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 de la semana

1. El Higgs sí es el Higgs

En la conferencia de física de Moriondi en Italia, científicos de los experimentos Atlas y CMS del Gran Colisionador de Partículas del CERN en Suiza confirmaron que la partícula hallada el año pasado sí es el esperado bosón Higgs, que faltaba para completar el Modelo Estándar de partículas elementales. El bosón es el que explica porqué las demás partículas, esas que constituyen el mundo y el universo que vemos y sentimos, adquirieron y tienen una masa.

2. Jugando a las escondidas

Astrónomos de Penn University descubrieron un par de estrellas enanas marrón a tan solo 6,5 años luz de nosotros. Es el tercer sistema más cercano, tras el de Alfa Centauri y el de la estrella de Barnard. Ahora se buscarán planetas en ellas, una idea que no se descarta.

3. Marte fue favorable para la vida

La Nasa confirmó que el robot Curiosity halló señales de que en Marte pudo haber condiciones favorables para la vida. Tras analizar las muestras de una roca taladrada, se encontraron elementos indispensables para el desarrollo de la vida que conocemos. La misión no busca vida en sí, sino si pudieron existir condiciones para su desarrollo en el planeta rojo. Y parece que sí.

4. El Alma del universo

En las alturas de los Andes chilenos, en el Atacama, fue inaugurado el radiotelescopio Alma, el más poderoso instrumento para el estudio del universo. Un proyecto de varios países, liderado por ESO (European Southern Observatory). Consta de 66 antes que trabajan en interferometría, con lo cual su campo de acción llega a límites no vistos hasta ahora.

5. Los destellos del cometa Panstarrs

Esta semana por fin se dejó ver el cometa Panstarrs en los cielos del Hemisferio Norte. En Colombia fue reportado en sitios despejados, como el desierto de La Tatacoa. La llegada del invierno podría estropear su observación, teniendo en cuenta que comenzó a alejarse de nosotros y cada vez será muy débil. Se aprecia por occidente, luego de caer el sol. Es el primero de los cometas esperados para este año.

6. Antibióticos encienden alarma

Una nota editorial en Nature recordó que cada vez es mayor la resistencia de las bacterias a los antibióticos, lo que sería una catástrofe de orden mundial. Historias de súperbacterias se hacen cada vez más comunes a lo largo y ancho del planeta. La alarma se disparó tras un informe en el Reino Unido sobre el aumento de esa resistencia. El reporte sugiere 17 formas e enfrentar lo que es ya una crisis seria.

7. Defensa de la vida

La Conferencia de las Partes de Cites (Convención sobre el Comercio Internacional de Especies Amenazadas de Flora y Fauna Salvaje) terminó sesiones en Bangkok con la aprobación de 55 propuestas para frenar la disminución de las maderas tropicales y de varias especies de tiburones, mantarrayas y otras plantas y animales. En la cita se rechazaron 9 propuestas y se pospusieron 6. La Conferencia acordó por primera vez tomar acciones para detener la cacería de elefantes y rinocerontes que ha diezmado sus poblaciones a límites críticos. La próxima cita será en 2016 en Sudáfrica.

8. La plantas corren hacia el norte

El aumento de temperatura en latitud norte ha hecho que las plantas estén creciendo más hacia esa región, mostró un estudio de Nasa presentado en Nature Climate Change. En ese Hemisferio el clima es más templado hoy, el Ártico se está derritiendo, la duración de la nieve es menor y la estación propicia para las plantas se está extendiendo, por lo que están creciendo más.

9. Salados la cosa es peor

Tres estudios publicados a la par en Nature mostraron algo que no se había establecido y que pone a pensar: las enfermedades autoinmunes como la esclerosis y la diabetes 1 han aumentado en distintos países, estableciendo los científicos los mecanismos para su desarrollo, encontrándose que existe un gran culpable: el consumo de sal, que es alto.

10. Abejas contra el sida

En estudio presentado en Antiviral Therapy es otra esperanza para detener algún día al VIH. Científicos cubrieron una toxina que se halla en el veneno de las abejas y encontraron que detiene al virus sin afectar las células sanas. Es suministrado mediante nanopartículas. El estudio se hizo in vitro. Se trata de un gel diseñado para aplicar en la vagina y evitar que comience la infección.

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

¿Otra vez cerca de la partícula de Dios?

Para el común de los mortales una Conferencia en Física de Altas Energías diría poco y el interés sería mínimo.

A no ser que…

En la Conferencia de la próxima semana, el 4 de julio, en Melbourne (Australia) podría haber un anuncio importante.

Crecen los rumores de que se anunciaría el hallazgo del esquivo bosón Higgs, una partícula subatómica perseguida con ansias por los físicos.

Llamada erróneamente la PARTÍCULA DE DOS, el Higgs explicaría mucha parte de nuestra existencia: porqué nosotros y todas las cosas del universo tienen masa.

Entonces, de hallarse, el modelo estándar de la Física tendría plena validez.

Podría ser que se anunciase en vez del bosón, una nueva partícula, lo que de ser cierto podría modificar las leyes actuales de la Física.

Es decir, de una u otra manera nos toca a todos.

Los dos grupos que buscan la elusiva partícula en el Gran Colisionador de Hadrones en los Laboratorios subterráneos del CERN en Ginebra, el proyecto más costoso de la ciencia hoy en día, no han anticipado nada.

“Por favor, tengan paciencia unas semanas más”, dijo el físico Guido Tonelli, miembro del equipo Compact Muon Solenoid.

“Apenas acabamos de terminar la recolección de los datos y la gente está trabajando día y noche, incluso fines de semana, para validar científicamente el resultado”.

Tonelli espera que haya algo positivo para mostrar, pero sostiene que tienen mucha presión. Se mostró sorprendido por los rumores toda vez que el tema evoluciona todos los días.

El Higgs ha sido esquivo por décadas. Los físicos mencionaron la partícula en los años 60, como un subproducto de losmecanismos que explican cómo otras partículas básicas adquieren su masa. Dentro de los actores del modelo estándar, este bosón es el último eslabón, la único que no se ha dejado ver en los experimentos en los aceleradores.

En diciembre se presentaron resultados preliminares del Gran Colisionador que sugieren que el Higgs tendría una masa del alrededor de los 125.000 millones de electronvoltios, pero faltaron más datos que validaran estadísticamente el reporte.

Foto CERN de colisión de partículas

Más señales de la partícula de dios

Casi tres meses después de que científicos del Colisionador de Partículas del CERN en Ginebra revelaran señales del esquivo bosón Higgs, sus similares americanos revelaron idéntico hallazgo.

Una señal del bosón, esa pieza que falta en el rompecabezas del modelo estándar de la Física de partículas, fue detectada en los datos recogidos en el colisionador americano Tevatron, ahora en desuso.

El anuncio se hizo ayer en una conferencia en La Thuile, Italia y va en consonancia con lo revelado a fines de 2011 por los físicos del colisionador del CERN, el Large Hadron Collider por su nombre en inglés, por el que es más conocido.

Los científicos del Tevatron vieron un exceso de eventos producidos en las colisiones protón-antiprotón que pudieron haber sido ocasionados por un Higgs con masa entre 117 y 131 GeV. El resultado deja aún un pequeño margen para el azar.

“Estamos muy emocionados. Es muy interesante ver que hay un objeto que luce como el Higgs del modelo estándar”, dijo Dmitri Denisov, vocero del experimento.

El bosón Higgs ha sido llamado erróneamente la partícula de dios, en honor a un famoso libro sobre el tema, pues es fundamental para explicar la masa de otras partículas elementales. De confirmarse su existencia, que se espera se logre este año dado que se ha delimitado la región en la que se sitúa y se ha cuantificado su masa entre 124 y 126 Gigaelectronvoltios.

El bosón es la única partícula elemental del modelo estándar que no ha sido observada experimentalmente.

Se espera tener datos más precisos que eliminen la incertidumbre cuando este año vuelva a operar el LHC, que tendrá un incremento en su energía, para llegar a 4 TeV.

El LHC comenzará a trabajar este mes y los experimentos se extenderán hasta noviembre, luego de lo cual habrá un cese de actividades de unos 20 meses por asuntos técnicos, para comenzar a trabajar de nuevo con casi su máxima energía a fines de 2014 y para realizar experimentos desde 2015.

Foto del Tevatron en E.U.