viernes, 17 de septiembre del 2021 Fecha
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Siempre desvelando misterios de la Naturaleza

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Carnaval de Física    ~    Comentarios Comments (4)

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Los Teóricos, al querer desvelar los secretos del Universo, inventan Teorías que van más allá del sentido común, y, de esa manera la puerta de las dimensiones más altas quedó abierta y a los teóricos se les regaló una herramienta maravillosa: el hiperespacio; todo es posible. Hasta el matrimonio de la relatividad general y la mecánica cuántica, allí sí es posible encontrar esa soñada teoría de la gravedad cuántica.

Así que las teorías se han embarcado a la búsqueda de un objeto audaz: buscan una teoría que describa la simplicidad primigenia que reinaba en el intenso calor del universo en sus primeros tiempos; una teoría carente de parámetros, donde estén presentes todas las respuestas. Todo debe ser contestado a partir de una ecuación básica.

¿Dónde radica el problema?

El problema está en que la única teoría candidata no tiene conexión directa con el mundo de la observación, o no lo tiene todavía si queremos expresarnos con propiedad. La energía necesaria para ello, no la tiene ni el nuevo acelerador de partículas LHC que mencioné en páginas anteriores.

La verdad es que la teoría que ahora tenemos, el modelo estándar, concuerda de manera exacta con todos los datos a bajar energías y contesta cosas sin sentido a altas energías. ¡Necesitamos algo más avanzado!

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El Modelo que tenemos del comienzo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Carnaval de Física    ~    Comentarios Comments (0)

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Siempre estamos dilucidando sobre lo que pasó antes de alrededor de un minuto y cuarenta segundos desde el comienzo del tiempo- no hay núcleos atómicos estables.  El nivel de energía en el ambiente es mayor que la energía de unión nuclear.

Por consiguiente, todos los núcleos que se forman, se destruyen de nuevo rápidamente.

Alrededor de un segundo desde el comienzo del tiempo, llegamos a la época de desacoplamiento de los neutrinos.  Aunque en esa época el Universo es más denso que los agujeros negros (y tan caliente como la explosión de una bomba de hidrógeno), ya ha empezado a parecer vacío a los neutrinos.  Puesto que los neutrinos sólo reaccionan a la fuerza débil, que tiene un alcance extremadamente corto, ahora pueden escapar de sus garras y volar indefinidamente sin experimentar ninguna otra interacción.

Así, emancipados, en lo sucesivo son libres de vagar por el Universo a su manera indiferente, volando a través de la mayor parte  de la materia como sino existiese. (Diez trillones de neutrinos atravesarán sin causar daños el cerebro y el cuerpo del lector en el tiempo que le lleve leer esta frase.  Y en el tiempo en que usted haya leído esta frase estarán más lejos que la Luna).

De esa manera, oleadas de neutrinos liberados en un segundo después del big bang persiste aún después, formando una radiación cósmica de fondo de neutrinos semejante a la radiación de fondo de microondas producida por el desacoplamiento de los fotones.

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El descubrimiento de las “magnetars”

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (0)

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En la década de los treinta Fritz Zwicky y Walter Baade descubrieron un tipo de estrella notable: las supernovas. Durante unas semanas o meses una supernova brilla tanto como toda una galaxia, formada por cientos de miles de millones de soles. Zwicky y Baade dedujeron que las supernovas no son propiamente una estrella, sino la violenta explosión que da fin a la vida de una estrella. En esta explosión, durante la cual se generan múltiples reacciones nucleares que producen los elementos mas pesados (como el oro, la plata, el cobre y el plomo), la mayor parte del gas que formó a la estrella sale arrojado a velocidades de unos diez mil kilómetros por segundo. La parte central de la estrella se colapsa sobre su propia gravedad, hasta quedar reducida a una esfera de tan solo veinte kilómetros de diámetro, pero con una masa superior a la del Sol, conocida como una estrella de neutrones. En ellas la materia se encuentra tan densamente concentrada que un cubo de un centímetro de lado contiene un millón de millones de toneladas.

Si bien las supernovas fueron aceptadas desde los años de Zwicky y Baade, la existencia de las estrellas de neutrones fue motivo de polémica, hasta que en 1967 fueron descubiertos los pulsares, fuentes de radio con una señal que presenta pulsos regulares muy rápidos, en muchos casos a razón de varios pulsos por segundo. Toda la evidencia observacional indicó que los pulsares son estrellas de neutrones y durante treinta años el estudio de los pulsares ha aportado valiosa información acerca de estas estrellas, importantes laboratorios astrofísicos, ya que no solo la materia se encuentra en condiciones extremas de densidad, sino que tambien se presentan en ellas los campos magnéticos mas intensos conocidos en el Universo. Entre los poco mas de setecientos pulsares descubiertos a la fecha, hay algunos que llegan a tener campos magnéticos estimados de diez billones de Gauss (es decir diez millones de millones de Gauss). Para poner este número en contexto, el campo magnético de la Tierra, al cuál responden las brújulas, es de poco mas de medio Gauss; un imán de los que se ponen en los refrigeradores produce un campo de cien Gauss, y los campos magnéticos mas intensos producidos en laboratorios son de casi medio millón de Gauss. Muchos pulsares tienen campos millones de veces mas intensos.

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Un apunte sobre el Interior del Sol

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (0)

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Hoy en día, disponemos de dos herramientas muy potentes para el estudio del interior solar: Los neutrinos solares y la heliosismología. Bethe y Chitchfield (1938) propusieron un ciclo de reacciones de fusión nuclear para explicar la generación de energía en el caso de estrellas de masa pequeña como el Sol. El balance final de dicho ciclo de reacciones,  Ciclo p-p, es:

4p → He4 + 2e+ +2ѵe +energía.

¿Cómo podemos estar seguros de que este es, efectivamente, el mecanismo dominante de generación de energía que utilizan algunas estrellas y, en particular el Sol? Sorprendentemente, la respuesta es que podemos “observar” el interior del Sol mediante detectores situados en el interior de la Tierra.

La heliosismología permite el estudio del interior solar a partir de las observaciones de ondas acústicas y de gravedad. Leighton  et al. (1962) descubrieron que el Sol tiene oscilaciones globales con un período de 5 minutos.  Ulrich (1970) y Leibacher et al (1971) propusieron explicar las oscilaciones en términos de ondas sonaras atrapadas en cavidades resonantes debajo de la superficie solar. Esta teoría fue comprobada observacionalmente por Deubner (1975), y de dichas oscilaciones acústicas (modos p) pueden detectarse numerosos armónicos. Los diferentes armónicos  a menor o mayor  profundidad en el Sol y permiten realizar un sondeo sísmico del interior solar.

Experimentos como GOLF y VIRGO, a bordo del satélite SOHO, permiten observar modos de oscilación que penetran hasta el núcleo y allí podemos comprobar muchas cosas como temperatura, composición química, y, parámetros desconocidos hasta ahora como la abundancia de Helio, se puede constatar que la rotación solar produce una separación de frecuencias y, si se determina observacionalmente esta separación, se puede obtener el perfil de rotación  del interior solar dependiente de la profundidad y de la latitud. Los resultados sugieren que el núcleo solar, a partir de 0,3 radios solares, rota rígidamente con la zona radiativa con un período de 26,6 días, y que en la base de la zona de convección, situada a 0,693 radios solares, existe una fuerte transición de rotación rígida a rotación diferencial. A esta capa de transición de rotación se la denomina la tococlina y su espesor es aproximadamente 0,04 radios solares.

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La partícula Beta, el neutrino, la luz…

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Carnaval de Física    ~    Comentarios Comments (1)

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Los físicos se vieron durante mucho tiempo turbados por el hecho de que a menudo, la partícula beta emitida en una desintegración del núcleo no alberga energía suficiente para compensar la masa perdida por el núcleo.  En realidad, los electrones no eran igualmente deficitarios.  Emergían con un amplio espectro de energías, y el máximo (conseguido por muy pocos electrones), era casi correcto, pero todos los demás no llegaban a alcanzarlo en mayor o menor grado.  Las partículas alfa emitidas por un nucleido particular poseían iguales energías en cantidades inesperadas.  En ese caso, ¿qué era errónea en la emisión de partículas beta? ¿Qué había sucedido con la energía perdida?

En 1922, Lise Maitner se hizo por primera vez esta pregunta, y, hacia 1.930, Niels Bohr estaba dispuesto a abandonar el gran principio de conservación de la energía, al menos en lo concerniente a partículas subatómicas.  En 1931, Wolfgang Pauli sugirió una solución para el enigma de la energía desaparecida.

Tal solución era muy simple: junto con la partícula beta del núcleo se desprendía otra, que se llevaba la energía desaparecida.  Esa misteriosa segunda partícula tenía propiedades bastante extrañas.  No poseía carga ni masa.  Lo único que llevaba mientras se movía a la velocidad de la luz era cierta cantidad de energía.  A decir verdad, aquello parecía un cuerpo ficticio creado exclusivamente para equilibrar el contraste de energías.

Sin embargo, tan pronto como se propuso la posibilidad de su existencia, los físicos creyeron en ella ciegamente. Y esta certeza se incrementó al descubrirse el neutrón y al saberse que se desintegraba en un protón y se liberaba un electrón, que, como en la decadencia beta, portaba insuficientes cantidades de energía.  Enrico Fermi dio a esta partícula putativa el nombre de “neutrino”, palabra italiana que significa “pequeño neutro”.

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