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Publicado en Física
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No, la estructura del espacio-tiempo no es espumosa
Un nuevo experimento demuestra que una de las bases de la teoría de Einstein se cumple a rajatabla: las partículas de luz, los fotones, se propagan todos exactamente a la misma velocidad a través del espacio
No, la estructura del espacio-tiempo no es espumosa
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El nuevo experimento comprueba y confirma una de las bases de la teoría de Albert Einstein
Cuando se cumple un siglo desde que Einstein formulara su Teoría General de la Relatividad, un equipo internacional de investigadores acaba de llevar a cabo otra prueba que demuestra, una vez más, su veracidad. En un artículo recién publicado en Nature Physics los científicos, de las Universidades de Jerusalem, Open University, La Sapienza en Roma y Montpellier en Francia, describen cómo, efectivamente, una de las bases de la teoría de Einstein se cumple a rajatabla. Se trata, en concreto, de la idea de que las partículas de luz, los fotones, se propagan todos exactamente a la misma velocidad a través del espacio.
Para probar este punto, los investigadores analizaron los datos recogidos por el telescopio espacial de rayos gamma Fermi, que mide los tiempos de llegada a la Tierra de fotones procedentes de lejanas explosiones de rayos gamma. Y los datos muestran que, después de un viaje de miles de millones de años a través del espacio, desde el lugar de la explosión hasta nosotros, todos los fotones llegan con apenas una mínima fracción de segundo de diferencia entre uno y otro.
Los datos indican, pues, que todos los fotones, incluso si tienen diferentes energías, se mueven exactamente a la misma velocidad. Se trata de la mejor medición llevada a cabo hasta ahora de la independencia de la velocidad de la luz de la cantidad de energía de las pequeñas partículas que la componen.
Pero más allá de confirmar las teorías de Einstein, esta observación descarta también algunas de las ideas que manejan los físicos sobre la unificación de la relatividad general y la Mecánica Cuántica, uno de los máximos y más difíciles objetivos de la Ciencia actual. De hecho, a pesar de que ambas teorías son los dos pilares de la Fisica en la actualidad, ambas resultan irreconciliables y contradictorias entre sí. Las leyes que rigen el comportamiento de lo muy pequeño (las partículas subatómicas) no son las mismas que sigue la materia a gran escala.
La espuma del espacio y el tiempo
Por ejemplo, uno de los intentos de reconciliar ambos cuerpos teóricos es la idea de que existe una «espuma espacio temporal». Según este concepto, el espacio no sería continuo a escala microscópica, sino que tendría una estructura espumosa. El tamaño de los elementos que constituyen esa espuma sería tan pequeño que resulta incluso difícil de imaginar y, hasta ahora, nadie lo ha podido medir directamente.
Sin embargo, la idea implica que los fotones que viajan a través de esa «espuma» de espacio tiempo se verían afectados por esa estructura esponjosa, lo que causaría que se propagaran a velocidades ligeramente diferentes dependiendo de sus niveles de energía.
Y eso es precisamente lo que este experimento contradice. El hecho de que todos los fotones, sin importar su nivel de energía, lleguen al mismo tiempo hasta nosotros puede indicar dos cosas: o bien esa estructura espumosa no existe; o si existe, tiene que ser incluso mucho más pequeña de lo que se esperaba.
«Cuando empezamos nuestro análisis -explica Tsvi Piran, que ha dirigido la investigación- no esperábamos obtener medidas tan precisas. Este nuevo límite está al nivel esperado por las teorías de Gravedad Cuántica y puede llevarnos directamente a combinar la teoría cuántica y la relatividad».
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Un grupo de físicos, tragado por una misteriosa «nube de antimateria
El 21 de agosto de 2009, un grupo de físicos que volaba en un avión de investigación atmosférica se introdujo por error en un violento frente tormentoso y se vio rodeado de repente por una nube de antimateria. Desde entonces, los investigadores han tratado de salir de su asombro y comprender el extraordinario e inesperado fenómeno. Hoy, seis años después, y aunque siguen sin saber lo que ocurrió, aventuran algunas posibilidades en la revista Journal of Plasma Physics.
Joseph Dwyer, físico de la Universidad de New Hampshire, volaba junto a un grupo de colegas especializados en el estudio de fenómenos eléctricos cuando se produjo el turbulento e inesperado encuentro. Para realizar su trabajo, los investigadores habían montado un detector de partículas en un Gulfstream V, un tipo de jet muy utilizado por altos ejecutivos.
Todo parecía transcurrir con normalidad a bordo hasta que el avión se colocó justo encima de una tormenta extremadamente violenta. Los pilotos giraron hacia lo que en su radar parecía ser la costa de Georgia. «Pero en realidad —recuerda Dwyer— era un frente tormentoso, y acabamos volando justo a través de él». El avión fue zarandeado violentamente y empezó a caer de forma repentina. «Realmente pensé que íbamos a morir», afirma Dwyer.
«Nube de positrones»
Pero durante aquellos minutos de angustia, los instrumentos empezaron a indicar algo más. El avión, de hecho, estaba rodeado por una «nube de positrones» (las partículas de antimateria opuestas a los electrones) que de ningún modo habría tenido que estar ahí. La nube tenía aproximadamente dos km. de extensión.
Toparse de bruces con una nube de positrones sin que existan otros fenómenos físicos asociados (como por ejemplo una fuerte emisión de rayos gamma) es algo completamente desconcertante y que va contra nuestra comprensión de la Física. De hecho, el fenómeno no puede ser explicaco por ningún proceso conocido. «Fue algo tan extraño —asegura el propio Dwyer— que le hemos estado dando vueltas varios años».
En palabras del científico, «el hecho de que, como salidos de la nada, el número de positrones a nuestro alrededor se incrementara súbitamente en más de un factor de 10 y formara una nube alrededor del avión es algo muy difícil de entender. Y realmente no tenemos una buena explicación para ello».
Se sabe que, algunas veces, las tormentas producen destellos de rayos gamma muy energéticos, que pueden a su vez generar pares de electrones y positrones cuando interactúan con el aire. Pero la aparición de positrones debe, por fuerza, coincidir con un gran aumento en la cantidad de rayos gamma.
«Deberíamos haber visto brillantes emisiones de rayos gamma junto a los positrones —explica Dwyer—. Pero lo único que observamos fue, primero, una nube de positrones, y después otra a unos siete km. de distancia. Y solo después pudimos ver un brillante resplandor de rayos gamma. Lo cual no tiene ningún sentido».
David Smith, de la Universidad de California en Santa Cruz y coautor del estudio, afirma que «esperábamos que la tormenta produjera algunas formas de radiación, pero no esto. Ni siquiera sabemos si se trata de algo que la naturaleza puede hacer por sí misma o si sólo ocurre cuando se incluye un avión en la mezcla».
En el Universo hay (materia oscura aparte) dos clases diferentes de materia: la «normal» y la antimateria, que son idénticas excepto por el signo de su carga eléctrica. Así, para cada partícula «normal» existe una «antipartícula», que en el caso del electrón es el positrón. Cuando una partícula de materia se junta con otra de antimateria, ambas se aniquilan mutuamente en un destello de rayos gamma. Es, señala Dwyer, el mismo tipo de proceso que se supone que suministra energía a la nave Enterprise de Star Trek.
Tras haber estado donde no debía, Dwyer asegura que su experiencia «dentro del vientre de la bestia», aporta nueva información sobre el extreño y en gran parte aún desconocido mundo de las tormentas, un extraño universo de rayos gamma, partículas de alta energía que viajan casi a la velocidad de la luz y, ahora, también de extrañas nubes de antimateria.
Una posible explicación para la súbita aparición de positrones es que el avión mismo, de alguna forma, influyera sobre el medio eléctrico de la tormenta. Pero esto, según Dwyer, sería algo muy sorprendente. También sería posible que los investigadores detectaran algún tipo dedescarga eléctrica exótica en el interior de la tormenta, una que implique la existencia de positrones.
«Rayo oscuro»
«Es la idea de un “rayo oscuro”capaz de fabricar un montón de positrones —aventura el científico—. Es posible que lo que estábamos viendo fuera una especie de huella digital de un relámpago oscuro. Es posible, aunque tampoco esta explicación es del todo satisfactoria».
Los «rayos oscuros» son una forma exótica de descarga eléctrica en el interior de las tormentas y que se producen en alternancia con los rayos normales. En un rayo oscuro, partículas muy energéticas son aceleradas y pueden producir positrones, que ayudan a descargar el campo eléctrico.
Sin embargo, según reconoce Dwyer, «realmente no sabemos muy bien cómo un rayo empieza a formarse, porque aún no comprendemos del todo el entorno eléctrico de una tormenta. Este fenómeno con positrones podría estarnos diciendo algo nuevo sobre cómo se cargan las tormentas y se forman los rayos. Pero nuestro hallazgo, sin duda, ha complicado las cosas porque no se ajusta a la imagen que se tenía hasta ahora sobre la naturaleza de estos fenómenos».
Publicado en Física
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Muere John Nash, una mente maravillosa
Una muerte nada predecible para el gran matemático John Nash, experto en teoría de juegos y en ecuaciones diferenciales parciales. El hombre que se aferró a su inteligencia para pelear con la terrible enfermedad que padecía, la esquizofrenia, falleció el sábado por la noche a los 86 años en un accidente de tráfico en Nueva Jersey (Estados Unidos). Viajaba en un taxi junto a su mujer, Alicia López Harrison de Lardé, de 82 años, que también murió en el siniestro.
El coche en que se desplazaban Nash y su mujer se estrelló cuando intentaba adelantar a un vehículo, según ha informado la policía a medios locales. De acuerdo con esa versión, la pareja no llevaba el cinturón de seguridad, por lo que salió despedida del vehículo tras el impacto.
John Forbes Nash, premiado con el Nobel de Economía en 1994, acababa de recibir, el pasado marzo, el Premio Abel de la Academia Noruega de Ciencias y Letras, con tanto prestigio como si fuera un Nobel de matemáticas. Sus aportaciones sobre ecuaciones no lineales en derivadas parciales han tenido enorme repercusión en diversos ámbitos científicos, desde la química y la física cuántica, a la biología de sistemas o las finanzas. «Nash ha sido trabajador solitario y en temas muy variados, aunque siempre con gran impacto», recordaba en un artículo en EL PAÍS el matemático David Ríos.
Poco antes de cumplir los 30 años, en uno de sus momentos más creativos, le fue diagnosticada la esquizofrenia contra la que luchó hasta el día de su muerte, incluso promoviendo actividades benéficas, junto a su mujer, para dar a conocer la realidad de esta enfermedad.
Texto original: http://elpais.com/elpais/2015/05/24/ciencia/1432478092_511301.html
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