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Una investigadora española coordina la toma de datos de uno de los grandes experimentos del LHC
La investigadora María Chamizo Llatas, del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y el Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), es »»
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La Física de Partículas europea planea su recorrido para el futuro
http://videociencia.net/Clip/video/KHHU99SBGKSB/CERN-1977-2008
El Consejo de la Organización Europea de Física Nuclear (CERN) anunció tras su reunión del 15 de diciembre la celebración de un Simposio Abierto en Cracovia (Polonia) »»
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Durban se cierra con un acuerdo para salvar la cara
La interminable cumbre del clima de Durban ha demostrado que a los ministros de Medio Ambiente el desafío les viene grande. No está en juego el freno del calentamiento global, sino las relaciones de poder en mayúsculas, entre las potencias que se desvanecen, como la UE y EEUU, y las que emergen: China, India y [...]
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El axión, una nueva partícula, para explicar la materia oscura
Uno de los principales misterios en la Física es el de la llamada ‘materia oscura’. La materia que compone todo lo que vemos es tan solo un 4% del Universo. Un 23% es ‘materia oscura’, un tipo de materia no convencional que es invisible. El resto lo formaría la ‘energía oscura’, aún más desconocida para los científicos. Un experimento del CERN, CAST, trata de detectar una nueva partícula, el axión, que sería una candidata para formar parte de esa materia oscura que se formó justo después del Big Bang sin modificar demasiado el Modelo Estándar de Física de Partículas, la teoría que describe las partículas fundamentales y sus interacciones. Además, el axión ofrecería una explicación a la asimetría materia-antimateria, que hace que todo lo que vemos esté formado de materia y la antimateria parece haber desaparecido. CAST, donde participan investigadores de la Universidad de Zaragoza, publica nuevos resultados en Physical Review Letters.
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Los axiones son partículas fundamentales cuya existencia, aunque no demostrada, está fuertemente motivada por aspectos problemáticos de las teorías de partículas actuales. Por un lado está el llamado problema de la simetría CP-fuerte, relacionado con el balance entre materia y antimateria en el Universo. El axión explicaría de manera natural por qué materia y antimateria tienen propiedades tan parecidas, y podría arrojar luz sobre al hecho de por qué el Universo está lleno de materia y no de antimateria. Por otro lado, la tan buscada ‘materia oscura’, ese 23% de Universo que no solo es invisible, sino que además es de un tipo de materia no convencional, podría estar compuesta por axiones producidos en enormes cantidades después del Big Bang.
“La detección del axión supondría una revolución en la física de partículas actual, abriendo una ventana más allá del Modelo Estándar”, asegura Igor Irastorza, responsable del grupo de investigación de la Universidad de Zaragoza que participa en CAST desde su concepción. “Además”, continúa Irastorza, “algunas observaciones astrofísicas recientes están poniendo a prueba nuestro conocimiento de los ambientes estelares o del medio intergaláctico”. Según el investigador, la detección de rayos gamma o rayos cósmicos de orígenes muy distantes, o el ritmo de enfriamiento anormalmente rápido en estrellas enanas blancas, entre otras observaciones, han sido interpretadas como posible indicación de la existencia de axiones.
De existir, el axión se produciría en grandes cantidades en el interior de estrellas por conversión de fotones en el seno de campos electromagnéticos del plasma solar. Por lo tanto, una de las maneras más prometedoras de obtener una evidencia directa de estas partículas es buscar el intenso flujo de axiones que sería emitido por el Sol. Estos axiones pueden ser detectados por medio del mismo principio físico de su producción, su conversión en fotones en un campo magnético intenso producido en el laboratorio.
El Telescopio de Axiones Solares (CAST) se basa en este concepto de detección (denominado helioscopio de axiones) y lleva una década de funcionamiento en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). CAST adapta un imán superconductor de los primeros prototipos construidos para el LHC, instalado en una plataforma orientable y equipado en sus extremos con detectores de rayos X. La señal de axiones solares esperada es un exceso de rayos X en los detectores cuando el imán está orientado con el Sol, en comparación con el fondo natural observado cuando el imán no apunta al Sol.
En su segunda fase, CAST inyecta un gas densidad variable dentro de los tubos del imán donde se produce la conversión axion-fotón, lo que permite explorar el rango de masas en el que se puede encontrar esta partícula. Desde 2008 se utiliza helio-3 para ir a densidades y rangos de masas mayores. La colaboración publica en Physical Review Letters (ver aquí el artículo en arXiv) los primeros resultados obtenidos con helio-3. La ausencia de señal positiva ha permitido excluir el axión entre las masas 0.39 y 0.64 eV (electronvoltios). El resto de los datos tomados, actualmente en proceso de análisis, permitirán extender esta exploración hasta masas de 1.17 eV.
Físicos de la Universidad de Zaragoza participan en CAST desde su inicio. Uno de los elementos innovadores de CAST es el uso de técnicas de reducción de ‘ruido de fondo’. El grupo de Zaragoza es experto en estas técnicas, desarrolladas en laboratorios subterráneos como el de Canfranc (Huesca). A pesar de estar situado en superficie, CAST es un experimento de búsqueda de sucesos poco probables, por lo que se beneficia de materiales de baja radioactividad para los detectores, del uso de blindajes y del desarrollo de algoritmos de discriminación de este ruido de fondo. El investigador responsable, Igor Irastorza, lidera un proyecto de excelencia Starting Grant del programa IDEAS del Consejo Europeo para la Investigación (ERC) concedido en 2009 para el desarrollo de dichos detectores.
Hasta ahora no han aparecido señales del axión en CAST, pero se ha mejorado la sensibilidad respecto a experimentos previos. La colaboración planea nuevas tomas de datos con mayor sensibilidad gracias a la mejora de los detectores de rayos X. A largo plazo, se proyecta la construcción de un helioscopio de axiones de nueva generación, el Observatorio Internacional de Axiones (IAXO, International Axion Observatory). IAXO se basa en la construcción de un imán superconductor específicamente concebido para la detección de axiones, junto con el uso de ópticas de rayos X y de detectores de ultra bajo fondo. Supondrá un salto cualitativo en la búsqueda del axión, no limitándose solo a axiones solares. Si el axión existe, IAXO tendrá una alta probabilidad de descubrirlo. El Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider-Ingenio 2010, está apoyando la actividad del grupo de Zaragoza tanto en CAST como en los estudios preliminares del futuro helioscopio de axiones.
http://www.i-cpan.es
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Visto en Abiertohastaelamanecer.ws
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“Hemos eliminado la principal crítica”, dicen los científicos de OPERA
Para la colaboración OPERA, las nuevas medidas presentadas el pasado viernes eliminan la principal crítica, centrada en la producción de los haces de partículas enviados desde el CERN. Un investigador del experimento ofrece una conferencia en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC) de Valencia donde expone los principales cambios introducidos.
La colaboración internacional OPERA, que a finales de septiembre informó haber detectado neutrinos viajando a una velocidad ligeramente superior a la de la luz, ha vuelto a repetir el experimento que ha removido uno de los pilares de la Física, la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein, modificando los haces de partículas que envía el CERN desde Ginebra hasta el Laboratorio de Gran Sasso (Italia). Y han vuelto a obtener los mismos resultados. Según Pasquale Migliozzi, portavoz adjunto de OPERA, esto elimina la principal crítica que se le hacía al experimento, la falta de precisión en determinar el momento en el que parten las partículas desde el CERN. Aún así, hay que esperar que otros experimentos como MINOS en Estados Unidos o T2K en Japón confirmen o desmientan este resultado para pensar en un auténtico descubrimiento.
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Migliozzi, investigador del Instituto Nacional de Física Nuclear italiano (INFN) en Nápoles y portavoz adjunto de OPERA ha ofrecido una conferencia hoy en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València, donde ha explicado los nuevos resultados hechos públicos el 18 de noviembre. Los científicos de OPERA han dispuesto de haces de partículas más cortos y más espaciados en el tiempo (paquetes de partículas de 3 nanosegundos de duración separados por más de 500 nanosegundos) que en las mediciones anteriores, lo que según el físico italiano, ha permitido al experimento ganar en precisión.
Para Migliozzi, estos cambios, junto a una menor intensidad energética del haz, han motivado que solo hayan obtenido 20 eventos (mediciones de neutrinos), cuando en el anterior análisis utilizaron unos 15.000. Sin embargo, “la precisión es mayor, porque conocemos con mejor precisión cuándo se producen los neutrinos”. Según Migliozzi, la colaboración pretendía hacer estas modificaciones el próximo año, pero el CERN les ha facilitado estos haces “en cuestión de semanas”.
Otras fuentes de error
Tras los nuevos resultados obtenidos por OPERA, “hemos eliminado la principal crítica” que se le ha hecho al experimento, asegura Migliozzi. Sin embargo, hay otras fuentes de error que la colaboración quiere mejorar en el próximo año. Una de ellas es usar un sistema de sincronización del sistema independiente al GPS, aunque, según el investigador italiano, multitud de organismos internacionales de medida han refrendado el sistema utilizado por OPERA, por lo que “pensamos que el error no está en el GPS”.
Otra de las modificaciones importantes que quiere hacer OPERA es mejorar el conocimiento de la distribución de los protones que producen los neutrinos en el CERN. Esto se pretende hacer mediante un detector cercano que mida de la distribución de muones, otro tipo de partícula que se produce a la vez que los neutrinos. Este cambio servirá también para mejorar la precisión de la medida, aunque solo una medición por un experimento independiente a OPERA confirmará definitivamente estos resultados.
Uno de estos experimentos llamados a confirmar o refutar los resultados de OPERA es MINOS, que envía un haz de neutrinos producido en Fermilab (cerca de Chicago) hasta un detector situado en una mina abandonada cerca de la frontera con Canadá (a unos 730 kilómetros). Según Migliozzi, MINOS tiene un diseño diferente, funciona a un nivel de energía menor y tiene errores sistemáticos diferentes, por lo que “será muy interesante si repite el resultado”. Otro experimento similar es T2K (Japón), que utiliza una distancia menor (300 kilómetros), y donde participan investigadores españoles con el apoyo del del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN).
Resultados similares en 2007
Richard Gran, investigador de la Universidad de Minnesota-Duluth en MINOS, explicó en una conferencia impartida la semana pasada en el IFIC que el experimento, al igual que OPERA, está diseñado para medir la oscilación del neutrino, un fenómeno natural por el que esta partícula (cuyas características hacen que interactúe muy débilmente con la materia) se transforma de un tipo a otro de los tres que existen. Según Gran, el experimento planeaba mejorar ciertos errores sistemáticos en sus medidas antes de los resultados de OPERA.
“MINOS obtuvo un resultado similar a OPERA en 2007”, recuerda Gran. Sus resultados eran mayores (detectaban neutrinos 126 nanosegundos antes de lo debido por los 60 nanosegundos reportados por OPERA), pero también sus porcentajes de error, por lo que los científicos de MINOS no se centraron en este efecto. Ahora trabajan para reducir algunas fuentes de error sistemático en el experimento, con lo que el plazo “de seis meses a un año” esperan tener nuevos resultados sobre la velocidad de vuelo de los neutrinos.
Además de tener cuatro veces más datos que en 2007, los científicos de MINOS esperan poder mejorar cuestiones relativas a la electrónica del experimento, lo que, unido a la utilización de un detector cercano que funcione más rápido, aumentará la precisión hasta alcanzar “prácticamente la misma resolución que OPERA”. Sin embargo, todos estos cambios se harán a la vez para tener resultados que reúnan las mejoras. “Tenemos que ver que todo es consistente”, asevera Gran. Así, para mediados del próximo año podrían coincidir nuevas medidas de OPERA, MINOS y T2K que ayuden a aclarar más si realmente los neutrinos son más rápidos que la luz o Einstein sigue en lo cierto y nada puede viajar más rápido.
Otra de las muchas críticas que ha recibido el experimento OPERA viene de una interpretación propuesta por Andrew G. Cohen y el Nobel de Física Sheldon L. Glashow. Ambos argumentan que, si realmente los neutrinos viajan más rápido que la luz, deberían desprender mucha energía, que provocaría lo que se conoce como ‘radiación Cherenkov’ que se debería detectarse en el experimento. Sin embargo, tanto OPERA como ICARUS, un experimento ubicado también en Gran Sasso que ha publicado recientemente resultados, no detectaron una modificación del espectro que indique una pérdida de energía similar, señala Pasquale Migliozzi, del experimento OPERA. Según el investigador del INFN, su detector no está diseñado para medir las partículas resultantes de este efecto, pero Cohen y Glashow “no han refutado la medida, solo han postulado un modelo”.
http://www.fpa.csic.es
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