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Determinan una propiedad de la materia tras el Big Bang

Una colaboración internacional donde participan físicos de la Universidade de Santiago de Compostela ha publicado recientemente en Physical Review C la medición más precisa hasta la fecha de una propiedad clave del plasma de quarks y gluones, el estado de la materia que dominó el Universo justo después del Big Bang. Este resultado revela la estructura microscópica de este fluido, un “líquido perfecto” desde el punto de vista de su comportamiento físico. Los resultados se obtuvieron mediante el análisis de datos de las colisiones entre núcleos pesados obtenidos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN y el Relativistic Heavy-ion Collider (RHIC) en el Laboratorio de Brookhaven (EE.UU.).

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La colaboración JET es un grupo de físicos teóricos formado principalmente por miembros de universidades de Estados Unidos donde participan varios miembros asociados, entre ellos Néstor Armesto y Carlos Salgado (Universidade de Santiago de Compostela). Su objetivo es extraer las propiedades del llamado plasma de quarks y gluones, el estado de la materia instantes después del Big Bang, cuando la temperatura y densidad eran tan altas que no permitían la formación de protones o neutrones, constituyentes del núcleo atómico.
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Científicos del LHC y Tevatron anuncian su primer resultado conjunto

Los científicos de los aceleradores de partículas más potentes del mundo, el ya extinto Tevatron (Fermilab, EE.UU.) y el LHC (CERN, Suiza), han unido sus fuerzas, combinado sus datos y producido su primer resultado conjunto. Los investigadores de los cuatro experimentos (ATLAS y CMS del LHC, CDF y DZero de Tevatron) anunciaron ayer en el marco de la conferencia internacional de Moriond (Italia) el considerado mejor valor para la masa del quark top.

This graphic shows the four individual top quark mass measurements published by the ATLAS, CDF, CMS and DZero collaborations, together with the most precise measurement obtained in a joint analysis

This graphic shows the four individual top quark mass measurements published by the ATLAS, CDF, CMS and DZero collaborations, together with the most precise measurement obtained in a joint analysis

Los cuatro experimentos reunieron su poder de análisis de datos para llegar al mejor valor para la masa del quark top, estimada ahora en 173,34 ± 0,76 GeV/c2. Tevatron y LHC son los únicos experimentos en física de partículas del mundo capaces de producir el quark top, la más pesada de las partículas elementales. La enorme masa del quark top, más de 100 veces la del protón, lo convierte en una de las herramientas más importantes para los físicos en su búsqueda para entender la naturaleza del universo.

La nueva medida del valor de la masa del quark top permitirá a los científicos realizar más pruebas con el modelo matemático que describe las conexiones cuánticas entre el quark top, la partícula de Higgs y el portador de la fuerza electrodébil, el bosón W. Los físicos teóricos explorarán cómo este nuevo y más preciso valor cambiará las predicciones sobre la estabilidad del campo de Higgs y sus efectos en la evolución del universo. Además, permitirá a los científicos buscar incoherencias en el Modelo Estándar de Física de Partículas, así como buscar indicios de nueva física.

“El resultado combinado de los datos del CERN y Fermilab para alcanzar la masa más precisa del top quark es un gran ejemplo de la colaboración internacional que se realiza en nuestro campo”, dijo el director de Fermilab, Nigel Lockyer. Por su parte, para el director general del CERN, Rolf Heuer, “la competencia entre colaboraciones experimentales y laboratorios nos estimula, pero una colaboración como esta apuntala el esfuerzo global de la física de partículas, y es esencial en el avance de nuestro conocimiento del universo en el que vivimos”.

Más de seis mil científicos de más de 50 países participan en las cuatro colaboraciones internacionales, con una importante participación española en todas ellas. Los experimentos CDF y DZero descubrieron el quark top en 1995, y el Tevatron produjo alrededor de 300.000 quarks top en sus 25 años de vida, finalizada en 2011. Desde su puesta en marcha en 2009, el LHC ha producido cerca de 18 millones de quarks top, convirtiéndose en la mayor factoría del mundo en la producción de esta partícula.

http://www.i-cpan.es

http://home.web.cern.ch/about/updates/2014/03/lhc-and-tevatron-scientists-announce-first-joint-result

http://press.web.cern.ch/press-releases/2014/03/international-team-lhc-and-tevatron-scientists-announces-first-joint-result

http://arxiv.org/abs/1403.4427

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Científicos de Tevatron completan el puzle del quark top

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Científicos de los experimentos CDF y DZero del acelerador de partículas Tevatron (cercano a Chicago, EE.UU., cerrado desde 2011) han detectado un nuevo modo de producción del quark top, la más pesada de las partículas elementales que componen los protones y neutrones del núcleo atómico. Esta nueva forma de producir el quark top es la más infrecuente, y completa las predicciones establecidas en el Modelo Estándar de Física de Partículas para la producción del último quark descubierto, hace casi 20 años también en Tevatron. Científicos del Instituto de Física de Cantabria (IFCA), el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) y el CIEMAT han participado en los experimentos de Tevatron.

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Conexión del universo visible con la materia oscura

¿El fotón visible tiene una contraparte, un fotón oscuro, que interactúa con los componentes de la materia oscura?

Ilustración por Sandbox Studio, Chicag

Ilustración por Sandbox Studio, Chicag

Durante miles de años, la humanidad ha dependido de la luz para revelar los misterios de nuestro universo, ya sea mediante la observación de la luz emitida por las estrellas candentes brillantes o por el resplandor de la luz en lo muy pequeño, con microscopios.

Sin embargo, de acuerdo con los datos recientes, los científicos piensan que sólo alrededor del 5 por ciento de nuestro universo está hecho de átomos visibles de materia ordinaria que componen casi todo lo que podemos ver, tocar y sentir. El otro 95 por ciento está compuesto por el llamado sector oscuro, que incluye la materia oscura y la energía oscura. Estos se describen como “oscuras” porque observamos sus efectos sobre otros objetos en lugar de verlos directamente. Ahora, para estudiar la oscuridad, los científicos están recurriendo a lo que saben acerca de la luz, y que están apuntando a una prueba reciente con éxito del equipo experimental que sugiere que una exploración del sector oscuro puede ser posible en el Jefferson Lab.
Luz Oscura

Sabemos que las partículas de luz, fotones, interactúan con la materia visible y su edificio bloquea-protones, neutrones y electrones. Tal vez lo mismo es cierto para la materia oscura. En otras palabras, ¿el fotón visible tiene una contraparte, un fotón oscuro, que interactúa con los componentes de la materia oscura?

La colaboración DarkLight es la esperanza de responder a esa pregunta. Peter Fisher y Richard Milner, profesores del Instituto de Tecnología de Massachusetts, sirven como portavoces de la colaboración DarkLight. Fisher fue nombrado recientemente director del departamento de física del MIT, y Milner es directora de Laboratorio del Instituto de Ciencias Nucleares.

En una reciente entrevista, Milner dijo que el fotón oscura puede superar los sectores de luz y oscuridad de nuestro universo.

“Estas partículas son motivados por el supuesto de que la materia oscura existe y que debe de alguna manera ser pareja de la materia normal en el universo. Y estos fotones oscuros  podían hacer eso “, explica.

Según la teoría, el fotón oscuro es muy similar al fotón de luz, excepto que tiene masa e interactúa con la materia oscura. El fotón oscuro se refiere a veces como un fotón pesado o como una partícula llamada la A . Si el fotón oscuro también interactúa con la materia ordinaria, puede ser sacado fuera de su escondite bajo las condiciones ideales. De hecho, Milner dice que los científicos ya han vislumbrado los efectos de fotones oscuros en los datos de la física de partículas y experimentos astrofísicos.
Consejos de fotones oscuros en datos del pasado

Por ejemplo, los fotones oscuros pueden jugar un papel en la explicación de los datos en el g-2 experimento de muones (pronunciado “Moo-g en menos de dos experimento”) que se realizó en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en 2001. Los muones son partículas que pueden ser considerados como primos más pesados  de los electrones.

El muón g-2 experimento buscaba  medir una característica del muón relacionada con su campo magnético. En términos simplistas, el momento magnético de un elemento cuantifica la fuerza de su reacción a un campo magnético. El muón tiene un momento magnético, pero, a diferencia del típico, el momento magnético del muón se ve alterada por su pequeño tamaño, esta alteración es capturado en la llamada del muón “momento magnético anómalo.” Cuando el Muon g-2 colaboración midierón el momento magnético anómalo del muón, sus colaboradores se sorprendieron al encontrar que el número que se miden no coincide con el número que esperaban.

“Si esto es real, tal discrepancia podría explicarse por un fotón oscura del tipo y masa que DarkLight está buscando”, dice Milner.

Otra evidencia de fotones oscuros se puede encontrar en la astrofísica.

Cuando una medición se realizó de pares electrón-positrón de alta energía en el espacio exterior, había más de lo que podría ser explicado por la producción de los rayos cósmicos, lo que sugiere que algo más, como los fotones oscuros, produce pares adicionales.

“Además, hay indicios del centro de nuestra galaxia, que no es la radiación que podría ser compatible con el fotón oscuro”, añade Milner.
Un experimento de desafío

Si los fotones oscuros están dando lugar a estos fenómenos observados, significa que ellos interactúan con la materia visible, aunque sea muy raramente. También significa que el efecto debe ser reproducible y medible por los experimentadores.

“Este fotón oscuro que se espera podría ser visto por la emisión de un haz de partículas cargadas, como un haz de electrones. Así que un haz de electrones puede emitir un fotón tan oscuro “, explica Milner. “Entonces, miramos a nuestro alrededor, y el haz de electrones más potente del mundo se encuentra en el Laboratorio Jefferson Láser de Electrones Libres. Cuenta con alrededor de 1 megavatio de energía en el haz. Y así es como llegamos a Jefferson Lab, es absolutamente único en el mundo “.

Los científicos elaboraron una propuesta que pide el fin de la viga en los protones en un blanco de hidrógeno gaseoso. MIT teórico Jesse Thaler, cuyo grupo ha llevado a cabo cálculos importantes para DarkLight, propuso el nombre para el experimento, basado en el método que se utilizará para llevarlo a cabo (DarkLight: Detección de una Resonancia cinemáticamente con electrones Incidente en un blanco de hidrógeno gaseoso) .

Los experimentadores decidieron hidrógeno, debido a que sus átomos se componen de un solo protón con un electrón en órbita. Cuando los electrones del acelerador de huelga de los protones del hidrógeno, que voy a sacar los protones fuera de la diana.

“Así que si lo hacemos a energías suficientemente bajas, sabemos que el estado final es simple: es solo electrón dispersado, el protón y el par electrón-positrón, que podrían proceder de esta decadencia del fotón oscura”, Milner explica.

El experimento fue aprobado con la condición de que la colaboración podría mostrar que estaban hasta los desafíos técnicos de la realización de él. Milner dice que el reto principal era demostrar que los operadores del acelerador podría conseguir un haz de electrones a través del blanco de hidrógeno estrecho. A pesar de que los electrones del haz tendrían bajas energías, el rayo tendría un montón de ellos, por un importe de 1 megavatio de potencia. Tanto poder destruiría cualquier recipiente utilizado para contener el gas de hidrógeno.

Los experimentadores decidieron que el gas se bombea a un tubo estrecho. Los electrones entonces serían enroscados en el mismo tubo estrecho. En su parte más estrecha, la tubería tendría que ser alrededor de 2 milímetros de ancho y 5 centímetros de largo, que es aproximadamente del tamaño de un agitador de café redonda.

“Decidimos que necesitábamos para hacer una prueba con un rayo. Así que, básicamente, construimos un sistema, un sistema objetivo de prueba que tenía básicamente un modelo a escala de aberturas, de 2 milímetros, aberturas de 4 milímetros y 6 milímetros de diámetro, en un bloque de aluminio. Y nos lo trajeron a Jefferson Lab hace aproximadamente un año. Y a finales de julio, tuvimos una prueba “, dice.

Jefferson Lab operadores acelerador láser roscados un haz de electrones a través de un tubo pequeño el tamaño de un agitador de café en el interior de este aparato para mostrar que el experimento DarkLight era posible. DarkLight buscará fotones oscuros, que son partículas que interactúan tanto con la materia oscura y la materia visible. Cortesía de: Laboratorio Jefferson

Jefferson Lab operadores del acelerador láser han roscado un haz de electrones a través de un tubo pequeño del tamaño de un agitador de café en el interior de este aparato para mostrar que el experimento DarkLight era posible. DarkLight buscará fotones oscuros, que son partículas que interactúan tanto con la materia oscura y la materia visible.
Cortesía de: Laboratorio Jefferson

Enhebrado del agitador del café

El personal en el MIT-Bates Centro de Investigación y de Ingeniería diseñó, construyó y entregó el conjunto de señal de prueba. Los operadores de acelerador Jefferson de laboratorio y un equipo de la colaboración DarkLight trataron de enhebrar el haz de electrones a través de los tubos estrechos en el bloque de aluminio, roscado con éxito el haz a través de la 6 milímetros, entonces el 4 milímetros, y, finalmente, la maqueta de 2 milímetros objetivos. Lo que es más, los electrones en el haz pasa a través de las tuberías de forma limpia. En el caso de la apertura más pequeña, 2 milímetros, los operadores roscan los electrones a través de la tubería de manera continua durante un período de siete horas, en ese momento, sólo tres electrones se perdieron al golpear las paredes de la tubería por cada millón que pasaba limpiamente a través.

“Por lo tanto, se trata de un haz muy potente, es un rayo muy brillante, pero también es un haz muy limpio”, dice Milner.

La colaboración DarkLight publicó recientemente los resultados de las pruebas exitosas en Physical Review Letters .

Con esta prueba exitosa, el experimento DarkLight ha sido aprobado para su ejecución. Milner dice que la colaboración tiene mucho trabajo por delante antes de que pueda ejecutar el experimento, incluyendo la construcción de los detectores que se utilizarán para capturar los protones, electrones y los pares electrón-positrón, y la finalización de la meta.

Mientras tanto, también hay otras cacerías de fotones oscuros que se están preparando para correr en el Jefferson Lab. Dos de estos experimentos serán propulsados por el mismo acelerador. The Heavy Photon Search está preparando para correr en la Jefferson Lab Experimental Hall B, y el experimento APEX se llevará a cabo en la Sala Experimental A.

Publicado en http://www.symmetrymagazine.org

Una versión de este artículo fue originalmente publicado en DOE Pulse .

A version of this article was originally published in DOE Pulse.
The DarkLight collaboration recently published the results of the successful tests in Physical Review Letters.

SeaQuest en busca de los secretos del protón

Los científicos interesados ??en protones y el mar de partículas que los componen estan de buen humor esta semana. Los investigadores de 15 instituciones diferentes que participan en el experimento SeaQuest están viendo el flujo de haz en su experimento y el flujo de datos de salida.

El experimento SeaQuest, basado en el Fermilab y gestionado por un grupo de científicos de Argonne laboratorio estudia la estructura de los protones y el comportamiento de las partículas de las que están hechos.

Los protones contienen un mar constantemente a fuego lento de partículas unidos por la bien llamada fuerza nuclear fuerte , que es la más fuerte de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza-por encima de la fuerza nuclear débil, el electromagnetismo y la gravedad.

En el experimento, un acelerador de partículas envía un haz de protones a velocidades muy altas a un blanco hecho de cualquiera de estos componentes… de hidrógeno líquido, deuterio, de carbono sólido, hierro o tungsteno. Estos estallidos del haz se generan una vez por minuto y separados por unos 5 segundos.

La semana pasada, el experimento SeaQuest comenzó a explorar la estructura de los protones y el comportamiento de las partículas de las que están hechos. Foto: Sarah Witman, Fermilab

La semana pasada, el experimento SeaQuest comenzó a explorar la estructura de los protones y el comportamiento de las partículas de las que están hechos. Foto: Sarah Witman, Fermilab

Esto hace que los protones se rompan y sean esencialmente separados y liberen los quarks y antiquarks dentro. (Antiquarks son la antipartícula quarks, lo que significa que tienen la misma masa pero carga opuesta.)

Los físicos de SeaQuest entonces pueden estudiar con gran detalle las partículas que se liberan durante estas interacciones. Su objetivo es resolver las preguntas sobre las partículas que forman la masa visible de nuestro universo.

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Ni rastro de WIMPs

Los primeros datos de LUX descartan la existencia de WIMPs con una masa por debajo de 33 GeV/c2.

Había una gran expectación sobre lo que se publicaría sobre los resultados del experimento LUX (Large Underground Xenon) de búsqueda de materia oscura acerca las medidas tomadas en sus primeros 90 días de funcionamiento. Los resultados que se acaban de hacer públicos son compatibles con la inexistencia de partículas de materia oscura con masas menores de 33 GeV/c2. Es un varapalo para la esperanzas de detectar este tipo de partículas, pues había indicios experimentales que apoyaban esta posibilidad.

Title:  Separating signal from noise Description:  The LUX detector is lined with white teflon to better gather faint signals of light that will be recorded by the photomultiplier tubes. Water — 70,000 gallons of it — provides further protection from background radiation.

Title:
Separating signal from noise
Description:
The LUX detector is lined with white teflon to better gather faint signals of light that will be recorded by the photomultiplier tubes. Water — 70,000 gallons of it — provides further protection from background radiation.

Como ya sabemos, la materia oscura constituye una gran parte de la masa del Universo, ya que las observaciones astronómicas sugieren que debe existir esa materia oscura que ni emite ni bloquea la luz. Pero esta materia no parece interaccionar con la materia ordinaria (ni obviamente con la luz) y de hecho todavía no hemos detectado directamente las partículas que la componen directamente. Por esta razón se ha llamado partículas débilmente interactuantes, o WIMPs, a las supuestas partículas que componen la materia oscura. Resultados teóricos y experimentales sugieren que o bien estas partículas tienen baja masa o tienen alta masa.

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Los futuros imanes dipolares del LHC pasan el examen con exito

Los científicos en el Programa de Investigación del acelerador LHC EE.UU. han probado con éxito imanes superconductores necesarios para aumentar las colisiones del LHC por diez.

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En los últimos cuatro años, los científicos del Large Hadron Collider han logrado hazañas sin precedentes de la física, todas con su acelerador de partículas que trabaja a la mitad de su capacidad de diseño.

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