ASTROFÍSICA - Solitones y materia oscura pueden estar detrás de la formación de quásares

Galaxia formada en una simulación de ondas de materia oscura. Se aprecia que la estructura responde a un patrón de interferencias granulares complejas, con una onda masiva ubicada en el centro que puede atraer una gran cantidad de gas para formar un quasar. / Tzihong Chiueh et al.

Científicos taiwaneses, en colaboración con un investigador Ikerbasque de la Universidad del País Vasco, han llevado a cabo simulaciones que muestran como los solitones, ondas solitarias y masivas, podrían explicar el origen de los quásares. Estos son los objetos más luminosos del universo, hasta cien veces más brillantes que nuestra galaxia.

Tom Broadhurst, investigador Ikerbasque en el departamento de Física Teórica de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) ha participado junto a científicos de la Universidad Nacional de Taiwan en una investigación que reinterpreta la naturaleza de los quásares, los objetos más luminosos del universo, con una luminosidad que puede llegar a ser cien veces mayor que la de la Vía Láctea, con sus entre 200 y 400 mil millones de estrellas.

Los quásares (quasi stellar radio source , fuentes de radio casi estelares) son regiones compactas de gas caliente en el centro de galaxias masivas, rodeando un agujero negro supermasivo. Emiten su característica luminosidad a medida que las espirales de gas dentro del agujero negro se comprimen y calientan.

Las simulaciones explican cómo lo quásares, siendo objetos tan antiguos, concentran gran cantidad de materia desde sus inicios

Uno de los principales enigmas que rodean a los quásares es cómo, siendo objetos muy antiguos, concentran una gran cantidad de materia desde un primer momento; cuando se supone que las galaxias acumulan la materia gradualmente, con pequeñas cantidades iniciales.

La investigación llevada a cabo por el doctor Broadhurst y sus compañeros, publicada recientemente en Physics Review Letters, ayuda a explicar este misterio. Llevando a cabo simulaciones de la materia oscura como un condensado de Bose-Einstein (el estado más frio posible para la materia predicho por primera vez por Albert Einstein), han encontrado en este contexto que ondas solitónicas masivas pueden formar un núcleo denso dentro de cada galaxia.

Un solitón es una onda solitaria que se propaga sin deformarse y que puede alcanzar grandes masas en tamaños relativamente compactos, lo que explicaría la capacidad de los quásares para atraer y focalizar el gas necesario para ser tan luminosos, a pesar de ser objetos tan antiguos. Esta cuestión ha supuesto un auténtico quebradero de cabeza para científicos durante años.

Tom Broadhurst es doctor en Física por la Universidad de Durham (Reino Unido) y fue contratado en 2010 por Ikerbasque. Desde entonces desarrolla sus investigaciones sobre cosmología observacional, materia oscura y la formación de galaxias en la UPV/EHU.

Fuentes: SINC

Los misterios de la materia oscura

Todo lo que nos rodea, desde el planeta Tierra hasta las galaxias distantes, representa sólo el cinco por ciento del universo. El resto es o bien energía oscura o bien materia oscura.

Algunos físicos y expertos del CERN nos ayudan a entender un poco más sobre la materia oscura.


En Ginebra hace tres años, se confirmó la existencia del bosón de Higgs. Este año se esperan nuevos hallazgos con la puesta en marcha del Gran Colisionador de Hadrones que funcionará a pleno rendimiento por primera vez . Pero, los avances no sólo vendrán del gran acelerador de partículas. La Agencia Espacial Europea está construyendo un nuevo telescopio espacial llamado Euclides con el que se podrá observar el universo a gran escala. Con estos dispositivos tecnológicos los físicos y cosmólogos han encontrado que la materia normal constituye sólo el 5 por ciento de todo el universo. Y la proporción de energía oscura sigue aumentando... La investigación sigue avanzando. Y los científicos están casi seguros de que probablemente la materia oscura, podría estar integrada por algún tipo de partícula misteriosa, y que tarde o temprano terminarán por identificarla.


Fuentes: ESA

¿Resuelto el problema de la antimateria?

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Cuando una partícula de materia entra en contacto con una de antimateria, ambas se aniquilan por completo

Investigadores descubren una extraña partícula subatómica, el mesón Bs, que se comporta de forma única y puede explicar uno de los más grandes misterios del Universo

Un grupo de investigadores de la Universidad de Syracusa acaba de anunciar una serie de importantes hallazgos sobre una extraña partícula subatómica, el mesón Bs, que podrían explicar por qué el Universo contiene mucha más materia que antimateria.

La cuestión de la "antimateria perdida" ha intrigado a los Físicos durante décadas. Según predicen los modelos vigentes, durante el Big Bang tuvo por fuerza que producirse una cantidad igual de materia que de antimateria. Pero en la actualidad todo lo que vemos a nuestro alrededor está hecho de materia. ¿Dónde está, pues, la antimateria que falta?

Igual que la materia, también la antimateria está constituida por átomos y partículas. De hecho, a cada partícula de materia que existe le corresponde su propia antipartícula, que es exactamente igual a ella excepto por la carga eléctrica, que es la opuesta. Por ejemplo, la antipartícula del electrón es el positrón, la del protón se llama antiprotón, y así sucesivamente. 

Aniquilación espontánea
Se da la circunstancia de que, cuando una partícula de materia entra en contacto con una de antimateria, ambas se aniquilan por completo en un súbito y luminoso fogonazo. Si un astronauta pusiera el pie sobre un hipotético planeta hecho de antimateria, todos sus átomos se desintegrarían al instante, al mismo tiempo que una cantidad equivalente de "antiátomos" del planeta haría lo propio.

Sin embargo, parece poco probable que existan planetas, estrellas o incluso galaxias enteras hechas de antimateria. Si así fuera, seríamos capaces de ver cómo ambas se aniquilan en la frontera entre la antimateria y la materia que las rodea. Y nadie ha visto jamás señal alguna de que algo parecido esté ocurriendo.

Sin embargo, en septiembre de 2006 un equipo de físicos del Fermilab descubrieron en su laboratorio un tipo de partícula, el mesón Bs, que hasta ese momento había sido solo una posibilidad teórica. Se da la circunstancia de que el mesón Bs tiene la extraordinaria capacidad de oscilar entre una partícua de materia y una de antimateria. Es decir, que puede ser, alternativamente, materia y antimateria.

El extraordinario hallazgo prometía abrir las puertas de una nueva física hasta ahora desconocida. Por eso, comprender mejor las características de este extraño mesón se ha convertido en uno de los principales objetivos del experimento LHCb, en el CERN, el laboratorio de Física más importante del mundo, con sede en Ginebra. Los físicos del LHCb llevan a cabo complicados experimentos que intentan aclarar lo que sucedió durante los primeros instantes del Big Bang, y cómo la materia que hoy nos resulta tan común logró crearse y extenderse por todo el Universo.

Fue precisamente allí, en un taller celebrado en el CERN, donde el profesor Sheldon Stone acaba de anunciar sus hallazgos. "Muchos experimentos internacionales -afirma el científico- están interesados en el mesón Bs porque es una partícula que puede oscilar entre materia y antimateria. Comprender sus propiedades podría explicar la violación de la simetría CP, que se refiere a la necesidad de que exista un equilibrio entre materia y antimateria en el Universo y cuyo aparente incumplimiento es uno de los mayores desafíos de la física de partículas". 

Quark y antiquark
Los investigadores creen que, hace unos 14.000 millones de años, la energía del Big Bang se fue transformando en cantidades idénticas de materia y de antimateria. Pero a medida que el Universo se enfriaba y se expandía, su composición fue cambiando. Tras el Big Bang, toda la antimateria desapareció dejando tras de sí a la materia ordinaria, a partir de la cual se fueron creando las primeras estrellas y galaxias, y todo lo demás hasta llegar a la Tierra y a las formas de vida que hay en ella.

"Algo tuvo que ocurrir -afirma Stone- para causar esta violación de la simetría CP y, por consiguiente, formar el Universo que podemos ver en la actualidad".

Stone está convencido de que parte de la respuesta está, precisamente, en el mesón Bs, que está formado por un antiquark y un quark extraño (una de las familias de los quarks) a los que mantiene unidos gracias a la interacción fuerte. Como se sabe, los quark son los componentes fundamentales de otras partículas, como protones y neutrones, dentro del núcleo atómico.

Stone y su equipo han estudiado a fondo los resultados de dos experimentos llevados a cabo en 2009 en el Fermilab, en Chicago, donde se encuentra otro de los aceleradores de partículas más grandes del mundo.

"Los resultados de esos experimentos - explica Stone- mostraban que las oscilaciones materia-antimateria del mesón Bs se desviaban de lo predicho por el Modelo Estandar de la Física, pero las propias incertidumbres alrededor de esos resultados eran demasiado altas como para llegar a conclusiones sólidas".

Así que el investigador, junto a sus colegas, no tuvo más remedio que desarrollar por sí mismo una nueva técnica que le permitiera tomar medidas mucho más precisas del mesón Bs. Y sus nuevos resultados muestran que las oscilaciones del mesón Bs entre materia y antimateria son, exactamente, las que predice el Modelo Estandar.

Stone afirma que las nuevas mediciones restringen enormemente los "reinos" en los que esa nueva física podría esconderse, lo que obligará a los investigadors a ampliar sus búsquedas en otras áreas. "Todo el mundo sabe que existe una nueva física -dice Stone-. Sólo necesitamos llevar a cabo análisis más sensibles para lograr olfatearla".




Fuentes: ABC.es

Antimateria - Astrofísica Conceptual

Mucha de la gente que se inicia en la astronomia, generalmente se
encuentra con ésta palabra: 'antimateria', ¿pero que es realmente la antimateria? Voy a intentar explicarlo de forma sencilla para que no se necesiten elevados conocimientos físicos para entenderlo.

La materia normal como la conocemos, está compuesta de átomos, las distintas organizaciones de distintos átomos forman todos los tipos de moléculas y estos a su vez la materia. Estos átomos están compuestos por electrones, protones y neutrones, los elementos mas pequeños conocidos (sin tener en cuenta los quarks). La antimateria se compone del mismo modo, con algo llamado anti-átomos, que están formados por antielectrones (o también llamados positrones), antiprotones y el extraño antineutron. Paul Adrien Maurice Dirac había deducido, fundándose en un análisis matemático de las propiedades inherentes a las partículas subatomicas, que cada partícula debería tener su 'antiparticula'. Así pues, debería haber un 'antielectron' idéntico al electron, salvo por su carga, que seria positiva, y no negativa, y un 'antiproton' con carga negativa en vez de positiva.

Pero... ¿Que es realmente la antimateria y en que se diferencian los electrones, protones y neutrones de los antielectrones, antiprotones y los ant
ineutrones?
La antimateria es materia constituida por la antiparticulas (antielectrones, antiprotones y antineutrones).
La diferencia los electrones y protones de los antielectrones y los antiprotones y los antineutrones es básicamente la carga eléctrica  son idénticas en aspecto físico y en constitución, sus movimientos rotatorios se han invertido, el polo sur magnético  por decirlo así  esta arriba y no abajo, de esta manera su carga eléctrica es la opuesta de lo que deberia de ser.
Como vimos hasta ahora, el positron es la contrapartida del electrón por su carga contraria, y el antiproton es también 'anti' por su carga. Pero... ¿por que dice anti a una partícula que posee carga neutra? Para responder esta pregunta es necesario explicar brevemente las características de los positrones y los antiprotones.
El antielectron es tan estable como el electrón, de hecho es idéntico al electrón en todos sus aspectos, excepto en su carga eléctrica  Su existencia puede ser indefinida. Aunque el promedio de 'vida' es de una millonésima de segundo, hasta que se encuentra con un electrón  durante un momento relampagueante quedaran asociados el electrón y el positron; ambas partículas giraran en torno a un centro de fuerza común  Pero la existencia de este sistema, como máximo, durará una diez millonésima de segundo ya que se combinan el positron y el electrón.
Cuando se combinan las dos partículas opuestas, se produce una neutralizacion mutua y literalmente desaparecen, no dejan ni rastro de materia ('aniquilamiento mutuo'). Pero como sabemos la materia al igual que la energía no puede desaparecer, como resultado de esto queda la energía en forma de radiación gamma. De tal forma como había sugerido el genio Albert Einstein: la materia puede convertirse en energía, y viceversa.
El antiprotón es tan evanescente como el positron, por lo menos en nuestro Universo. En una ínfima fracción de segundo después de su creación  la partícula desaparece (al igual que el antielectron), arrastrada por algun nucleo normal cargado positivamente. Entonces se aniquilan entre si el antiproton y un proton del núcleo, que se transforman en energia y particulas menores.
En ocasiones, el proton y el antiproton solo se rozan ligeramente en vez de llegar al choque directo. Cuando ocurre esto, ambos neutralizan mutuamente sus respectivas cargas. El proton se convierte en neutron, lo cual es bastante lógico  Pero no lo es tanto que el antiproton se transforme en un 'antineutron'.

Con algo de fisica elemental es facil comprender como forma un campo magnetico la particula cargada, pero ya no resulta tan facil saber por que hace lo mismo un neutron. Que por cierto ocurre. La prueba directa mas evidente de ello es que cuando un rayo de neutrones golpea sobre un hierro magnetizado, no se comporta de la misma forma que lo haria si el hierro no estuviese magnetizado. El magnetismo del neutron sigue siendo un misterio, los fisicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalentes a cero, aunque, por alguna razon desconocida, logran crear un campo magnetico cuando gira la partícula.
Sea como fuere, la rotacion del neutron nos da la respuesta a esta pregunta: ¿Que es el antineutrón? Pues, simplemente, un neutron cuyo movimiento rotatorio se ha invertido y al igual que el positron y el antiproton, muestra exactamente el mismo fenomeno de los polos invertidos.
Por lo pronto, la teoria es bastante solida, y ningun fisico lo pone en duda. La antimateria puede existir.

Pero.... ¿Existe en realidad? ¿Hay masas de antimateria en el Universo?
Si las hubiera, no revelarían su presencia a cierta distancia. Sus efectos gravitatorios y la luz que produjeran serian identicos a los de la materia corriente. Sin embargo, cuando se encontrasen con esta materia, deberían ser claramente perceptibles las reacciones masivas de aniquilamiento resultantes. Por esto, los astronomos se afanan en observar especulativamente las galaxias, para comprobar si hay alguna actividad inusitada que delate las interacciones materia-antimateria.
¿Es posible, que el Universo este formado casi enteramente por materia, con muy poca o ninguna antimateria?
Dado que la materia y la antimateria son equivalentes en todos los aspectos, excepto en su oposicion electromagnetica, cualquier fuerza que crease una originaria la otra, y el Universo deberia estar compuesto de iguales cantidades de una y otra.
Este es el dilema. La teoria nos dice que deberia haber antimateria, pero la observacion practica se niega a respaldar este hecho. ¿Y que ocurre con los nucleos de las galaxias activas? ¿Deberian ser esos fenomenos energeticos el resultado de una aniquilacion materia-antimateria? NO! Ni siquiera ese aniquilamiento es suficiente, la destruccion seria muchas veces mayor (para darse una idea de la magnitud lo mas parecido es el colapso gravitatorio de una supernova al explotar y el fenomeno resultante: el agujero negro, seria el unico mecanismo conocido para producir la energia requerida para tanta destruccion).
Publicado 15th April 2011 por Federico Mühlenberg

Fuentes : Cosmoastronomía

Escucha cómo suena la antimateria

Científicos del LHC convierten en sonido la conversión de partículas de materia en sus contrarias



Los científicos del LHC del CERN observaron recientemente cómo dos partículas eran capaces de transformarse de materia en antimateria y viceversa. Ahora, los investigadores han convertido esos datos en sonido, de modo que podamos escuchar la música de la antimateria.

Para cada partícula fundamental, existe su antipartícula correspondiente. Las partículas de antimateria comparten la misma masa que sus contrarias de materia, pero su carga eléctrica es opuesta. Aunque la mayoría de las partículas existen como materia o antimateria, algunas de ellas pueden cambiar entre las dos.

B0 y B0S son esas partículas. Oscilan entre la materia y la antimateria millones de millones de veces por segundo. Si esa frecuencia se convirtiera directamente en el tono de una nota musical, sería demasiado alta para el oído humano. Los físicos han ralentizado la frecuencia millones de veces para que podamos disfrutar de la oscilación como sonido detectable.

En el vídeo sobre estas líneas, un cuadro azul se mueve de izquierda a derecha en la pantalla, representando el área de la gráfica que se puede escuchar. Al principio solo se escucha ruido blanco, fluctuaciones de fondo al azar de partículas en el detector LHCb. Pero los dos picos en la gráfica provienen de las partículas de B0 y B0S. Primero se escucha el tono alto de las B0, seguido por el tono de las B0S. Las últimas son oscilaciones experimentalmente más difíciles de observar, por lo que su tono no es tan fuerte.

Desde el CERN recomiendan sentarse, relajarse y disfrutar de la música de las partículas que pasan a la antimateria y vuelven millones de veces por segundo. Es el sonido de la física.  
La investigación, en arXiv.


Fuentes : ABC.es

El lado oculto del Universo gana terreno

El detector de partículas AMS descubre una cantidad extraordinaria de antimateria en el Cosmos, mucho mayor de lo que se pensaba


La antimateria del Universo 

El detector AMS, uno de los experimentos de física más complejos y costosos jamás enviados al espacio, ha detectado desde su posición en la Estación Espacial Internacional (ISS) que muy cerca, junto a nuestro propio planeta, existe una gran cantidad de lo que parecen ser partículas de antimateria de alta energía. En el vídeo sobre estas líneas te explicamos en que consisten estas extrañas partículas y cómo su hallazgo puede cambiar lo que sabemos sobre el Universo. 

Fuentes : ABC.es

Detectada la mayor cantidad de antimateria en el espacio

El espectrómetro AMS (arriba en el centro) sobre la Estación Espacial Internacional. (Foto: NASA)

Los primeros resultados sobre la búsqueda de materia oscura que el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS) está efectuando desde la Estación Espacial Internacional revelan un exceso de positrones –la antipartícula del electrón– en el flujo de rayos cósmicos.

El estudio se publicará en la revista Physical Review Letters, pero el portavoz de la colaboración científica AMS, el profesor Samuel Ting, lo acaba de presentar en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN).

El exceso o pico de positrones hace referencia a su proporción respecto al número de electrones en determinadas franjas de energía. En concreto han aparecido 400.000 positrones con energías entre 0,5 y 350 gigalectronvoltios (GeV) entre los 25.000 millones de eventos registrados durante año y medio.

Esto representa la mayor colección de partículas de antimateria registrada hasta ahora en el espacio. La fracción de positrones se incrementa desde los 10 a los 250 GeV, y los datos no muestran variaciones significativas a lo largo del tiempo ni muestran una dirección de entrada preferente.

"Se trata de la más precisa medición del flujo de positrones de rayos cósmicos hasta la fecha”, destaca Ting, quien confía en que durante los próximos meses “AMS sea capaz de concluir si estos positrones son una señal de la materia oscura o si tienen otro origen".




Los rayos cósmicos se cargan de partículas de alta energía que permean el espacio. El exceso de antimateria en estos rayos se observó por primera vez hace dos décadas, y hasta ahora se han planteado dos hipótesis sobre su origen.

Una posibilidad, predicha por la teoría conocida como supersimetría, es que los positrones se producen cuando dos partículas de materia oscura colisionan y se aniquilan. La segunda hipótesis señala que los positrones proceden de púlsares, estrellas de neutrones distribuidas por todo el plano galáctico que emiten radiación de forma periódica.

Los datos de AMS son consistentes con el primer planteamiento, aunque tampoco descartan la segunda explicación. "Es el primer experimento para medir con un 1 % de precisión en el espacio, un nivel de exactitud que nos permitirá saber si nuestra observación de positrones actual tiene un origen en la materia oscura o un púlsar", dice Ting.

Las teorías de supersimetría también predicen un corte a altas energías por encima del rango de masas de las partículas de materia oscura, y esto aún no se ha observado. En los próximos años, AMS mejorará la precisión de la medición, y clarificará el comportamiento de la fracción de positrones a energías por encima de 250 GeV.

La materia oscura es uno de los misterios más importantes de la física actual. Representa más de un cuarto del equilibrio masa-energía del universo. Se puede observar indirectamente a través de su interacción con la materia visible, pero todavía no se ha detectado de forma directa.

Las búsquedas de materia oscura se llevan a cabo con experimentos en el espacio, como AMS, pero también en la Tierra con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN y dispositivos instalados en laboratorios subterráneos de diversas partes del mundo.

"El resultado de AMS es un gran ejemplo de la complementariedad de los experimentos en la Tierra y el espacio", comenta el director general del CERN, Rolf Heuer, quien confía en el trabajo conjunto para resolver el enigma de la materia oscura “en algún momento en los próximos pocos años".

En la colaboración AMS participa España a través del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI). 


Fuente: CERN/SINC