El CERN descubre dos nuevas partículas nunca vistas

Conocidas como Xi_b'- y Xi_b*-, fueron predichas por el modelo de quarks, pero no habían sido vistas hasta ahora
Los responsables del experimento LHCb del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN ha anunciado este miércoles el descubrimiento de dos nuevas partículas de la familia bariónica, las formadas por quarks.

Estas partículas, conocidas como Xi_b'- y Xi_b*-, fueron predichas por el modelo de quarks, pero no habían sido vistas hasta ahora. Al igual que los protones que acelera el LHC, las nuevas partículas son bariones hechos de tres quarks y unidos por la fuerza nuclear fuerte (una de las cuatro interacciones fundamentales en la naturaleza). Sin embargo, los tipos de quarks son diferentes.
Las nuevas partículas Xib contienen ambas un quark belleza (b), un extraño (s) y uno abajo (d), mientras que el protón está formado por dos quarks arriba (u) y un abajo (d). Debido a la masa de los quarks b, estas partículas son seis veces más masivas que un protón.
Sin embargo, los expertos apuntan que las partículas son más que la suma de sus partes, ya que su masa depende también de cómo están configuradas. Cada uno de los quarks tiene una propiedad llamada espín. En Xi_b'-, los espines de los dos quarks más ligeros apuntan en direcciones opuestas, mientras que en Xi_b*- están alineados.
Esta diferencia hace un poco más pesada a la partícula Xi_b*-. "La naturaleza ha sido generosa y nos ha dado dos partículas por el precio de una", ha declarado uno de los responsables del experimento, Matthew Charles.
Este científico ha explicado que el Xi_b'- tiene una masa cercana a la suma de sus productos de desintegración y, si fuese un poco más ligera, no se habría visto nada. "Es un resultado emocionante. Gracias a la excelente capacidad de identificación de hadrones del LHCb, único entre los experimentos del LHC, hemos sido capaces de identificar una señal muy clara sobre el fondo", ha apuntado el investigador Steven Blusk.
Además de las masas de estas partículas, cuyo hallazgo ha sido publicado en Physical Review Letters, el equipo de investigación estudió sus tasas de producción y las anchuras de su desintegración (una medida de su estabilidad), entre otros detalles.
Encajan en las predicciones
Los resultados encajan con las predicciones de la Cromodinámica Cuántica (QCD), parte del Modelo Estándar de Física de Partículas, la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones.
Comprobar la QCD con gran precisión es clave para mejorar el entendimiento de la dinámica de quarks, modelos que son muy difíciles de calcular. "Si queremos encontrar nueva física más allá del Modelo Estándar, necesitamos primero una imagen precisa", dijo el coordinador de Física del LHCb Patrick Koppenburg.
A su juicio, "estos estudios de alta precisión nos ayudan a diferenciar entre efectos del Modelo Estándar y cualquier otra cosa nueva o inesperada en el futuro".
Las medidas fueron realizadas con los datos tomados en el LHC durante 2011-2012. Actualmente está siendo preparado tras su primer parón largo, para operar a energías mayores y con haces más intensos. Está previsto que comience a funcionar de nuevo en la primavera de 2015.
La colaboración LHCb está formada por 670 científicos y 250 técnicos e ingenieros de 65 instituciones representando a 16 países, entre ellos España. En este experimento participan la Universidad de Santiago de Compostela (USC), la Universidad de Barcelona (UB), la Universidad Ramón Llull (URL), y recientemente se ha incorporado el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV).

Espectacular imagen de un sistema planetario en formación

Una nueva imagen del telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter / submilimétrico) revela detalles extraordinariamente precisos se un disco de formación planetaria alrededor de una estrella joven.

Se trata de las imágenes más nítidas jamás hechas en longitudes de onda submilimétricas, lo que supone un enorme paso adelante en la observación de cómo los discos protoplanetarios se desarrollan y cómo se forman los planetas.
Para estas observaciones de ALMA, los investigadores pusieron sus ojos en HL Tauri, una joven estrella situada a unos 450 años luz de distancia de la Tierra y rodeada por un disco de polvo.
La imagen resultante ha superado todas las expectativas y revela con un detalle inesperadamente preciso cómo es el disco de material sobrante del nacimiento de las estrellas.
Concretamente, se ha descubierto que se muestra en una serie de anillos concéntricos brillantes, separados por lagunas.
"Estas características son, casi con total seguridad, el resultado de cuerpos planetarios jóvenes que se están formando en el disco. Es sorprendente, ya que no se espera que este tipo de estrellas jóvenes vayan a tener grandes cuerpos planetarios capaces de producir las estructuras que se ven en esta imagen", ha apuntado el autor principal del trabajo, Stuartt Corder.
 "Cuando vimos por primera vez esta imagen nos quedamos asombrados del nivel de detalle espectacular. HL Tauri tiene más de un millón de años de edad, sin embargo, su disco parece estar ya lleno de futuros planetas", ha añadido.
Formación más rápida Para la investigadora Catalina Vlahakis, esta imagen va a "revolucionar las teorías de formación planetaria".
Y es que el disco de HL Tauri aparece mucho más desarrollado de lo que se esperaría con la edad del sistema. Por lo tanto, la imagen de ALMA también sugiere que el proceso de formación de planetas puede ser más rápido de lo que se pensaba.
Las estrellas jóvenes como HL Tauri nacen en nubes de gas y polvo fino, en las regiones que se han derrumbado bajo los efectos de la gravitación, formando densos núcleos calientes que con el tiempo se encienden para convertirse en estrellas jóvenes.
Estas jóvenes estrellas están rodeadas de un 'capullo' formado por el gas y el polvo restante, que eventualmente se deposita en un disco, conocido como protoplanetario.
A través de muchas colisiones, las partículas de polvo se pegan, formando en grumos del tamaño de granos de arena y guijarros.
En última instancia, los asteroides, los cometas e incluso los planetas pueden llegar a formarse de ese disco. Los planetas jóvenes interrumpirán el trazo del disco para crear anillos, huecos y agujeros, como los que se observan en las estructuras que ahora se observan con ALMA.
Una investigación "esencial" La investigación de estos discos protoplanetarios es "esencial", según han destacado los investigadores, de cara a la comprensión de cómo la Tierra se formó en el Sistema Solar. La observación de las primeras etapas de la formación de planetas alrededor de HL Tauri puede mostrar cómo el sistema planetario al que pertenece la Tierra pudo aparecer hace más de cuatro millones de años.
"La mayoría de lo que sabemos sobre la formación de planetas hoy en día se basa en la teoría. Las imágenes con este nivel de detalle habían estado relegadas a las simulaciones por ordenador o dibujos artísticos.
Esta imagen de alta resolución de HL Tauri demuestra lo que ALMA puede lograr cuando se trabaja en su configuración más grande", ha indicado el director general del Observatorio Europeo Austral (ESO), Tim de Zeeuw. A su juicio, ahora "comienza una nueva era en la exploración de la formación de estrellas y planetas".

Nuevo mapa dinámico del vecindario de la Vía Láctea

La galaxia está a la periferia del supercúmulo bautizado Laniakea, que significa “cielo inmenso” en hawaiano
Las galaxias, como la Vía Láctea a la que pertenece el sol y otros 300.000 millones de estrellas, no están repartidas en el universo al azar. Forman grupos, cúmulos y supercúmulos que están interconectados en una red de filamentos de gran concentración de materia, junto a enormes espacios casi vacíos. Uno de esos supercúmulos es nuestro vecindario cósmico (con unas 100.000 galaxias) del que cuatro astrónomos han logrado ahora no solo trazar sus límites, su frontera, sino también cartografiarlas galaxias en movimiento. Han bautizado el supercúmulo Laniakea, que en hawaiano significa cielo (lani) inmenso (akea), y la Vía Láctea está en las afueras.

Los supercúmulos son difíciles de definir, especialmente desde dentro, recalca la revista Nature que publica esta semana el nuevo mapa dedicándole la portada. Es como intentar describir con detalle el edificio en que uno vive sin poder salir a la calle para observarlo y medirlo.
Brent Tully, astrónomo de la Universidad de Hawai y tres colegas de Francia e Israel, han hecho el nuevo mapa partiendo de los datos del catálogo de galaxias Cosmicflow-2 y, basándose en las velocidades de las galaxias, logran determinar la extensión, estructura y dinámica de nuestro supercúmulo. Los desplazamientos de las galaxias están determinados por el efecto de la gravedad de la materia de su entorno, por la expansión del universo y por su misteriosa aceleración.
Laniakea tiene un diámetro de 520 millones de años luz y se conocen supercúmulos mayores en el universo más lejano, resume en Nature Elmo Tempel, cosmólogo del observatorio Tartu, en Estonia.
Esta cartografía de las estructuras a gran escala del universo es importante, primero, porque revela detalles del entorno de la Vía Láctea, señala Tempel. Segundo, “porque la morfología del universo cercano es esencial para determinar con precisión parámetros cosmológicos como la densidad de la energía oscura, que se supone que gobierna la aceleración de la expansión del universo”. Y tercero, porque el examen de las estructuras cósmicas alrededor de la Vía Láctea nos ayuda a comprender cómo se formaron y evolucionaron las galaxias.

Surgen estructuras misteriosas desde el núcleo de la Vía Láctea

Astrónomos han anunciado el hallazgo de dos inmensas burbujas emisoras de rayos gamma que se inflan desde el centro de lagalaxiaconocida como la Vía Láctea.
Las estructuras anteriormente ocultas, que fueron detectadas por el telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA, abarcan 25.000 años luz al norte y al sur del núcleo galáctico.
«Creemos que sabemos mucho sobre nuestra propia galaxia», comentó el astrofísico David Spergel, de la Universidad de Princeton, en una rueda de prensa el martes, aunque no participó en el hallazgo.
«Pero lo que vemos es que estas enormes estructuras sugieren la presencia de un inmenso evento energético en el mismísimo centro de nuestra galaxia».
«Por el momento se desconoce el origen de toda esa energía», añade el coautor del estudio Doug Finkbeiner, profesor auxiliar de astronomía del centro de astrofísica de Harvard-Smithsonian en Cambridge, Massachusetts.

Los rayos gamma son las formas más energéticas de luz que tienden a formarse en el espacio tras eventos violentos como las supernovas u objetos extremos como los agujeros negros o las estrellas de neutrones. (Consulte "Gamma-Ray Telescope Finds First 'Invisible' Pulsar.")
Las burbujas recién descubiertas están formadas de gas caliente y supercargado que libera la misma cantidad de energía que cien mil estrellas explosionando al unísono. «Habría que preguntarse: ¿de dónde procede tanta energía en la Vía Láctea?», añade Finkbeiner. ¿Indican las burbujas de rayos gamma la alimentación de la Vía Láctea?
Una posible respuesta es que las burbujas de rayos gamma sean los vestigios de una antigua explosión estelar ocurrida en el centro de la galaxia.
Si se formó una inmensa agrupación de grandes estrellas hace millones de años, los astros gigantes podrían estar muriendo al unísono, sentando así los prolegómenos de una supernova.
En ese caso, las burbujas podrían representar «la energía acumulada durante millones de años», añade Finkbeiner. «Otra hipótesis, quizás más dramática, es que el agujero negro durmiente en el centro de la galaxia se haya activado por poco tiempo».
Los científicos saben con certeza de la existencia de un grandísimo agujero negro en el centro de nuestra galaxia, y que no adquirió ese tamaño por nada.
Por el contrario, el agujero negro debe pasar por distintas etapas cuando engulle ingentes cantidades de materia cósmica.
Cuando los agujeros negros se alimentan activamente, tienden a expulsar chorros de gran energía desde sus polos.
Los astrónomos han descubierto núcleos galácticos activos en otras partes del universo, pero nunca han obtenido pruebas convincentes de que este proceso pudiese ocurrir en la Vía Láctea. (Consulte "Black Holes Belch Universe's Most Energetic Particles.")
«Las burbujas de rayos gamma podrían ser la primera evidencia de una gran explosión procedente del agujero negro situado en el centro de la galaxia» añade Finkbeiner.
El equipo del estudio ha descartado otra teoría que argumentaba que las burbujas podrían ser vestigios de una sustancia misteriosa conocida como materia oscura.
 Según la teoría, las partículas de materia oscura se destruyen al colisionar entre sí, liberando lluvias de nuevas partículas junto a grandes cantidades de energía.
Se supone que densos cúmulos de materia oscura existen en el núcleo de las galaxias, por lo que el resultado de sus colisiones es una de las formas en que los astrónomos esperarían poder probar la existencia de dicha sustancia.
«Lo que me no me convence de esa explicación son los bordes nítidos que se pueden observar en las burbujas», continúa Finkbeiner, refiriéndose al hecho de que las estructuras conforman domos bien definidos.
La materia oscura habría existido en el núcleo de la galaxia desde el principio y sus partículas habrían estado interactuando constantemente.
«Si algo ha venido sucediendo durante miles de millones de años y todavía permanece en estado constante, no debería verse como una estructura cósmica de bordes definidos» concluye Finkbeiner. Fermi ayuda a penetrar la niebla de los rayos gamma Finkbeiner y su equipo descubrieron las burbujas de rayos gamma utilizando los datos del telescopio Fermi de área amplia, el detector de rayos gamma más sensible lanzado hasta la fecha.
Posteriormente, los científicos tuvieron que procesar los datos en bruto para poder ver a través de la «niebla» de rayos gamma los electrones de gran energía, moviéndose a la velocidad de la luz e interactuando con la luz y el gas interestelar en la Vía Láctea.
(Relacionado: "Mysterious 'Dragons' Make Universe's Gamma Ray Fog.")
 «Se necesitarán estudios adicionalespara obtener la naturaleza real de la fuente de energía que infla las burbujas», comentó Spergel, académico de Princenton.
«Pero debo decir que es una imagen impresionante, que creo interesará a los astrónomos en años futuros, para trabajos de observación, teorización y para alcanzar una mejor comprensión de lo que sucede y relacionarlo a otras áreas de astronomía galáctica y extragaláctica».
El hallazgo de los rayos gamma ha sido aceptado para publicación en The Astrophysical Journal

La NASA prueba un "platillo" volante para llevar humanos a Marte

La misión, que ha costado 150 millones de dólares (unos 109 millones de euros), busca generar una alternativa a las tecnologías desarrolladas hace décadas 

   

La agencia espacial NASA ha lanzado este domingo a la atmósfera terrestre un "platillo volante" que le permite probar tecnologías con las que algún día espera transportar a humanos a Marte, en un ensayo que concluyó con éxito cuando la enorme nave con forma de disco cayó en el lugar esperado en el Océano Pacífico.
El Desacelerador Supersónico de Baja Densidad (LDSD, en sus siglas en inglés), más conocido como "platillo volante" incluso dentro de la NASA, fue lanzado hacia la atmósfera la mañana del sábado desde la isla hawaiana de Kauai, adherido a un globo gigantesco. Pese a que el paracaídas de la nave no se desplegó del todo al concluir la misión, la NASA fue capaz de recuperar el "platillo volante" a la hora prevista de la misma tarde, cuando el disco se desprendió del globo y cayó al océano.
La misión, que ha costado 150 millones de dólares (unos 109 millones de euros), busca generar una alternativa a las tecnologías desarrolladas hace décadas que la agencia espacial estadounidense sigue usando para sus vuelos de exploración a Marte, con el fin de poder enviar algún día humanos al planeta rojo.

 El vuelo levantó el LDSD a unos 36.000 metros de altura, donde el globo de helio se desprendió del platillo justo cuando un cohete adherido a la nave se prendía, lo que impulsó el gigantesco disco hasta los 54.000 metros de altura al cuádruple de la velocidad del sonido.
Eso permitió probar la reacción del vehículo a la atmósfera propia de Marte, que es similar a la de los 54.000 metros de altura.
Una vez completado el ascenso, el disco desplegó una especie de paracaídas para ralentizar su descenso a la Tierra, y tres horas más tarde cayó en el Océano Pacífico.
La NASA planea hacer próximamente más vuelos para seguir probando la resistencia del aparato, pero ha calificado la misión de este domingo como un éxito.
"Queremos probar esta tecnología aquí, porque es más barato, para estar seguros de que va a funcionar antes de enviarla a Marte", señaló a principios de este mes el responsable del proyecto, Mark Adler.

Las rocas del Apollo aclaran la composición y origen de la Luna

No está claro cómo acabó la Luna ahí, en órbita de la Tierra.

Pudo ser una captura, es decir, un cuerpo que pasó cerca de nuestro planeta y la atracción gravitatoria lo convirtió en satélite; tal vez se formaron a la vez en el Sistema Solar primitivo, o quizás es el resultado de una colisión entre la proto-Tierra y otro gigantesco objeto cuyos restos, tras el choque, se agregaron formando la Luna.

La última teoría es la más aceptada, explican unos científicos alemanes que han dado precisamente con una prueba que la sostiene.

Se trata de los resultados de nuevos análisis que han realizado con rocas que trajeron los astronautas del programa Apollo en las que, concluyen Daniel Herwartz y sus colegas, se distingue la firma química distintiva de algo diferente de la Tierra, que debió ser ese gran objeto coprotagonista del impacto.
Aunque no se había encontrado rastro de él, los científicos incluso lo habían bautizado: Theia. “Las diferencias son pequeñas y difíciles de detectar, pero están ahí.
Esto significa dos cosas: primero que ahora podemos decir con razonable seguridad que la gigantesca colisión tuvo lugar, y segundo, nos da una idea de la geoquímica de Theia”, explica Herwartz.
El objeto astronómico que habría chocado con la Tierra en formación sería gigantesco, de escala planetaria, a lo mejor tan grande como Marte, y si la Luna se formó al aglutinarse restos de la colisión de hace unos 4.500 millones de años, tendría que ser patente aún la mezcla en su composición, con una proporción de material heredado de Theia que los cálculos de los científicos establecen en torno a un 70%. Los investigadores han buscado esa huella midiendo las proporciones de isótopos de oxígeno, titanio, silicio y otros elementos, porque se sabe que varían en los diferentes cuerpos del Sistema Solar y la mayoría de ellos tiene su composición específica.
Sin embargo, no hubo éxito hasta ahora con los análisis, señala la revista Science, de manera que nuestro planeta y su satélite natural parecían prácticamente idénticos a efectos de composición química, lo que no encajaba con los modelos de aquella gigantesca colisión. más información
La Luna tuvo agua hace más de 3.000 millones de años Todo sobre el programa Apollo Primer mapa de alta resolución del campo gravitatorio de la Luna

 Herwartz (Universidad de Göttingen, Alemania) y sus colegas explican en su artículo en Science que empezaron por analizar meteoritos de origen lunar, fragmentos del satélite que llegan a la Tierra, para buscar una huella distintiva en su composición, una pista de Theia.

Pero estaban los materiales de los meteoritos están muy alterados ya que con el agua se intercambian isótopos.

Entonces pidieron a la NASA muestras de rocas que recogieron en la Luna los astronautas del programa Apollo, en concreto de las misiones 11, 12 y 16, y han aplicado métodos avanzados de análisis ultraprecisos.

Así han descubierto en la composición de esas rocas basálticas lunares una proporción específica de determinados isótopos de oxígeno más alta que en las muestras terrestres, lo que “sustenta la hipótesis de la formación de la Luna como consecuencia del gigantesco impacto”, escriben los investigadores.

En la teoría del gran impacto como origen de la Luna se han barajado varias hipótesis para acomodar la hasta ahora uniformidad química entre los dos cuerpos celestes, recuerdan los investigadores.

Tal vez los dos grandes objetos que chocaron se habían formado en la misma zona del Sistema Solar y, por tanto, con igual composición química; o se produjo un reequilibrio isotópico tras la colisión que anularía cualquier diferencia entre ellos previa al choque, a lo mejor la diferencia de la Tierra y la Luna resultantes de la colisión no sería tan grande como los modelos indican.

Pero la mayoría de estas simulaciones en ordenador sugieren una composición notable entre una y otra tras el choque. 

Así, la luna estaría compuesta entre un 70%y un 90% por materia de Thiea, con el 10% a 30% restante de material terrestre, aunque hay grandes variaciones en las proyecciones. 

Los nuevos datos sugieren una mezcla al 50%, pero esto aún tiene que ser confirmado.

Si los resultados que se presentan ahora son correctos, “podemos predecir la composición geoquímica e isotópica de la Luna”, señala Herwartz, pero añade que el siguiente paso a dar en la investigación es determinar cuánto material de Theia hay en ella ahora.

Una galaxia enana fallida recorre la Vía Láctea envuelta en materia oscura

Los astrónomos creen que sin esa capa protectora, esta nube de alta velocidad (HVC) conocida como la Nube de Smith se habría desintegrado
Como una bala envuelta en una coraza metálica, una nube de hidrógeno que ha irrumpido en la Vía Láctea parece estar encerrada en una cáscara de materia oscura , según un nuevo análisis de datos realizado con el telescopio estadounidense GBT (Green Bank Telescope).
Los astrónomos creen que sin esa capa protectora, esta nube de alta velocidad (HVC) conocida como la Nube de Smith se habría desintegrado hace mucho tiempo cuando por primera vez chocó con el disco de nuestra galaxia.

Si es confirmado por otras observaciones, un halo de materia oscura podría significar que la Nube de Smith es en realidad una galaxia enana fracasada, un objeto que tiene todo el material adecuado para formar una verdadera galaxia, pero que simplemente no basta para producir estrellas. "La nube Smith es realmente única en su clase.
Es rápida, bastante extenso, y queda lo suficientemente cerca como para estudiarla en detalle", dijo Matthew Nichols, del Observatorio Sauverny en Suiza y autor principal de un artículo aceptado para su publicación en la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.
"También es un poco un misterioso, ya que un objeto como este simplemente no debería sobrevivir a un viaje a través de la Vía Láctea, pero toda la evidencia apunta al hecho de que lo hizo" Estudios anteriores de la Nube de Smith revelan que pasó primero a través de nuestra galaxia hace muchos millones de años.
Tras un exmaen y modelado de la nube, los astrónomos creen ahora que la Nube de Smith contiene y está en realidad envuelta en un "halo " sustancial de materia oscura: la materia aún invisible pero gravitacionalmente significativa que constituye aproximadamente el 80 por ciento de toda la materia en el Universo .
"Con base en la órbita prevista actualmente, se muestra que sería poco probable que una nube libre de materia oscura sobreviva a este cruce de disco ", observó Jay Lockman , un astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía en Green Bank , West Virginia, y uno de los coautores del estudio.
"Mientras, una nube de materia oscura sobrevive fácilmente el paso y produce un objeto que se parece a la Nube de Smith en la actualidad". La Vía Láctea está rodeada por centenares de nubes de alta velocidad, que se componen principalmente de gas hidrógeno demasiado enrarecido para formar estrellas en cualquier cantidad detectable.

La única manera de observar estos objetos , por lo tanto , es con radiotelescopios exquisitamente sensibles como el GBT , capaces de detectar las emisiones débiles de hidrógeno neutro . Si fuera visible a simple vista , la Nube de Smith cubriría casi tanto cielo como la constelación de Orión .
La mayoría de las nubes de alta velocidad comparten un origen común con la Vía Láctea, ya sea como bloques de construcción sobrantes de la formación de galaxias o cúmulos de materiales lanzados por las supernovas en el disco de la galaxia. Algunos, sin embargo, son intrusos que vienen desde más lejos con su propio pedigrí.
Un halo de materia oscura que fortalecería la Nube de Smith es una de esas raras excepciones. Actualmente, la nube Smith está a cerca de 8.000 años luz de distancia del disco de nuestra galaxia. Se está moviendo hacia la Vía Láctea a más de 150 kilómetros por segundo y se prevé que impactará de nuevo en aproximadamente 30 millones de años. "Si se confirma que tiene materia oscura esto sería , en efecto, una galaxia fracasado", dijo Nichols.
"Tal descubrimiento podría comenzar a mostrar el límite inferior de lo pequeña que podría ser una galaxia". Los investigadores creen que esto también podría mejorar nuestra comprensión de la formación más antigua estrella de la Vía Láctea.