Todos, aunque no tengamos ni idea de física, hemos experimentado los efectos de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. La gravedad nos pega al suelo, la interacción nuclear fuerte se rompe a base de bombardeos con neutrones para producir energía en las centrales atómicas, la radiación electromagnética que generan el Sol o las bombillas nos ilumina y la interacción nuclear débil, quizá la más esotérica, produce nuevos elementos y permite, por ejemplo, la datación por carbono 14.

 

 

 

En la naturaleza, existe la interacción de cuatro fuerzas a saber: la fuerza gravitacional, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza electromagnética y la interacción débil.

Con estos antecedentes, cuando desde principios de este año comenzó a hablarse del posible descubrimiento de una quinta fuerza, muchos trataron de imaginar un fenómeno parecido que se nos hubiese podido escapar. Sin embargo, aún queda mucho para poder confirmar el hallazgo y los efectos de esa quinta fuerza no serían tan evidentes como los de las cuatro anteriores.

 

 

 

 

Si al final tiene éxito y no queda aplastada por nuevos datos que la refuten, la historia de esta revolución comenzará a contarse en Hungría. Allí, en el Instituto para la Investigación Nuclear de la Academia Húngara de ciencias en Debrecen, Attila Krasznahorkay y su equipo observaron un fenómeno extraño en un experimento diseñado para buscar “fotones oscuros”, un tipo de partículas que ayudarían a entender qué es la materia oscura. En su búsqueda, disparaban protones a unas dianas de litio, generando núcleos de berilio 8, un elemento inestable que, por efecto de la fuerza nuclear débil, se desintegraba produciendo electrones y positrones.

Fotón (γ, hν, o ħω)

El fotón oscuro es un hipotético bosón masivo acoplado al fotón del electromagnetismo predicho por muchas extensiones al Modelo Estándar. Es candidato a la “materia oscura”. Actualmente el experimento NA64 del CERN y DarkLight en el MIT está en búsqueda de esta partícula.

“Científicos húngaros reinvestigaron anomalías observadas previamente en la emisión electrón-positrón en la transición del berilio-8. El experimento consistió en un haz de protones imadiados sobre láminas de LiF y LiO. La discrepancia entre la teoría y los resultados experimentales es significativa y puede ser descrita asumiendo la creación y desintegración de un bosón.​ Publicaron un artículo en la Physical Review Letters exponiendo la posible evidencia de una nueva fuerza fundamental con simetría U(1). El bosón mediador sería un fotón oscuro, una partícula de luz 30 veces más pesada que el electrón.​ Sin embargo, un trabajo de la Universidad de California en Irvine demuestra que en lugar de un fotón oscuro sería un bosón de Higgs protofóbico.”

 

Átomos en ‘caída libre’ para rastrear los fotones oscuros

Buscando entre las partículas producidas en esos choques, encontraron una anomalía que solo eran capaces de explicar si existiese una partícula aún desconocida. Se trataría de un bosón ligero, solo 34 veces más pesado que un electrón, algo que permitiría su detección sin una máquina descomunal como el LHC, necesaria para generar bosones pesados como el higgs. Eso haría asequible para muchos grupos del mundo el estudio de ese rango energético en busca de la nueva partícula, pero también plantea la cuestión de por qué no se ha encontrado antes.

Físicos de la Universidad de California sugieren que el trabajo realizado por un equipo en Hungría el año pasado podría haber revelado la existencia de una quinta fuerza de la naturaleza.

Aquel estudio, como es natural, causó un gran revuelo en la comunidad de la Física, que tiene a varios grupos que se han fijado la meta de reproducir los experimentos realizados por el equipo de la del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia Húngara de Ciencias.

El trabajo húngaro ganó relevancia internacional cuando un grupo de físicos teóricos de la Universidad de California en Irvine liderado por Jonathan Feng tomó sus datos y trató de explicar su significado en un reciente artículo publicado en la revista Physical Review Letters. Según ellos, no se trataría de un fotón oscuro, sino de un bosón. El motivo por el que no se habría encontrado hasta ahora, pese a que hay aceleradores capaces de generar partículas de esa masa desde los años cincuenta, es que no interactuaría con protones, y solo se relacionaría con electrones y fotones de una forma débil. Ahora que otros grupos saben dónde buscar, podrán dedicar sus experimentos a la búsqueda de nuevos datos que confirmen o descarten la existencia del bosón X.

“Con los experimentos que hay en marcha y los que están a punto de arrancar, se podrá comprobar en uno o dos años si esa partícula existe”, señala Eduard Massó, catedrático de Física Teórica en la Universidad Autónoma de Barcelona. No obstante, Massó recuerda que la experiencia muestra que a veces hay señales de física exótica que al final son efectos de los propios experimentos que no se han interpretado bien. Sobre la posibilidad real de que la señal observada por el equipo húngaro se confirme como el indicio de esa nueva fuerza de la naturaleza, otro físico responde con humor: “Hay rumores sobre la existencia de un templo oculto en las profundidades del Himalaya, dedicado únicamente a servir de mausoleo a las quintas fuerzas difuntas”.

El escepticismo sobre los resultados del grupo húngaro se alimenta además por dos anuncios previos que acabaron en nada. Según contaba a la revista Quanta el investigador de la Universidad del Estado de Míchigan (EE. UU.) Oscar Naviliat Cuncic, en 2008 afirmaron haber descubierto un bosón de 12 megaelectronvoltios y en 2012 otro de 13,5. Ambos hallazgos desaparecieron cuando se obtuvieron nuevos datos con mejores detectores.

El año pasado, un equipo de físicos nucleares en Hungría observaron una anomalía en las desintegraciones  de átomos excitados de berilio-8  -en las que se produjeron inesperados pares de partículas con un ángulo particular de separación. El bache en los datos de los físicos era inconfundible, con probabilidades de menos de uno de cada 100 mil millones que surgieran por casualidad. Informaron de la anomalía en Physical Review Letters en enero, en ese entonces, los investigadores argumentaron que podría significar la existencia de una nueva partícula fundamental. Pero al principio, pocos se dieron cuenta del descubrimiento.

Lo que pasaría si se encuentra

A la espera de que la comunidad científica averigüe si el bosón X es o no una realidad, Massó adelanta qué significaría esa quinta fuerza que, en principio, no tendría una influencia tan evidente en nuestra vida como las cuatro que conocemos hasta ahora. “En el nivel más entusiasta, encontrar esta partícula que se acopla de una forma tan precisa y tan especial a las otras partículas, supondría una revolución. Sería la punta del iceberg de una nueva física, porque existe la posibilidad de que la materia oscura tenga interacciones más allá de las gravitacionales, que no nos dan mucha información sobre esas partículas”, indica. “Muchos experimentos para buscar la materia oscura no han dado los resultados esperados y es posible que sea algo muy diferente de lo que se había supuesto. Es posible que sean partículas de lo que a veces se llama un mundo shadow [de sombra] que contactaría con el nuestro a través de unas interacciones mediadas por esa quinta fuerza, que sería como un puente entre nuestro mundo y el de la materia oscura”, plantea.

Sorprendentemente, mientras que se necesitaba un mayor supercolisionador del mundo para producir el bosón de Higgs pesado, el hipotético bosón de Hungría es tan ligero, con un peso de sólo 34 veces el peso del electrón, que podría haber aparecido en los experimentos hace décadas. Si realmente existe, ¿cómo ha pasado desapercibido durante tanto tiempo? La mayoría de los expertos se mantienen escépticos hasta que se presenten nuevas prueba en la física de partículas. Incluso para Feng, “es una presión enorme  decir que una quinta fuerza ha sido descubierta, y reconoce que, obviamente, es necesario comprobarlo.

Dicen que la partícula hallada sólo actúa sobre electrones y neutrones

En un segundo escenario, es posible que “esta quinta fuerza no tenga consecuencias para nuestra vida”, apunta Massó. Sin embargo, podría servir para acercarse a una teoría que unifique las cuatro grandes fuerzas, algo a lo que Einstein dedicó los últimos años de su vida. Aunque en los años sesenta se vio que a altas energías las fuerzas electromagnética y nuclear débil se podrían explicar como una sola, los esfuerzos para hacer lo mismo con el resto no han tenido éxito. Quizá este nuevo bosón podría servir para lograr lo que no consiguió el descubridor de la Relatividad.

Noticia de prensa

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Comprueban la simetría del espacio-tiempo predicha por Einstein con dos relojes atómicos

Investigadores han confirmado que las partículas se mueven a la misma velocidad en todas direcciones, con una precisión comparable a un error de un segundo por cada 10.000 millones de años

Según la Relatividad Especial de Einstein, la velocidad de la luz es la misma en cualquier punto y dirección del espacio. Pero los científicos se preguntan si esta simetría del espacio-tiempo, a la que se conoce además como la covarianza de Lorentz, afecta también a las partículas. ¿Se mueven igual de rápido las partículas en todas las direcciones?Saberlo conllevaría conocer cimientos esenciales de la física de partículas, pero requiere, entre otras muchas cosas, poder medir el tiempo con una precisión exquisita. De hecho, demostrar que este principio se cumple cada vez con más precisión siempre es un avance: normalmente, lleva a poder descubrir cosas nuevas.

Ningún reloj en el mundo mide el tiempo con más precisión que un reloj atómico, y ahora una tecnología que usa átomos de iterbio ha batido récords por su estabilidad, según un artículo de la revista Science.

Recientemente, un estudio publicado en Nature y elaborado por científicos del Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Alemania, y de la Universidad de Delaware (Estados Unidos), ha demostrado la fiabilidad extrema de dos relojes atómicos, de iterbio, yla validez del principio de simetría del espacio-tiempo, con una precisión de 4×10^-18, lo que equivale a un error de un segundo por cada 10.000 millones de años.

«Lo más importante de esta investigación es que hemos puesto a prueba un concepto clave de la Teoría de la Relatividad, con una precisión 100 veces mayor –a la demostración anterior, lograda con relojes atómicos de cationes de calcio, por investigadores de la Universidad de Berkeley (EE.UU.)–», ha dicho para ABC Christian Sanner, primer autor del estudio. Y ,tal como ha proseguido: «Además, hemos demostrado experimentalmente la precisión excepcional y la estabilidad de nuestros relojes atómicos».

Según ha dicho Sanner, la teoría de cuerdas predice una violación de la simetría de Lorentz en ciertas situaciones, lo que no es compatible con los postulados de la Relatividad. «No está claro hasta dónde tenemos que llevar la precisión de nuestras medidas antes de observar ese tipo de efectos», ha dicho. A la vista de lo logrado aquí, «debemos conseguir incluso mejores mediciones si quieremos revelar una posible violación de la simetría de Lorentz».

Pero, ¿cómo son los relojes usados en esta ocasion? El investigador ha explicado que están montados en unas tablas ópticas que cabrían en una habitación no muy grande. El mayor componente, una trampa de iones, mide apenas unos centímetros. Su funcionamiento se basa en su capacidad de medir, de forma repetida, la frecuencia de un láser ultraestable incidiendo sobre un ión, y observando si este se excita. Gracias a esto, los científicos pueden mantener ajustada la frecuencia del láser con gran precisión, aprovechando la regularidad del átomo de iterbio.

Este átomo, atrapado en unas jaula para iones, tiene los electrones distribuidos por una esfera. Pero, cuando se excita, gracias al láser, estos se mueven hacia una zona. Por medio de un campo magnético, los científicos pueden orientar la función de onda de estos electrones.

Relojes fijos en el espacio-tiempo

Los investigadores usaron dos relojes, en los que se indujo una orientación de campo casi perpendicular. Los relojes se montaron en el laboratorio y se hicieron rotar con el movimiento de la Tierra, una vez cada 23.9345 horas, en relación con estrellas fijas. Para asegurarse, los científicos compararon las frecuencias de ambos relojes durante 1.000 horas.

¿Para qué? Si la simetría del espacio-tiempo se cumpliera, incluso en la frecuencia que mide el láser, los científicos no captarían ninguna discrepancia entre los dos relojes. Si no se cumpliera, sí que la encontrarían. En concreto, observarían cambios periódicos en las frecuencias del láser a medida que los relojes rotan.

                         Siempre trataremos de ir más allá… ¡De lo que realmente podemos!

¿Para qué embarcarse en esta investigación? «Es bastante sencillo: nuestro objetivo es conseguir cada vez mejores relojes y explorar una interesante nueva ciencia con ellos, que nos permita comprender mejor el mundo cuántico o buscar la materia oscura…», ha dicho Sanner. «Estos niveles de precisión serán esenciales para las pruebas de baja energía de las teorías de gravedad cuántica», han escrito los autores en el estudio.

Además, Christian Sanner ha destacado que estos relojes son parte importante de la revolución cuántica, un conjunto de tecnologías que tendrán, según ha adelantado, un impacto tremendo en nuestra en un futuro no muy lejano.

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                      Hallado un sistema planetario similar al nuestro a tan solo 10 años luz

Noticias NASA: La vida podría estar más cerca de lo que podríamos pensar. Otros sistemas planetarios pueden reunir las condiciones para ello. En un radio de unos 20 años luz del Sol, pueden encontrarse grandes sorpresas.

El observatorio SOFIA de la NASA, emplazado en un avión ‘jumbo’ adaptado, ha confirmado la presencia de un sistema planetario con una arquitectura parecida a la del nuestro a 10,5 años luz. El estudio ha sido publicado en ‘The Astronomical Journal’.

Ubicado en la constelación de Eridanus del hemisferio sur, la estrella Epsilon Eridani, eps Eri para abreviar, es el sistema planetario más cercano alrededor de una estrella similar al sol temprano. Es una ubicación privilegiada para investigar cómo los planetas se forman alrededor de estrellas como nuestro sol, y también es la ubicación de la estación espacial Babylon 5 en la serie de televisión de ciencia ficción del mismo nombre.

Estudios previos indican que Eps tiene un disco de desechos, que es el nombre que los astrónomos dan a los restos de material que siguen orbitando una estrella después de que la construcción planetaria haya terminado. Los escombros pueden tomar la forma de gas y polvo, así como pequeños cuerpos rocosos y helados. Los discos de desecho pueden ser discos anchos y continuos o concentrados en cinturones de escombros, similares al cinturón de asteroides de nuestro sistema solar y el Cinturón de Kuiper –la región más allá de Neptuno, donde residen cientos de miles de objetos rocosos.

“Objetos conocidos del cinturón de Kuiper, derivados de los datos del Centro de Planetas Menores. Los objetos en el cinturón de Kuiper son de color azul, mientras que los objetos dispersos son de color naranja. Los cuatro planetas exteriores son de color rojo. Algunos troyanos conocidos de Neptuno son de color morado, mientras que los de Júpiter son de color gris. Los objetos dispersos entre la órbita de Júpiter y el cinturón de Kuiper, en verde, son conocidos como centauros. La escala está en unidades astronómicas. La diferencia marcada en la parte inferior se debe a las dificultades de la detección en el contexto del plano de la Vía Láctea.”

Además, las mediciones cuidadas del movimiento de Eps Eri indica que un planeta con casi la misma masa que Júpiter circunda la estrella a una distancia comparable a la distancia de Júpiter del Sol.

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“Un huracán de materia oscura se dirige al sistema solar”

Un «huracán» de materia oscura se dirige hacia la Tierra a toda velocidad

Puede ser la ocasión que estábamos esperando para cazar, por fin, a la materia oscura. Y es que un auténtico «huracán» de este esquivo tipo de materia, que hoy solo podemos detectar gracias a su gravedad, se está dirigiendo a toda velocidad hacia nosotros. El increíble hallazgo, llevado a cabo por Ciran O´Hare, de la Universidad de Zaragoza, se acaba de publicar en Physical Review D.

Según la investigación, todo nuestro Sistema Solar está a punto de «hundirse» en los restos de una antigua galaxia, devorada hace mucho por la Vía Láctea. Y sabemos que todas las galaxias están rodeadas de materia oscura. Por ejemplo, cuando el Sol y sus planetas se mueven alrededor de nuestra Vía Láctea, todo nuestro sistema viaja a través del halo de materia oscura a una velocidad de 230 km/s. La materia oscura, por lo tanto, nos aparece como un «viento» de alta velocidad.

Pero el año pasado, el satélite europeo Gaia midió los movimientos de una serie de estrellas cercanas, y al hacerlo detectó una «corriente» previamente desconocida, que recibió el nombre de S1. Los cálculos posteriores apuntaron a que se trataba de los restos de una pequeña galaxia enana, canibalizada por la Vía Láctea largo tiempo atrás.

10.000 millones de masas solares, rumbo al Sol

Y ahora, en el nuevo estudio, O´Hare se ha encontrado con que diez mil millones de masas solares de materia oscura se están moviendo a lo largo de S1 y, lo más importante, lo hacen directamente hacia nuestra posición.

Cuando toda esa materia oscura nos alcance, golpeará al Sol, y a cualquier detector de materia oscura de la Tierra, a velocidades superiores a los 500 kilómetros por segundo (km/s), el doble de rápido que el viento «estandar» de materia oscura de nuestra galaxia. O´Hare y sus colegas lo han denominado «huracán de materia oscura» y, en su opinión, supone una ocasión de oro ara detectarla que no podemos permitirnos el lujo de perder.

A partir de este punto, el estudio trata de predecir cómo este inesperado «vendaval oscuro» podría afectar a los diferentes experimentos de detección directa de materia oscura, que se centran en varios tipos de posibles partículas.

Una de las más candidatas más populares es una partícula masiva de interacción debil (WIMP) cuya masa oscilaría entre unas pocas y cientos de veces la masa del protón, y que al chocar con otros átomos produciría un retroceso nuclear visible en el detector. Varios de estos detectores, a base de xenón líquido y cristales de yoduro de sodio, esperan actualmente (hasta ahora en vano) poder detectar por primera vez una partícula de materia oscura.

Para realizar sus predicciones, O´Hare y sus colegas se centraron en uno de los experimentos más recientes, el LZ, ubicado en la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford, en Dakota del Sur. Y hallaron que la «corriente» podría detectarse por encima del viento estandar si ésta constituyera el 10% de la materia oscura «local» y si las partículas que la forman tuvieran entre cinco y 25 veces la masa del protón.

De este modo, escriben los autores, a medida que la corriente S1 golpeara el Sistema Solar, su estructura contrarrotativa aumentaría dramáticamente la cantidad de materia oscura que parece provenir del cielo en forma de «viento estándar». De hecho, toda esa materia extra debería producir una estructura similar a un «anillo revelador» alrededor de ese viento, algo que los detectores direccionales de materia oscura podrían detectar muy fácilmente.

Por otra parte, si resultara que las partículas de materia oscura no fueran WIMPS, sino axiones, los signos del «huracán» serían aún más evidentes. Los axiones, que en los últimos años están ganando cada vez más partidarios entre la comunidad científica, serían partículas exóticas extremadamente ligeras, capaces de convertirse en fotones en presencia de campos magnéticos intensos.

En definitiva, y sea cual sea el tipo de partícula que resulte ser el componente fundamental de la materia oscura, la corriente S1 brinda una oportunidad sin precedentes para detectarla. O´Hare y sus colegas creen que el «huracán» que se acerca aumentará «sustancialmente» las perspectivas de detección de materia oscura. Si tiene razón, se podrá resolver uno de las misterios más difíciles y complejos del Universo.

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