Una desintegración de la partícula Bs

Nuevos resultados presentados en la reunión de la Sociedad Europea de Física de Estocolmo (EPS-HEP2013) han sometido al modelo estándar de física de partículas a una de las pruebas más estrictas hasta la fecha. Los experimentos CMS y LHCb del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN muestran registros de uno de los procesos más improbables en física: la desintegración de una partícula denominada Bs en dos muones.

Las nuevas medidas muestran que solo un puñado de partículas Bs por cada mil millones se desintegra en un par de muones, tipo de partícula emparentada con el electrón. Debido a que este proceso es tan inusual, es una prueba extremadamente sensible para buscar nueva física más allá del modelo estándar, teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones. Cualquier divergencia con la predicción del modelo sería una señal clara de algo nuevo.

Ambos experimentos del LHC presentan resultados con un nivel muy alto de significancia estadística, más de 4 sigma cada experimento, que es el sistema empleado para distinguir un verdadero resultado científico de una fluctuación debida al azar. Los resultados están en consonancia con el modelo estándar.

"Este es un gran resultado para LHCb", dice el portavoz de la colaboración, Pierluigi Campana. "El experimento LHCb se construyó precisamente para realizar medidas como esta. Este resultado muestra que estamos sometiendo al Modelo Estándar a las pruebas más exigentes a las energías del LHC, y por ahora las está superando muy bien".

El modelo estándar ha sido construido durante más de 40 años. Es una exitosa teoría que predice de forma muy precisa el comportamiento de las partículas elementales, y ha sido puesto a prueba experimentalmente con gran precisión. Pero este modelo no es el final de la historia: no incluye la gravedad, por ejemplo, y no describe el llamado 'universo oscuro'. Sólo el 5% de nuestro Universo consiste en el tipo de materia visible descrito por el modelo. El resto está hecho de materia oscura y energía, cuya presencia se deduce de la influencia que tienen en la materia ordinaria.

"Este es un proceso que los físicos de partículas han estado tratando de encontrar durante 25 años", dijo el portavoz de CMS, Joe Incandela. "Demuestra la increíble capacidad del LHC y experimentos como CMS, que son capaces de detectar un proceso tan infrecuente como este, que involucra una partícula con una masa que es aproximadamente 1.000 veces menor que las masas de las partículas más pesadas que buscamos".

Aunque estos resultados son una prueba más de la validez del modelo estándar, todavía hay mucho espacio para descubrir nueva física. Una de las opciones es la teoría conocida como supersimetría (SUSY), que postula la existencia de una nueva partícula para cada una de las partículas del modelo conocidas. Algunas de estas partículas tendrían las propiedades exactas para formar una gran parte del universo invisible.

Hay muchos modelos de SUSY en circulación, y esta es solo una de las teorías que postulan física más allá del modelo estándar. Las medidas presentadas ahora por LHCb y CMS permitirán a los físicos discriminar entre ellas. Muchas de las teorías sobre nueva física son incompatibles con las nuevas medidas y deben descartartarse, permitiendo a los físicos teóricos trabajar en aquellas que todavía son posibles.

En CMS participan más de 2.000 científicos de 155 institutos y 37 países, entre ellos 88 españoles del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT); el Instituto de Física de Cantabria (IFCA, centro mixto del CSIC y la Universidad de Cantabria); la Universidad de Oviedo (UO) y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM).

En LHCb participan 650 científicos de 48 institutos y 13 países. Por España participan la Universidad de Santiago de Compostela (USC), la Universidad de Barcelona (UB) y la Universitat Ramon Llull (URL).

La participación española en el LHC se promueve de forma coordinada desde el Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider-Ingenio 2010. (Fuente: CERN/CPAN)

Una línea de nieve en un remoto sistema planetario joven

Por primera vez se ha obtenido una imagen de una línea de nieve en un remoto sistema planetario sumamente joven. La línea de nieve, situada en el disco que rodea a la estrella de tipo solar TW Hydrae, promete revelarnos más sobre la formación de planetas y cometas, los factores que influyen en su composición y la historia de nuestro Sistema Solar. Los resultados se publican en la revista Science Express.

Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), los astrónomos han obtenido la primera imagen de una línea de nieve en un sistema planetario bebé. En la Tierra, las líneas de nieve se forman a grandes altitudes en las que las temperaturas, al bajar, transforman la humedad del aire en nieve. Esta línea puede verse claramente en una montaña, en la que vemos bien delimitada la cumbre nevada y la zona en la que comenzamos a distinguir la superficie rocosa, libre de nieve.

Las líneas de nieve en torno a estrellas jóvenes se forman de un modo similar, en las regiones más alejadas y frías de los discos a partir de los cuales se forman los sistemas planetarios. Comenzando en la estrella y moviéndose hacia fuera, el agua (H2O) es la primera en congelarse, formando la primera línea de nieve. Más allá de la estrella, a medida que la temperatura cae, otras moléculas más exóticas pueden llegar a congelarse y convertirse en nieve, como es el caso del dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), y el monóxido de carbono (CO). Estos diferentes tipos de nieve dan a los granos de polvo una cobertura externa que ejerce como pegamento y juega un papel esencial a la hora de ayudar a estos granos a superar su habitual tendencia a romperse tras una colisión, permitiéndoles, por el contrario, convertirse en piezas fundamentales para la formación de planetas y cometas. La nieve, además, aumenta la cantidad de materia sólida disponible y puede acelerar de forma sorprendente el proceso de formación planetaria.

Cada una de estas diferentes líneas de nieve — para el agua, el dióxido de carbono, el metano y el monóxido de carbono — puede estar relacionada con la formación de diferentes tipos de planetas. Alrededor de una estrella parecida a nuestro Sol, en un sistema solar similar, la línea de nieve del agua se correspondería con la distancia que hay entre las órbitas de Marte y Júpiter, y la línea de nieve del monóxido de carbono se correspondería con la órbita de Neptuno.

La línea de nieve detectada por ALMA es la primera detección de una línea de nieve de monóxido de carbono entorno a TW Hydrae, una estrella joven que se encuentra a 175 años luz de la Tierra. Los astrónomos creen que este incipiente sistema planetario comparte muchas características con nuestro propio Sistema Solar cuando tenía tan solo unos pocos millones de años.

“ALMA nos ha proporcionado la primera imagen real de una línea de nieve en torno a una estrella joven, los cual es extremadamente emocionante, ya que esto nos habla de un periodo muy temprano en la historia de nuestro Sistema Solar” afirma Chunhua “Charlie” Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, EE.UU.) uno de los dos autores principales del artículo. “Ahora podemos ver detalles antes ocultos sobre las lejanas regiones heladas de otro sistema planetario similar al nuestro”.

Pero la presencia de monóxido de carbono podría tener consecuencias más allá de la simple formación de planetas. El monóxido de carbono es necesario para la formación del metanol, pieza fundamental de las moléculas orgánicas, más complejas y esenciales para la vida. Si los cometas transportasen estas moléculas a planetas en formación similares a la Tierra, entonces esos planetas estarían equipados con los ingredientes necesarios para la vida.

Evaporar líquidos mediante microburbujas, sin hervirlos

Se ha ideado un modo más eficiente para desecar productos en la industria alimentaria, utilizando burbujas calientes y pequeñas.

En vez de hervir un producto para evaporar su agua (la técnica más comúnmente utilizada en la industria) el equipo de Will Zimmerman de la Universidad de Sheffield en el Reino Unido, ha probado a inyectar microburbujas calientes a través del líquido, causando la evaporación del agua sin que esta hirviese.

Zimmerman, Mahmood K Al-Mashhadani y H.C. Hemaka Bandulasena han usado este método de "ebullición fría" para separar el agua del metanol.

Aunque las burbujas convencionales se han utilizado en procesos de evaporación previamente, transfieren una cantidad muy importante de calor a la mezcla. Esto causa que se desperdicie mucha energía, y puede asimismo "cocinar" la mezcla, lo que en muchos casos la inutiliza.

El proceso desarrollado por Zimmerman y sus colegas se basa en la aplicación de la concentración exacta de microburbujas a una capa delgada de líquido. Esto causa la vaporización del agua con muy poco calentamiento de la mezcla.

La capacidad de las microburbujas para actuar sobre un líquido sin calentarlo excesivamente puede ser explotada en muchos procesos industriales, desde los de la producción de alimentos hasta los de la elaboración de biocombustibles.

El equipo de Zimmerman está trabajando actualmente en un proyecto piloto con la compañía británica Carbon Sequestration Ltd., utilizando esta técnica para retirar el exceso de agua del suero de leche, comúnmente usado como alimento animal. Si este suero se sobrecalienta al retirársele su agua, pierde mucho de su valor nutritivo.

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Jugar con videojuegos potencia la capacidad mental de procesamiento rápido de datos visuales

Los aficionados a los videojuegos captan más información y con mayor rapidez para tomar decisiones basadas en información visual.

Las horas pasadas jugando con consolas de videojuegos no sólo entrenan a las manos del jugador para que manejen con destreza los botones del controlador, sino que probablemente también entrenan al cerebro para que haga un uso mejor y más rápido de la información visual, según los autores de una nueva investigación, de la Universidad Duke, en Durham, Carolina del Norte, Estados Unidos.

"Los jugadores de videojuegos ven el mundo de forma diferente", llega incluso a afirmar Greg Appelbaum, profesor de psiquiatría en la Escuela de Medicina de la Universidad Duke. "Son capaces de extraer más información de una escena visual".

Para su investigación, el equipo de Appelbaum contó con 125 participantes, que o bien no acostumbraban a jugar con videojuegos o bien jugaban con ellos muy a menudo.

Cada individuo participó en una tarea de memoria visual en la que se le mostraban ocho letras dispuestas de forma circular durante sólo una décima de segundo. Después de entre 13 milisegundos y 2,5 segundos, aparecía una flecha que apuntaba hacia un lugar en el círculo donde había estado una letra. A los participantes se les pedía identificar qué letra había estado en ese lugar.

Para todos los intervalos de tiempo, los sujetos que jugaban frecuentemente con videojuegos de acción tuvieron una eficiencia mayor para recordar la letra que los no jugadores.

En investigaciones anteriores ya se había encontrado que los jugadores habituales de videojuegos son más rápidos para responder a estímulos visuales y pueden seguir la pista de más elementos que los no jugadores. Al jugar con un videojuego, sobre todo en los videojuegos en primera persona (aquellos en los que la perspectiva visual mostrada es la misma que vería el jugador si ocupase el lugar de su personaje), un jugador hace "inferencias probabilísticas" sobre lo que está viendo y toma decisiones lo más aprisa posible y equivocándose lo menos posible: ¿El sujeto que asoma al fondo es amigo o enemigo? ¿Debo saltar a la derecha o bien a la izquierda?

Con el tiempo y la experiencia, por lo visto los jugadores habituales de videojuegos se vuelven mejores en las citadas habilidades mentales, tal como argumenta Appelbaum. "Necesitan menos información para llegar a una conclusión probabilística, y lo hacen más rápido".

Este estudio ha contado con financiación de la Oficina de Investigación del Ejército Estadounidense, el Departamento de Seguridad Nacional de ese país, y la DARPA, una agencia para el desarrollo de tecnologías avanzadas, dependiente del Departamento de Defensa estadounidense.

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Catalizador de nanopartículas para extraer hidrógeno del agua a bajo costo

Tecnologías de energía limpia más baratas podrían hacerse posibles gracias al descubrimiento de que una importante reacción que genera hidrógeno a partir de agua es eficazmente catalizada por una nanopartícula compuesta de níquel y fósforo, dos elementos baratos que son bastante abundantes en la Tierra.La principal utilidad de la nanopartícula de fosfuro de níquel es ayudar a producir hidrógeno a partir de agua, lo cual es un proceso importante para muchas tecnologías de suministro energético, incluyendo células de combustible y células solares. El agua es un combustible ideal porque es barato, abundante y no contamina, pero antes de poder usarlo a gran escala hay que desarrollar métodos baratos de extraer el hidrógeno que contiene.

El hidrógeno tiene una alta densidad energética y es muy bueno como portador de energía. Sin embargo, dado que primero se requiere gastar energía en extraerlo del agua, este paso determina la viabilidad comercial de cualquier tecnología de suministro energético basada en el hidrógeno.

Para hacer factible comercialmente la obtención de hidrógeno en grandes cantidades, los científicos han estado buscando la manera de poner en marcha las reacciones químicas necesarias mediante un catalizador que sea barato. Un catalizador muy bueno para ese menester es el platino, pero, obviamente, debido a que el platino es muy caro y bastante escaso, no resulta apto para llevar a la escala industrial la producción de hidrógeno. El equipo de Raymond Schaak, profesor de química en la Universidad Estatal de Pensilvania, Estados Unidos, ha estado buscando materiales alternativos al platino, hasta comprobar la notable eficiencia de las nanopartículas de fosfuro de níquel, que es comparable a la de las mejores alternativas conocidas al platino, y tiene un costo bajo.

En este trabajo de investigación y desarrollo también han participado Eric J. Popczun, Carlos G. Read, Adam J. Biacchi y Alex M. Wiltrout, de la Universidad Estatal de Pensilvania, así como Nathan S. Lewis y James R. McKone del Instituto Tecnológico de California.

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Hacia una mejor transferencia de calor por condensación

La transferencia de calor por condensación es fundamental para el funcionamiento de las centrales eléctricas actuales que emplean combustibles fósiles para hervir agua y hacer que el vapor resultante mueva las turbinas para generar electricidad. El vapor debe entonces volver a condensarse en agua, que se recoge y se envía de nuevo a la caldera para reiniciar el ciclo.

Tres cualidades cruciales contribuyen a la eficiencia de la transferencia de calor en estos sistemas: Las gotas  debe formarse fácil y abundantemente en la superficie del condensador, el área de contacto entre la gota y la superficie debe ser lo bastante grande como para facilitar la conducción del calor, y las gotas deben alejarse con rapidez de esa superficie para permitir que nuevas gotas inicien la condensación.

Aunque la mayoría de investigaciones anteriores sobre formas de mejorar los condensadores se ha centrado en la tercera cualidad expuesta en el párrafo anterior, un nuevo trabajo de investigación y desarrollo realizado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, mejora las tres cualidades a la vez.

El equipo de Evelyn Wang, Rong Xiao, Nenad Miljkovic y Ryan Enright ha adoptado un enfoque innovador para mejorar la transferencia de calor en centrales eléctricas y sistemas de refrigeración. La nueva técnica podría proporcionar una mejora del 100 por cien en la eficiencia de transferencia de calor respecto a los sistemas convencionales.

Un tubo de cobre recubierto con la combinación de un material hidrófobo, que repele el agua, y otro oleoso, con puntos hidrófilos, que atraen el agua, posicionados estratégicamente, logra una densa concentración de formación de gotitas, y una rápida liberación de éstas antes de que tengan la oportunidad de hacerse más grandes. Esta combinación conduce a una transferencia de calor mucho mayor. (Foto: Nenad Miljkovic y Rong Xiao)

El nuevo sistema es una mejora de los condensadores utilizados para convertir vapor en agua. El mismo principio también se podría utilizar para mejorar la eficiencia de los condensadores en plantas de desalinización y en sistemas de control térmico.

La innovación combina dos propiedades: La primera, una superficie nanoestructurada, grabada con pequeños pilares, que reduce el contacto entre las gotitas y la superficie. La segunda, una capa aceitosa que cubre la superficie, ayudando a que se formen abundantes gotitas, y también haciendo más fácil que se deslicen y desprendan de la superficie del condensador.

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Hubble descubre una nueva luna en Neptuno

Mientras analizaba las fotos de Neptuno tomadas por el telescopio espacial Hubble (NASA-ESA), el astrónomo Mark Showalter del instituto SETI notó un punto blanco desconocido a unos 105.251 km de este planeta azul, entre las orbitas de sus lunas Larisa y Proteo. Se trataba de S/2004 N 1, el último de los satélites descubiertos en Neptuno hasta ahora, el número 14. Esta luna completa una vuelta alrededor del planeta cada 23 horas y su diámetro se estima en unos 19,3 km. Es la más pequeña de todas, tanto que pasó inadvertida para el Voyager 2 cuando sobrevoló Neptuno en 1989.

Showalter revisó un punto blanco que aparecía insistentemente en más de 150 instantáneas tomadas entre 2004 y 2009 por el telescopio orbital Hubble.

S/2004 N1 completa su orbita, situada entre los satélites Larisa y Proteo, de casi 600.000 kilómetros en 23 horas.

"Ésta es una luna que nunca se queda quieta en el mismo sitio para que se le pueda hacer una foto", explicó Showalter sobre la gran velocidad con la que orbita este pequeño satélite.

Tras declarar que Plutón no era un planeta en 2006, Neptuno se ha convertido en el planeta más lejano del sistema solar. Sus otros 13 satélites son: Tritón (el más grande), Nereida, Despina, Náyade, Talasa, Proteo, Galatea, Larisa, Sao, Neso, Psámate, Laomedeia y Halimede.

El nuevo satélite debería ser nombrado siguiendo las convenciones para los satélites de Neptuno (dios romano de los océanos), por lo que se buscaría entre deidades griegas o romanas relacionadas.