NUEVA SINGULARIDAD EN EL ESPACIO TIEMPO

Vuelvo a un tema del cúal soy muy afín en su búsqueda: Cómo distorsionar el espacio-tiempo.
Cuando escribí en este blog que una onda de choque en el espacio podía alterar el espacio-tiempo, y haciendo referencia a la ciencia ficción que se utilizó en la película Star Trek-Generaciones, donde un científico alterado por la pérdida de su familia recientemente, trata de alterar el continuo del espacio-tiempo con una onda de choque ( trasformando en supernova una estrella ) y con ese propósito, crear un Nexus temporal para poder reencontrarse con sus seres queridos. Ciencia ficción o nó, ahora parece que en teoría si se puede "arrugar" de otra forma el tejido del espacio-tiempo.

“Demostramos que el espacio-tiempo no puede ser plano localmente en un punto donde colisionan dos ondas de choque”, dijo Blake Temple, profesor de matemáticas en UC Davis. “Es una nueva clase de singularidad en la relatividad general”. Los resultados fueron informados en dos artículos realizados por Temple y los estudiantes graduados Moritz Reintjes y Zeke Vogler, ambos publicados en la revista Proceedings of the Royal Society A. La teoría de la relatividad general de Einstein explica la gravedad como una curvatura en el espacio-tiempo. Sin embargo, la teoría parte del supuesto de que cualquier región local del espacio-tiempo parece plana, dijo Temple.

Una singularidad es una región del espacio-tiempo que no puede parecer plana en ningún sistema de coordenadas, explicó Temple. Un ejemplo de singularidad es el interior de un agujero negro, donde la curvatura del espacio se vuelve extrema.
Temple y sus colaboradores estudian las matemáticas de la forma en que las ondas de choque en un fluido perfecto pueden afectar la curvatura del espacio-tiempo en la relatividad general. En un trabajo anterior, Temple y su colaborador Joel Smoller, profesor Lamberto Cesari de matemáticas en la Universidad de Michigan, elaboraron un modelo de la onda de choque más grande de todas, creada por el Big Bang cuando el Universo comenzó su existencia.
Una onda de choque crea un cambio abrupto, o discontinuidad, en la presión y densidad de un fluido, y esto crea un salto en la curvatura. Pero se ha sabido desde la década de 1960 que el salto en la curvatura creada por una única onda de choque no es suficiente para cambiar la naturaleza localmente plana del espacio-tiempo.


El trabajo doctoral de Vogler usó matemáticas para simular la colisión de dos ondas de choque, mientras que Reintjes hizo un análisis de las ecuaciones que describen lo que ocurre cuando las ondas de choque se cruzan. Descubrió que esto crea un nuevo tipo de singularidad que él apodó “singularidad regular”.
Lo sorprendente es que algo tan leve como la interacción de ondas pueda crear algo tan extremo como una singularidad en el espacio-tiempo, dijo Temple.
Temple y sus colegas investigan si las gradientes altas en el tejido del espacio-tiempo en una singularidad regular podrían crear efectos medibles en el mundo real. Por ejemplo, se preguntan si podrían producir ondas gravitatorias, dijo Temple. La relatividad general predice que éstas son producidas, por ejemplo, por la colisión de objetos masivos como agujeros negros, pero aún no han sido observadas en la naturaleza. Las singularidades regulares también podrían formarse dentro de las estrellas cuando las ondas de choque las atraviesan, especulan los investigadores.

"Si los hechos no encajan en la teoría, cambie los hechos." Albert Einstein

"End of transmission"

EL BOSON DE HIGGS Y EL FIN DEL REDUCCIONISMO CIENTIFICO

El descubrimiento del bosón de Higgs (o el "bosón de Higgs-como la partícula" si se prefiere) es sin duda uno de los logros científicos de nuestro tiempo. Esto ilustra lo que el pensamiento puro- con la ayuda de datos, por supuesto - puede revelar sobre el funcionamiento del universo y marca una tendencia que comenzara con Descartes, Hume, Galileo y Newton entre sus ilustres antepasados.
El bosón de Higgs puede ser el mejor homenaje a las limitaciones de lo que ha sido el instrumento filosófico más potente de los descubrimientos científicos:
 - El reduccionismo-.
En cierto sentido, el descubrimiento de este componente fundamental de la materia puede ser visto como la culminación del pensamiento reduccionista. El reduccionismo es el gran legado del siglo XX, una filosofía cuyas semillas fueron sembradas cuando los filósofos griegos comenzaron reflexionando sobre la naturaleza de la materia. El método es, de hecho, muy intuitivo, desde que se bajaron de los árboles, los seres humanos han tratado de resolver los problemas descomponiéndolos en partes más simples. En el siglo XX los frutos del reduccionismo han sido nada menos que impresionantes.  

El reduccionismo es lo que nos dijo que las moléculas están hechas de átomos, que el universo está en expansión, que el ADN es una doble hélice, y que se pueden construir láseres y computadoras. La ética reduccionista nos ha dado la mecánica cuántica, la relatividad, la química cuántica y la biología molecular. Sin embargo, cuando entramos en la segunda década del siglo XXI, es evidente que el reduccionismo como principal arma en nuestro arsenal de herramientas de descubrimientos ya no es suficiente.

El enigma de la materia oscura y energía oscura también tienen como característica sobresaliente el comportamiento de la materia a gran longitud y escalas de tiempo. El estudio de la cooperación en las sociedades implica esencialmente los estudios de la dinámica de grupo y los conflictos de la evolución. Los procesos clave que operan en la existencia de todos estos problemas parecen involucrar a casi intuitivamente lo contrario de la reducción, todos ellos resultado de la aglomeración de las moléculas, la materia, las células, órganos y seres humanos a través de una jerarquía de niveles únicos. Además, y esto es clave, implican la manifestación de principios únicos emergentes en cada nivel que no pueden ser simplemente reducidos a aquellos en el nivel subyacente.

La exploración de estos enigmas son tan emocionantes, profundos y satisfactorios como cualquier otra actividad en la ciencia. Aquellos que se preguntan qué será lo próximo no deben preocuparse, hay todavía un brillante viaje por delante.
Para guiarnos en este viaje todos debemos recordar las palabras de uno de los reduccionistas más grandes del siglo XX y uno de los héroes de Peter Higgs, Paul Dirac, que cerró su famoso texto sobre la teoría cuántica, con grandes indicios que esperaba para el emergente siglo XXI como lo fueron para el siglo XX reduccionista: "Algunos principios nuevos son aquí necesarios".

"Un científico debe tomarse la libertad de plantear cualquier cuestión, de dudar de cualquier afirmación, de corregir errores". Julius Robert Oppenheimer  

 

"End of transmission"

 

BUSCANDO EL ADN DEL UNIVERSO

Hasta el día de ayer se celebró el EuroScience Open Forum (ESOF), en Dublín, que es el mayor encuentro científico no especializado de toda Europa, que reúne cada dos años a todas las partes implicadas en la ciencia y su difusión. Como no podía ser de otra manera se habló del Boson de Higgs.
Rolf Dieter-Heuer, director del CERN, dijo: “Lo de la semana pasada es solo el comienzo. Si se trata del bosón de Higgs, sus propiedades podrían darnos pistas sobre la materia oscura y abrir la ventana al conocimiento del ADN del universo”.
Pero no tarda en enarbolar la bandera de la prudencia ya que, tal y como dijo en su anuncio del 4 de julio, “se trata de una partícula consistente con el higgs pero hacen falta muchos más datos para poder estar seguros de lo que se ha descubierto en dos de los detectores del acelerador”.
 
El director del CERN hace especial hincapié en la necesidad de medir una propiedad de las partículas subatómicas, el espín, que será fundamental para definir si se trata o no del bosón de Higgs predicho por el modelo estándar de la física y que, en tal caso, tendría un valor cero. “Esperamos anunciar el valor del espín para finales de año pero no lo puedo decir con seguridad”, afirma. “Si fuese nulo, habríamos descubierto la primera partícula fundamental sin espín que se haya encontrado nunca”.  

Sobre el supuesto exceso de celo del CERN a la hora de confirmar que se trata del ansiado higgs, el físico argumenta: “Lo que sabemos hasta ahora es que tenemos una partícula nueva, que es un bosón y que se parece mucho al higgs, pero tenemos que asegurarnos de que sea él. Los científicos a veces son demasiado precavidos, pero eso es bueno”
“A mí me gustaría poder haber dicho que tenemos el higgs, pero como científico debo ser prudente. Es muy difícil identificar este tipo de partículas porque tienes una enorme cantidad de reacciones alrededor que pueden parecer la misma cosa. Es como si quisieras identificar un tipo especial de copo de nieve en medio de una gran nevada: tendrías que hacer el mayor número de fotografías posible para localizarlo”.

Heuer recuerda que una variación del modelo estándar predice la existencia de una ‘familia Higgs’ con cinco miembros, y el Higgs del Modelo Estandar sería el de menor masa, así que ahí residen parte de las dudas.  
¿Y si no se trata del bosón predicho por Peter Higgs en 1964? “Eso indicaría que hay física más allá del modelo estándar, pero eso ya lo sabemos. Desconocemos el 95% del universo, compuesto por energía y materia oscura. Ahora estamos a punto de explorar ese 95%”, agrega.

El físico espera que, estudiando las nuevas propiedades de esta partícula, se puedan dar los primeros pasos para conocer la energía oscura, uno de los grandes misterios de la física.

“De todas formas yo creo que ya es suficientemente excitante si se trata del higgs. Lo hemos estado esperando durante 48 años”, explica Heuer. 

El físico alemán reconoce convivir estoicamente con la expresión “partícula de Dios” para referirse al Higgs. “Viene del libro God Particle de Leon Lederman, premio Nobel de física y que originalmente era Goddamn particle (maldita partícula), porque no se dejaba encontrar.
Vivimos con esa expresión que no nos gusta, pero Higgs no tiene nada que ver con Dios, es simplemente una partícula especial”.  
 
Respecto al futuro del acelerador Large Hadron Collider (LHC), donde se ha descubierto esta nueva partícula, el físico remarca que tiene un programa a 20 años así que, “tenemos cita hasta 2030, y muchas cosas que medir a altas energías, no solo el Higgs sino también experimentos sobre materia oscura, nuevas partículas y dimensiones espaciales”.  


Aquí, en Buenos Aires, el pasado jueves 12 se desarrolló una conferencia en el Aula Magna del Pabellón I de la Ciudad Universitaria, donde pude asistir junto con 500 personas más,para escuchar una charla explicativa sobre el bosón de Higgs y los experimentos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN).

 La convocatoria del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales tuvo gran repercusión por los anuncios de la semana pasada sobre la existencia de una partícula que sería el ya famoso bosón de Higgs.

El primero en tomar la palabra fue el físico Daniel de Florián, una de las “cabezas” que crearon las herramientas teóricas que permitieron descubrir la existencia de bosón de Higgs (o, por lo menos, estar notablemente cerca de hacerlo). De Florián -profesor de Exactas e investigador UBA CONICET- estuvo a cargo de una introducción teórica que dio marco a las partículas elementales que estudia la física y a la hipótesis de la existencia de un bosón particular (el propuesto por el inglés Peter Higgs) para avalar la llamada “teoría estándar” de la física.

Más tarde fue el turno de Ricardo Piegaia, uno de los investigadores involucrados directamente en los experimentos del CERN y, en particular, el físico al frente de uno de los grupos que trabaja la colaboración  ATLAS, una de las dos que integran el consorcio internacional que busca el Higgs. También profesor de Exactas e investigador UBA CONICET, Piegaia explicó e ilustró el objetivo y funcionamiento del Gran Colisionador de Hadrones, aportando fotos y gráficos con los detalles de la búsqueda. Posteriormente, se centró en el análisis de los resultados estadísticos de la experiencia, que permitieron determinar la aparición de una partícula que sería el bosón de Higgs.
El final estuvo a cargo del físico Juan Martín Maldacena, profesor de la Universidad de Princeton (Estados Unidos) y visitante por estos días en Exactas UBA, a quién le tocó la parte más “dura” de la charla. Maldacena, especialista en Teoría de Cuerdas, se dedicó a especular acerca de las fronteras del conocimiento sobre las partículas elementales y acerca de las posibilidades teóricas que abre la confirmación de la existencia del Higgs.



"Un científico es un hombre tan endeble y humano como cualquiera; sin embargo, la búsqueda científica puede ennoblecerle, incluso en contra de su voluntad". Isaac Asimov


"End of transmission".

UN PASO AL MAS ALLA DEL BOSON DE HIGGS

Hoy 4 de Julio de 2012 puede ser un dia histórico para la Física de Partículas, lo que hemos estado esperando parece que al fin se hizo presente. El CERN ha detectado, con una confianza del 99,99994%, una nueva partícula que podría ser el esperado bosón de Higgs, la última pieza del modelo que los físicos llevaban décadas tratando de completar. El Higgs es esencial para comprender la naturaleza de la masa.

"Hemos alcanzado un hito en nuestra comprensión de la naturaleza. El descubrimiento de una partícula consistente con el bosón de Higgs abre la puerta a estudios más detallados, que requerirán estadísticas más completas, que amplíen las propiedades descritas de la nueva partícula, y nos desvelen otros misterios de nuestro universo" , dijo el .Director del CERN, Rolf Heuer,

"En nuestros datos observamos claros signos de una nueva partícula compatible con la teoría de Higgs, con un nivel aproximado de 5 sigma [99,9 % de eficiencia], en la región de masa alrededor de los 126 GeV. El increíble rendimiento del LHC y el ATLAS y los enormes esfuerzos de mucha gente nos han traído a este excitante punto, pero hace falta un poco más de tiempo para preparar estos resultados cara a su publicación". dijo Fabiola Gianotti, portavoz del experimento ATLAS

El propio Peter Higgs, el físico de 83 años al que el bosón debe su nombre, estaba presente en la conferencia que el CERN había preparado en la mañana de hoy en su sede cerca de Ginebra para lanzar el anuncio más esperado de las últimas semanas.

Los resultados presentados hoy se consideran preliminares, según el CERN. Se basan en datos recogidos este año y el pasado, con la información de 2012 aún bajo análisis. La publicación de los análisis que se han mostrado esta mañana se esperan para finales de Julio. Una imagen más completa de las observaciones de hoy saldrá a finales de este año después de que el LHC proporcione más datos a los experimentos.

El siguiente paso será determinar la naturaleza exacta de la partícula recién descubierta y su importancia para nuestra comprensión del Universo. 

¿Coinciden sus propiedades con las esperadas para el bosón de Higgs, la última pieza del denominado modelo estándar de física de partículas, o se tratará de una versión más exótica de la esperada?

El modelo estándar describe las partículas elementales a partir de las cuales todos los objetos visibles del Universo –incluidos nosotros- estamos hechos, así como las fuerzas que actúan entre ellas. Sin embargo toda la materia observable parece ser no más de un 4% del total. Una versión más ‘exótica’ de la partícula de Higgs podría ser un puente hacia la comprensión del 96% restante que permanece en ‘la oscuridad’, por eso titulo,"Un paso al mas alla del bosón de Higgs".

¿Por qué es tan importante el bosón de Higgs?
 Porque es la única partícula predicha por el Modelo Estándar de Física de Partículas  que da respuesta al origen de la masa de las partículas. Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no tuviera masa no habría átomos, con lo cual no existiría la materia como la conocemos, por lo que tampoco habría química, ni biología ni existiríamos nosotros mismos. 

Para explicar por qué unas partículas tienen masa y otras no, el físico británico Peter Higgs postuló en los años 60 del siglo XX un mecanismo que se conoce como el “campo de Higgs”. Al igual que el fotón es el componente fundamental de la luz, el campo de Higgs requiere la existencia de una partícula que lo componga, que los físicos llaman “bosón de Higgs”. 
El campo de Higgs sería una especie de continuo ( CONTINIUM) que se extiende por todo el espacio, formado por un incontable número de bosones de Higgs. La masa de las partículas estaría causada por una “fricción” con el campo de Higgs, por lo que las partículas más ligeras se moverían por este campo fácilmente mientras que las más pesadas lo harán con mayor dificultad.


Al bosón de Higgs no se lo puede detectar directamente, ya que una vez que se produce, se desintegra casi instantáneamente dando lugar a otras partículas elementales más habituales. Lo que se pueden ver son sus “huellas”, esas otras partículas que podrán ser detectadas en el LHC. En el interior del anillo del acelerador del CERN colisionan protones entre sí a una velocidad cercana a la de la luz. Cuando se producen las colisiones en puntos estratégicos donde están situados grandes detectores, la energía del movimiento se libera y queda disponible para que se generen otras partículas. Cuanto mayor sea la energía de las partículas que chocan más masa tendrán las resultantes, según la famosa ecuación de Einstein E=mc2.

"A la luz del conocimiento alcanzado, el feliz logro parece casi una cosa natural y cualquier estudiante inteligente puede comprenderlo sin demasiados problemas. Pero sólo aquellos que lo han experimentado pueden comprender los años de ansiosa búsqueda en la oscuridad, con su intenso anhelo, sus momentos de confianza y agotamiento y la salida final a la luz"

"End of transmission"