Ciencia y tecnología. ¿Es virtual toda la realidad?

Por: Valram.
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Confirmado: La materia no es más que fluctuaciones del vacío

La materia está construida sobre cimientos fluctuantes, oscilantes. Los físicos han confirmado que la materia, aparentemente sustancial, es en realidad nada más que fluctuaciones en el vacío cuántico.

Cada protón está hecho de tres quarks, pero las masas individuales de estos quarks sólo suman alrededor del 1% de la masa total del protón (Ilustración: Forschungszentrum Julich/Seitenplan/NASA/ESA/AURA-Caltech)

Crédito imagen: Wikipedia (http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Quark_structure_proton.svg)

Los investigadores simularon la frenética actividad que sucede en el interior de los protones y los neutrones. Estas partículas, que son vacío en casi su totalidad (alrededor del 99%), proporcionan casi toda la masa de la materia ordinaria.
Cada protón (o neutrón) está hecho de tres quarks - pero las masas individuales de estos quarks sólo suman alrededor de 1% de la masa del protón. ¿Cómo se explica esto?

La teoría dice que esta es creada por la fuerza que une a los quarks, llamada fuerza nuclear fuerte. En términos cuánticos, la fuerza nuclear fuerte se forma por un campo de partículas virtuales llamadas gluones, que aparecen y desaparecen al azar. La energía de estas fluctuaciones del vacío está incluida en la masa total del protón y el neutrón.
Sin embargo, ha tomado décadas de trabajo para encontrar los números reales. La fuerza nuclear fuerte es descrita por ecuaciones de la cromodinámica cuántica, o QCD, que son demasiado difíciles de resolver en la mayoría de los casos.
Así que los físicos han desarrollado un método llamado enrejado QCD, que modela el espacio tiempo como un arreglo de red de puntos separados. Este enfoque pixelado permite que las complejidades de la fuerza nuclear fuerte puedan ser simuladas de manera aproximada por una computadora.

Cálculo Gnarly

Hasta hace poco, los cálculos del enrejado QCD se concentró en los gluones virtuales, e ignoró otro componente importante del vacío: los pares de quarks virtuales y antiquarks.

Pares quark–antiquark pueden emerger y transformar momentáneamente un protón en una partícula diferente y más exótica. De hecho, el protón, en realidad, es la suma de todas estas posibilidades existiendo al mismo tiempo.
Los quarks virtuales hacen los cálculos mucho más complejos, con la participación de una matriz de más de 10,000 billones de números, dice el miembro del equipo Stephan Dürr de la John von Neumann, Instituto de Computación en Jülich, Alemania.

"No hay una computadora en la Tierra que pueda almacenar esta gran matriz en la memoria", dijo Durr New Scientist, "por lo que deben usarse algunos trucos para su evaluación."

La hora de la verdad

Varios grupos han estado trabajando en formas de manejar estos problemas técnicos, y, hace cinco años, un equipo dirigido por Christine Davies de la Universidad de Glasgow, Reino Unido, logró calcular la masa de una partícula exótica llamada mesón B_c.

Esa partícula sólo contiene dos quarks, por lo que es más fácil de simular que el protón de tres quarks. Para hacer frente a los protones y los neutrones, el equipo de Dürr han utilizado meses en la red informática en paralelo en Jülich, que puede manejar 200 teraflops ó 200 billones de cálculos aritméticos por segundo.

Aun así, tuvieron que adaptar su código para utilizar la red de manera eficiente. "Pasamos un gran esfuerzo para asegurarnos que nuestro código haría un uso óptimo de la máquina", dice Dürr.

Sin los quarks, las simulaciones anteriores calculan mal la masa del protón, obtienen un 10%. Con ellos, Dürr obtiene una cifra del 2% del valor medido por los experimentos.

El campo de Higgs

Aunque los físicos esperan que, eventualmente, los experimentos coincidan con la teoría, lo que sería un logro importante. "Lo bueno es que se observa que pueden lograrse los experimentos", dice Davies. "Ahora sabemos que el enrejado QCD funciona, queremos hacer cálculos exactos de las propiedades de las partículas, no sólo en masa."

Esto permitirá a los físicos que hacen pruebas con la QCD, buscar efectos más allá de la física conocida. Por ahora, el cálculo de Dürr demuestra que la QCD describe, con precisión, partículas basadas en quarks, y nos dice que la mayor parte de nuestra masa viene de la efervescencia de quarks y gluones virtuales en el vacío cuántico.

Se piensa también que el campo de Higgs puede hacer una pequeña contribución, dando masa a los quarks individuales, así como a los electrones y otras partículas. El campo de Higgs también crea masa del vacío cuántico, en forma virtual, de los bosones de Higgs. Así que si el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) confirma que el bosón de Higgs existe, significa que toda la realidad es virtual.

Fuente: It's confirmed: Matter is merely vacuum fluctuations por Stephen Battersby

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Ciencia y tecnología. Materia y antimateria se comportan de forma diferente

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Nueva evidencia de que la materia y la antimateria se puede comportar de forma diferente


Los neutrinos, partículas elementales generadas por reacciones nucleares en el sol, sufren de una crisis de identidad al cruzar el universo, pueden presentarse de tres diferentes "sabores". Sus homólogos de antimateria –que son idénticos en masa, pero contrario a carga y spin (giro)– hagan lo mismo cosa.

Un equipo de físicos entre ellos algunos del MIT ha encontrado diferencias sorprendentes entre el sabor de la oscilación de neutrinos y antineutrinos. Si se confirma, el descubrimiento podría ayudar a explicar por qué la materia, y no la antimateria, domina nuestro universo.

"La gente está muy entusiasmada porque sugiere que hay diferencias entre los neutrinos y antineutrinos”, dice Georgia Karagiorgi, una estudiante graduada del MIT y uno de los líderes de los análisis de datos experimentales producidos por el experimento Booster Neutrino (MiniBooNE) en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi.

El nuevo resultado, anunciado en junio y presentado a la revista Physical Review Letters, que parece ser una de las primeras violaciones de la simetría CP(*) observadas: la teoría de que la materia y la antimateria debería comportarse de la misma manera. La violación de simetría CP se ha visto antes en los quarks, otro tipo de partículas elementales que componen los protones y los neutrones, pero nunca en los neutrinos o electrones.

Foto: Fermilab

El hallazgo también podría obligar a los físicos a revisar su modelo estándar, que cataloga todas las partículas conocidas que forman la materia. El modelo plantea ahora sólo tres tipos de neutrinos, pero un cuarto (o quinto o sexto) puede ser necesario para explicar los nuevos resultados.

"Si se demuestra que esto es correcto, tendría importantes implicaciones para la física de partículas", dice John Learned, profesor de física en la Universidad de Hawai, que no forma parte del equipo de MiniBooNE.

Hasta ahora, los investigadores disponen de datos suficientes para presentar sus resultados con un nivel de confianza justo por debajo del 99.7 por ciento (también llamado 3 sigma), que no es lo suficientemente alto como para reclamar un nuevo descubrimiento. Para llegar a ese nivel, se requiere 5–sigma de confianza (99.99994 por ciento). "La gente va a exigir una razón muy limpia, resultado de la 5-sigma", dice aprendidas.

Desde la década de 1960, los físicos han estado reuniendo pruebas de que los neutrinos pueden cambiar, u oscilar entre tres sabores diferentes: electrón, muón y tau (electrónico, muónico y tauónico) y, cada uno de ellos, tiene una masa diferente. Sin embargo, aún no han sido capaces de descartar la posibilidad de que más tipos de neutrinos podrían existir.

En un esfuerzo por ayudar a concretar el número de neutrinos, los físicos MiniBooNE enviarán haces de neutrinos y antineutrinos por un túnel de 500 metros, al final del cual se encuentra un tanque de 250,000 galones(2) de aceite mineral. Cuando los neutrinos o antineutrinos chocan con un átomo de carbono en el aceite mineral, los rastros de energía dejados permitirán a los físicos identificar de que sabor son los neutrinos participantes en la colisión. Los neutrinos, que no tienen carga, rara vez interactúan con otras materias, por lo que tales colisiones son raras.

MiniBooNE se creó en 2002 para confirmar o refutar una conclusión controvertida de un experimento en el Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) en Los Álamos National Laboratory. En 1990, el LSND informó que un número, mayor de lo esperado, de antineutrinos parecía ser oscilante en distancias relativamente cortas, lo que sugiere la existencia de un cuarto tipo de neutrino, conocido como "estéril".

En 2007, investigadores del MiniBooNE anunciaron que sus experimentos sobre neutrinos no producen oscilaciones similares a las observadas en LSND. Asimismo, asumieron que el mismo resultado sería válido para antineutrinos.

MiniBooNE luego cambió a modo de antineutrino y los datos fueron recogidos durante los siguientes tres años. El equipo de investigación no tuvo todos los datos hasta principios de este año, entonces se sorprendieron al encontrar más oscilaciones de lo que cabría esperar a partir de sólo tres tipos de neutrinos, el mismo resultado que LSND.

Ya, los físicos teóricos están publicando documentos en línea con teorías para tratar de esclarecer los nuevos resultados. Sin embargo, "no hay una explicación clara e inmediata", dice Karsten Heeger, físico de neutrinos en la Universidad de Wisconsin. "De ‘las uñas hacia abajo’ (sic), necesitamos más datos de MiniBooNE, y entonces necesitaremos, experimentalmente, comprobarlos de una manera diferente."

El equipo MiniBooNE planea reunir datos antineutrino por otros 18 meses. Conrad también espera lanzar un nuevo experimento que utiliza un ciclotrón, un tipo de acelerador de partículas en el que las partículas viajan en un círculo en lugar de una línea recta, para ayudar a confirmar o refutar los resultados MiniBooNE.

(1)La simetría CP se basa en la composición de la simetría C y la simetría P. La primera afirma que las leyes de la física serían las mismas si se pudiesen intercambiar las partículas con carga positiva con las de carga negativa. La simetría P dice que las leyes de la física permanecerían inalteradas bajo inversiones especulares, es decir, el universo se comportaría igual que su imagen en un espejo. La simetría CP es una suma de ambas. (http://es.wikipedia.org/wiki/Violaci%C3%B3n_CP)

(2) Galón. Medida de capacidad para líquidos, usada en Gran Bretaña, donde equivale a algo más de 4.546 L y en América del Norte, donde equivale a 3.785 L (http://buscon.rae.es/draeI/SrvltGUIBusUsual?TIPO_HTML=2&TIPO_BUS=3&LEMA=gal%F3n)


Fuente: New evidence that matter and antimatter may behave differently por Jorge Franchín el 31/08/2010 04:09:00 PM (http://www.scitech-news.com/2010/08/new-evidence-that-matter-and-antimatter.html), Massachusetts Institute of Technology


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