La laboriosa y pesada manera en que antes se cartografiaba el mundo o la Gran Medición Trigonométrica

Los primeros cartógrafos de la historia lo tenían crudo. No solo eran los que debían describir por primera vez cada cosa que veían, sino que empleaban un sistema tan laborioso y extenuante que, más que cartografiar, pareció que dieran a luz los mapas (con dolores, tras nueve meses de gestación).

Por ejemplo, la tecnología disponible entre los siglos XVIII y XIX para establecer la distancia entre dos puntos era extremadamente rudimentaria. Hoy en día, cuando vienen a tasarnos el piso que queremos vender, viene el de la inmobiliaria con un diminuto láser, dispara como en Star Wars, chiu chiu, y ya tiene los metros cuadrados de cada estancia. Antes, no.

Antes se debía recorrer el terreno centímetro a centímetro con una cadena de 20 metros, desplazándola como un árbitro de fútbol cada vez que se extendía por completo y poniendo siempre el máximo cuidado en mantenerla recta y a una altura constante (sobre caballetes de madera, si era preciso).

Es decir, que trazar una sola línea de 11 kilómetros podía suponer semanas de trabajo.

Pero para cartografiar un terreno no basta con disponer de la distancia entre dos puntos. Lo realmente complicado viene luego, tal y como lo explica Ken Jennings en su libro Un mapa en la cabeza:

"Desde ambos extremos de la línea se utilizaba un voluminoso instrumento llamado teodolito para medir el ángulo de un único punto (tal vez la cima de una colina, o el campanario de una iglesia lejana). Con un poco de trigonometría básica, utilizando la longitud de la línea base y los dos ángulos se calculan las distancias que van de cada extremo al tercer punto. (…) Ahora cogemos uno de los extremos y el nuevo punto de referencia, y hacemos de esa distancia la línea base de un segundo triangulo, y de uno de los lados de ese triángulo la base de un tercero, y así sucesivamente."

Este trabajo tan minucioso y cansino se vuelve pesadillesco si tenemos en cuenta lo que implicó cartografiar la India Británica hace ya dos siglos: más de 40.000 triángulos como los anteriormente descritos en un trabajo que duró… 80 años. No en vano, a este trabajo colosal se le llama con el pomposo título de Gran Medición Trigonométrica.

Imaginaos el trabajo que supuso medir algo tan peligroso e inhóspito como un subcontinente con selvas frondosas llenas de bichos y las montañas más altas del mundo. Continuamente caían lluvias torrenciales. Y muchos topógrafos morían por la malaria.

El resultado, sin embargo, fue titánico para la época: pensad que la primera vez que se hizo algo así fue en Francia, una nación mucho menos, digamos, conflictiva (y, con todo, el primer mapa topográfico de una nación no la acabó quien lo empezó, Giovanni Cassini durante la década de 1670 sino su nieto, más de un siglo después.

 Pero volvamos a la Gran Medición Trigonométrica: permitió constituir la base de los únicos mapas del Tíbet disponibles durante los cincuenta años siguientes, y encumbró a la categoría héroes a unos hombres mal pagados cuyo sacrificio nos permitió descubrir cómo era el mundo, como James Rennell o Nain Singh.

"James Rennell, el “padre de la geografía india”, casi perdió la vida en la frontera con Bután en 1776 cuando su pequeño grupo de cipayos fue atacado por cientos de faquires sanniasis, los cuales habían estado sembrando el terror en los pueblos de la zona. Armado únicamente con un alfanje, Rennell avanzó a través de dos líneas de bandidos y volvió a rastras al campamento británico, sangrando copiosamente por al menos cinco heridas de espada, una de ellas de más de 30 centímetros. El médico más cercano estaba a casi 500 kilómetros, pero, de algún modo, Renell se aferró a la vida, aunque después de sobrevivir al ataque nunca volvió a ser el mismo."

Unas aventuras al nivel de Indiana Jones simplemente para dibujar un mapa. Para que luego descubramos que cada vez se nos da peor lo de leer los mapas, tal y como explico en Ingraphicacy o por qué hay gente que no es capaz de entender un mapa.

Vía: XC 

El fenomen estel·lar més brillant de la història

Entre el 30 d’abril i l’1 de maig de l’any 1006 es va produir el fenomen estel·lar més brillant registrat mai a la història: una supernova o explosió estel·lar que van poder observar diferents civilitzacions en diferents llocs del planeta. Més de mil anys després, un equip liderat per investigadors de la Universitat de Barcelona (UB), l’Institut d’Astrofísica de Canàries (IAC) i el Centre Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) ha descobert que la supernova 1006 (SN 1006) es va produir probablement com a conseqüència de la fusió de dues estrelles nanes blanques. La recerca es publica avui a la revista Nature en portada.

La supernova de l’any 1006 va ser observada per comunitats d’astrònoms de tot el món. Alguns d’ells, com els astrònoms xinesos, van ressaltar que el fenomen astronòmic va ser visible durant tres anys. El registre més explícit, que va fer el metge i astrònom egipci Ali ibn Ridwan (988 – 1061), apunta que el fenomen estel·lar va ser aproximadament tres vegades més brillant que Venus o que va emetre llum en una quantitat equivalent a gairebé una quarta part de la lluentor de la Lluna.

Tal com explica la codirectora del treball, Pilar Ruiz-Lapuente, investigadora de l’Institut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB) i de l’Institut de Física Fonamental (IFF-CSIC) «en el treball s’han estudiat les estrelles existents a la zona a partir de la distància i de la possible contaminació per elements de la supernova, i els resultats revelen que no hi ha cap estrella que es pugui considerar progenitora d’aquesta explosió».

L’investigador de l’IAC, i primer autor del treball, Jonay González Hernández, afegeix: «Hem fet una exploració exhaustiva a l’entorn del lloc on es va produir l’explosió de la supernova del 1006 i no hi hem trobat res, cosa que ens porta a pensar que aquest fenomen es va produir probablement per una col·lisió i fusió de dues estrelles nanes blanques de massa similar».

L’SN 1006 pertany al tipus de supernoves que es produeixen en sistemes binaris, aquells constituïts per dos objectes astronòmics lligats entre si per la seva força gravitatòria. Aquests sistemes poden estar formats per una nana blanca i una estrella companya normal que li aporti la matèria necessària per aconseguir una massa crítica d’1,4 vegades la massa del Sol, l’anomenada massa límit de Chandrasekhar. Una vegada arriben a aquesta grandària, exploten com a supernoves. Una altra opció és que el sistema estigui compost per dues nanes blanques que s’acabin fusionant en una supernova. Segons Ruiz-Lapuente, «aquest nou resultat, juntament amb altres d’anteriors, indiquen que la fusió de nanes blanques podria ser una via habitual que dóna lloc a aquestes violentes explosions termonuclears».

Les supernoves són explosions d’estrelles que ocorren en l’última etapa de la seva vida. Produeixen una gran emissió d’energia i ejecten enormes quantitats de material a gran velocitat al medi interestel·lar. En particular, el tipus de supernova que va tenir lloc el 1006 es va produir per una explosió termonuclear quan la nana blanca va aconseguir la massa límit de Chandrasekhar, la qual cosa va expulsar probablement tot el material que posseïa sense deixar cap romanent estel·lar de l’explosió.

La pista definitiva que va portar els investigadors a concloure que en aquest cas s’havia produït la fusió de dues nanes blanques va ser que aquesta supernova, a uns 7.000 anys llum de la Terra, no té cap estrella companya de la nana blanca progenitora. L’explosió produïda per la fusió de dues nanes blanques, no obstant això, no deixa cap rastre, excepte el romanent de supernova que pot ser estudiat fins segles després, com en el cas de la supernova del 1006, una de les úniques quatre supernoves històriques d’aquest tipus que s’han produït a la Via Làctica.

Per a l’estudi, es va utilitzar l’espectrògraf d’alta resolució UVES instal·lat en un dels quatre telescopis europeus VLT, de 8 metres de diàmetre, pertanyent a l’Observatori Europeu del Sud (ESO, Xile), amb el qual es van observar els estels a l’entorn del lloc de l’explosió. Les dades espectroscòpiques i fotomètriques obtingudes van ser analitzades detalladament per González Hernández: «L’anàlisi de les estrelles de la zona de l’explosió les descarta com a possibles companyes de l’estrella progenitora de la supernova del 1006», assegura l’expert.

Els astrofísics van analitzar diferents tipus d’estrelles a la zona: gegants, subgegants i nanes. Segons González, «només quatre estrelles gegants es troben a la mateixa distància que el romanent de la supernova del 1006, a uns 7.000 anys llum de la Terra, però les simulacions numèriques no prediuen cap companya d’aquestes característiques. L’aparença d’una possible estrella companya, fins i tot mil anys després d’haver rebut el violent impacte d’una explosió d’aquest tipus, no seria la d’una estrella gegant normal».

Les nanes blanques són estrelles de massa inferior a 1,4 vegades la massa del Sol que estan en l’última etapa de la seva vida. Aquestes estrelles, o romanents estel·lars, han esgotat tot el seu combustible, per la qual cosa es van refredant molt lentament. Els estels de menys de 8-10 masses del Sol, és a dir, la gran majoria dels estels de la Via Làctica, i també el nostre Sol, acaben el seu cicle de vida com a nanes blanques.

D’altra banda, des del punt de vista teòric, en l’estudi, en el qual també han participat els investigadors del Departament d'Astronomia i Meteorologia i del ICCUB (centre adscrit al campus d’excel·lència internacional BKC) Ramon Canal i Javier Mendez, s’ha vist que la fusió d’aquest tipus d’estrelles concorda amb els models estel·lars existents.

La companya de la supernova del 1572

Ja l’any 2004, aquest grup de recerca havia identificat una altra estrella com a companya de la supernova de Tycho Brahe (SN 1572). Pilar Ruiz-Lapuente, investigadora principal d’aquell treball, també publicat a la revista Nature, i coautora de l’actual, comenta sobre aquesta qüestió: «Llavors vam explorar una altra regió propera al centre del romanent de la supernova de Brahe i vam trobar una estrella subgegant de temperatura similar a la del Sol, que podia ser la companya de l’estrella progenitora de l’SN 1572». I afegeix: «En aquest nou estudi, la nostra intenció era buscar la companya de la supernova del 1006, però, davant la nostra sorpresa, no la vam trobar».

Ruiz-Lapuente va començar a estudiar el 1997 els romanents de supernoves del tipus Ia amb aquest mètode de cerca d’estrelles progenitores. Fins ara s’han estudiat cinc supernoves, de les quals només s’ha trobat la companya en el cas de la de Tycho Brahe. Tal com explica la reconeguda astrofísica, «la nostra intenció és seguir estudiant els romanents de supernova per determinar la freqüència d’aquesta via de fusió de nanes blanques. La propera serà la supernova de Kepler del 1604».

Sableado de: UB

RESPUESTAS DESDE EL CERN 6

Después del lapsus estival os entregamos el resto de respuestas a las preguntas de nuestros alumnos...

16. ¿Alguien más está buscando el Bosón de Higgs? ¿Cómo se le busca? ¿Se ha puesto alguna fecha el CERN para dar con él? 

Hasta hace unos meses, el CERN “competía” con el laboratorio norteamericano Fermilab en la búsqueda del Higgs.

Desafortunadamente nuestros amigos americanos tuvieron que parar por razones económicas, así que ahora el CERN es el único laboratorio del mundo que puede encontrar el Higgs... ¡si existe! Se busca haciendo colisionar protones en el LHC a gran energía. Cuando dos protones colisionan hay una cierta probabilidad de que se desintegren y la energía que llevaban se encuentra disponible para la creación de nuevas partículas. Esta creación también es un proceso aleatorio. Para crear un Higgs, si existe, hay que generar muchos millones de colisiones. En caso de que exista, el CERN debería poder encontrarlo antes del final de este año (2012).

17. De las partículas fundamentales ¿cual es la de mayor tamaño? ¿y la más pequeña?
El tamaño es un concepto muy escurridizo en mecánica cuántica, que es la teoría que rige los fenómenos que ocurren a escala microscópica. El problema es que cada partícula tiene una cierta probabilidad de interaccionar con otra partícula que pase cerca, y esa probabilidad crece según la distancia entre ambas partículas decrece. Pero siguen siendo solamente probabilidades. En el mundo macroscópico estamos acostumbrados a que dos cuerpos se toquen o no se toquen. Si no se tocan, no hay interacción. Esto nos permite visualizar fácilmente el tamaño de los objetos. Decimos que un listón está a cinco metros de altura porque si quiero saltármelo con una pértiga será imposible a menos que mi salto sea de al menos cinco metros. Si salto un poco menos alto, será fácil darme cuenta porque tocaré el listón y éste se moverá. El mundo subatómico es más complicado, o menos acorde con nuestra intuición, lo cual es normal porque nuestra intuición la construimos a diario con observaciones del mundo macroscópico. Como he dicho, si una partícula pasa cerca de otra hay una cierta probabilidad de que interaccionen. Podríamos definir un tamaño diciendo que es, por ejemplo, la distancia a la cual tiene que estar la otra partícula para que la probabilidad de interacción sea el 50%. Pero esa probabilidad también depende del tipo de partícula que se aproxime y de la energía que lleve, así que cualquier intento de definición preciso sería un poco arbitrario. En general, un concepto menos escurridizo para clasificar las partículas de mayor a menor es su masa en reposo. Si tomamos esa magnitud física como referencia, la partícula elemental más pesada que se conoce en estos momentos es el quark Top, con una masa de 171.2 GeV/c2. Las más ligeras son los neutrinos de tipo muón, cuya masa no se conoce exactamente pero se sabe inferior a 0.17 MeV/c2. Bueno, esto si excluimos el fotón,  que es un bosón cuya masa es cero (por eso puede ir a la velocidad de la luz, pero eso es otra historia). Las unidades que se utilizan para estas masas son mucho más pequeñas que el gramo. Es sólo una
forma de asegurarnos que las masas de estas partículas en esas unidades son números más o menos manejables como 171.2 y 0.17. Si escribiéramos la masa del Top en gramos, sería 0,0000000000000000000003051910328 gramos, lo cual no es muy práctico.

18. ¿Qué implica encontrar una partícula que viaja a mayor velocidad que la luz como los neutrinos?
Las últimas mediciones de la velocidad de los neutrinos parecen desmentir el resultado del experimento OPERA en 2011. Es decir, que todo apunta a que los neutrinos no van más rápido que la velocidad de la luz en el vacío. Hay que decir que el resultado de OPERA habría sido completamente revolucionario de ser correcto, así que era muy importante que se sometiera al escrutinio de los físicos de todo el mundo y que otros experimentos intentaran replicar ese mismo resultado. Durante ese proceso se han encontrado un par de fallos en OPERA, que en principio explican el error en su resultado. Esto no es ningún drama, es como funciona la ciencia. Es una búsqueda continua de la verdad en la que la Naturaleza tiene siempre la última palabra.

 

Contrariamente a otras disciplinas como la Política, la opinión de unos y de otros cuenta más bien poco, y los desacuerdos tardan en general poco tiempo en solventarse a través de experimentos y razonamientos. Para volver a la pregunta: ¿qué habría significado encontrar una partícula que viaja más rápido que la luz en el vacío? Pues tendríamos que haber mejorado alguna de las teorías más importantes de la Física actual, como la Relatividad de Einstein. 

De lo contrario, el viaje más rápido que la luz habría dado lugar a muchas paradojas, como que viajar en el tiempo es posible, al menos para esas partículas tan rápidas. Lo que habría pasado seguramente es que algún Físico brillante habría encontrado una teoría que lo habría explicado y que a su vez habría hecho otras predicciones verificables. Pero bueno, como he dicho, actualmente todo apunta a que se trató de un error experimental.

19. ¿Es posible que en un futuro podamos descubrir que las partículas que ahora pensamos que no tienen estructura interna como los Quarks, sí que la tengan?
Por supuesto. Como he dicho antes, que nosotros no podamos ver algo con nuestra tecnología actual no significa que no exista. Decir lo contrario es pecar de soberbia y de ingenuidad.

20. ¿Es cierto que un grano de arena contiene tantas partículas como granos de arena podríamos encontrar en un desierto?
La Física es muy pocas veces una cuestión de opinión. La reacción de un Físico ante esta pregunta es poner los números sobre la mesa y calcular, así que manos a la obra: supongamos que el grano de arena es de 2.65 mg (el peso de un grano de sílice de 1mm3). La arena de playa o desierto suele ser en su mayoría sílice, o dióxido de Silicio (SiO2) que tiene una masa aproximada de unas 60 u (unidades de masa atómica) por molécula. Es decir, que una molécula pesa aproximadamente 10-22 gramos. O sea que en nuestro grano de arena de 2.65 mg hay unas 2.65·10^19 moléculas de sílice. Una molécula de sílice tiene 210 partículas elementales (quarks y electrones), así que en un granito de arena hay unas 5,6·10^21 partículas.

El desierto del Sáhara tiene una extensión de unos 9 millones de km2. Suponiendo que está cubierto por una capa de arena de 100 metros de alto de media, eso nos da un volumen de arena de 9·10^14 m3. Asumiendo que el volumen de un grano de arena es de 10-9m3 (un cubito de 1mm de lado), eso nos da un total de 9·10^23 granitos de arena en el desierto del Sáhara. O sea, que a primera vista hay más granos de arena en el Sáhara que partículas en un grano de arena típico, ¡pero no por mucho! Bueno, a lo mejor me he equivocado yo en los números... En cualquier caso, hay más partículas en un grano de arena que granos de arena en el desierto de los Monegros o el de Tabernas en España, o sea que sí, está así así la cosa. Es alucinante, ¿no?

21. La materia está formada por partículas fundamentales como quarks, gluones, etc... ¿podemos manipular estas partículas y combinarlas para formar nuevos átomos y elementos, o trastocar los existentes?
Sí, por supuesto. Si lanzas un neutrón hacia el núcleo de un átomo, hay una cierta probabilidad de que se incruste en ese núcleo y el resultado sea un isótopo distinto del original. Si haces que un haz de positrones se acerque a un haz de antiprotones (como se hace en el CERN), es posible que algún positrón se ponga a dar vueltas en órbita alrededor de un antiprotón, y habremos creado un átomo de anihidrógeno. Como hemos dicho antes, aglutinar partículas de cierta manera es sólo una de las manipulaciones posibles. También se puede provocar colisiones y observar lo que sale. De esos productos de colisión se pueden seleccionar algunos mediante campos eléctricos y magnéticos apropiados. Las posibilidades son múltiples.

22. ¿Se pueden o podrían crear átomos artificiales?
Sí, muchos de los átomos naturales se crean en las estrellas, donde las condiciones de presión y temperatura son tales que el proceso de fusión de dos núcleos para crear un tercero es bastante corriente. Si recreamos esas condiciones de manera artificial, veremos los mismos resultados. Hay algunos laboratorios en el mundo que son capaces de hacerlo. Así que si alguien os dice que estáis hechos de polvo de estrellas ¡no os creáis que es un poeta! Bueno, puede serlo, pero hay que saber que es muy cierto: ¡la mayoría de los átomos que forman vuestro cuerpo se crearon en una estrella!

23. ¿Podríamos descubrir más elementos químicos que los que conocemos?
Se pueden descubrir si existen ya y un día los encuentras. Esto no ha pasado desde hace mucho tiempo. Lo que sí que se ha hecho últimamente es crear nuevos elementos. Por ejemplo, nuestros amigos del laboratorio GSI, en Alemania, crearon el Copernicio en el año 1996.

 
Es un elemento de número atómico 112, y cuyo isótopo más estable tiene una vida media de 29 segundos, tras los cuales se desintegra y da lugar a otros núcleos más estables. En GSI crean estos nuevos elementos bombardeando una capa fina de un elemento con un haz muy energético de otro elemento. Cuando la energía del haz es suficientemente alta, las mismas condiciones que en las estrellas permiten que el proceso de fusión se lleve a cabo entre los núcleos de los dos elementos, produciendo un nuevo núcleo.

24. ¿A qué temperaturas podemos elevar la materia de manera artificial?
La temperatura es una manifestación en el mundo macroscópico (el que percibimos fácilmente con nuestros cinco sentidos) de un fenómeno más básico del mundo microscópico. Si por ejemplo te calientas una sopa en el microondas, lo que pasa es que un campo electromagnético bastante potente le transfiere energía a las partículas que forman la sopa. Estas se agitan, adquieren energía cinética, chocan entre ellas. La inyección de energía externa ha hecho que la sopa sea, a nivel microscópico, un mundo mucho más agitado que antes. Algunas de las moléculas de agua de la sopa adquieren tanta velocidad que se desligan de la fase líquida y salen volando. Ahora forman parte del vapor de agua, ese humillo que vemos subiendo del plato. Si acercamos la mano, notamos el calor. Son los choques de esas moléculas tan ajetreadas contra las moléculas de nuestra piel. O sea que lo que llamamos temperatura no es más que una medida de la velocidad media y la concentración de partículas que no vemos con nuestros ojos. Como sabemos que hay un límite tanto en la concentración espacial como en la velocidad a la que se pueden mover los cuerpos, debería haber un límite superior de temperatura. Las cosas no son tan simples.
Hoy sólo sabemos que a partir de una cierta temperatura, llamada temperatura de Planck, las leyes de la Física tal y como las conocemos hacen predicciones sin sentido, lo cual puede ser una indicación de que esa temperatura (entorno a los 1032 Kelvin) no se puede superar, pero también puede indicar simplemente que nuestras teorías actuales son incompletas. En cualquier caso, estamos muy lejos de poder producir esa temperatura artificialmente.

El lugar más caliente del mundo en este momento es el punto de colisión de los protones del LHC, que apenas llega a los 1017 Kelvin. Es decir, millones de millones de veces más caliente que el hierro fundido, pero miles de millones de millones de veces más frío que la temperatura de Planck.

 25. Los cambios de estado de la materia se producen por la variación de la temperatura ¿se puede encontrar algún estado de la materia superior al plasma?
¿Cómo definimos lo que es un estado de la materia y lo que no lo es? Vemos que el agua en estado líquido hace cosas (como no salirse de un vaso) que no hace en estado gaseoso, así que damos a esos dos estados nombres diferentes para entendernos y poder comunicar en la vida cotidiana. Por supuesto, hay diferencias objetivas a nivel microscópico entre el agua líquida y el vapor de agua, pero también las hay entre un cristal líquido y un sólido, y no tenemos al “cristal líquido” en la lista estándar de estados de la materia. Con esto quiero decir que hay por una parte lo que hace la materia bajo determinadas condiciones de presión y temperatura, y por otra parte cómo decidimos llamarlo. Con los plasmas pasa una cosa parecida. El plasma de las estrellas y el de nuestra tele de plasma es como un gas, excepto que los partículas que lo componen no son eléctricamente neutras: están cargadas.

Eso hace que cuando se le aplican campos electromagnéticos externamente, el plasma hace cosas “raras” que uno no esperaría que pasasen si fuese un gas normal. Y entonces, para facilitar la comunicación cuando se habla de un gas ionizado de ese tipo, se decide llamarlo “plasma”, y puesto que las desviaciones de comportamiento y propiedades con respecto a los gases neutros son bastante grandes y generalizadas para todos los tipos de plasma, se decide declarar que el plasma es un estado de la materia diferente de los demás. Por supuesto, no se puede excluir que según vamos avanzando en nuestra exploración de nuevas zonas de temperatura y presión, descubramos que bajo ciertas condiciones el comportamiento de la materia es diferente a todo lo que conocemos hasta ahora. En ese caso, habremos descubierto un nuevo estado de la materia.

GRACIAS DE NUEVO JAVIER, POR TODAS TUS RESPUESTAS!

RESPUESTAS DESDE EL CERN 5

13. Hemos estudiado Bosones, Leptones y Quarks... ¿Cuáles de ellos no se encuentran en el universo de forma “natural” sino que han sido observados gracias al colisionador?

Todas esas partículas existen de forma natural y también se pueden crear y observar de forma artificial. La mayoría de ellas se desintegran muy rápidamente en otras partículas, así que es difícil detectarlas. La ventaja de producirlas de forma artificial es que se pueden controlar las condiciones de producción y observación para que el estudio de estas partículas sea mucho más fácil. Es como si quieres estudiar los tulipanes y tienes que esperar a que salgan cada primavera para estudiarlos. Si los plantas tú en un invernadero puedes estudiarlos tanto tiempo como quieras, y variar las condiciones (temperatura, humedad...) para ver cómo les afectan y avanzar en tu entendimiento de la planta. 

14. ¿Qué partículas hacéis colisionar en el CERN?

En el LHC, que es el acelerador más conocido del CERN, colisionan protones contra protones. A veces se inyectan también iones de plomo y se hacen colisionar entre sí. Otra posibilidad es hacer colisionar iones de plomo con protones. Los iones de plomo son más masivos que los protones, así que al colisionar generan energías mayores que pueden a su vez generar partículas más masivas que cuando se hacen colisionar protones. El problema con los iones de plomo es que las colisiones son muy complejas, ya que es un choque entre dos núcleos, cada uno compuesto por muchos protones y neutrones. Así que el análisis de lo que sale de las colisiones es mucho más complicado. 

15. ¿Qué partículas se han descubierto en el CERN?

Se han descubierto varias, pero las principales son los bosones W+, W- y Zo, que se descubrieron en 1983 y son los que transmiten la interacción de tipo nuclear débil. Sin estas partículas no se entendería por qué  brilla el Sol, por ejemplo. Otro hito importante en la historia del CERN fue la creación por primera vez de un átomo de antihidrógeno en 1995. 

Nosotros también hablamos del Bosón de Higgs!

Pues nada, no vamos a ser nosotros menos! Todo el mundo hablando del bosón de Higgs.... y nosotros también. Para hacerlo más ameno os hemos buscado un vídeo donde está explicado muy bien, de manera muy visual y didáctica. Enhorabuena a nuestros "colegas" del CERN. Hablaremos del bosón en siguientes entregas. Aquí tenéis el vídeo!




Os ponemos otro explicado con un poco más de detalle...

RESPUESTAS DESDE EL CERN 3 Y 4

La semana pasada estuvimos muy liados así que fue imposible la publicación de RESPUESTAS DESDE EL CERN 3. Pero no pasa nada! esta semana publicamos dos a la vez, ahí van....

7. ¿Sabemos de que está formado un agujero negro? ¿Cómo se puede formar artificialmente? ¿Si se llega a formar entrañaría algún peligro?

Los agujeros negros se forman típicamente cuando a una estrella se le acaba el combustible que la hace brillar. Esto le pasa a todas las estrellas, y le pasará algún día al Sol, dentro de unos 7000 millones de años. Mientras una estrella brilla, hay una agitación como producto de esas reacciones, que hace que las partículas tengan suficiente energía para compensar la atracción gravitacional que tiende a llevarlas  hacia el centro de la estrella. Cuando esa agitación cesa, las fuerzas gravitacionales hacen que la estrella se colapse: todas las partículas se juntan en el centro de la estrella. La densidad es tal que el campo gravitacional en el centro es enorme, y cualquier partícula que pase por allí es absorbida inmediatamente. 

 

Las partículas de luz, los fotones, no son una excepción. Son absorbidas como las otras. Por eso se llaman agujeros negros. Casi ningún fotón sale de ellos. Y digo casi porque Stephen Hawking descubrió en 1974 que los agujeros negros sí que emiten un poco de radiación. Si se mira el tipo de fotones que emiten, se ve que un agujero negro se comporta como un cuerpo que se ha llevado a una cierta temperatura. Si uno se acerca a un objeto ardiendo, parte del calor que siente son fotones que le llegan desde ese objeto. Cuanto más caliente, más fotones. Los agujeros negros con mucha masa se comportan como objetos muy fríos. Es muy difícil detectarlos porque casi no emiten fotones. Los agujeros negros de poca masa se comportan como objetos muy calientes. Tanto que muchas veces se evaporan porque gastan toda su energía en emitir esos fotones. Se les acaba la masa que se necesita para emitir tanta energía y desaparecen. 

Es posible que se puedan generar agujeros negros artificialmente en aceleradores de partículas como el LHC del CERN, porque la densidad en el momento de las colisiones es muy alta, pero en cualquier caso serían de ese último tipo de agujeros que se evapora casi inmediatamente, así que no representan ningún riesgo.

8. ¿Puede ser nuestro universo una parte de algo más grande que desconocemos?

Desde luego. Como he dicho antes, nuestros sentidos, los que utilizamos para aprehender el mundo, son muy limitados. Para compensar sus carencias, el hombre ha inventado todo tipo de instrumentos: telescopios para ver más lejos, microscopios para ver cosas más pequeñas, etc. pero éstos también tienen sus limites. Que no veas una cosa con el estado actual de la tecnología no quiere decir que no exista. El estudio de la naturaleza en general y la Física en particular son grandes curas de humildad. 

9. ¿Qué hay entre la atmósfera terrestre y la Luna? ¿Vacío?

Sí, la mayoría es vacío. Hay alguna molécula de hidrógeno por ahí perdida, unos cuantas moléculas de helio que hayan podido escapar del Sol, neutrinos, fotones... cosas así, pero la gran mayoría del espacio es vacío. Y cuando digo vacío, hablo de un vacío mucho más vacío que nuestro cuerpo, que contrariamente a lo que pueda parecer también está prácticamente vacío. Si empezáramos a mirar nuestro cuerpo con un microscopio cada vez más potente, llegados al nivel de los átomos, veríamos que estos están compuestos por un núcleo y algunos electrones que orbitan alrededor, pero las distancias vacías entre el núcleo y los electrones son mucho mayores que los tamaños de esas partículas. O sea, que la gran mayoría del espacio que ocupa nuestro cuerpo también está vacío.

 Si no atravesamos las paredes no es porque nuestros átomos choquen con los átomos de la pared, sino por la repulsión eléctrica entre nuestras partículas cargadas y las de la pared. Por otra parte, el vacío según la mecánica cuántica no es un lugar tan tranquilo como cabría suponer. Tiene energía, y quien dice energía dice creación aleatoria de partículas, aniquilamiento, y vuelta a empezar. Cuando se mira en detalle, el vacío es un no parar. Y hablo tanto del vacío en nuestro cuerpo como del que existe entre la Tierra y la Luna. Una de las cosas más excitantes de la Física es que las leyes que encontramos observando lo que tenemos al lado explican también fenómenos que ocurren al otro extremo del universo. Es lo que le pasó a Newton cuando vio caer una manzana de un árbol y descubrió que la misma fuerza que la había hecho caer al suelo era responsable de la órbita de la Luna en torno a la Tierra.

10. ¿Existe alguna hipótesis sobre que ocurrió antes del Big Bang?

Hipótesis hay muchas. Hacer hipótesis es gratis. Pero hipótesis serias desde el punto de vista científico... ¡ay! Eso es otra historia. En mi muy humilde opinión, no hay ninguna hipótesis en este momento que merezca sobresalir sobre todas las otras. En general, las hipótesis o teorías que gozan del beneplácito de los físicos son aquellas que son falsificables, es decir, que se puede diseñar un experimento cuyo resultado pueda dictaminar que la teoría no es válida. Por ejemplo, imaginemos que soy Newton y veo caer una manzana. Podría proponer una serie de teorías. 

Por ejemplo: 

A. Que las manzanas caen porque tienen un gusano dentro que las empuja hacia abajo. 

B. Que las manzanas caen porque el genio de las manzanas así lo ha decidido.

C. Que las manzanas caen porque la Tierra las atrae, como atrae a todos los otros cuerpos.

De estas tres opciones, hay una (la B) que no es falsificable. No puedo concebir un experimento que tenga entre sus posibles resultados uno que dictaminase de forma meridiana que la hipótesis es incorrecta. Esto no quiere decir que la opción B no sea respetable. Solo quiere decir que no pertenece al ámbito de la ciencia, sino probablemente al de la superstición. La opción A, por extraño que parezca, está completamente en el ámbito de la ciencia. Un simple experimento consistente en abrir todas las manzanas que veamos caer nos permitirá concluir que la hipótesis es incorrecta. ¿Es mala ciencia? En absoluto. La ciencia avanza casi tanto con los fallos de los científicos como con sus aciertos. La opción C también es falsificable: podemos hacer caer otros objetos de otros tipos, observar la trayectoria de la Luna alrededor de la Tierra, la de la Tierra entorno al Sol... Si alguna de esas observaciones no fuera coherente con la teoría que se propone, la teoría debería abandonarse. Hasta ahora, la teoría según la cual los cuerpos masivos se atraen se ha visto corroborada en miles de experimentos, y no ha fallado nunca. Pero si algún día fallara, tendríamos que sustituirla por otra. La Historia de la Física se puede ver como una sucesión de experimentos que forzaron a los físicos a ir cambiando y mejorando sus teorías.

11. Según el principio de conservación de la energía, ésta ni se crea ni se destruye… por lo que cabe suponer que la energía que formó nuestro Universo, antes del Big Bang estaba en otra forma que no conocemos, ¿es cierto?

Puede ser, pero no tenemos información suficiente para saberlo. El principio de conservación de la energía es el resultado de un razonamiento y miles de observaciones de fenómenos físicos. Pero estas observaciones siempre se han producido en el universo que conocemos hoy. Este universo lo explicamos con ese principio y muchas otras leyes que son compatibles con él. Pero como hemos visto más arriba, no está nada claro qué tipo de Universo existía antes del Big Bang, ni siquiera si la noción de “tiempo” tal y como la entendemos hoy sería aplicable a ese Universo. Por lo tanto es un ejercicio arriesgado asumir que un universo existió antes del Big Bang y que en ese Universo el principio de conservación de la energía era tan válido como en este. La afirmación de la pregunta es de más o menos sentido común, pero ya hemos visto muchas veces, sobre todo desde principios del s. XX, que muchas de las leyes de la Física desafían el sentido común, que por otra parte, como dijo alguien es “el menos común de los sentidos”.

12. ¿Pueden existir más universos que el nuestro?

Por supuesto. Sería muy osado por nuestra parte asumir que sabemos tanto del universo y de la Física como para permitirnos asegurar tajantemente que no puedan existir otros.