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”.

El Nacimiento de un Planeta Gigante

Los planetas gigantes gaseosos, según las teorías actualmente vigentes, se forman tras capturar polvo y gas que permanecen tras la creación de una estrella.
Su superficie es indefinida, compuesta principalmente por hidrógeno y metano. Un equipo internacional de investigadores del Observatorio Europeo Austral ha observado el disco de polvo y gas de la estrella joven HD 100546, a unos 335 años luz de distancia de la Tierra, y ha descubierto en su órbita lo que se cree que es un planeta gigante en proceso de formación, un descubrimiento que ofrece una excelente oportunidad de comprender cómo se forman los planetas.

 "Si nuestro descubrimiento es ciertamente un planeta en formación, por primera vez los científicos podrán estudiar de forma empírica el proceso de formación planetaria y la interacción de un planeta en formación con su entorno natal en un estadio muy temprano", afirma Sascha Quanz, jefa del proyecto en Zürich, Suiza.
Los científicos que estudiaron durante años la estrella joven HD 100546 descubrieron una débil mancha en su disco circumestelar, su anillo.
En un principio pensaron que se podía tratar de un planeta gigante a una distancia seis veces mayor que la que separa a la Tierra del Sol.
Gracias al telescopio VLT (Very Large Telescope) del Observatorio Europeo Austral el equipo de investigadores actual ha descubierto que este planeta en formación realiza una órbita mucho mayor, unas 70 veces la distancia que separa la Tierra del Sol, esto es, alrededor de 149.600.000 kilómetros de media.
Se halla en las regiones exteriores del sistema, aunque no está claro si ha estado en su posición actual durante todo el tiempo de su formación o si ha podido migrar desde regiones interiores.
 La estrella se descubrió gracias a la combinación del instrumento de óptica adaptativa NACO, que elimina la luz procedente de la estrella en la que orbita el protoplaneta, con técnicas pioneras de análisis de datos, lo que demuestra que "el intercambio de ideas entre diferentes campos puede dar como resultado un extraordinario avance", afirma Adam Amara, miembro del equipo de investigación.
Aunque la teoría de que el objeto detectado se trata de un protoplaneta es la que más se amolda a los resultados de las observaciones, existe la remota posibilidad de que se trate de un planeta totalmente formado eyectado de su órbita original hacia una posición más cercana a la estrella.
Si, por el contrario, se confirma que se trata de un protoplaneta, los investigadores tendrán un perfecto laboratorio en el que estudiar de cerca el proceso de formación de un nuevo sistema planetario.

"La investigación exoplanetaria es una de las más nuevas y emocionantes fronteras de la astronomía, y la imagen directa de planetas es todavía un campo emergente que se va a beneficiar mucho de los recientes avances en instrumentación y en métodos de análisis de datos", concluye entusiasmado Amara.

Los agujeros negros giran y lo devoran todo a gran velocidad

Una esfera con una masa de dos millones de soles y un diámetro de más de tres millones de kilómetros (ocho veces la distancia de la Tierra a la Luna), cuya superficie gira casi a la velocidad de la luz, es lo que más se aproxima al agujero negro que han observado astrofísicos estadounidenses y europeos con dos telescopios espaciales.
Lo que han conseguido confirmar por primera vez es que los agujeros negros situados en el centro de las galaxias giran a gran velocidad, lo que da pistas sobre cómo y cuándo se formaron y crecieron.
“Es la primera vez que se ha podido medir con precision la velocidad de rotación de un agujero negro supermasivo”, explicó ayer Guido Risaliti, de la Universidad de Harvard (EE UU) y del observatorio de Arcetri (Italia).

 Pero esa velocidad es prácticamente imposible darla en kilómetros por hora, reconocía Fiona Harrison, de Caltech (EE UU), porque “los agujeros negros son muy extraños”.
Harrison está contenta porque han resuelto un problema de hace dos decenios, un plazo muy corto pero que indica la velocidad a la que avanza el conocimiento de estos enigmáticos fenómenos cósmicos.
La masa de los agujeros negros galácticos puede ser hasta miles de millones de veces superior a la del Sol.
En la Vía Láctea existe uno de estos monstruos, pero los astrofísicos se han fijado esta vez en el que ocupa el centro de una galaxia espiral cercana, la NGC 1365, situada a 56 millones de años luz de la Tierra. Con el nuevo telescopio espacial Nustar de la NASA y el XMM-Newton de la ESA, han podido probar que el agujero negro rota rápidamente, aunque sin sobrepasar los límites que impone la teoría, basada en las ecuaciones de Einstein.
Los resultados se publican en la revista Nature. 
El hallazgo da pistas sobre su origen en la evolución del Universo
A pesar de su nombre, los agujeros negros son uno de los espectáculos más luminosos del Universo, recuerda el experto estadounidense Christopher Reynolds en la misma revista.
Al engullir el gas y posiblemente también las estrellas cercanas al centro galáctico, liberan cantidades enormes de energía, incluidos rayos X, que permiten detectarlos.
El Nustar en un telescopio lanzado en junio pasado que está diseñado especialmente para detectar los fotones de mayor energía dentro del rango de los rayos X, que a su vez son la banda más energética del espectro electromagnético, tras los rayos gamma.
Lo que más interesa a los astrofísicos es que la velocidad de giro de un agujero negro e (que se revela en la deformación del espacio-tiempo en la zona cercana al horizonte de sucesos, más allá del cual ni la materia ni la luz escapa) puede considerarse el remanente fósil de su proceso de formación.
 La conclusión en este caso es que se formó muy rápidamente, tragándose enormes cantidades de gas y materia en poco tiempo, a partir de su origen muy poco después de la Gran Explosión (unos centenares de millones años de los más de 13.000 millones de antigüedad del Universo).
Todavía no se sabe cómo pudo suceder esto, así que habrá que esperar a nuevos instrumentos para conocer los detalles de uno de los mayores misterios cósmicos.

El grafeno multiplica la cantidad de electricidad que se obtiene de la luz

La gran cantidad de investigaciones que se están llevando a cabo en todo el mundo para descubrir las propiedades del grafeno están convirtiendo a este material en el 'ladrillo' más prometedor para desarrollar nuevas tecnologías en sectores muy diversos. Su utilización para convertir la luz en electricidad y sacar el máximo provecho de la energía solar es la línea de investigación de un equipo internacional de científicos que acaban de publicar un nuevo estudio en la revista 'Nature Physics'.

Según aseguran, el grafeno es capaz de convertir cada fotón que absorbe en múltiples electrones (electrones excitados) que pueden conducir corriente eléctrica. Lo habitual en la mayor parte de materiales, señalan los autores de este estudio, es que un fotón absorbido genere un solo electrón. En el caso del grafeno, al producir muchos electrones, la señal eléctrica sería mayor.
Su hallazgo, sostienen, podría representar una alternativa a las actuales tecnologías que se usan en energía solar y que se basan en semiconductores como el silicio.

El estudio ha sido realizado conjuntamente por investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Castelldefels (Barcelona), del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), en EEUU y del Instituto de Investigación de Polímeros del Max Planc de Alemania. También han participado tres investigadores de la empresa Graphenea de San Sebastián, Amaia Zurutuza Elorza, A. Centeno y A. Pesquera.
Energía solar 
Según señala Frank Koppens, líder de este grupo investigador del Instituto de Ciencias Fotónicas, en el que también participa Klass-Jan Tielrooij,esta tecnología basada en el grafeno permite absorber la energía del sol con pérdidas mucho menores que en la actualidad: "Además de placas solares, que es un mercado muy importante y que está creciendo muy rápidamente, se puede utilizar esta capacidad de conversión eficiente en cualquier producto que utilice luz para producir electricidad, por ejemplo detectores de luz", afirma el investigador holandés.
 El científico señala que "hay muchos grupos en todo el mundo que investigan las propiedades del grafeno en general, especialmente para utilizarlo en tecnologías de energía solar y para optoelectrónica (todas las tecnologías que dependen en la conversión de luz en electricidad).
En el pasado, otros grupos ya descubrieron que el grafeno tiene unas propiedades que hacen que este material sería interesante para tecnologías de energía solar, por ejemplo, su capacidad de absorber la luz de varios colores", afirma Koppens, que trabaja con grafeno desde hace cuatro años.
 En concreto, el experimento que describen en 'Nature Physics' consistió en mandar un número conocido de fotones a distintas energías a una fina capa de grafeno: "La investigacion que acabamos de publicar indica que la conversion de fotones absorbidos en electrones excitados (electrones con más energía, que pueden generar la corriente electrica) es muy eficiente. Más de de lo que se esperaba.
 La eficiencia viene de la capacidad de grafeno de convertir un fotón absorbido en múltiples electrones que pueden conducir corriente eléctrica. Esta capacidad no existe en muchos otros materiales que se usan ahora para placas solares, como el silicio", afirma.
Productos en el mercado
No obstante, señala que es muy difícil determinar cuánto tiempo falta para ver estos productos en el mercado: "Hemos descubierto una capacidad favorable para la conversión de fotones absorbidos en electrones excitados, pero no hemos construido una placa solar", admite.
Antes de que se puedan comercializar productos, afirma, habrá que investigar más sobre cómo se puede extraer eficientemente la corriente electrica del grafeno. Pese a ello, se muestra optimista ya que "hay muchos investigadores, tanto en el mundo de la ciencia como en la industria", dedicados a intentar resolver estos inconvenientes. Asimismo, destaca la apuesta de la UE por el grafeno: "Ha decidido invertir 1.000 millones de euros en las investigaciones y tecnologías de grafeno", señala. Una inversión que podría "acelerar el lanzamiento de productos al mercado", afirma.
Un material 'excepcional' 
 El investigador se muestra convencido de que estamos ante un material de extraordinario: "Tiene muchas capacidades excepcionales, como la de convertir luz en electricidad, y se van a descubrir muchas más", asegura. El grafeno es una lámina extremadamente delgada compuesta de carbono, de sólo un átomo de grosor. Es .
Se obtiene del grafito, un material muy abundante en la naturaleza, o del grafito sintético. ¿Hay alguna desventaja a la hora de trabajar con grafeno?: "Sí, cada material tiene sus desventajas. Por ejemplo, el grafeno no absorbe mucho la luz aunque todo lo que absorbe se convierte en electrones excitados con alta eficiencia.
Pero esta desventaja también puede ser una ventaja para algunas aplicaciones. Además, existe la posibilidad de aumentar la absorción del grafeno con varias tecnologias", añade.
En un momento en el que muchos investigadores españoles optan por irse de España debido a los recortes presupuestarios, el holandés Frank Koppens, que ha publicado una decena de artículos en revistas como 'Science' y del grupo 'Nature' decidió venirse a nuestro país.
Desde hace dos años y media lidera su grupo de investigación en el ICFO, un centro en el que asegura gozar de una gran libertad científica: "No fue difícil tomar la decisión de venir a España porque el nivel de investigación del ICFO está entre los mejores del mundo y sus instalaciones tienen unos estándares muy altos, algo esencial para que la investigación sea competitiva. Además, desde este centro se fomenta mucho que las innovaciones se conviertan en patentes y en productos concretos.
Esta contribución a la sociedad, a través del [desarrollo] de mejores productos y la posibilidad de generar neuvos empleos en el futuro (por ejemplo, a través de spinoffs) es muy gratificadora", afirma Koppens