Un experimento hecho en China mide la transformación de partículas
Los detectores de Daya Bay, en China, están formados por fotomultiplicadores que captan las leves trazas de neutrinos. / ROY KALTSCHMIDT (LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY)
Los neutrinos, esas fantasmagóricas partículas elementales que generan, por ejemplo, el Sol y los reactores nucleares en cantidades ingentes y que atraviesan la Tierra, las personas, y prácticamente todo lo que se encuentran sin delatar su presencia, protagonizan el último descubrimiento que ha puesto en efervescencia a la comunidad internacional de física de partículas. Técnicamente es una medida de una característica de estas partículas, pero puede convertirse en la llave para desvelar uno de los grandes misterios del universo: por qué está hecho ahora de materia y no de antimateria.
El hallazgo tiene todos los ingredientes de las grandes historias de la ciencia, con dura competición internacional entre grupos nutridos de físicos para hacerse con el trofeo del descubrimiento, sorpresa con el equipo que se hace con la primicia y alguna dosis de drama, ya que el terremoto y el tsunami que asolaron una extensa región de Japón hace ahora un año inutilizaron el laboratorio japonés que estaba en la carrera y que era uno de los fuertes competidores.
Además, el éxito se lo ha apuntado el experimento de Daya Bay, en China, lo que significa, como ha señalado Science, que la potencia asiática “ya ha llegado a la física de partículas”, sin olvidar la importante participación de especialistas de varias instituciones estadounidenses.
Conviene aclarar cuanto antes que este resultado no tiene nada que ver con la supuesta velocidad superior a la de la luz de los neutrinos que los científicos del detector Opera (en Italia) anunciaron el año pasado y que parece ser un error debido a una conexión defectuosa en la electrónica del experimento.
En Daya Bay hay seis grandes detectores para captar y estudiar los neutrinos generados en los reactores nucleares del conjunto de Daya Bay. Es similar al experimento francés Double Chooz, que ya avanzó el pasado noviembre datos parecidos pero no tan rotundos como para cantar victoria, con lo que Daya Bay, y para sorpresa general porque no se esperaban sus resultados tan rápido, se ha apuntado el tanto.
El parámetro que han logrado medir y el valor obtenido “es importante para entender cuantitativamente cómo, a partir de la sopa primordial que se generó tras el Big Bang —sopa en la que había una cantidad equivalente de materia y antimateria— hemos acabado en este universo en el que vivimos, que está hecho de la materia y apenas hay antimateria”, explica desde Estados Unidos Concha González-García, investigadora del ICREA (Universidad de Barcelona) y de la Universidad de Stony Brook. “Ese comportamiento diferente sería como una semilla que se propaga por todo el universo, como un grumo que acaba decantando la sopa, de manera que ahora solo hay materia primordial”, añade Belén Gavela, catedrática de Física Teórica (Universidad Autónoma de Madrid).
“Si la simetría entre partículas y antipartículas no estuviera rota, con la misma cantidad de materia que de antimateria, y dado que tienden a aniquilarse mutuamente, nunca se habrían formado en el universo galaxias, estrellas, planetas ni vida”, señala Enrique Fernández Martínez desde el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN).
Para entender el experimento de Daya Bay hay que entrar un poco en el extraño y fascinante mundo de la mecánica cuántica, donde las cosas, casi siempre, distan mucho de ser lo que parecen. En este caso se trata de medir un ingrediente de esas partículas elementales, los neutrinos, que se dan en tres tipos o sabores, como dicen los físicos. Ese ingrediente es determinante en la peculiar propiedad que tienen los neutrinos de transformarse los de un tipo en otro cuando recorren una distancia.
Esta capacidad de transformación desconcertó durante años a los físicos que intentaban comprender el funcionamiento del Sol, porque medían en la Tierra menos neutrinos de los que, según los cálculos, se generarían en la estrella. El problema se solucionó cuando se comprendió que estas partículas solares cambiaban de un tipo a otro en el recorrido hasta nuestro planeta y muchos de ellos pasaban desapercibidos en los detectores.
“Cada uno de los tres tipos de neutrinos es en realidad una combinación diferente de tres ingredientes”, comenta Gavela. “Es que en la mecánica cuántica, las partículas, además de comportarse como bolitas, o puntitos, también son ondas, como las olas del mar, y las ondas se superponen y se combinan”, añade. “Lo que han logrado ahora medir en China es la proporción en la que los neutrinos del electrón se transforman en otros a distancias cortas, prácticamente completando con ello la descripción de las oscilaciones”.
Varios experimentos internacionales están volcados en esta investigación, con las justas dosis de colaboración científica y competencia. Unos miden haces de neutrinos de aceleradores de partículas, como el estadounidense Minos o los italianos de Gran Sasso, otros, como el chino, el francés y uno coreano, aprovechan los antineutrinos emitidos en reactores nucleares.
En Daya Bay se van a instalar dos detectores más. “En Double Chooz tenemos dos reactores, un detector instalado y otro planificado”, explica Inés Gil Botella, física del Ciemat y miembro del experimento francés. “Nosotros obtenemos resultados más limpios que los de Daya Bay, pero, de cualquier forma, sus datos y los nuestros son complementarios”, añade. Mientras tanto, los japoneses de T2K, tras el tsunami, están otra vez listos para recoger datos.
Para los físicos, el descubrimiento que cuadra las oscilaciones de los neutrinos ha abierto una puerta de conocimiento que quieren explorar. “El resultado es muy emocionante porque nos permitirá comparar las oscilaciones de neutrinos con las de antineutrinos, ver cómo son de diferentes y, esperemos, obtener una respuesta a la pregunta de por qué existimos”, concluye Kambiu Luk, profesor de la Universidad de California en Berkeley y líder de la colaboración estadounidense en el experimento de Daya Bay.
Fuente: http://sociedad.elpais.com/sociedad/2012/03/13/actualidad/1331674204_142915.html
Investigadores españoles han descubierto un grupo anaeróbico que se alimenta del naftaleno
Silvia Marqués, primera por la izquierda, con su equipo de investigadores.
Científicos de la Estación Experimental del Zaidín (CSIC), en Granada, han identificado un grupo de bacterias marinas capaces de biodegradar, es decir alimentarse y eliminar, naftaleno. Este compuesto derivado del refinado del petróleo es muy frecuente en los vertidos contaminantes en el mar.
Para el proceso de aislamiento de estas bacterias anaerobias -capaces de vivir sin oxígeno porque respiran nitrato- se tomaron muestras del fondo marino, cerca de las islas Cíes (Galicia), dos años después del vertido del Prestige en 2004. El fuel se encontraba entremezclado con la arena del fondo, formando una contaminación por capas, tipo 'sandwich' de chapapote y arena.
Los microorganismos aislados se cultivaron en laboratorio utilizando un medio de crecimiento similar al que tienen en su entorno natural y se alimentaron sólo con naftaleno. "Empezamos con unos cultivos que contenían muchas especies bacterianas, hasta que, poco a poco, se fueron seleccionando sólo aquellas capaces de degradar esta sustancia", explica Silvia Marqués Martín, investigadora de laEstación Experimental del Zaidín (CSIC) y responsable del proyecto.
El naftaleno es un compuesto muy tóxico para los organismos y la salud humana y, además, se caracteriza por ser muy estable y difícil de destruir. "Para oxidarlo químicamente se necesitan métodos potentes y caros, que son también contaminantes, por eso, hacerlo biológicamente es más limpio", asegura la investigadora del CSIC.
La dificultad estriba en el escaso conocimiento de microorganismos de este tipo. "Se sabe poco de estas bacterias porque se encuentran en entornos menos accesibles, hay que buscarlas en zonas donde no hay oxígeno y son más difíciles de estudiar porque son sensibles a la presencia de éste", señala la científica. Por este motivo, y porque el cultivo en laboratorio puede durar meses, el trabajo de aislamiento e identificación ha sido largo, pero cuentan con los primeros resultados.
"Ahora tenemos que establecer cuál es la ruta de degradación que siguen estas bacterias para eliminar el compuesto, con vistas a futuras aplicaciones en otras zonas contaminadas por hidrocarburos", afirma Marqués Martín.
La investigación es, según los investigadores, novedosa porque hasta la fecha no se ha descrito este proceso en bacterias anaerobias que respiren nitrato utilizando naftaleno. "Este conocimiento es esencial para poder entender y aplicar en el futuro procesos eficientes de biorrecuperación de zonas marinas sin oxígeno contaminadas con este tipo de compuestos", asegura la investigadora.
El estudio, que concluye en 2013, se desarrolla en colaboración entre el grupo de Biodegradación Anaerobia de Aromáticos del CSIC, dirigido por Marqués Martín, y un grupo del Departamento de Síntesis de la Facultad de Ciencias Experimentales de la Universidad de Almería , dirigido por Ignacio Rodríguez García. "Nosotros identificamos las bacterias y ellos son capaces de determinar la estructura de los compuestos presentes en las muestras con análisis químicos", concluye.
Fuente: http://www.publico.es/ciencias/425711/bacterias-marinas-degradan-un-componente-de-vertidos-de-petroleo-planetatierra
En algunos grupos de chimpancés hay individuos que intervienen de forma imparcial cuando hay un conflicto para preservar su estabilidad
Suelen mediar los machos o hembras más respetados, y los más ancianos
........Dos chimpancés utilizados en el estudio. | Claudia Rudolf von Rohr.
llí donde hay convivencia hay muchas posibilidades de conflicto. Y no sólo entre los seres humanos. Los animales también tienen sus roces y sus estrategias para resolverlos. Como los chimpancés. Un equipo de investigadores de la Universidad de Zurich ha confirmado que en algunas comunidades de estos primates hay individuos que actúan como mediadores cuando se producen tensiones o peleas. Estos 'policías' intervienen hasta que logran restablecer la paz y el orden en su grupo.
Según explican en un artículo publicado en la revista 'PLoS ONE', este tipo de comportamiento en chimpancés había sido documentado sólo de forma accidental. Ahora, los investigadores, liderados por Claudia Rudolf von Rohr, observaron y compararon el comportamiento de cuatro grupos de chimpancés en cautividad en diferentes zoológicos. Pese a ello, aclaran que no se trata de un comportamiento generalizado en todos los grupos.
Su intervención es imparcial, ya que su objetivo es garantizar la estabilidad del grupo. Por ello, cuantos más individuos estén involucrados en la pelea, más posibilidades hay de que otro intervenga, pues representan una mayor amenaza para el bienestar de la comunidad. Los autores señalan que hacer de policía es arriesgado, ya que deben acercarse a dos o más chimpancés envueltos en una pelea, con el consiguiente peligro de que ellos mismos sean agredidos. El beneficio que obtienen, sin embargo, es superior al riesgo que asumen.
Los autores subrayan que los mediadores actúan de forma pacífica, sin agredir a los miembros envueltos en la pelea, por lo que prefieren llamarlos "árbitros". Esta intervención 'policial', aclaran, se diferencia de otros comportamientos que se dan en las comunidades de chimpancés para resolver un conflicto, como la dominación, el castigo o la reconciliación.
Las causas del conflicto
Carel van Schaik, investigadora del Instituto y Museo Antropológico de la Universidad de Zurich y una de las firmantes de este 'paper', señala a EL MUNDO que es "extremadamente raro" que todos los miembros del grupo estén involucrados en un conflicto. El único caso que conoce es cuando un macho ha matado a una cría.
En el Zoo Walter, en Gossau, los primatólogos tuvieron la oportunidad de estudiar a un grupo de chimpancés en el que se acababan de incorporar algunas hembras, una circunstancia que había alterado el grupo. La llegada de sus nuevas compañeras había obligado a redefinir el papel de los machos y el lugar que ocupan en el ránking de la comunidad, poniendo en peligro su estabilidad. En este caso concreto, surgió un conflicto entre dos machos.
.....................................Foto: Claudia Rudolf von Rohr
Los chimpancés no sólo se pelean por cuestiones relacionadas con su reproducción, como conseguir pareja. Los conflictos también se desencadenan por el acceso a recursos.
Los mejores 'policías'
Pero ni todos los miembros del grupo sirven para ejercer de 'policía' ni todos se atreven a hacerlo. No sorprende que normalmente sean los machos o las hembras que son más respetadas en el grupo los individuos que suelen intervenir para mediar en los conflictos. "Los machos intervienen de forma más frecuente que las hembras, pero no de forma exclusiva. Y éste es un aspecto muy importante para interpretar su comportamiento. Además, los individuos más ancianos son los más propensos a mediar en un conflicto. Es decir, no sólo actúan como policías los machos", señala van Schaik.
Y es que como en las sociedades humanas, también hay autoridades entre estos primates. Los autores señalan que la preocupación por la estabilidad de la comunidad está muy desarrollada en las personas y, según sugieren los resultados de este estudio, también en los chimpancés, nuestros parientes más próximos. A pesar de ello, aclaran que no es frecuente observar este tipo de comportamientos, por lo que son necesarios más estudios antes de generalizarlo.
No sólo el chimpancé actúa como 'policía' para resolver conflictos en su grupo. Este comportamiento policial ha sido observado también en otras especies animales, como el bonobo, el gorila de montaña, el orangután de Borneo en cautividad y varias especies de macaco y mono.
Fuente: http://www.elmundo.es/elmundo/2012/03/13/ciencia/1331654535.html
Se desintegra instantáneamente al entrar en contacto con la materia ordinaria, por lo que su estudio había sido imposible hasta ahora. Lo han conseguido los científicos del CERN
Los átomos de antihidrógeno fueron irradiados con un haz de microondas
Un trabajo realizado por un equipo internacional de científicos liderado por investigadores de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) han conseguido manipular un átomo de antihidrógeno utilizando microondas. El antihidrógeno es el átomo de antimateria equivalente al hidrógeno común, con las mismas propiedades pero con sus cargas eléctricas invertidas. Dado que se desintegra instantáneamente al entrar en contacto con la materia ordinaria su estudio había sido imposible hasta ahora.
En un experimento que seguramente será recordado como un importante paso en la comprensión de las características de las antipartículas, un equipo internacional de científicos liderado por investigadores de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) han conseguido manipular un átomo de antihidrógeno utilizando microondas. Como sabes, el antihidrógeno es el átomo de antimateria equivalente al hidrógeno común, y está formado por un antiprotón y un positrón. Tiene las mismas propiedades pero sus cargas eléctricas se invierten. Cuando entra en contacto con una molécula de materia normal se aniquilan mutuamente, produciéndose fotones de luz y otras partículas durante el proceso. Esto hace que sea imposible de manipular utilizando las herramientas convencionales, ya que su inestabilidad obliga a mantenerlo completamente aislado dentro de un “recipiente magnético”.
Mike Hayden, autor principal del trabajo que ha sido publicado en la última edición de la revista Nature explica que “durante décadas, los científicos han querido estudiar las propiedades intrínsecas de los átomos de antimateria, con la esperanza de encontrar pistas que podrían ayudar a responder a las preguntas fundamentales acerca de nuestro universo", pero no ha sido hasta ahora que tal cosa se haya convertido en realidad.
Primeras interacciones
La antimateria fue postulada casi con la aceptación del modelo del universo formado por partículas. Robert L. Forward, físico que también es muy conocido por sus excelentes novelas de ciencia ficción, fue el primero en postular la existencia del antihidrógeno. Hayden dice que “a mediados del siglo pasado, los físicos desarrollaron y utilizaron técnicas basadas en microondas para estudiar átomos ordinarios, como el hidrógeno. Ahora, 60 o 70 años después, hemos sido testigos, por primera vez, de las interacciones de microondas con un anti-átomo". Las teorías más aceptadas predicen que una antipartícula debe comportarse simétricamente respecto de su partícula correspondiente, pero dado que en el universo real la antimateria -hasta donde sabemos- es extremadamente escasa, algunos creen que tal simetría puede no ser tan perfecta.
"Este estudio demuestra la viabilidad de la aplicación de la espectroscopia de microondas a los esquivos anti-átomos", dice Walter Hardy, de la Universidad de British Columbia y coautor del artículo. Una vez atrapados dentro de una trampa magnética, los átomos de antihidrógeno fueron irradiados con un haz de microondas. Al lograr su resonancia interna, los átomos fueron expulsados de la trampa revelando información sobre sus propiedades. Como decíamos al principio, no es más que un primer -pero importante- paso hacia la comprensión total de las partículas y antipartículas que conforman nuestro universo. El CERN, después de todo, es mucho más que el LHC.
Fuente: http://www.abc.es/20120313/ciencia/abci-fisicos-consiguen-manipular-antimateria-201203130946.html
El astrónomo Rafael Bachiller nos descubre en esta serie los fenómenos más espectaculares del Cosmos. Temas de palpitante investigación, aventuras astronómicas y novedades científicas sobre el Universo analizadas con profundidad.
Un equipo de astrónomos encabezado por James Jee (Univ. de California en Davis) han utilizado el telescopio Hubble para poner de manifiesto una concentración de materia oscura en estado muy 'puro', esto es sin apenas mezcla con materia ordinaria.
Esta gigantesca nube oscura, en el centro del cúmulo de galaxias Abell 520, desafía las teorías actuales que establecen que las galaxias deben permanecer ligadas a su componente oscura incluso tras los tremendos efectos de una colisión cósmica.
Oscura e invisible
La naturaleza de la denominada 'materia oscura' es desconocida, entre otras cosas porque esta misteriosa sustancia nunca se ha observado directamente. Su existencia es sin embargo imprescindible para mantener la rotación que se observa en las galaxias y para que no se disgreguen los cúmulos de galaxias.
La materia oscura es muy abundante, constituye más del 80% de la masa de las galaxias, y se pone de manifiesto por sus efectos gravitatorios. Por ejemplo, puede actuar como una lente gravitacional que distorsiona la trayectoria de la luz de otras galaxias que están situadas detrás. Este es el mismo efecto que ocasiona los asombrosos anillos de Einstein.
Colisiones entre cúmulos de galaxias
Recreación de la colisión de dos cúmulos de galaxias | NASA/CXC/M. Weiss
Una forma de poner de manifiesto grandes masas de materia oscura es el estudio de las colisiones que tienen lugar entre las mayores estructuras que se conocen en el Universo: los cúmulos de galaxias. En tales colisiones, se espera que cada galaxia vaya bien unida con su componente oscura (debido a la fuerza gravitacional) y no hay ninguna razón para suponer que el impacto pueda generar una segregación entre la materia ordinaria y la oscura. En la colisión también se origina una gran acumulación de material intergaláctico caliente que puede ser detectado mediante su emisión en rayos X.
El gran cúmulo Abell 520
Situado a unos 2.400 millones de años-luz de distancia, en la constelación de Orión, Abell 520 es un enorme cúmulo que resultó de la colisión de al menos otros dos cúmulos individuales. Su extensión aparente en el cielo es similar al tamaño de la Luna llena. Hace unos 5 años que un equipo de astrónomos, utilizando el telescopio de 3,6 m de Canadá, Francia y Hawai (CFHT), a 4.200 m en la cumbre de Mauna Kea (Hawai), descubrió una gran concentración de materia oscura en el centro de este cúmulo, lo que le convirtió en un magnífico laboratorio para el estudio de esta elusiva substancia.
...............Abell 520 observado en el óptico| NASA/ESA/HST//CFHT
Utilizando la técnica de las lentes gravitacionales con el telescopio espacial Hubble, otro equipo de astrónomos ha confirmado ahora la existencia de esa gran nube oscura en la región central del cúmulo Abell 520. Y lo que es más sorprendente, esa nube parece desprovista de galaxias visibles. En lugar de ello, las galaxias parecen haber sido segregadas hacia regiones periféricas de la colisión.
La imagen que encabeza este artículo es una composición de cuatro imágenes individuales. La imagen de fondo con las galaxias observadas en el visible fue obtenida con el Hubble y el CFHT. La luminosidad global del cúmulo de galaxias (medida en el CFHT) se representa en color naranja. La luminosidad en rayos X (medida con el telescopio espacial Chandra), que resulta del fenómeno de colisión, se representa en verde. Finalmente, la distribución de masa en el cúmulo, que está dominada por la materia oscura, se representa en azul.
Inexplicable
La gran nube de materia oscura en Abell 520 | NASA/ESA/CFHT/CXO, J. Jee y A. Mahdavi
En el marco de los conocimientos actuales, no hay ninguna explicación satisfactoria para esta separación entre la materia ordinaria y la oscura. Jee y sus colaboradores especulan, sin embargo, con varias interpretaciones posibles. Una posibilidad es que el cúmulo Abell 520 sea el resultado de colisiones entre al menos tres grandes cúmulos de galaxias que ha dado lugar a una configuración particularmente compleja.
Una segunda explicación posible se refiere al comportamiento (supuesto) de la materia oscura. La gran nube tendría explicación si, por ejemplo, las dos grandes masas iniciales de materia oscura se comportasen en su interacción de manera 'pegajosa', de manera por tanto muy diferente a como se comporta la materia ordinaria.
Distribución de materia oscura en el Universo | Consorcio Virgo, MPIfA
Finalmente, tampoco se puede descartar la posibilidad de que las galaxias del centro del cúmulo sean extremadamente débiles, de forma que escapen a la observación del Hubble. Observaciones futuras con el telescopio espacial James Webb, ahora en construcción, deberían aclarar este punto.
En cualquiera de los casos, Abell 520 se confirma como un objeto clave para estudiar la naturaleza de la materia oscura, uno de los mayores enigmas de la ciencia contemporánea.
El artículo científico original publicado en el 'Astrophysical Journal' por J. Jee y colaboradores puede ser consultado en http://www.cfht.hawaii.edu/en/news/DarkMatterCore/A520.pdf
También interesante
- Un estudio del movimiento de 293 galaxias seleccionadas en Abell 520, llevado a cabo por Girardi y colaboradores, sugirió que este cúmulo se formó en la encrucijada de tres enormes filamentos. Uno de esos filamentos podría estar alineado con la línea de observación, lo que podría explicar la gran concentración de materia oscura central por un fenómeno de proyección.
- Las primeras pruebas observacionales de la existencia de la materia oscura fueron proporcionadas en 1933 por el astrónomo suizo Fritz Zwicky (1898-1974) en sus estudios del gran cúmulo de galaxias en la constelación de Coma. En la década de los 1970, la astrónoma norteamericana Vera Rubin (nacida en 1928) confirmó la presencia de materia oscura mediante la observación de la rápida rotación de las regiones más externas de la galaxia de Andrómeda.
- Entre las hipótesis más generalizadas sobre la naturaleza de la materia oscura destacan las que consideran cuerpos astronómicos pequeños y/o fríos (p. ej. estrellas enanas, planetas o nubes gaseosas) y las que contemplan partículas elementales (neutrinos, partículas masivas débilmente interactivas o WIMPS, axiones, etc.)
Fuente: http://www.elmundo.es/elmundo/2012/03/10/ciencia/1331396966.html
