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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.).

ALICE-hirezf

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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SLAC All Access: SPEAR

El Stanford positron Electrón Acelerador Ring (SPEAR) en el SLAC se completó en 1972 y ha sido utilizado por los físicos para descubrir nuevas partículas, especialmente el J / psi en 1974 y el tau en 1976. Desde entonces ha sufrido dos cambios importantes y ahora se utiliza exclusivamente para la física de la radiación sincrotrón en el Stanford Synchrotron Radiation luminosa (SSRL).

Cada año se cierra para su mantenimiento anual. Durante el cierre de este año Craig Haggart, un operador en SPEAR nos lo mostró y nos contó un poco acerca de cómo funciona.

 

For more on SPEAR visit:
http://www-ssrl.slac.stanford.edu/con…

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.

Demystifying the Higgs Boson with Leonard Susskind

Professor Susskind presents an explanation of what the Higgs mechanism is, and what it means to “give mass to particles.” He also explains what’s at stake for the future of physics and cosmology.

Stanford University:
http://www.stanford.edu/

Supersimetría y LHC

http://videociencia.es//videos/36/quarks 

La ausencia de señales en el CERN está poniéndo una bella teoría en duda – lo que hace que surgan interpretaciones rivales.

 

En julio, en una conferencia de física de partículas en Grenoble, Francia, el premio Nobel George Smoot parecía estar canalizando el espíritu de Thomas Huxley. El luchador del siglo 19 campeón de la teoría de Darwin de la evolución por selección natural una vez habló de que “la gran tragedia de la ciencia es el asesinato de una bella hipótesis por un hecho feo”. Smoot, un cosmólogo que se dio a conocer en el estudio de la luminiscencia del Big Bang, piensa que esto es sólo el drama jugando en la física de partículas.

La física de partículas tiene una hermosa teoría, conocida como supersimetría. Más de tres décadas se emplearon en su fabricación, su elegante estructura matemática estaba destinada a reemplazar al “modelo estándar”, el eminentemente útil, pero a veces chirriante y en algunas partes estéticamente desagradable constructo teórico que es actualmente nuestra mejor descripción del funcionamiento básico de la materia.
La belleza de la supersimetría está ahora encontrándo algunos hechos desagradables que salen desde el “Gran Colisionador de Hadrones, el gigantesco acelerador de partículas situado en el CERN cerca de Ginebra, Suiza. La supersimetría predice una gran cantidad de nuevas partículas, y la mayoría de los cálculos indican que ya deberían haberse comenzado a producirse algunas de ellas en el LHC . Pero no es así. Esto arroja algunas preguntas importantes. Es la supersimetría en realidad la respuesta correcta? Si no lo es, ¿cuál es?
La supersimetría – SUSY para su legión de fanáticos – ha sido siempre vista como una panacea para los males del modelo estándar.De vuelta a la década de 1960, era una de las teorías que iba a hacer que el modelo estándar enfrentara una vergüenza.Este no podía explicar cómo las partículas elementales, tales como los electrones y los quarks los cuales forman los protones y neutrones, obtenían su masa en lo absoluto.

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Curso de Leonard Susskind sobre teoría de cuerdas. Leonard Susskind String Theory and M-Theory

(20 de septiembre de 2010) Leonard Susskind da una conferencia sobre la teoría de cuerdas y la física de partículas. Él es un físico teórico de renombre mundial y utiliza gráficos para ayudar a demostrar las teorías que se presentan.

La teoría de cuerdas (con su pariente cercano, la teoría M) es la base de las teorías más ambiciosas del mundo físico. Que ha influido profundamente en nuestra comprensión de la gravedad, la cosmología y la física de partículas. En este curso va a desarrollar las ideas básicas teóricas y matemáticas, incluyendo el origen de la teoría de cuerdas de la gravedad, la teoría de las dimensiones extra del espacio, la conexión entre las cuerdas y agujeros negro, la “actualidad” de la teoría de cuerdas, y el principio holográfico .

(September 20, 2010) Leonard Susskind gives a lecture on the string theory and particle physics. He is a world renown theoretical physicist and uses graphs to help demonstrate the theories he is presenting.

String theory (with its close relative, M-theory) is the basis for the most ambitious theories of the physical world. It has profoundly influenced our understanding of gravity, cosmology, and particle physics. In this course we will develop the basic theoretical and mathematical ideas, including the string-theoretic origin of gravity, the theory of extra dimensions of space, the connection between strings and black holes, the “landscape” of string theory, and the holographic principle.

This course was originally presented in Stanford’s Continuing Studies program.

Stanford University:
http://www.stanford.edu/

Stanford Continuing Studies Program:
http://csp.stanford.edu/