Un nuevo método para estudiar el inicio del universo

Artículo publicado por Christine Pulliam el 25 de enero de 2016 en CfA

¿Cómo empezó el universo? ¿Y qué pasó después del Big Bang? Los cosmólogos se han realizado estas preguntas desde el descubrimiento de que nuestro universo se expande. Las respuestas no son fácilmente determinables. Los inicios del cosmos están ocultos a la visión de los telescopios más potentes, aunque las observaciones que realizamos hoy pueden dar pistas del origen del universo. Una nueva investigación sugiere una novedosa forma de estudiar el inicio del espacio y el tiempo para determinar cuál de las teorías propuestas es la correcta.

El escenario teórico más ampliamente aceptado para el inicio del universo es la inflación, que predice que el universo se expandió a un ritmo exponencial en la primera fracción de segundo. Sin embargo, se han sugerido una variedad de escenarios alternativos, algunos prediciendo un Big Crunch anterior al Big Bang. El truco está en encontrar medidas que puedan distinguir entre estos escenarios.

Relojes primordiales estándar

Relojes primordiales estándar Crédito: Yi Wang y Xingang Chen

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¿La constante cosmológica desplaza al rojo las ondas gravitatorias?

Artículo publicado por Keith Cooper el 21 de enero de 2016 en physicsworld.com

El marco de trabajo teórico subyacente a las ondas gravitatorias puede que tenga que ser revisado para tener en cuenta a la energía oscura y la aceleración de la expansión del universo. Ésta es la conclusión de investigadores estadounidenses que dicen que aunque las ondas gravitatorias procedentes de fuentes cercanas no se verían afectadas, la próxima generación de detectores tales como Laser Interferometer Space Antenna (LISA) y el Telescopio Einstein – que tienen como objetivo detectar ondas gravitatorias procedentes de miles de millones de años luz de distancia – podrían no ajustarse a la expansión del universo. Aunque tales telescopios detectarían las ondas gravitatorias, la señal detectada de las ondas más lejanas podría ser muy distinta de la que actualmente se espera, dicen los investigadores.

Interferómetro LISA

Detección de ondas gravitatorias por el interferómetro LISA

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El antihidrógeno revela su carga

Artículo publicado por Robert Sanders el 20 de enero de 2016 en Berkeley News

Un experimento de 8 horas de duración usando la trampa ALPHA en el CERN confirmó, con una precisión 20 veces mayor que antes, que la carga del átomo de antihidrógeno  – el homólogo de antimateria del átomo de hidrógeno – es cero.

La carga es idéntica a la del átomo de hidrógeno, demostrando una vez más que las propiedades de materia y antimateria son imágenes especulares uno de otro.

Trampa de antimateria de ALPHA

Trampa de antimateria de ALPHA

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Desvelado el momento posterior al Big Bang

Artículo publicado el 13 de enero de 2016 en EurekAlert!

Un primer paso hacia la comprensión de los inicios del universo.

Tras el Big Bang, el universo se expandió y, al enfriarse, la materia tomó forma progresivamente. Las primeras estrellas y galaxias se formaron unos cientos de miles de años después. Mil millones de años después, se aprecia que el universo volvió a calentarse y el hidrógeno, el elemento más abundante, se ionizó de nuevo, como sucedió poco después del Big Bang. ¿Cómo fue posible esta importante transformación, conocida como reionización cósmica? Los astrónomos pensaron durante mucho tiempo que las galaxias fueron las responsables de este fenómeno. Ahora, un equipo internacional que incluye a investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE) ha validado en gran medida esta hipótesis. Han descubierto, en efecto, una galaxia compacta que emite un gran número de fotones ionizantes, que son responsables de esta transformación del universo. El artículo, publicado en la revista Nature, abre una importante vía nueva para comprender los inicios del universo.

Galaxia guisante verde

Galaxia guisante verde Crédito: Ivana Orlitová, Astronomical Institute, Czech Academy of Sciences (Prague)

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Los residuos nucleares enterrados suponen un riesgo

Artículo publicado por Dan Stober el 15 de enero de 2016 en Universidad de Stanford

El material radiactivo procedente de los laboratorios que diseñan las armas nucleares estadounidenses tendrá que enterrarse y mantenerse lejos de los humanos durante, al menos, 10 000 años. Pero tres expertos de la Universidad de Stanford señalan que los análisis de seguridad de este proyecto deben revisarse para reflejar nuevas estrategias que tengan como objetivo aumentar sustancialmente la cantidad de plutonio disponible.

Back to the Future Part 1 - Plutonium Case

Maletín con muestras de plutonio Crédito: Mooshuu

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Los nudos cuánticos son reales

Artículo publicado el 18 de enero de 2016 en la Universidad de Aalto

Se informa de las primeras observaciones experimentales de nudos en materia cuántica en la revista Nature Physics.

Científicos de la Universidad de Aalto, en Finlandia, y del Amherst College, en Estados Unidos, crearon ondas solitarias anudadas, o nudos de solitones, en el campo mecánico cuántico que describe un gas de átomos superfluidos, también conocido como condensado Bose–Einstein.

Visualización de nudos cuánticos

Visualización de nudos cuánticos Crédito: David Hall

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Una segunda inflación explicaría el exceso de materia oscura

Artículo publicado el 14 de enero de 2016 en BNL News

Los físicos sugieren que un segundo periodo inflacionario en los momentos posteriores al Big Bang podría explicar la abundancia de la misteriosa materia.

La cosmología estándar – es decir, la Teoría del Big Bang con su periodo inicial de crecimiento exponencial, conocido como inflación — es el modelo científico predominante para nuestro universo, en el cual todo el espacio y el tiempo se hinchó a partir de un punto muy denso y caliente para formar una vastedad homogénea en eterna expansión. ¿Pero qué sucedería si no todo se debiera a la inflación?

Big Bang

Big Bang

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La Teoría de Cuerdas se une a la Gravedad Cuántica de Bucles

Artículo publicado por Sabine Hossenfelder el 12 de enero de 2016 en Quanta Magazine

Las dos principales candidatas a una “teoría del todo”, que durante mucho tiempo se pensó que eran incompatibles, podrían ser las dos caras de la misma moneda.

Ocho décadas han pasado desde que los físicos se dieron cuenta de que las teorías de la mecánica cuántica y la gravedad no encajaban entre sí, y el misterio de cómo combinarlas sigue sin resolverse. En las últimas décadas, los investigadores han trabajado en el problema en dos vertientes distintas — la teoría de cuerdas, y la gravedad cuántica de bucles — que se consideran incompatibles por aquellos que las estudian. Pero ahora, algunos científicos defienden que unir fuerzas es la forma de avanzar.

Strings For Everything

Una Teoría del Todo Crédito: Rein Nomm

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Misteriosas señales de radio ponen a prueba el Principio de Equivalencia

Artículo publicado por Barbara Kennedy el 4 de enero de 2016 en Penn State News

Una nueva forma de poner a prueba uno de los principios básicos subyacentes a la teoría general de la relatividad de Einstein es usar breves estallidos de unas raras señales de radio procedentes del espacio, conocidas como Fast Radio Bursts (Estallidos Rápidos de Radio – FRBs por sus siglas en inglés), y es de 10 a 100 veces mejor que los métodos anteriores de prueba, que usaban estallidos de rayos gamma, de acuerdo con un artículo publicado en la revista Physical Review Letters. El artículo recibió una mención adicional como “Sugerencia del Editor” debido a “su particular importancia, innovación, y amplio interés”, de acuerdo con el editor de la revista.

Einstein

Albert Einstein

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¿Corea del Norte tiene realmente una bomba de hidrógeno?

Artículo publicado por Ricards Stone el 6 de enero de 2016 en Science News

Corea del Norte afirma haber detonado su primera bomba de hidrógeno el pasado 5 de enero de 2016. Pero los expertos son escépticos acerca de que dicho estado detonara, no un dispositivo atómico común, sino una “bomba de hidrógeno de la justicia”, nombre dado por los medios estatales oficiales a una bomba de hidrógeno mucho más potente. Entonces, ¿sobre qué tipo de dispositivo se realizaron las apartadas pruebas? ¿Y cómo los expertos en energía nuclear pueden medirlo desde tan lejos?

Bomba de hidrogeno detonada en Corea del Norte el 5 de enero de 2016

Sismograma de la bomba de hidrógeno detonada en Corea del Norte el 5 de enero de 2016 Crédito: Andy Frassetto, Incorporated Research Institutions for Seismology

No hay duda de que Corea del Norte detonó algo cerca de donde se llevaron a cabo pruebas nucleares en 2006, 2009, y 2013. Las estaciones sísmicas registraron el 5 de enero un terremoto de magnitud 5,1 con una forma de onda casi idéntica a los que se registraron en las pruebas anteriores de Corea del Norte, apoyando dicha afirmación. La forma de la onda confirma que una explosión desencadenó el terremoto del 5 de enero, señala Brian Stump, sismólogo en la Universidad Metodista del Sur en Dallas, Texas. “Pudo ser una explosión nuclear o química, pero debido a la magnitud, muy probablemente fue nuclear”, señala. Los investigadores están ahora “analizando la forma de la onda” registradas por los sismómetros en la región “para ver las diferencias respecto a las de 2013”, explica Andy Frassetto, sismólogo en el consorcio Incorporated Research Institutions for Seismology en Washington, D.C.

Los sismogramas de las cuatro pruebas nucleares declaradas por Corea del Norte se registraron en Mudanjiang, China, a aproximadamente 370 kilómetros del lugar de las pruebas.

La magnitud estimada de la detonación fue de entre 7 y 10 kilotones, equivalente a una pequeña bomba de fisión. Comparado con las bombas de hidrógeno estándar, que obtienen gran parte de su energía de la fusión del hidrógeno, esto es muy poco. La bomba de hidrógeno más potente jamás puesta a prueba arrojó una energía de 50 megatones, unas 2000 veces más potente que la bomba de 21 kilotones arrojada sobre Nagasaki al final de la Segunda Guerra Mundial.

Existen “múltiples explicaciones a las energías consistentemente bajas que arrojan las pruebas en Corea del Norte”, explica R. Scott Kemp, físico nuclear en el Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge. “Yo creo que nadie lo sabe con certeza, ni siquiera en los rincones más oscuros de la CIA”. Una línea de pensamiento es que Corea del Norte pudo haber puesto a prueba una “primaria”: una bomba atómica en miniatura usada para iniciar una bomba de hidrógeno. En este caso, la parte de la bomba de hidrógeno podría no haber existido, o podría haber fallado. Alternativamente, las pruebas podrían haberse realizado con una bomba de fisión estándar que depende principalmente de plutonio o uranio para su carga explosiva.

Una bomba de hidrógeno requeriría mucha más sofisticación, pero es algo que Corea del Norte claramente anhela. En los últimos años, los medios estatales han vendido progresos hacia un dispositivo de fusión, y el mes pasado el líder de la nación, Kim Jong Un, afirmó que su país tenía una bomba de hidrógeno.

Por tanto, ¿pudo el estallido del 5 de enero haber sido una bomba de hidrógeno? “Primero”, señala Kemp, “tienes que distinguir entre una auténtica bomba de hidrógeno y un dispositivo de fusión”, siendo el segundo una especie de bomba de fisión “con turbo” que usa una pequeña reacción termonuclear para aumentar su energía. En comparación, una bomba de hidrógeno tradicional, el tipo de dispositivo que usan la mayor parte de armas almacenadas en Estados Unidos y Rusia, es un dispositivo de dos fases con una fase secundaria termonuclear. La primera fase es una explosión de fisión. Libera rayos-X que calientan e implosionan una fase secundaria basada en el hidrógeno, provocando que los átomos se fusionen y liberen masivas cantidades de energía. “El dispositivo secundario es el que arroja la verdadera potencia”, señala Kemp.

Un dispositivo de empuje es más simple. El hidrógeno pesado – gas de deuterio y tritio – se inyecta en el centro de un círculo de plutonio, apunta Kemp. El calor de la reacción de fisión inicia una reacción de fusión de vida corta que aumenta — o empuja — la energía emitida, pero no hasta el grado de una bomba de dos etapas. Tal dispositivo es mucho más plausible que una bomba de hidrógeno, comenta Li Bin, analista nuclear en el Carnegie Endowment for International Peace en Washington, D.C. Las pruebas del 5 de enero, dice, “podrían haber sido una bomba de empuje”.

Dando por hecho que Corea del Norte no invita a los inspectores nucleares a sus lugares de pruebas, la única forma en que los extranjeros pueden determinar si estalló una bomba de hidrógeno o una bomba de empuje sería a través de un detallado análisis de los productos de fisión liberados en el estallido. Las pruebas de Corea del Norte se realizaron bajo tierra pero, a menos que estuviesen excepcionalmente bien contenidos, los gases nobles radiactivos – principalmente isótopos de radioxenón – podrían empezar a filtrarse a la atmósfera en los próximos días, apunta Anders Ringbom, físico nuclear en la Agencia de Investigación de Defensa de Suecia, en Estocolmo. “Si detectas isótopos de xenón, ésa es la prueba definitiva que demuestra que la detonación tuvo una naturaleza nuclear”.

Los neutrones generados en una reacción de fusión son unas siete veces más energéticos que los neutrones generados en una reacción de fisión, lo cual implica que las especies de radioisótopos generados por una bomba de hidrógeno son diferentes de los de una bomba de fisión. “Deberíamos ser capaces de detectarlos”, explica Kemp, dependiendo de lo rápidamente que escapen los gases radiactivos a la atmósfera y pueda tomarse una muestra. “Se hace más difícil cuanto más tiempo necesiten para filtrarse”.

La Organización del Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares (CTBTO) gestiona una red global de detectores de gases nobles. Su red captó xenón-133 y xenón-131m filtrándose varias semanas después de las pruebas de 2013. Este avistamiento tardío no ofreció suficiente información para determinar si Corea usó plutonio o uranio como material fisible en esa ocasión. Japón, Corea del Sur, y los Estados Unidos también tienen detectores aéreos de gases nobles, que se cree que son incluso más sensibles que los de CTBTO. Pero sea lo que sea lo que conocían sobre las anteriores pruebas de Corea del Norte, no lo hicieron público. Y probablemente tampoco lo hagan esta vez, lo que implica que no tenemos más remedio que aceptar las palabras de Corea del Norte – o no – sobre la nueva “bomba de hidrógeno de la justicia”.

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