Descubren que el bosón de Higgs se descompone también en Fermiones

Científicos del CERN
Ginebra. (Efe).- Científicos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) han descubierto que el bosón de Higgs -la partícula fundamental cuya existencia fue descubierta en 2012- se desintegra en dos partículas denominadas tau, pertenecientes a la familia de los fermiones. Estas últimas son las partículas que componen la parte visible de la materia.
El hallazgo fue realizado en el experimento ATLAS, uno de los cuatro principales incorporados al Gran Acelerador de Hadrones (LHC) -un anillo de unos 27 kilómetros de circunferencia construido a unos 80 metros bajo tierra en la frontera entre Suiza y Francia-, y acaba de ser presentado a la comunidad de físicos.
La gran novedad, anunciada en un seminario realizado en el CERN, es que hasta ahora sólo se había detectado la partícula de Higgs mediante su desintegración en partículas denominadas bosones, portadoras de las fuerzas que actúan en la naturaleza. Ahora se ha demostrado de forma concluyente que también puede desintegrarse en fermiones, que son como los "ladrillos" que componen la materia visible. Los quarks y electrones que componen los protones de un átomo son fermiones.
El experimento ATLAS, en el que participan varios científicos españoles, ha mostrado por primera vez con un nivel de certeza de 4 sigma -5 sigma indica una certeza absoluta en términos científicos- al bosón de Higgs decayendo en dos leptones tau.

El bosón de Higgs fue descubierto el año pasado por los experimentos ATLAS y CMS, ambos parte del gran acelerador. Hasta ese entonces su existencia era sólo teórica, aunque fundamental pues sobre ella reposaba el modelo estándar de la física de partículas, que describe las partículas elementales y sus interacciones.
Peter Higgs, quien en 1964 planteó la existencia de este bosón que pasó a ser conocido con su nombre, recibió este año el Premio Nobel de Física por su teoría, junto con el físico François Englert, que también contribuyó a ella.
El gran aporte del bosón de Higgs es que hace posible que exista el campo de fuerza responsable del origen de la masa de otras partículas elementales, que, sin él, no podrían mantenerse unidas. Los científicos explican, en términos profanos, que, sin este mecanismo para generar masa, la materia que compone todo lo que vemos en el universo -incluidos los seres humanos- no se hubiese podido formar tal y como la conocemos.
El descubrimiento del CERN en 2012 dejó claro que los bosones adquirían su masa a través del mecanismo propuesto por Higgs, pero sólo ahora se ha demostrado que también los fermiones -el otro tipo básico de partículas- adquieren su masa por el mismo mecanismo.
Actualmente, los físicos de ATLAS y CMS trabajan en el análisis de las enormes cantidades de datos que recopilaron durante 2012, de donde se cree que surgirán todavía más hallazgos de importancia para la física.
El Gran Acelerador de Hadrones fue apagado a inicios de este año para trabajos de mantenimiento, que se prolongarán hasta finales de 2014, y será encendido nuevamente al año siguiente con el fin de que alcance, por primera vez, su máxima potencia.

Un resplandor “monstruoso y cercano” en el universo

Los astrónomos detectan el destello de rayos gamma más brillante hasta ahora. Seguramente se generó en una estrella que explotó y se convirtió en agujero negro
Una estrella mucho más masiva que el Sol y mucho más compacta, colapsó hace unos miles de millones de años; seguramente se convirtió en un agujero negro.
Pero la luz de aquel estallido ha llegado ahora a los telescopios terrestres especializados en detectar y observar estos fenómenos en el cielo. Es el más brillante destello de rayos gamma (GRB, en sus siglas en inglés) detectado hasta ahora, afirman los expertos.
Y está relativamente próximo a la Tierra, en tiempos cosmológicos, ya que su luz ha recorrido una distancia de 3.700 millones de años hasta nosotros, lo que supone menos de la mitad de la distancia típica de los GRB. Uno de los equipos científicos que han estudiado este excepcional fenómeno lo califican de “monstruo cercano” en el título de su artículo científico que se publica en Science esta semana, junto con otros dos trabajos sobre el mismo estallido de rayos gamma, que fue detectó el pasado 27 de abril mediante observatorios en el espacio.

“Normalmente detectamos los GRB a mayor distancia, lo que significa que se ven muy tenues, pero en este caso el destello se produjo a solo una cuarta parte del tamaño del universo observable, así que fue muy brillante”, señala Paul O´Brien, astrónomo de la Universidad de Leicester (Reino Unido). “En esta ocasión se generó también una supernova, algo que no habíamos registrado antes junto con un potente GRB, y estamos intentando descifrar el fenómeno”, dice en un comunicado de su universidad. “El hecho de poder ver un brillante destello a un cuarto del universo es realmente como traernos a casa el asombroso poder de estas explosiones”, añade Nial Tanvir, otro investigador que ha estudiado este fenómeno concreto.
Los destellos de rayos gamma son frecuentes en el cielo: aproximadamente un centenar al año registra el satélite Swift, de la NASA, puesto en órbita en 2004 precisamente para detectar estos fenómenos fugaces y que vio el “monstruo” del pasado abril. Para esta vigilancia científica es imprescindible colocar telescopios en el espacio porque, afortunadamente para la vida en la Tierra, la radiación de rayos gamma tan perjudicial para los organismos vivos, es absorbida por la atmósfera. En este caso, el primero en detectar el estallido fue el Fermi Gamma Ray Space Telescope (Universidad de Stanford y SLAC).
El potente estallido de abril, denominado GRB 130427A, fue tan brillante que descoloca a los científicos. La teoría más aceptada para describir un GRB como este, señalan los investigadores de Stanford que vieron casi desde el principio, observaron y analizaron el fenómeno, establece que estos fenómenos se producen en explosiones más energéticas que se dan en el cosmos, cuando una estrella muy masiva colapsa sobre sí misma y explota.
Estas explosiones lanzan chorros de partículas que viajan casi a la velocidad de la luz y, como la presión, temperatura y densidad del chorro no son uniformes, provocan ondas de choque. A medida que el chorro sale, choca con el medio interestelar provocando más ondas de choque.
El problema es que un fenómeno tan extremo como el GRB 130427A no encaja bien con los niveles de energía y procesos físicos predichos por la teoría.
Por eso los científicos están muy interesados es desvelar cómo se producen los destellos de rayos gamma, precisamente para afinar sus conocimientos teóricos, y no tienen más remedio que estar pendientes de los que se producen en el cielo ya que no pueden reproducirlos en laboratorio.
El estallido de abril potente y cercano, fue una oportunidad espléndida.
En cuanto un telescopio en órbita detecta en el cielo un destello de rayos gamma, se dispara la alerta para que los telescopios en todo el mundo, en tierra y en el espacio, puedan seguir la evolución del fenómeno.
El estallido puede durar menos de un minuto pero el resplandor subsiguiente dura más tiempo, entre unos pocos días y varias semanas. “En el caso de GRB 130427A, el destello fue tan potente que pudimos observar el resplandor remanente durante varios meses”, señala Daniele Malesani, del Instituto Niels Bohr (Universidad de Copenhague). “Analizando la luz del resplandor podemos estudiar su composición, lo que nos habla de las propiedades de la estrella original, lo que hemos descubierto es que era una estrella gigante con una masa que estaría entre 20 y 30 veces la del Sol, en rápida rotación y con un tamaño de sólo 3 ó 4 veces las solar, así que era extremadamente compacta. Estas estrellas de denominan Wolf-Rayet”, continúa este experto.
Además, estos astrónomos han sido capaces de localizar en el cielo, en observaciones previas, la estrella que explotó.

La Vía Láctea sufrió un cataclismo hace dos millones de años.

El agujero negro supermasivo situado en el centro de la Vía Láctea sufrió su última explosión hace dos millones de años, según ha determinado un estudio, publicado en 'The Astrophysical Journal' y elaborado por científicos de la Universidad Sydney y del Observatorio Felow (Australia).
Durante años los astrónomos han sospechado que el centro de la galaxia había sufrido una explosión 'reciente' pero, hasta ahora, no se le había puesto fecha. La evidencia de que había tenido lugar una erupción proviene de un filamento de gas, principalmente hidrógeno, conocido como Corriente de Magallanes.
 "Durante veinte años se ha visto el resplandor extraño de la Corriente de Magallanes y no entendíamos la causa. Entonces, nos dimos cuenta de que puede ser la marca, el registro fósil, de una gran explosión de energía en el centro de la Vía Láctea", ha explicado uno de los autores principales, Joss Bland-Hawthorn. A su juicio, estas marcas son la señal de un verdadero cataclismo en el pasado. Gracias a infrarrojos y a satélites de rayos X, los expertos han podido ver que se ha producido un fuerte "viento" (salida) de material de la región central.
Además, la antimateria 'hirviendo' ha dejado su firma: las conocidas como 'burbujas de Fermi', dos enormes burbujas de gas caliente que se inflan hacia el exterior del centro de la galaxia, y que han podido ser observada a través de rayos gamma y ondas de radio.
Los científicos que estudian el centro galáctico se han reunido esta semana en un taller en la Universidad de Stanford (California), donde el profesor Bland-Hawthorn ha explicado la existencia de las corrientes de gas que podría ser la celebración de la memoria del pasado del centro galáctico.
Así, en cuanto a la Corriente de Magallanes, el científico ha indicado que emiten luz al igual que la Tierra cuando las partículas del Sol golpean su atmósfera (provocando las auroras en los polos).

El CERN obtiene pistas de por qué la materia domina a la antimateria

Lo han averiguado mediante el estudio de las diferencias sutiles en el comportamiento de las partículas y antipartículas

El experimento LHCb del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) ha detectado la primera observación de la asimetría materia-antimateria en las desintegraciones de una partícula conocida como B0s.

Concretamente, ha observado que esta partícula al desintegrarse ofrece pistas de por qué la materia domina sobre la antimateria.

Se trata de la cuarta partícula subatómica que muestra este comportamiento, según destaca el trabajo, que ha sido publicado en la revista 'Physical Review Letters'.

 

Se cree que la materia y la antimateria han existido en cantidades iguales en el comienzo del Universo, pero hoy en día el cosmos parece estar compuesto esencialmente de la materia.

Mediante el estudio de las diferencias sutiles en el comportamiento de las partículas y antipartículas, los experimentos del LHC están tratando de arrojar luz sobre este dominio de la materia sobre la antimateria.

El CERN ha explicado que este último descubrimiento está relacionado con una preferencia de la materia sobre la antimateria conocida como violación de la simetría CP, que podría explicar por qué existe más materia que antimateria en el Universo, aunque en sus comienzos fuera la misma.

La simetría CP es la suma de la simetría C, que indica que las leyes de la física permanecerían invariables aunque se intercambiasen las partículas de carga positiva con las negativas, y la simetría P, que plantea que tampoco habría cambios si el Universo fuera su imagen especular.

Los resultados obtenidos en el experimento se basan en el análisis de los datos recogidos por el experimento en 2011.

"El descubrimiento del comportamiento asimétrico en la partícula B0S llega con una confirmación de más de 5 sigmas, un resultado que sólo fue posible gracias a la gran cantidad de datos proporcionados por el LHC y para capacidades de identificación de partículas del detector LHCb" ha explicado el portavoz del experimento, Pierluigi Campana.

En este sentido, Campana ha apuntado que "los experimentos en otros lugares no han estado en una posición para acumular un número suficientemente grande de partículas B0s".

La violación de la simetría CP fue observada por primera vez en el Laboratorio de Brookhaven (Estados Unidos) en la década de 1960 en partículas neutras llamadas kaones y, unos 40 años más tarde, experimentos en Japón y Estados Unidos encontraron un comportamiento similar en otra partícula, el B0.

Más recientemente, experimentos en el CERN han descubierto que la partícula B+ también demuestra violación CP. Todos estos fenómenos de violación de CP pueden explicarse en el modelo estándar, a pesar de que algunas discrepancias interesantes exigen estudios más detallados, ha indicado el científico.

El hubble capta el mayor "semillero de estrellas"

El telescopio espacial celebra sus 22 años de vida con la imagen de esta violenta y caótica región de formación de estrellas a 170.000 años luz de la Tierra
El próximo 24 de abril se cumplen 22 años desde que el Hubble fuera lanzado al espacio. Para celebrarlo, las agencias espaciales norteamericana y europea, NASA y ESA, han hecho pública esta espectacular imagen tomada por el telescopio espacial. Se trata de 30 Doradus, una violenta y caótica región de formación de estrellas a 170.000 años luz de la Tierra. La imagen puede encontrarse aquí en alta resolución.
30 Doradus, también conocida como la "nebulosa de la Tarántula" o, más pragmáticamente, como NGC 2070, es un enorme "semillero de estrellas" (de hecho, el mayor que se conoce en nuestra galaxia y sus alrededores) que está situado en la Gran Nube de Magallanes, una pequeña galaxia satélite que gira alrededor de nuestra Vía Láctea.

Su brillo es tan intenso que incluso a 170.000 años luz de distancia (alrededor de 1.632.000 billones de km.) puede verse con unos simples prismáticos (desde el hemisferio Sur).
Estrellas de principio a fin.
La razón de tanta luminosidad es que allí, en 30 Doradus, se están "amasando" en este mismo instante muchos miles de nuevas estrellas, algunas de las cuales, además, son gigantes azules, mucho más masivas y calientes que el Sol. Si nos fijamos bien, en la imagen aparecen ejemplos de todos los pasos que llevan al nacimiento de una nueva estrella, desde un embrión estelar de apenas unos miles de años de edad y aún envuelto en un "capullo" de gas oscuro, a estrellas recién formadas (de unos pocos millones de años), o gigantes que han crecido tanto y tan rápidamente que han muerto muy jóvenes, estallando en forma de supernovas.

Un planeta fuera del Sistema Solar con vapor de agua en su atmósfera

Un joven planeta hallado fuera del Sistema Solar, que orbita una estrella conocida como HR 8799
Un joven planeta hallado fuera del Sistema Solar, que orbita una estrella conocida como HR 8799, tiene vapor de agua y monóxido de carbono en su atmósfera. Sin embargo, en este nuevo mundo no se ha detectado metano, que podría ser un indicio de vida, según explican sus descubridores.
El hallazgo, recién publicado en la revista 'Science', sugiere que un determinado mecanismo de formación planetaria similar al de nuestro propio Sistema Solar, conocido como acreción del núcleo, desencadenó el nacimiento del exoplaneta, llamado HR 8799c. HR 8799c es un gigante gaseoso, con cerca de siete veces la masa de Júpiter, y aunque se ha detectado vapor de agua en su atmósfera, sus descubridores descartan que pueda albergar vida. "Aunque hemos observado agua, no creemos que pueda existir vida en este planeta.
No tiene superficie sólida y es extremadamente caliente", explica el astrónomo Quinn Konopacky, de la Universidad de Toronto. De hecho, se calcula que la temperatura en su superficie supera los 1.000ºC.
 
Pistas sobre el Sistema Solar
Konopacky, junto con colegas de Canadá y Estados Unidos, utilizaron datos del Observatorio Keck en Hawai para analizar las características de HR 8799c. Sus resultados arrojan luz sobre la formación de este gigante gaseoso lejano y proporcionan pistas sobre la formación de nuestro propio Sistema Solar.
"Nuestros resultados son consistentes con los planetas que se forman alrededor de HR8799 a través de la acreción del núcleo, muchos de la misma manera en la que pensamos que se formaron los planetas de nuestro Sistema Solar", explicó Konopacky. "Al estudiar el sistema HR8799, podemos echar un vistazo a cómo planetas similares a Júpiter aparecen muy poco después de formarse", agrega.
A diferencia de la mayoría de otros exoplanetas, los cuatro planetas que orbitan HR 8799 se han detectado directamente, lo que significa que su luz se distinguía de la de su estrella anfitriona.
Esta detección directa indica que HR 8799c era un gigante de gas que orbita su estrella a una distancia comparable a la distancia de Plutón de nuestro sol, pero el nacimiento de un planeta masivo tan lejos de su estrella madre está en conflicto con los modelos más populares de la formación planetaria.
El nuevo análisis de Konopacky y su equipo ofrece datos de alta resolución sobre la química, la gravedad y la atmósfera de HR 8799c. "El exoplaneta tiene un conjunto ideal de las propiedades, siendo a la vez muy luminoso y situado lo suficientemente lejos de la estrella que nos permite adquirir estos datos espectrales increíbles", explicó el investigador.
 "El hecho de que no vemos metano nos dice mucho acerca de los procesos químicos durante el trabajo en la atmósfera de este gigante gaseoso joven".  
Condensación de hielo Dos posibles mecanismos se han propuesto para la formación de exoplanetas: un multipaso, proceso de acreción del núcleo por el que el gas se acumula lentamente en un núcleo planetario, y un proceso conocido como inestabilidad gravitatoria, que implica la creación simultánea del interior de un planeta y la atmósfera. "Aunque vemos una gran cantidad de vapor de agua en la atmósfera de HR 8799c, en realidad detectamos un poco menos de lo que cabría esperar si el planeta tuviera la misma composición que su estrella madre", dijo Konopacky. A su juicio, esto indica que el planeta tiene una cantidad ligeramente elevada de carbono en comparación con oxígeno.
La elevada relación carbono-oxígeno actúa como una huella dactilar para la formación del exoplaneta y los investigadores sugieren que los granos de hielo de agua deben haberse condensado en el disco planetario que rodea HR 8799 y agotado el oxígeno.
"Estos granos de hielo pegados forman grandes trozos de hielo, a pocos kilómetros de diámetro, que promueven la construcción de núcleo sólido del planeta", sugirió Konopacky. "La atmósfera de gas viene después de que el planeta sea lo suficientemente grande.
En el momento en que sucede, algunos de los granos de hielo se han ido y el gas no tiene tanta agua", añade.
Estos resultados implican que un proceso de acreción del núcleo, similar al que dio forma a nuestro Sistema Solar, con los gigantes de gas lejos del Sol y los planetas rocosos cercanos a él, también tuvo lugar en este sistema. "Dado que el sistema planetario que rodea HR 8799 se parece a una versión reducida de nuestro Sistema Solar, no sería una sorpresa encontrar planetas como la Tierra más cerca", según los investigadores.

El bosón de Higgs se parece cada vez más al bosón de Higgs

Nuevos datos del gran acelerador LHC indican que la partícula descubierta el pasado verano es la predicha, aunque no se descartan aún completamente otras opciones
La nueva partícula elemental descubierta el pasado verano “se parece cada vez más a un bosón de Higgs”, ha anunciado hoy el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), junto a Ginebra, resumiendo los últimos datos presentados por sus científicos. Ahora han analizado dos veces y media más datos que los que tenían en julio y, por sus características, el nuevo bosón encaja cada vez mejor con el Modelo Estándar que describe las partículas elementales y sus interacciones. Sin embargo, el CERN advierte que no está zanjada la cuestión aún porque puede ser el bosón de Higgs esperado, pero no se descarta aún completamente que pueda tratarse de otra partícula similar, “el más ligero de los varios bosones que predicen algunas teorías que van más lejos del Modelo Estándar; para conocer la respuesta habrá que esperar”. Los responsables de los dos grandes experimentos del LHC, el ATLAS y el CMS, has presentado los últimos datos en la conferencia anual de física de Moriond que se celebra en La Thuile (Italia).

Luis Ibáñez, catedrático de física teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, lo explica: “En el caso de las teorías supersimétricas hay otras tres partículas de este tipo y la más ligera de ellas se parece al bosón de Higgs del Modelo Estándar”. Pero este especialista se inclina a pensar que lo que se ha descubierto hasta ahora en el CERN es el bosón de Higgs esperado. “Es muy improbable [que se trate de la otra opción] porque en el resto de los datos analizados del LHC no hay rastro todavía de partículas supersimétricas”.
Las partículas supersimétricas serían un nuevo tipo de componentes elementales de la naturaleza predichas en las teorías denominadas de supersimetría, que van más allá del Modelo estándar, y muchos físicos esperan que aparezca su rastro en los experimentos del LHC, pero hasta ahora no han hecho acto de presencia.
Conviene recordar que la nueva y ya famosa partícula, buscada por los físicos desde hace medio siglo y que ayuda a explicar el origen de la masa, fue presentada por los científicos del LHC en el CERN el 4 de julio pasado, pero ya advirtieron entonces que, si bien se trataba de una partícula nueva de tipo bosón con propiedades que apuntaban hacia el bosón de Higgs predicho en el modelo estándar, todavía tenían que analizar muchos más datos para estar seguros de su identidad.
Incluso ahora, con mucha más información tomada en los detectores, afirman que la búsqueda no ha concluido.
“Los resultados preliminares con todo el conjunto de datos de 2012 son magníficos y, para mí, está claro que tenemos entre manos un bosón de Higgs, aunque todavía tenemos un largo camino que recorrer para saber que de qué tipo es”, ha declarado, en la conferencia de Moriond, Joe Incandela, portavoz del experimento CMS.
Para determinar la naturaleza del bosón, los físicos estudian cómo interactúa con otras partículas y sus propiedades cuánticas, explica el CERN. Por ejemplo, un bosón de Higgs debe tener espín (una propiedad física de las partículas) cero y, en el Modelo Estándar, su paridad (una medida de cómo se comporta su imagen especular) debe ser positiva, continúan los expertos del laboratorio europeo, que concluyen: “CMS y ATLAS han comparado varias opciones para el espin y paridad de esta nueva partícula y todas tienden a espin cero y paridad positiva, lo que, añadido a sus interacciones observadas con otras partículas, indica fuertemente que es el bosón de Higgs”.