Un electrón vive 66.000 cuatrillones de años

El detector de neutrinos Borexino no ha visto señales de decaimiento del electrón.

¿Qué es inmortal? Pues el electrón. Sencillo.

La medida más exacta de la vida del electrón sugiere que una de estas partículas presente hoy estará aún en unos 66.000 yotta años, o cuatrillones, lo que equivale a cinco quintillones la edad actual del universo.

Es la conclusión de científicos que trabajan en el experimento Borexino en Italia, que ha estado buscando una evidencia de que el electrón decae a un fotón y a un neutrino, un proceso que violaría la conservación de la carga eléctrica y que señala a una física ´no descubierta más allá del Modelo Estándar.

El electrón es el portador de carga eléctrica menos masivo conocido por los físicos. Si decayera, la conservación de energía significa que el proceso involucraría la producción de partículas de baja masa conocidos como neutrinos. Pero todas las partículas con masas más pequeñas que la del electrón no tienen carga eléctrica y por lo tanto la carga del electrón debe desvanecerse durante cualquier proceso hipotético de decaimiento.

Eso violaría el principio de conservación de la carga, que es parte del Modelo Estándar de la física de partículas

A consecuencia, el electrón es considerado una partícula fundamental que nunca decaerá. Sin embargo, el Modelo Estándar no explica de forma adecuada todos los aspectos de la física y por lo tanto el descubrimiento del decaimiento del electrón podría ayudar a los físicos a desarrollar un nuevo y mejorado modelo de la naturaleza.

Esta última investigación del decamiento del electrón fue hecha con el detector Borexino, diseñado primariamente para detectar neutrinos debajo de una montaña en el Laboratorio Gran Sasso.

Mis 10 noticias científicas de la semana (17-22)

Cortesía U. Texas

1. Míster músculo

Cuando tire la red, piense que podría ser su musculatura. Científicos descubrieron que el nailon de pescar puede ser, mediante un procedimiento barato, convertirse en poderosos músculos artificiales, músculos que pueden levantar cien veces más peso y generar cien veces más potencia mecánica que músculos humanos del mismo peso y longitud, pudiendo generar 7,1 caballos de fuerza por kilogramo, casi tanto como un motor de jet. El estudio fue publicado en Science, realizado por un grupo internacional liderado por la Universidad de Texas en Dallas. El músculo es elaborado doblando y ensartando un polímero del nailon de alta resistencia y cosiendo las tiras.

2. Avatar, el mico

Científicos utilizaron un mico rhesus a la manera de un avatar en un experimento sin igual para examinar la capacidad de controlar un cuerpo o extremidad. Emplearon una máquina para convertir la actividad cerebral de un simio, denominado el máster, en impulsos eléctricos aplicados a la médula espinal de un animal sedado, el avatar, que se movió en respuesta al estímulo. Los resultados fueron publicados en Nature Communications y constituyen una aproximación a la traducción de pensamientos en el movimiento de pacientes paralizados.

3. Una estrella con mucha prisa

No la persiguen abejas. No. Una estrella caliente supermasiva Kappa Cassiopeiae escapa a una velocidad de 1.100 kilómetros por segundo en relación con sus vecinos. Y aunque esta clase de corredoras espaciales no es extraña hoy, hay un hecho especial que reveló la imagen del telescopio Spitzer: un arco rojo de material en su camino, un arco de choque que a veces se ve frente a las estrellas más veloces y masivas de la galaxia. Los arcos se forman cuando los campos magnéticos y el viento de partículas saliendo de la estrella colisionan con el gas y el polvo difusos que llenan el espacio interestelar. El arco está 4 años luz delante de esta y aunque la estrella se puede ver a simple vista, el arco no.

4. Ciencia en entredicho

Cuando en enero científicos japoneses reportaron un nuevo método para reprogramar células madre mediante un agente externo como ácido, lo que parecía muy sencillo, hubo una exclamación conjunta de quienes trabajan en el tema. Pero cuatro semanas después nadie ha podido replicar el desarrollo de los japoneses del Centro Riken en Kobe. Aunque es corto el tiempo, comienza a agitarse el mundo científico.

5. Vamos, ¡todas a salvo!

Aunque ya se había insinuado, un nuevo estudio en Plos One lo confirmó: en caso de inundación las hormigas usan una balsa. Pese a tan asombroso procedimiento, es mayor la sensación cuando se descubre que ¡la balsa son ellas mismas! Se unen de modo que forman una ‘embarcación’ a prueba de agua en la que se salvan, con reina y todo a bordo.

6. ¿Uvas con acné?

Proprionibacterium acnes es una bacteria asociada con la piel de los humanos, responsable del acné. Pues bien científicos la encontraron en la uva de vino italiana según un reporte en el journal Molecular Biology and Evolution, lo que representa un caso único de un patógeno humano que cruza la barrera natural para llegar a las plantas. El hallazgo se hizo cuando practicaban una muestra genética de la uva Vitis vinifera.

7. Ahí se conocen los amigos

Cuando un elefante asiático está inquieto, otro lo consuela según un estudio que será publicado en el journal Peer. Lo consuela tocándolo, un comportamiento difícil de observar en el mundo animal y que solo se ha reportado empíricamente en grandes simios, caninos y algunos córvidos. El estudio se enfocó en un grupo de 26 elefantes en cautiverio, seguido durante un año.

8. Marcando la depresión

Adolescentes que presenten una combinación de síntomas depresivos y niveles altos de la hormona cortisol tienen 14 más riesgo de desarrollar depresión severa que aquellos que no muestren ninguna de esas condiciones reveló un estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences. Es la primera vez que se encuentra un marcador para la depresión, lo que ayudará a disponer de un tratamiento precoz.

9. Extrema precisión

Científicos reportaron en Nature que lograron medir con una precisión 13 veces mayor la masa del electrón y aunque la variación es mínima con respecto al valor que se manejaba desde 2006, será útil para confirmar el Modelo Estándar de la Física de partículas. El electrón tendría así 0.000548579909067 unidades de una masa atómica, definida como un doceavo de la masa del átomo de carbono 12 .

10. Contra la ceguera

La degeneración progresiva de los fotorreceptores de los ojos, los conos y bastones, provocan ceguera por enfermedades como retinitis pigmentaria y degeneración macular por le edad, No tienen tratamiento, pero científicos reportaron en Neuron un compuesto químico que en ratones permitió que otras células actuaran como receptoras mostrándose sensibles a la luz. Se espera que funcione en humanos, aunque es difícil decir hasta qué punto se podría recuperar la visión.

10 noticias científicas de la semana

1. El bosón predice fin del universo

El descubrimiento del bosón Higgs el año pasado permitió realizar cálculos que antes no se podían concretar porque faltaban datos. ¿Qué arrojó? Según Joseph Lykken, físico teórico del Laboratorio del Acelerador Fermi, las proyecciones indican que el universo finalizará en un gran cataclismo en billones de años, lo que indica que vivimos en un medio altamente inestable. Pero no nos preocupemos por eso: mucho antes de eso, en solo 4.000 millones de años, la Tierra será muy posiblemente borrada del mapa por nuestro Sol.

2. Se aclara la materia oscura

El físico y nobel Samuel Ting, del MIT, informó a principios de la semana que publicará en breve un artículo con una revelación sobre la materia oscura, que aún no se sabe qué es y que constituye un 21% de la masa del universo observable.

Algunos sugieren que está hecha de Wimps (partículas masivas de interacción débil), un tipo de partículas que son al mismo tiempo sus propias antipartículas. Al interactuar se aniquilan liberando partículas hijas, un electrón y su contraparte antipartícula el positrón. Se cree que al fin el espectrómetro alfa en la Estación Espacial detectó ese evento, la mismísima materia oscura.

3. Meteorito vino desde un mundo raro

Ignacio Ferrín y Jorge Iván Zuluaga, astrónomos de la Universidad de Antioquia, realizaron los primeros cálculos conocidos de la órbita del meteorito que cayó en la región de Chelyabinsk en Rusia. Sus cálculos, basados en una novedosa técnica que considera la sombra que creó, sugieren que provino de una zona de asteroides entre Marte y la Tierra. El asteroide tenía unos 17 metros, el más grande desde el evento Tunguska en 1908, y explotó liberando una energía de unas 30 bombas de Hiroshima.

4. La foca anda mediodormida

Un estudio revelado en el Journal of Neuroscience mostró en focas un hecho no documentado antes: estos animales duermen con la mitad de su cerebro despierto cuando se encuentran en el agua. En tierra duerme todo. Una situación relacionada con la acetilcolina, un químico cerebral importante, que desciende en la zona cerebral dormida y aumenta en la que se mantiene en vigilia.

5. Aprueban primera retina artificial

La FDA de Estados Unidos aprobó el primer implante retinal para adultos, la prótesis Argus II, para tratar pacientes con retinitis pigmentaria avanzada. El dispositivo incluye una pequeña videocámara, un transmisor en unas gafas, una unidad de procesamiento de videos y una retina artificial implantable. De este modo los adultos que han perdido la capacidad de percibir formas y movimientos podrán desempeñarse mejor en su vida diaria.

6. Encontraron planeta que tomó chiquitolina

A 210 años luz de la Tierra, el observatorio espacial Kepler encontró un sistema planetario de tres miembros, uno de los cuales, el Kepler-37b mide solo un tercio de la Tierra siendo más pequeño incluso que Mercurio, el menor de los planetas del Sistema Solar. La estrella madre es similar a nuestro Sol, pero no se cree que exista vida pues los planetas orbitan muy cerca a su estrella.

7. Unos peces pastilleros

Los ríos de muchas regiones del planeta reciben la descarga de infinidad de sustancias, entre ellas medicamentos. Pues bien, en Suecia científicos encontraron que los peces que viven en un medio donde se encuentran restos de Oxacepam, conocido antidepresivo, son más activos y agresivos, siendo menos sociales. Se mostraron menos temerosos para salir a zonas donde podrían estar expuestos a depredadores, aparte de que comían mucho más rápido, lo que puede cambiar la cadena alimenticia. El estudio fue publicado en Science.

8. El primer minero interplanetario

El robot Curiosity, que desde agosto pasado recorre el cráter Gale en Marte, marcó un hito esta semana cuando se convirtió en el primer minero interplanetario. El simpático explorador, el robot espacial más sofisticado hasta hoy, perforó con su taladro una roca y recogió con su brazo el polvo para someterlo a análisis de los laboratorios que posee, informó la Nasa. Otro pequeño gran paso.

9. ¿Nueva fuerza de la naturaleza?

En lo que podría ser un hallazgo histórico para el campo de la física de partículas, el profesor Larry Hunter y colegas del Amherst College y la Universidad de Texas establecieron nuevos límites a lo que los científicos denominan interacciones spin-spin de gran rango entre partículas atómicas. Unas interacciones propuestas por los físicos pero no detectadas hasta ahora. Las observaciones constituirían el descubrimiento de la quinta fuerza de la naturaleza, además de la gravedad, las fuerzas débil y fuerte y la electromagnética.

10. Los dos visitantes que se acercan

Los cometas Panstarrs y Lemmon se encuentran cerca a la Tierra y el Sol, por lo que en marzo serían visibles a simple vista según observadores. Y para fines de año se espera al ISON, que podría ser el cometa más llamativo de lo que va de siglo.

Cálculos revelados esta semana por investigadores del Instituto de Física de la Universidad de Antioquia encabezados por el profesor Ignacio Ferrín, indican que el Panstarrs sería visible alrededor del 10 de marzo, pudiéndose apreciar su cola.

El ISON podría ser no tan llamativo como se espera, aunque sí visible si sobrevive su gran acercamiento al Sol, dijo el profesor Ferrín.

3 físicos de Antioquia hablan del bosón Higgs

Acelerador de partículas

La noticia sobre el hallazgo de una nueva partícula, posiblemente el esquivo y muy buscado bosón de Higgs, sigue dando de qué hablar. Tres físicos de la Universidad de Antioquia nos explican cuáles son las implicaciones para la comprensión del universo y los modelos y teorías relacionadas, como el estándar y la supersimetría.

Un campo llamativo en el que podría abrirse una ventana hacia nuevas realidades y hacia otra Física. Un hallazgo que podría ayudar al entendimiento de la materia oscura que compone la mayor parte del universo.

1. Jorge Iván Zuluaga, astrofísico Universidad de Antioquia

¿Qué importancia tiene desde el punto de vista de la astrofísica y cómo nos ayuda a explicar el universo?

“El descubrimiento no tiene prácticamente ninguna impacto en Astronomía. No puede todavía usarse para explicar o predecir fenómenos astronómicos nuevos (no se descarta que en el futuro lo pueda hacer).

Sin embargo podríamos argumentar que confirmar la existencia del campo de Higgs nos ayuda a explicar por qué los electrones, que son quizá las partículas fundamentales más importantes en el Universo, tienen masa. Si los electrones no tuvieran masa o tuvieran una masa despreciable no habrían átomos en el Universo (serían increíblemente frágiles) y tal vez no se habrían formado estrellas como las conocemos, planetas y mucho menos vida.

De modo que el descubrimiento en lugar de abrir un terreno nuevo para explorar en Astronomía más bien ayuda a poner sobres bases más firmes lo que ya se conoce”.

En el terreno de la Cosmología si podrían haber consecuencias MUY importantes

“Si bien el Higgs no tiene que ver con la formación misma del espacio, el tiempo y la materia, los eventos específicos que hicieron que pasáramos de ese estado extraño en el que empezó todo hasta llegar a la materia convencional de la que esta hecha el Universo desde que tenía aproximadamente 10 minutos de edad, dependen críticamente de la teoría en la que esta incrustado el bosón de Higgs.

Al saber ahora exactamente que existe y conocer su masa, es seguro que podremos refinar el conocimiento de los fenómenos que hicieron que nuestro universo tomara la forma material que ha tomado.

Qué exista el Higgs no va a cambiar lo que es el Universo y tal vez tampoco lo que fue en las primeras fracciones de segundo, pero seguro nos permitirá saber mejor lo que paso entre un estado y el otro: esto tiene un gran valor para la física”.

¿Cuáles son las implicaciones para el modelo estándar y podría ayudar a explicar la materia negra?

“El Modelo Estándar, que es la teoría más completa y verificada experimentalmente de las partículas y las interacciones fundamentales, ha sufrido nuevamente un grave revés con este descubrimiento.

No solo los datos observados en el LHC se alejan de las predicciones hechas por el modelo, sino que la masa observada para el Higgs (que es una parte integrante del mismo modelo) tiene un valor que no puede explicarse dentro de esta teoría.

Todo apunta a qué necesitamos una teoría más completa de las partículas y las interacciones fundamentales. Es curioso pero todo el mundo piense que la física esta solamente detrás de la unificación de la fuerza gravitacional y las demás fuerzas. Resulta que ni siquiera tenemos una teoría completamente satisfactoria para explicar las interacciones ya unificadas (la electromagnética y la débil). En realidad si la tenemos pero es incompleta como lo demostró una vez más el descubrimiento anunciado anoche.

Por ahora parece que el mejor candidato es la teoría conocida como Supersimetría: una teoría fascinante que esta circulando entre los físicos fundamentales casi desde hace 30 años y que podría explicar casi todo lo que el modelo estándar no puede, incluyendo la masa del nuevo Higgs.

Esta teoría predice la existencia de nuevas partículas (una por cada partícula ya conocida). Estas partículas serían muy pesadas y esta es la razón por la cuál no habría sido posible detectarlas todavía en el LHC. Sin embargo una de ellas, conocida como la “partícula supersimétrica más liviana” que sería estable y prácticamente imposible de detectar en el CERN, podría ser nada más y nada menos que la materia oscura que llena cada rincón del Universo y que ha sido la responsable de la formación de las galaxias.

Si el LHC demuestra con el descubrimiento del Higgs y el estudio de sus propiedades, que Supersimetría es la teoría correcta, una nueva era de física se abriría y en ella cabrían fenómenos fascinantes antes no explicados por el Modelo Estándar”.

2. Diego Restrepo, coordinador GFIF Instituto de Física Universidad de Antioquia

¿Qué implicaciones tiene para nuestro conocimiento del universo?

“Confirma que el Universo se encuentra en un estado especial llamado ‘Estado de ruptura espontánea de la simetría electródebil’, que hace que el Universo como tal puede ser considerado como un superconductor electrodébil, en el que aparentemente todas las partículas fundamentales, excepto el fotón y los gluones, tienen masa.

Cuando el Universo se encontraba en un estado simétrico 10^{-12} segundo antes del Big Bang, todas las partículas, incluyendo al Higgs, carecían de masa. El LHC es una ventana al estado más simétrico. Dentro de un superconductor usual de tipo electromagnético el fotón adquiere una masa aparente como consecuencia de su interacción con una configuración especial de electrones en pares de espines opuestos que se comporta como una partícula escalar conocida como par de Cooper. Si alguien pudiese vivir dentro de un superconductor electromagnético no podría saber si la masa del fotón es real o ficticia. El LHC es la forma de poder escapar momentáneamente del estado de superconductividad electrodébil y poder comprobar si la masa del Z y W, los “fotones” de la interacción débil, es debida a su interacción con el Higgs. La diferencia con el par de Cooper es que el Higgs es elemental: no tiene estructura interna. La posibilidad de que el Higgs fuese por ejemplo un par top-top de espines opuestos queda descartada automáticamente al ser su masa diferente de 350 GeV ( 2 veces la masa del top)”.

¿Qué significa para el Modelo Estándar?

“Es la posibilidad de dejar de ser un modelo para convertirse en una teoría. El Modelo Estándar consta de tres partes: dos teorías y un modelo. Las dos teorías son la electrodinámica cuántica y la cromodinámica, basados en simetrías gauge locales con el fotón y los gluones exactamente de masa cero. De estas teoría no se espera que ocurra nada nuevo en el LHC cuando se comprueben a energías más altas. La tercera parte, el modelo de interacciones débiles, está basado en una simetría gauge local espontáneamente rota a través del mecanismo de Higgs. Existen otras posibilidades teóricas de darle masa al W y al Z que acaban de ser descartadas con el descubrimiento del Higgs”.

¿Se complementa con la supersimetría?

“Sí. Supersimetría sigue siendo una alternativa muy llamativa para resolver algunos problemas del Modelo Estándar siempre y cuando la masa del Higgs resultará ser menor que 140 GeV. Sin embargo, la masa de 126 GeV es un poco grande para ser acomodada en un contexto supersimétrico”.

¿Puede ayudar a explicar la materia oscura o no tiene nada que ver?

“Sí, el estudio detallado de las propiedades del Higgs que puede tardar varios años, puede ser una ventana hacia nueva física que involucre un candidato de materia oscura así no se puede descubrir ninguna partícula adicional en el LHC. Por ejemplo, si se llega a determinar indirectamente que el Higgs puede decaer a partículas que no dejen rastro en el detector, dichas partículas podrían ser buenos candidatos de materia oscura. O si las propiedades del Higgs apuntan más al Higgs supersimétrico que al del Modelo Estándar, la partícula supersimétrica más liviana aunque no se pueda producir directamente, podría ser un buen candidato de materia oscura”.

3. Guillermo Pineda, físico y docente Universidad de Antioquia

“No hay duda de que se ha encontrado algo importante, pero todavía no es posible cantar victoria. En los años 50 se buscaba afanosamente el mesón de Yukawa, mediador de la interacción nuclear fuerte, y cuando encontraron el muón con una masa parecida a la que había predicho Yukawa, no vacilaron en calificarlo de mesón, pero luego descubrieron su error, y tuvieron que esperar un tiempo antes de que aparecieran las partículas de las que hablaba el físico japonés.

Pero existe una gran confianza-¿esperanza?-en que este sí sea el bosón de Higgs, con lo cual el modelo estándar de partículas elementales habrá demostrado una vez más que es confiable en alto grado, lo cual no cambia el hecho de que un modelo con, ahora, 62 partículas elementales no puede ser el modelo definitivo de las interacciones fundamentales, de modo que los físicos teóricos tienen que seguir trabajando y confiando en que unas décadas después de que sus modelos estén a punto la tecnología haya avanzado lo suficiente para ponerlos a prueba, pues así es como funciona la ciencia.

El papel del bosón de Higgs consiste en asignarle masa a las partículas elementales a partir de la intensidad de la interacción de cada una de ellas con el campo de Higgs, así, que la masa del protón sea unas 2.000 veces mayor que la del electrón quiere decir que el primero interacciona con el campo de Higgs con una intensidad 2000 veces mayor que la del electrón con el mismo campo, en cambio la luz no interacciona con este campo y por eso se dice que el fotón no tiene masa.

Foto cortesía CERN