa.gov/mission_pages/juno/main/index.html

http://elpais.com/elpais/2016/06/17/ciencia/1466175450_539464.html

 

Los experimentos mentales

12 Martes Abr 2016

Posted by Luis Nuñez in Ciencia, Física, Relatividad

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Siguiendo con el aniversario de la publicación de la Teoría de la Relatividad General de Einstein (Noviembre de 1915), conviene detenernos en el método que Einstein y otros físicos teóricos de su época utilizaban para avanzar en sus descubrimientos.

Puesto que no se podían hacer experimentos reales donde comprobar sus deducciones ya que nadie puede ni siquiera acercarse a la velocidad de la luz o abandonarse en una caida libre, se utilizaban los experimentos mentales.

Consiste en imaginarse en una situación hipotética y de acuerdo con la experiencia y con los conocimientos de las leyes de la física, hacer deducciones que nos llevan a nuevos descubrimientos.

Por ejemplo, para su teoría de la relatividad especial, Einstein se imaginaba en un tren (el medio de transporte mas rápido de aquellos tiempos) y emitía señales luminosas que se reflejaban en el techo del tren y volvían al punto de partida. Calculando la diferencia de tiempo entre un observador en el propio vagón y otro en el anden y teniendo en cuenta que la velocidad de la luz no puede cambiar por cambiar de sistema de referencia, (segundo postulado de la relatividad especial) llegaba a la diferencia entre el tiempo medido en los dos sistemas de referencia.

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De esa forma concluyó que el tiempo propio, el medido en el mismo sistema de referencia en el que se realiza el experimento, es siempre inferior al medido desde cualquier otro sistema. Lo que le llevó a la paradoja de los gemelos, a la contratación de la longitud y otras deducciones similares que desafiaban nuestra experiencia cotidiana.

En el caso de la relatividad general, el experimento mental era imaginarse cayendo dentro de un ascensor ya que en siglo XIX ya se había generalizado el uso del mismo en los edificios.
Pues bien Einstein tuvo la genial idea de pensar que si cayera dentro de un ascensor en caída libre no sentiría la gravedad y que por tanto, por el principio de equivalencia, sería lo mismo que estar en un espacio donde no hubiera gravedad.
De la misma forma, el sentir su peso y por tanto la atracción gravitatoria dentro de un ascensor en reposo sería equivalente a la aceleración que sentiría en un espacio sin gravedad donde el ascensor se moviera con una aceleración equivalente a la de la gravedad. Es decir sentiríamos en nuestros pies el “peso” de nuestro cuerpo pero porque nos empuja el suelo del ascensor.
Por tanto en un ascensor sin ventanas no podríamos deducir en cual de las dos situaciones nos encontrabamos.
Todo ello llevó a Einstein a plantear la gravedad no como la tradicional atracción entre masas sino como una propiedad de la geometría del espacio-tiempo, es decir, este se curvaba en presencia de grandes masas. A su vez, el espacio-tiempo debido a su curvatura alteraba el movimiento de las masas en su seno.

Einstein no fué el único que utilizó los experimentos mentales.
Es muy famoso el del gato de Schrödinger.
Este físico austriaco propuso en 1935 este experimento mental para visualizar la diferencia entre la Física clásica y la cuántica.
Consistía en imaginarse un gato dentro de una caja con una botella de veneno y un mecanismo para romperla que dependía de la desintegración de una partícula. La probabilidad de desintegración de esta partícula era del 50%.
En la Física clásica el estado del gato será vivo o muerto antes de que abramos la caja.
Pero en la Física cuántica se puede describir el estado del gato con una función de probabilidad que será el resultado de la superposición de los dos estados, por lo que el gato estará, antes de abrir la caja, vivo y muerto a la vez.
Aunque la observación al abrir la caja altera el sistema haciendo que el gato esté vivo o muerto, tal y como se deduce del principio de indeterminación de Heisenberg, la propia observación altera el estado del sistema observado por lo que es imposible medir con precisión el mismo.

 

Días de Radio

15 Lunes Feb 2016

Posted by Luis Nuñez in Ciencia, Curioso, Física

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El pasado sábado 13 de Febrero se celebró el día mundial de la radio.
Mi centro, el Instituto Español de Lisboa dedica este año su proyecto institucional anual a la Radio.
Desde el Departamento de Física y Química pretendemos colaborar a través de este blog dando nuestro punto de vista científico de este medio de comunicación.

Iniciamos nuestro recorrido en 1865 cuando el físico inglés James Clerk Maxwell, (1831-1879) publicó sus cuatro ecuaciones como síntesis del electromagnetismo. A partir de ellas se deducía que un campo eléctrico variable era capaz de crear un campo magnético variable asociado a él y ambos se propagarían en el espacio como una onda electromagnética con una velocidad prácticamente igual a la medida experimentalmente para la luz

Hasta entonces se creía que la luz era una onda que como el sonido necesitaba un medio material elástico para propagarse. Se pensaba que en el espacio interestelar existía un medio ideal al que denominaron éter del que no se sabía cual era su composición pero que era el medio necesario para la transmisión de la luz.
Posteriormente los experimentos primero de Michelson en 1881 y posteriormente de Michelson y Morley en 1887 revelaron la no existencia del éter, es decir las ondas electromagnéticas no necesitaban un medio material para propagarse sino que lo hacían en el vacío y siempre a la misma velocidad independientemente de la velocidad del foco o del observador.

Durante mucho tiempo se les llamó ondas hertzianas ya que fue el físico alemán Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) quien en 1885 probó experimentalmente su existencia construyendo en su laboratorio un emisor y un receptor de ondas electromagnéticas. Además midió la velocidad de transmisión de las mismas acercándose al valor teórico predicho por Maxwell de 300000 km/s y que coincidía con la velocidad medida para la luz por lo que se concluyó que la luz visible no era más que una parte del espectro (conjunto de frecuencias) electromagnético.

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El espectro de las ondas electromagnéticas está formada por un conjunto de frecuencias que van de menor a mayor desde las ondas de radio, microondas, infrarrojas, visibles, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
Se diferencian en su frecuencia y su longitud de onda. Cuanto mayor es la primera más pequeña es la segunda pero todas se propagan siempre a la misma velocidad, la de la luz: 299.792.458 m/s .
La energía de las ondas también varía: a mayor frecuencia mayor energía. Por eso son más peligrosos para nosotros los rayos X o los gamma que las ondas de radio.
Cada una de ellas las utilizamos para cosas diferentes.

Las que conocemos como ondas de radio, el ingeniero italiano Guillermo Marconi (1874-1937) las comenzó a utilizar para la comunicación telegráfica en 1986 en gran Bretaña, en 1898 en Italia y en 1899 estableciendo comunicaciones inalámbricas entre Dover y Vimerieux a través del canal de la Mancha.
Patentó la radio en 1897, aunque en la década de los años cuarenta el Tribunal Supremo de los Estados Unidos dictaminó que la patente relativa a la radio era legítima propiedad de Nicola Tesla, ingeniero y físico de origen servio (1856-1943) que desarrolló su labor en EEUU. Se le  reconoció como inventor legal de la misma, si bien no trascendió a la opinión pública que siguió considerando a Marconi como su inventor. En todo caso, fue Marconi quien la desarrolló comercialmente.

El siguiente paso para entender como funciona la radio consiste en la modulación que es el proceso necesario para utilizar la onda electromagnética como portadora de un mensaje entre el emisor y el receptor. Las dos formas mas utilizadas son la modulación de la amplitud (AM) y la modulación de la frecuencia (FM).

La modulación consiste en la variación mediante un código previamente fijado de la amplitud o de la frecuencia de la onda al emitirla. El receptor, aplicando de nuevo el mismo código reconoce esas variaciones de la amplitud o de la frecuencia y las convierte en sonido a través de un altavoz.
Las ondas de radio que utilizamos para las telecomunicaciones, se dividen en los siguientes bloques de frecuencia:

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Dentro de ellas se encuentran las de las redes de telefonía móvil que en España son en la actualidad las siguientes:

2G/GSM: 900 y 1800 MHz.
3G/WCDMA: 900 y 2100 MHz.
4G/LTE: 800 , 1500 MHz , 1800 MHz y 2600Mhz.

Quien quiera informarse más sobre otros aspectos de la radio:

https://lahistoriadelosmedios.wordpress.com/tag/ondas-hertzianas/

Una gran noticia

11 Jueves Feb 2016

Posted by Luis Nuñez in Actualidad, Astronomía, Ciencia, Física, Relatividad

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Tal y como ya apuntaba en mi anterior entrada dedicada a los errores de Einstein, aunque en 1916 dedujo de sus ecuaciones de la relatividad general la existencia de ondas gravitacionales, él mismo posteriormente llegó a escribir en 1936 un artículo dirigido a la revista Physical Rewiew en el que afirmaba que esas ondas no podrían existir. Mas adelante se dio cuenta de su error aunque seguía pensando que no se podrían detectar.

Pues bien, David Reitze director del proyecto LIGO, creado precisamente para ese fin, ha anunciado hoy mismo la detección de las ondas gravitacionales producidas hace 1300 millones de años por la colisión de dos agujeros negros.

El proyecto LIGO liderado por CALTECH (Instituto tecnológico de California) y el MIT (Instituto tecnológico de Masachusetts) probablemente las dos mejores universidades en el campo de la ciencia y la tecnología de EEUU y en consecuencia en todo el mundo, consiste en dos detectores láser separados 3000 km, uno en Luisiana y otro en el estado Washington, pero coordinados entre si. En el participan mas de 1000 científicos de 15 paises.

Consisten cada uno de los detectores en un haz láser al que se le hace recorrer 4 km de distancia reflejándose en diferentes espejos, de forma que cuando vuelve, puede detectar cualquier anomalía del espacio-tiempo que se haya encontrado en su recorrido.

De esta forma han conseguido detectar las vibraciones que en el espacio-tiempo produjeron dos agujeros negros situados a 1300 millones de años-luz de nosotros, en la dirección de las nubes de Magallanes, cuando colisionaron entre si.
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De esta forma se confirma experimentalmente la última de las predicciones que se deducían de las ecuaciones de Einstein, de las que como ya he dicho en anteriores entradas, se han cumplido 100 años en Noviembre del pasado año 2015.

Una gran noticia. Sin duda uno de los mayores avances al menos en el campo de la Física de las últimas décadas.

Para ampliar la información:

http://www.abc.es/ciencia/abci-confirmada-primera-deteccion-directa-ondas-gravitacionales-201602111843_noticia.html

http://elpais.com/elpais/2016/02/11/ciencia/1455201194_750459.html

http://www.ligo.org/sp/science.php

Los errores de Einstein

06 Miércoles Ene 2016

Posted by Luis Nuñez in Ciencia, Física, Relatividad

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A veces los genios aciertan hasta cuando se equivocan.
Eso le ocurrió a Albert Einstein, como nos cuenta Lawrence Krauss catedrático de Física en la Escuela para la exploración de la Tierra y del Espacio de la Universidad estatal de Arizona en un interesante artículo que publica en el número de Noviembre de la revista Investigación y Ciencia dedicado al centenario de la Relatividad y cuyo enlace os dejo al final de esta entrada.

A lo largo de su carrera Einstein tuvo varios errores aunque acabaron sirviendo para que alguien hiciera nuevos descubrimientos, por lo que incluso con sus equivocaciones acabó haciendo grandes contribuciones al avance de la ciencia.

Vamos a repasar algunos de ellos.

Efecto de lente gravitatoria

Una de las consecuencias de la relatividad general es que la luz debe curvarse cuando pasa cerca de un objeto masivo ya que las masas deforman el espacio-tiempo que las rodean.
Esto se comprobó por Arthur Eddington en el eclipse solar de 1919 al medir la posición relativa de dos estrellas cuando el Sol se encontraba entre ellas y nosotros y compararla con la posición de las mismas estrellas cuando el Sol se encontraba en otro lado del cielo.
Einstein publicó en 1936 un artículo en el que describía y hasta calculaba el efecto de lente gravitatoria que podía provocar una estrella.
Pero concluía que sería tan pequeño que no podría ser observado.
Lo que pasó por alto es que las estrellas se agrupan en galaxias y que aunque el efecto de lente de una sola estrella es muy pequeño el toda una galaxia o el de un cúmulo de galaxias si que podría ser observado.

 

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Ondas gravitacionales

Es curioso que como resultado de las diversas soluciones que se derivaban de sus ecuaciones, se llegaba a deducciones que luego se han demostrado acertadas, pero que en su momento Einstein no supo aceptar.
Una de sus deducciones eran las ondas gravitacionales. Como resultado de las perturbaciones en el espacio-tiempo (por ejemplo por la explosión de una estrella al producir una supernova) se producirían ondas de la misma forma que en un estanque cuando perturbamos su superficie al tirar una piedra.
Einstein llegó a esa conclusión en 1916 ya que entonces pensó que era una deducción lógica de sus ecuaciones.
Pero en 1936 escribió un artículo dirigido a la revista Physical Rewiew en el que comunicaba que después de numerosos cálculos había llegado a la conclusión de que las ondas gravitacionales no podían existir. El artículo no llegó a publicarse pues el científico al que la revista entregó el artículo para su valoración (procedimiento habitual en las revistas científicas de prestigio) no estuvo de acuerdo con los cálculos del propio Einstein. Éste enfadado retiró el artículo.
Poco después, el científico evaluador Howard Robertson, cosmólogo americano, se puso en contacto con Einstein haciéndole ver donde estaba su error en los cálculos.
Einstein no volvió a referirse nunca más a lo no existencia de las ondas gravitacionales.

Agujeros negros.

Igualmente, como resultado de los cálculos de las ecuaciones de la relatividad, se deducía la existencia de singularidades, es decir, soluciones en las que alguna de las magnitudes físicas que intervienen en las ecuaciones tomaban el valor de infinito.
De alguna de esas soluciones se deducía la existencia de lugares donde el tejido del espacio-tiempo se rompía por la existencia de objetos supermasivos.
Einstein no aceptó nunca la existencia de los agujeros negros. Las singularidades le parecían un sinsentido y dedujo que la naturaleza tendría mecanismos para evitarlas.
Hoy en día se da por sentado que debe haber al menos un agujero negro en el centro de cada galaxia.

La constante cosmológica.

Otra de las deducciones de las ecuaciones de Einstein era que el universo debía estar en expansión.
Pero como en 1915 estaba aceptado por todo el mundo científico que el universo era estático, Einstein introdujo en su ecuación un término, la constante cosmológica, que anulaba la expansión describiendo un universo inmutable.
Pero en 1922 Alexander Friedmann halló sus ecuaciones a partir de las de campo de Einstein en las que se demostraba la expansión del universo, corroboradas después por Edwin Hubble en 1929 cuando pudo medir el desplazamiento hacia el rojo (efecto Doppler) de algunas galaxias cercanas, aunque ya en 1927 el astrónomo y sacerdote belga Georges Lemaître había publicado sus cálculos a partir de las ecuaciones de Einstein en los que se demostraba también la expansión del universo, pero este artículo no tuvo la suficiente difusión quedándose Hubble con toda la gloria.
Una vez más lo que se deducía de las ecuaciones de Einstein era correcto aunque ni él mismo lo creyera.
Einstein llegó a calificar a la constante cosmológica como el mayor error de su carrera cuando aceptó por fin un universo en expansión.

Sin embargo el error no acabó aquí.
En 1998, se constató que el universo no solo se expande sino que lo hace de forma acelerada.
Es decir, existe algo que no vemos que no solo anula la gravedad sino que es mayor que ella, lo que provoca el aumento en la velocidad de la expansión, por eso se le ha llamado energía oscura. Su naturaleza se desconoce.
El efecto de la energía oscura es similar al de la constante cosmológica de Einstein, se opone a la gravedad.
Por tanto, se equivocó al introducirla y según parece se equivocó al quitarla.

La mecánica cuántica.

Einstein con su explicación del efecto fotoeléctrico, publicado en 1905 y por la que se le concedió el premio Nobel en 1921, en la que consideraba a la luz como partículas (fotones) y no como onda, sentó las bases de la física cuántica. Una vez más abrió un camino que ha provocado grandes avances de la ciencia.
Sin embargo nunca aceptó el principio de incertidumbre de Heisenberg a partir del cual se deja de tener la certeza en la posición de una partícula en movimiento sustituyéndola por la idea de probabilidad de localizarla en una determinada zona.
De ahí su famosa frase: “Dios no juega a los dados” en el sentido de que Dios como responsable de las leyes de la Naturaleza no podía dejar a esta última al azar, a la probabilidad. Para él las leyes de la naturaleza eran esencialmente deterministas.
Stephen Hawking uno de los grandes cosmólogos de nuestro tiempo corrigió a Einstein a finales del siglo pasado en su “Breve historia del tiempo” diciendo: “Dios no solo juega a los dados con el universo, sino que además los esconde” refiriéndose al hecho de que las leyes de la física no tienen validez más allá del horizonte de sucesos de un agujero negro. Es decir, hay rincones del universo donde las leyes de la naturaleza, al menos las que nosotros conocemos, no tienen validez.

http://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/numero/470/los-errores-de-einstein-13638

Curiosidades sobre la materia del Universo

18 Miércoles Nov 2015

Posted by Luis Nuñez in Astronomía, Curioso, Física, Sorprendente

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Un grupo de astrónomos, algunos de ellos españoles, han descubierto un método para encontrar parte de la materia que se formó en el Big Bang.

¿Sabíais que la materia ordinaria solo constituye el 4,5% de la materia total del Universo?

La materia ordinaria es aquella que forma el Universo conocido y observado: Estrellas, galaxias, nubes de gas y polvo… Además esta formada por átomos que a su vez están formados por las partículas subatómicas conocidas hasta la fecha, incluidas en lo que se conoce como el modelo estándar de partículas, es decir, leptones (como el electrón o los neutrinos), bosones (como el foton o el mas conocido últimamente como el boson de Higgs) y quarks (cuya combinación da lugar a los protones y neutrones)

El resto, hasta el 100% de la materia del Universo, no podemos verla, por eso la llamamos o materia oscura (un 23% del total) o energía oscura (un 70% del total)

La materia oscura consiste en materia que no podemos ver porque no emite suficiente radiación electromagnética (luz de cualquier longitud de onda) pero que deducimos que existe debido al tirón gravitatorio que ejerce en la materia ordinaria que la rodea (estrellas, galaxias, nebulosas,…)

La energía oscura, que por supuesto tampoco podemos ver, es un tipo de materia cuya acción es justo la contraria de la gravedad, es una especie de gravedad repulsiva. Se detecta porque al medir la expansión del Universo (¿sabíais que el Universo se expande?) resulta que lo hace de forma acelerada.

Es decir, no solo no se frena la expansión debido a que toda la materia se atrae por la gravedad (como ocurre cuando lanzamos una masa hacia arriba: La gravedad la frena y al final hace que caiga), sino que cada vez se aleja mas deprisa.

Los astrónomos dedujeron que habría algo que no vemos que contrarresta la atracción de la gravedad haciendo que el Universo se expanda cada vez mas deprisa.

Decidieron llamarlo energía oscura.

Pues bien, de la materia ordinaria, solo vemos el 8%. Es decir, el 8% de ese 4,5% de la materia total del Universo, es decir, un 0,4% del total.

Lo que vemos es porque emite luz, es decir, fundamentalmente estrellas. El resto que no vemos (el 92% de ese 4,5%) corresponde a nubes de gas y polvo que si no tienen una estrella o galaxia cercana que las ilumine, no se ven.

Hasta ahora entre lo que emite luz propia y lo que se ve porque lo ilumina algo cercano se había detectado entre el 20 y 30% de la materia ordinaria.

Mediante medidas indirectas (radiación del fondo de microondas al atravesar las nubes de gas y polvo) los investigadores a los que nos referíamos, han logrado aumentar el porcentaje anterior.

Para ampliar la noticia:

http://www.abc.es/ciencia/abci-logran-detectar-materia-perdida-bang-201511121722_noticia.html

Impresionantes imágenes del Sol

15 Domingo Nov 2015

Posted by Luis Nuñez in Astronomía, Curioso, Física, Sorprendente

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La NASA acaba de hacer públicas unas imágenes del Sol tomadas desde el Observatorio de Dinámica Solar.

Es un telescopio espacial lanzado por la NASA en 2010 que toma automáticamente una imagen del Sol cada 12 segundos.

Las imágenes las toma en diferentes longitudes de onda. Algunas de ellas en el ultravioleta.

Ademas lo hace con una resolución hasta ahora nunca vista (4K).

La noticia se puede leer en El Pais con un vídeo explicativo  de unos  2 minutos muy interesante:

http://elpais.com/elpais/2015/11/06/ciencia/1446805867_931399.html

El vídeo publicado por la NASA, que dura una media hora, se puede ver en:

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