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Experimentos realizados en el CERN por un equipo internacional de científicos han constatado que los núcleos atómicos de algunos elementos tienen forma periforme. Estos resultados, además de su valor para refinar las teorías sobre la estructura nuclear, pueden ayudar a establecer el dominio de la materia sobre la antimateria, e incluso la validez del modelo estándar de la física de partículas.

Un equipo internacional que lleva a cabo sus investigaciones en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), en la frontera franco-suiza, ha demostrado que algunos núcleos atómicos pueden adquirir formas exóticas más allá de las tradicionales.

Ya se sabía que la mayoría de los núcleos que existen en la naturaleza tienen forma “de pelota de rugby” en su estado fundamental. Según un nuevo estudio, publicado esta semana en la revista Nature, algunos otros —con números de protones y neutrones concretos— logran adquirir forma “de pera”. Aunque esto había sido predicho teóricamente, hasta el momento no se contaba con evidencia experimental suficiente.

De acuerdo con las teorías modernas que describen la dinámica nuclear, la forma del núcleo atómico está determinada por el número de protones y neutrones que lo componen, así como por las interacciones entre estas partículas. En su estado fundamental, los núcleos tienden a ser esféricos cuando el numero de protones y/o neutrones esta cerca de los llamados “números mágicos”. Para los demás, lo habitual es un estado fundamental con forma elipsoidal mayoritariamente de tipo “prolado” (con forma de balón de rugby). Cuando el número de protones y neutrones toma ciertos valores, el efecto de cierto tipo de interacciones nucleares se magnifica dando lugar a formas más exóticas.

“La principal característica de estas formas es que no respetan la simetría de reflexión”, explica Luis Robledo, profesor del Departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid y uno de los firmantes del trabajo.

“La observación experimental de núcleos con forma de pera no solo es importante para la comprensión teórica de la estructura nuclear, donde se conjugan los intrincados efectos de la interacción nuclear y la dinámica de muchos cuerpos. También puede ser de gran ayuda para la búsqueda experimental de momentos dipolares eléctricos en átomos”, enfatiza el investigador.

Más allá del modelo estándar de la física de partículas elementales

Muchas de las teorías propuestas para suceder al modelo estándar de la física de partículas elementales predicen la existencia de un momento dipolar eléctrico (EDM) intrínseco de las partículas elementales, asociado a la violación de la simetría de inversión temporal y paridad de la interacción fuerte.

“Este efecto podría ser de vital importancia para explicar la prevalencia de materia sobre antimateria en el Universo”, señala Robledo. “Los valores típicos predichos para dichos EDM están más allá de los límites experimentales para su detección en la mayoría de los experimentos, pero se ha sugerido que la forma de pera de ciertos núcleos podría aumentar la sensibilidad del experimento entre dos y tres órdenes de magnitud”.

Los recientes resultados presentados en Nature para ciertos isótopos del radio (Ra) y el radón (Rn) juegan a favor de esta posibilidad.

En la instalación ISOLDE, o Separador de Isótopos en línea del CERN, se estudió la forma de dos isótopos inestables, 224Ra y 220Rn. Los datos obtenidos muestran que el núcleo del primero tiene forma de pera en su estado fundamental, mientras que el segundo no adquiere esta forma permanentemente, sino que vibra con ella.

El estudio de estos isótopos requirió desarrollar una técnica experimental compleja. Se crearon núcleos radiactivos muy pesados en colisiones de alta energía entre protones y blancos de carburo de uranio. Los núcleos así creados se extrajeron usando sus propiedades químicas, para posteriormente ser acelerados hasta un 8% de la velocidad de la luz.

Después fueron implantados en blancos de níquel, cadmio y estaño. En este proceso de implantación se produjo un pulso electromagnético que excitó los núcleos, lo que permitió finalmente el estudio de sus formas.

En su trabajo los autores destacan que los resultados obtenidos no sólo serán de gran utilidad para refinar las teorías actuales sobre la estructura nuclear, sino que además ayudarán a direccionar la búsqueda experimental de momentos dipolares eléctricos intrínsecos en átomos, para dilucidar diversos aspectos de la física de partículas elementales.

UAM

Referencia: L. P. Gaffney, P. A. Butler, M. Scheck, et al. Studies of pear-shaped nuclei using accelerated radioactive beams. Nature, vol 497, 9 may 2013. Doi:10.1038/nature12073

La colaboración LHCb del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN ha enviado un artículo a la revista Physical Review Letters con la primera observación de la asimetría entre materia y antimateria en la desintegración de la partícula conocida como B⁰_s. Es la cuarta partícula subatómica en que se observa este comportamiento.

Se cree que la materia y la antimateria existieron en iguales cantidades al principio del Universo, pero hoy el cosmos parece estar compuesto esencialmente de materia. Mediante el estudio de sutiles diferencias en el comportamiento de partículas y antipartículas, los experimentos del LHC buscan comprender  las causas de este dominio de la materia sobre la antimateria.

El experimento LHCb ha observado una preferencia hacia la materia sobre la antimateria, conocida como “violación de la simetría de carga-paridad o CP”, en la desintegración de las llamadas partículas neutras B⁰_s. Los resultados se basan en análisis de datos  obtenidos por el experimento en 2011. “El descubrimiento del comportamiento asimétrico en las partículas B0S  tiene una significancia estadística de más de 5 sigma, un resultado posible gracias a la gran cantidad de datos proporcionada por el LHC y a la capacidad de identificación del tipo de partículas del detector LHCb”, dijo  Pierluigi Campana, portavoz de la colaboración LHCb. “Otros experimentos no están en posición de acumular una cantidad igual de desintegraciones de este tipo de partícula”.

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El 8 de abril, el primer equipo SMACC (imanes superconductores y circuitos de consolidación) comenzó a trabajar en el túnel del LHC. Son los responsables de la apertura de las interconexiones entre los imanes, sentando las bases para una serie de operaciones que se llevarán a cabo por el equipo de montaje de el “tren de consolidación”.

Un técnico instala la máquina herramienta que les permite preparar la superficie de la sección de la barra en la que se fija la derivación.

1670 dipolos y cuadrupolos del LHC son alimentados por convertidores de potencia y conectados por barras de cobre “. Los cables superconductores pasan por estas barras, que lleva una corriente de hasta 11.850 amperios. Seis cables superconductores se encuentran en cada interconexión, en el que se mantienen unidos por una conexión eléctrica soldada (véase el recuadro) intercalada entre dos piezas de cobre, formando el empalme entre las barras de distribución de los imanes vecinos. La integridad del circuito eléctrico depende de la calidad de estos materiales de soldadura, una soldadura débil puede causar una discontinuidad que conduce a un arco eléctrico, que puede tener graves consecuencias.

Para evitar este tipo de problema, el proyecto SMACC fue lanzado en 2009. Su principal objetivo es instalar una derivación - una placa de cobre pequeña 50 mm de largo, 15 mm de ancho y 3 mm de espesor - en cada empalme, a caballo entre la conexión eléctrica principal y las barras de los imanes adyacentes. De esta manera, debe producirse un enfriamiento rápido en el cable superconductor, la corriente pasará a través de la parte de cobre, por lo tanto, que debe proporcionar una ruta intacta.

“Varios equipos estarán trabajando en la cadena, cada una ocupando un tramo en el ‘tren de consolidación’”, explica Frédéric Savary de TE-MSC. “Cada equipo está formado por varios técnicos para que puedan trabajar en un número de interconexiones en paralelo. El equipo en la parte delantera del tren se abrirá las líneas que contienen las conexiones eléctricas mediante el uso de máquinas especiales para cortar las soldaduras de los manguitos cilíndricos que forman los enlaces mecánicos e hidráulicos entre dos imanes. “El equipo en el próximo coche será entonces quitar el aislamiento eléctrico que protege el circuito antes de utilizar una máquina herramienta desarrollada por el Grupo de MSC para preparar la superficie de la sección de la barra en la que se fija la derivación. En total, más de 27.000 derivaciones tienen que ser puestos en su lugar, un promedio de uno cada tres minutos.

Las barras de cobre entre dos imanes en una interconexión.

Los ingenieros han realizado pruebas a escala real para comprobar la eficacia de las derivaciones. “Hemos probado un conjunto de dos imanes conectados en serie a 4,5 K en un banco de medición en SM18,” nos dice Savary. “Hemos utilizado intencionalmente malas conexiones entre las barras de los dos imanes, dejando un espacio de 8 mm entre las piezas de cobre. Ponemos las derivaciones en su lugar y luego encontramos una corriente de 14.000 amperios por el circuito - que es muy superior a la corriente nominal de 11.850 amperios del LHC - “Todo ha ido como se esperaba: la corriente ha pasado con éxito a través de la ruta alternativa. creado por la derivación.

por el CERN Boletín

http://cds.cern.ch/journal/CERNBulletin/2013/17/News% 20Articles/1542488

Los dos proyectos más avanzados para construir el futuro acelerador lineal de partículas, ILC y CLIC, se unen en una iniciativa conjunta. Mediante esta unión, formalizada ayer en una conferencia en el laboratorio TRIUMF de Vancouver (Canadá), la comunidad científica internacional coordinará esfuerzos para desarrollar el acelerador lineal, instrumento complementario al LHC que profundizará en sus descubrimientos, especialmente el bosón de Higgs.

Los proyectos ILC (International Linear Collider) y CLIC (Compact Linear Collider study) han formado la nueva Colaboración para el Acelerador Lineal (Linear Collider Collaboration), organización que coordinará e impulsará el desarrollo global para el acelerador lineal.  Esta nueva organización está dirigida por Lyn Evans, que fue el responsable de la construcción del LHC en el CERN. Hitoshi Murayama, director del Instituto Kavli, será el director adjunto.

http://www.youtube.com/embed/H7NgJmaFlio

Fly through the International Linear Collider (ILC) and find out how it works. The ILC will collide electrons and their antiparticles, positrons, in a 30-kilometre-long straight tunnel. In the clip lasting just over one minute, follow the particles running through all the different subsystems, the beam pipes, superconducting accelerating cavities and finally into collision at the interaction region, where they spray out into the different layers of a large particle detector. After an overview of the scale of the ILC, a short schematic in the beginning explains the general layout: electrons are produced in the electron source, some of them in turn produce the positrons that they will later collider with. So-called damping rings that make sure that the beams have the right properties, and in two linear accelerators that face each other electrons and positrons are accelerated until they reach collision energies of 0.5 TeV and collide in the middle of the two accelerators. Find out more about the project and it status at www.linearcollider.org/about

También se ha constituido un nuevo comité de expertos para el acelerador lineal, encabezado por Sachio Komamiya de la Universidad de Tokio, cuyos miembros son designados por el Comité Internacional para Futuros Aceleradores (ICFA, por sus siglas en inglés).

“Ahora que el LHC ha alcanzado su primer y estimulante descubrimiento, estoy ansioso por contribuir al próximo proyecto”, dijo el director de la Colaboración para el Acelerador Lineal Lyn Evans. “Soy un constructor de aceleradores, y, con el fuerte apoyo que el ILC recibe de Japón, la Colaboración para el Acelerador Lineal puede utilizar las tuneladoras para construir una factoría de Higgs en Japón, a la vez que desafiamos las fronteras de la tecnología con CLIC”. “Los dos proyectos, ILC y CLIC, tienen objetivos similares, pero usan tecnologías muy distintas, que están en diferentes estados de desarrollo”, explicó Sachio Komamiya.

Estructura

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El LHC concluye sus primeros tres años de funcionamiento

A las 7:24 horas de hoy, el personal del Centro de Control del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) extrajo los haces del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), concluyendo con éxito los primeros tres años de funcionamiento del mayor acelerador de partículas del mundo. El primer ciclo de funcionamiento del LHC ha supuesto importantes avances en Física, incluyendo el descubrimiento de una nueva partícula que cada vez se parece más al largamente buscado bosón de Higgs. Además, en las últimas semanas de funcionamiento se sobrepasó la cifra de 100 petabytes de datos almacenados en el CERN, cantidad equivalente aproximadamente a 700 años de películas en alta definición.

“Tenemos todas las razones para estar muy satisfechos con los primeros tres años del LHC”, dijo el director general del CERN, Rolf Heuer. “La máquina, los experimentos, los sistemas de computación y todas las infraestructuras se han comportado de forma brillante, y tenemos un descubrimiento crucial en nuestro haber”.

El LHC comienza hora su primer gran parada o LS1 (por el inglés long shutdown 1). En los próximos meses se desarrollarán importantes trabajos de consolidación y mantenimiento en toda la cadena de aceleradores del CERN.Se va a preparar el LHC para funcionar a mayor energía, y los experimentos se someterán a un mantenimiento crucial. El LHC tiene previsto reanudar su funcionamiento en 2015, aunque el resto del complejo de aceleradores del CERN volverá a ponerse en marcha en la segunda mitad de 2014.

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Esquema del experimento Double Chooz, donde participa el CIEMAT.

Uno de los descubrimientos más sorprendentes de las últimas décadas es que los neutrinos “oscilan”, es decir, se transforman en otros tipos de neutrinos. Este ha sido el resultado de una serie de observaciones y experimentos muy elaborados que han permitido determinar de manera mas precisa los parámetros que rigen estos procesos. Una de las dificultades en este tipo de estudios es que, como los neutrinos son partículas muy “elusivas”, se necesitan fuentes de neutrinos muy.potentes.

Los reactores nucleares son fuentes muy intensas de neutrinos, concretamente de antineutrinos. Cada proceso de fisión en un reactor conduce en promedio a seis desintegraciones beta sucesivas de los productos de fisión, cada una de las cuales produce un antineutrino. Por esta razón, un reactor estándar de 1 GWe, produce del orden de 10²⁰antineutrinos por segundo.

Esto ha propiciado el desarrollo de una serie de experimentos de oscilación usando reactores como fuente primaria, siendo los ejemplos más actuales los de Double Chooz (Francia), RENO (Corea) y Daya Bay(China). Los primeros resultados de estos experimentos han permitido determinar recientemente, y sin ambigüedad, que uno de los parámetros que gobiernan el proceso de oscilación, el llamado ángulo Θ₁₃ es no-nulo,en contra de suposiciones anteriores. Estos experimentos no han hecho más que comenzar, y en breve acumularán mayor estadística que permitirá determinar de forma precisa del espectro de anti-neutrinos del reactor. Esto permitirá estudiar nuevos aspectos de la física de los neutrinos.

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El experimento LHCb del LHC informó en el Hadron Collider Physics Symposium de Tokio (HCP2012) del descubrimiento de una nueva desintegración observada en los mesones B. Este nuevo proceso, en el que este tipo de partícula se transforma en dos muones (en realidad en un muón y su antipartícula el antimuón), está descrito por la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones, el Modelo Estándar, que también establece que las probabilidades de que este fenónemo ocurra son extremadamente bajas, del orden de tres veces en mil millones. Ahora, los físicos de LHCb han comprobado que su tasa de producción está en consonancia con el Modelo Estándar, lo que confirma aún más la validez de este modelo y, por otro lado, limita extraordinariamente las posibles extensiones teóricas que el modelo podría tener.

A beam of protons enters the LHCb detector on the left, creating a B0s particle, which decays into two muons (purple tracks crossing the whole detector). (Image: LHCb/CERN)

Después de analizar parte de los datos obtenidos en 2012 junto a los de 2011, la colaboración LHCb ha presentado una evidencia de esta transformación de los mesones B producidos en el experimento en dos muones, una partícula elemental emparentada con el electrón pero más pesada. Cuando los protones que circulan por el LHC colisionan forman nuevas partículas, en este caso mesones B, que, a su vez, se transforman en otras (el muón y antimuón) que son detectadas por los experimentos.

El Modelo Estándar es un modelo de la realidad que se ha comprobado acertado en muchos experimentos. En este caso, la desintegración del mesón Bs a dos muones ocurre, de acuerdo con el modelo, sólo 3 veces cada mil millones de desintegraciones de esta partícula. Se trata por lo tanto de una desintegración rarísima. Y los resultados presentados ahora son compatibles con esta predicción. Esto establece una limitación muy extricta para todos aquellos modelos que proponen la existencia de nueva física más allá del Modelo Estandar, como es el caso de supersimetría.

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Peter Higgs en Barcelona

“El bosón no tiene aplicación inmediata, pero la electricidad y el magnetismo tampoco la tuvieron”
Peter Higgs, el físico que postuló en los años 60 la existencia de una partícula que le da masa a todas las demás, hallada el pasado 4 de julio, dio ayer una conferencia en Barcelona. El científico, que visitaba por primera vez la capital catalana, reconoció que es consciente de que podría ganar el Nobel, se declaró incapaz de explicar el campo de Higgs a un niño y defendió la inversión en ciencia para salir de la crisis.

Peter Higgs, físico británico y uno de los padres de la partícula que los científicos han buscado durante medio siglo, visitó ayer Barcelona. El 4 de julio de este año se encontró una partícula compatible con el bosón de Higgs en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) y, según aseguró Higgs en rueda de prensa, “su hallazgo no lo explica todo pero significa el final de un camino y el principio de una nueva física que nos permitirá estudiar la cosmología y el universo primigenio”.

El científico, invitado por el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) y la Obra Social “la Caixa”, aseguró estar encantado de poder visitar Barcelona, ciudad con la que confesó tener “una relación sentimental muy especial”. Por la tarde ofreció una conferencia titulada ‘Inventando una partícula elemental’ en la que revisó las circunstancias personales y científicas que le llevaron a postular la existencia del bosón de que lleva su nombre.

Sin querer Higgs trajo consigo a Barcelona lo que ya se conoce como Higgsteria. Su charla creó tanta expectativa en la ciudad que no solo llenó el aforo del auditorio de CosmoCaixa, sino que la organización tuvo que habilitar otra sala para la gente que no cabía. La sesión se pudo seguir a través de streaming y fue uno de los temas más comentados en Twitter. Al finalizar la conferencia, más de 50 personas se agruparon alrededor de Higgs para pedirle autógrafos, hacerse fotos con él o regalarle algún presente.

“Mi primer artículo sobre el bosón ocupaba solo una cara de un folio y fue rechazado por el editor científico de la revista a la que lo envié”

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