Los físicos se acercan a la partícula de Higgs

Alicia Ribera - El País - 13/12/2011

La expectación no podía ser mayor sobre un posible hallazgo científico de esos que no van a curar una enfermedad mañana mismo ni van a solucionar el problema energético, pero que suponen conocimiento profundo sobre cómo es la naturaleza, cómo funciona el cosmos. El anuncio de los últimos datos del gran acelerador LHC sobre la búsqueda del Higgs, la partícula clave que falta por descubrir para explicar el origen de la masa, en el gran acelerador LHC, se había teñido del color de gran acontecimiento científico. Pero es un poco pronto para cantar victoria, advirtieron los científicos ayer. "Les recuerdo que estos son resultados preliminares", advirtió Rolf Heuer, director del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), junto a Ginebra, a un auditorio lleno hasta la bandera para escuchar, de primera mano, los datos de los dos grandes detectores, Atlas y CMS.

Los científicos han acotado un rango de masa que puede tener la famosa partícula de Higgs (afinando hasta unos 125 gigaelectronvoltios, GeV), pero el margen de error estadístico de sus resultados, aunque muy pequeño en la vida cotidiana, es incómodamente alto todavía en esta ciencia ultraprecisa. "Se han observado indicios incitantes en ambos experimentos, aunque no son suficientemente fuertes aún para afirmar que es un hallazgo", señaló el propio CERN.

Hubo aplausos al finalizar las presentaciones, sin ambiente de hallazgo definitivo, pero con mucho interés y emoción, porque si aún no se puede decir que el Higgs esté firmemente agarrado, los científicos creen que lo están rozando con la punta de los dedos. "Es interesante, desde luego, pero no concluyente", comentó Belén Gavela, catedrática de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) en la conferencia inaugural del Instituto de Física Teórica (CSIC-UAM) que ayer retransmitió en directo la presentación de resultados desde el CERN. Otro de los asistentes a la reunión de Madrid, el premio Nobel de Física David Gross, se mostró mucho más entusiasmado con el anuncio, que considera "más o menos descubrimiento", según comentó a EL PAÍS.

La opinión general es que muy mala suerte habría que tener para que los datos de ayer no se confirmasen en los próximos meses, pero dentro del propio CERN corre una cierta preocupación por lo apresurado de la presentación, ya que se podría haber esperado un poco para tener más datos, más seguridad, y evitar cualquier riesgo de error en el anuncio del descubrimiento, por minúsculo que sea. Lo cierto es que los rumores disparados en las últimas semanas forzaron la situación creando altas expectativas y ayer fueron los propios científicos los que pusieron las cosas en su sitio.

"Han visto la sombra del oso pero aún no lo han cazado", dice Álvaro de Rújula

Lo que los físicos del LHC hacen es analizar los efectos de billones de colisiones de partículas que se producen en el acelerador. El Higgs, cuya existencia está predicha teóricamente, no se ve directamente en esas colisiones porque, de producirse, se desintegra inmediatamente en otras partículas más ligeras. Los científicos buscan en esos procesos de desintegración captados por los detectores la firma del Higgs. Pero como solo se da muy de vez en cuando, tiene que analizar ingentes cantidades de colisiones. Los análisis permiten estimar la masa de la partícula.

"Hemos restringido la región de masa más probable del Higgs a entre 116 y 130 Gev", explicó ayer Fabiola Gianotti, portavoz de Atlas. Es más, en las últimas semanas, dijo, se han observado indicios más concretos en torno a 125 GeV. "Puede ser algo o pueden ser fluctuaciones, no podemos concluir nada aún". Con idéntica prudencia se explicó el portavoz de CMS, Guido Tonelli: "No podemos excluir la presencia del Higgs entre 115 y 127 GeV", dijo, apuntando hacia 124 GeV. Pero la probabilidad de error es aún alta para los físicos de partículas.

"En las ciencias duras, las cuestiones estadísticas se toman muy en serio", explica el físico Álvaro de Rújula. "Se dice que hay indicaciones (evidencias en inglés, que no es lo que suena en castellano) cuando estadísticamente la probabilidad de colarse es del 0,7% (3 sigmas en la jerga habitual). Descubrimiento se reserva para una probabilidad de 57 millonésimas (5 sigmas)". Los datos presentados ayer rondan los 2,5 a 3 sigmas. Para Gross, "en todo descubrimiento los primeros indicios suelen ser inciertos" y expresa su confianza: "Es muy probable que el Higgs esté ahí, estos tíos [los miles de científicos de Atlas y de CMS] son muy sólidos".

Esto de encontrar las cosas por probabilidad puede parecer raro. Si uno captura un nuevo pájaro y lo puede meter en una jaula para estudiarlo, está claro que lo ha descubierto. Pero si lo que busca es un tipo de ave poco corriente que solo pasa volando muy de vez en cuando, en medio de miles de diferentes pájaros todos cruzando el cielo rapidísimo, y el científico solo puede ver alguno durante un instante en vuelo, tendrá que hacer muchísimas fotos de las aves. En algunas pocas puede aparecer uno de la rara especie que busca, si es que existe. Así, para afirmar que lo ha descubierto, tendrá que observar numerosos sospechosos de la nueva especie y recurrir a la estadística antes de cantar victoria. Los físicos han visto ya algunos posibles pájaros de la nueva especie, la partícula de Higgs, pero no suficientes aún para estar seguros.

"Es, más o menos, un descubrimiento", considera el Nobel David Gross

El descubrimiento sería muy importante porque la partícula de Higgs demostraría que los físicos han avanzado un nivel más profundo en la compresión de cómo está hecho y cómo funciona el universo en su nivel básico. Es un gran paso en aquella búsqueda científica que ha ido desvelando que las cosas están hechas de átomos, que los átomos están hechos de electrones y núcleos, y que los núcleos están hechos de partículas, a su vez formadas por otras más elementales.

Pero con el Higgs ni termina la investigación ni los físicos han comprendido todo. "El descubrimiento del bosón de Higgs significaría completar el esqueleto esencial del modelo estándar de física de partículas", comenta Enrique Álvarez, catedrático de la UAM. "En cierto sentido implica el cierre de una etapa y el comienzo de otra ya, que sabemos que el modelo estándar no es incompleto al menos por dos razones: las masas de los neutrinos y la existencia de materia oscura". También para Gross es a la vez un final y un principio. "Es el inicio del fin de la búsqueda del Higgs y el inicio de su estudio profundo, porque ahora hay que investigar en detalle sus características".

Ahora los expertos tienen los datos al día de los dos grandes experimentos (Atlas y CMS) y constatan que, seguramente, se están acercando mucho al trofeo. Tardarán todavía en confirmarlo y, si tienen que poner fecha para un resultado definitivo, apuntan a mediados o finales de 2012.

"Las indicaciones de la existencia del bosón de Higgs sugieren dos cosas", comenta De Rújula. "La primera es que hay una institución europea -el CERN- que, muy a pesar de la pérfida Albión, funciona estupendamente desde hace décadas. La segunda es que los españoles contribuimos al CERN, en proporción a nuestro PIB, algo menos de un euro y medio por cabeza por año. Dos buenas lecciones para políticos de toda nacionalidad y despilfarradora índole". En cuanto a los nuevos datos presentados ayer por Atlas y CMS, dice que "han visto la sombra del oso, pero no puede decirse que lo hayan ya cazado".

Un sitio web en el que aprender a formular

En este enlace encontraréis la página AlonsoFórmula, una web en la que prodréis conocer paso a paso el procedimiento para nombrar y formular compuestos químicos. Además, tenéis la posibilidad de hacer ejercicios on line y comprobar vuestros avances.

Os animo a utilizarla como complemento a las clases.

Superconductividad. El Efecto Meissner.

La superconductividad es la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía cercanas a cero en ciertas condiciones, siendo una de éstas, el encontrarse a muy bajas temperaturas, cercanas al cero absoluto (-273ºC). Esta propiedad fue descubierta en 1911 por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes, cuando observó que la resistencia eléctrica del mercurio desaparecía cuando se lo enfriaba a 4º Kelvin (-269 °C).

La aparición del superdiamagnetismo es debida a la capacidad del material de crear supercorrientes. Éstas son corrientes de electrones que no disipan energía, de manera que se pueden mantener eternamente sin obedecer el Efecto Joule de pérdida de energía por generación de calor. Las corrientes crean el intenso campo magnético necesario para sustentar el efecto Meissner. Estas mismas corrientes permiten transmitir energía sin gasto energético, lo que representa el efecto más espectacular de este tipo de materiales. Debido a que la cantidad de electrones superconductores es finita, la cantidad de corriente que puede soportar el material es limitada. Por tanto, existe una corriente crítica a partir de la cual el material deja de ser superconductor y comienza a disipar energía.

Levitación Magnética

Otra de de las características que define a un supercondutor es que el campo magnético inducido por un campo magnético externo débil es cero en su interior cuando éste es enfriado por debajo de su temperatura de transición superconductora. Este efecto es llamado Meissner-Ochsenfel y es el que permite que los imanes leviten sobre un superconductor (diamagnético perfecto).

En la levitación magnética se utiliza nitrógeno líquido en ebullición, que mantiene al superconductor en un estado de resistencia nula, al aproximar su temperatura al cero absoluto. Cuando el imán desciende hacia el superconductor, induce una corriente eléctrica, que a su vez crea un campo magnético opuesto al del imán. Como el superconductor no tiene resistencia eléctrica, la corriente inducida sigue fluyendo y mantiene el imán suspendido indefinidamente.

Aplicaciones

Desde que se descubrieron las primeras piedras con propiedades magnéticas en la ciudad de Magnesia (Asia Menor), el Hombre ha tratado de buscar aplicaciones al sorprendente efecto del magnetismo. El tren de levitación magnética, o maglev, es un tren suspendido en el aire por encima de una vía, entre 10mm y 15 cm, siendo propulsado hacia adelante por medio de las fuerzas magnéticas (atractivas y repulsivas). La ausencia de contacto físico entre el carril y el tren hace que la única fricción sea la del aire, por lo que se pueden conseguir muy altas velocidades con un consumo de energía razonable, el 40% del consumo normal para un vehículo, y a un bajo nivel de ruido. La línea que une Shanghai con su aeropuerto tarda 7 minutos y 20 segundos en recorrer los 30 kilómetros a una velocidad máxima de 431 km/h y una media de 250 km/h. En Alemania se lleva a cabo la construcción del Transrapid, un maglev que unirá las ciudades de Berlín y Hamburgo, con una velocidad máxima de 500 km/h.

Dentro de la levitación magnética otra de las aplicaciones es el almacenamiento de energía mediante los volantes de inercia, ya que permite hacer girar indefinidamente una rueda superconductora inmersa en un campo magnético de manera que almacene la energía mecánica. Este tipo de dispositivo se estudia para la aplicación en trenes o de aerogeneradores (Cedex).Asimismo la levitación también se aplica en medicina cardiovascular con un sistema de asistencia ventricular, compuesto por un Ventrículo de Asistencia centrífugo y un motor, que proporciona soporte temporal en caso de insuficiencia cardiaca o de fallo ventricular.

Los superconductores también se utilizan como detectores de campos electromagnéticos muy débiles (hasta 100 mil millones de veces más débiles que el campo geomagnético de la Tierra), pudiendo utilizarse en el estudio de señales electromagnéticas generadas por el cerebro.

El próximo estadio en la evolución de los supercomputadoras se denomina computación cuántica, que utilizando las propiedades de la superconductividad podrá alcanzar velocidades 250 más veloces que los actuales supercomputadoras.

Fuente: http://www.cienciapopular.com/n/Ciencia/Superconductividad/Superconductividad.php

¿Cómo ves la ciencia?

Fotografía ganadora de la edición de 2011

¿Cómo ves la Ciencia? es un concurso convocado por la Red de Universidades Valencianas para el fomento de la Investigación, el Desarrollo y la Innovación (RUVID), en colaboración con las siete universidades de la Comunitat Valenciana.

El objetivo de este concurso es motivar la reflexión del público en general sobre la ciencia y la tecnología a través de la fotografía.

En esta página web podrás conocer las bases y participar en el concurso. En la sección galería podrás visualizar todas las fotografías que participan en el concurso: www.ruvid.org/comoveslaciencia

Modelos tridimensionales de enlace químico

4º A

Si pincháis en el título de este post, accederéis a una aplicación java que os permitirá explorar estructuras moleculares y cristalinas iónicas y covalentes

Cuasicristales, osadía, tesón y belleza

4º A

JUAN MANUEL GARCÍA RUIZ - El País - 12/10/2011

Belleza es sinónimo de simetría, de orden, y de eso va la cristalografía. Los cristales no son otra cosa que apilamientos ordenados de pedacitos idénticos de materia (átomos, moléculas, macromoléculas ...). No vemos ese orden íntimo porque esos pedacitos de materia son demasiado pequeños para nuestros ojos, e incluso para nuestros microscopios, pero podemos reconocer el resultado de ese orden regular en las subyugantes y angulosas formas externas de los cristales. Y podemos notarlo a diario por las propiedades derivadas de ese orden interno: en alimentos que comemos, en medicinas que tomamos, en dispositivos tecnológicos que usamos, o en los huesos que nos mantienen erguidos. Casi todo está basado en cristales.

¿Cuántos tipos de cristales existen? Es decir, ¿de cuantas formas distintas puede ordenarse la materia? Aunque parezcan ilimitadas, lo cierto es que son muy pocas las opciones para rellenar ordenadamente un espacio repitiendo periódicamente una misma pieza. Por ejemplo, si queremos rellenar una superficie lo podemos hacer con rectángulos, con triángulos, con cuadrados o con hexágonos, pero no con pentágonos. Por eso no venden losetas pentagonales, o si las venden, se combinan con los rombos necesarios para rellenar los inevitables huecos entre pentágonos. Desde el siglo XIX, la cristalografía goza de una preciosa demostración de que hay únicamente 17 formas distintas de alicatar una superficie, formas que se pueden disfrutar visitando la Alhambra, ya que eran conocidas por los geómetras árabes. Y también se demuestra que sólo existen 230 formas distintas de empaquetar periódicamente un volumen con unidades idénticas. Ni una más, ni una menos.

Los cristalógrafos comprobamos ese orden cuando iluminamos un cristal con un haz de electrones, neutrones o rayos X. Entonces el cristal genera (difractando la luz) bellas constelaciones de puntos que muestran la simetría del ordenamiento. Y siempre esas constelaciones coinciden, como manda la teoría, con una de las 230 formas distintas de empaquetamiento. Siempre con simetría de orden uno, dos, tres, cuatro o seis. Nunca con ejes de rotación de orden cinco, ni más de seis.

Hace 29 años, durante una estancia sabática en Estados Unidos, el israelí Daniel Shechtman realizaba uno más de los estudios de difracción que se hacen a diario, cuando observó que su constelación de puntos tenía una simetría de orden cinco: ¡pentágonos! Un científico que no mereciera un Nobel habría pensado que había cometido un error, y se hubiera olvidado de ello. Dan Shechtman no. Lo revisó una y otra vez y se lo contó a sus colegas de laboratorio. Ellos le dijeron que eso era imposible y que él debería saberlo. Repitió los experimentos, comprobó una y otra vez los resultados y trató de publicarlos sin éxito. Los publicó dos años después con ayuda de otros colegas.

Les asaetearon con duras críticas, incluyendo la de cristalógrafos y químicos tan excelsos como Linus Pauling, dos veces laureado con el Nobel. ¡Cómo iba a ser errónea una teoría cerrada y probada durante más de un siglo! Le resultó difícil seguir investigando, pero no cejó en el empeño.

Más tarde, otros colegas descubrieron muchos más casos similares que también rompían la simetría canónica de la cristalografía. La explicación estaba en algo que los matemáticos habían encontrado unos años antes: que las superficies y los volúmenes pueden rellenarse completamente siguiendo pautas regulares pero no necesariamente, periódicamente perfectas. Por ejemplo, pueden hacerlo con simetría de dilatación, siguiendo pautas como la serie de Fibonacci, ligada al famoso número de oro, para algunos el canon geométrico de belleza.

Lo que Shechtman había encontrado eran los primeros materiales que -contra todo pronóstico- estaban ordenados cuasi periódicamente, es decir, los cuasicristales. Ya se le busca a este descubrimiento aplicaciones como materiales antiadherentes, aislantes y en la fabricación de aceros de alta tecnología. Pero eso cuenta poco en este caso. Lo que importa es que la tenacidad de este israelí ha roto una teoría considerada cerrada, intachable e intocable, mostrando que aún le queda larga vida a la cristalografía y que el mundo que tenemos ahí afuera, cada vez se revela menos discreto, menos compartimentado y clasificable y más continuo de lo que parecía.

Este Nobel de Química es un premio a la mera curiosidad, el motor de todo descubrimiento. Y también una llamada de atención para los jóvenes científicos. Como el propio Shechtman aconseja, "si encuentras algo radicalmente nuevo, defiéndelo". Te lloverán las críticas, y serán más duras cuanto más heterodoxo sea tu hallazgo. Si estás en lo cierto, al final te darán la razón. Y si no, todos habremos aprendido mucho en el camino.

Juan Manuel García Ruiz es investigador del CSIC y director del Master on Crystallography and Crystallization del CSIC y la Universidad Internacional Menéndez Pelayo.

Enlace Químico

4º A


Aquí tenéis un pequeño video que nos explica de forma sencilla cómo se producen los diferentes tipos de enlace químico.

Nobel de Química 2011 para los cuasicristales

Daniel Shechtman recibe el galardón en solitario por un descubrimiento de hace 30 años que fue muy controvertido

EL PAÍS - Madrid - 05/10/2011

Daniel Shechtman, científico del Instituto de Tecnología de Haifa (Israel), recibe este año el Premio Nobel de Química, en solitario, por el descubrimiento de los cuasicristales, según ha anunciado la Real Academia de Ciencias Sueca.

Shechtman, nacido en Tel Aviv hace 70 años, hizo el descubrimiento en 1982, trabajando en Estados Unidos durante un año sabático, en el NIST (U.S. National Institute of Standars and Technology), ha comentado el comité Nobel al presentar el galardón.

"En los cuasicristales encontramos los fascinantes mosaicos del mundo árabe reproducidos al nivel de átomos: patrones regulares que nunca se repiten a si mismo", explica la Academia sueca. "Sin embargo la configuración descubierta en los cuasicristales se consideraba imposible y Shechtman tuvo que luchar una dura batalla contra la ciencia establecida", añaden los académicos. El hoy trabajo premiado alteró fundamentalmente la concepción de los químicos acerca de la materia sólida.

Se creía que en la materia sólida los átomos estarían dentro de los cristales siguiendo un patrón simétrico que se repetiría periódicamente una y otra vez. Para los cíentíficos, se requería la repetición para obtener un cristal. Por ello, cuenta la Fundación Nobel que la imagen que surgió en el microscopio electrónico ante los ojos de Shechtman, en la mañana del 8 de abril de 1982, contradecía las leyes de la naturaleza. Los átomos en el cristal de esa imagen formaban un patrón que no podía repetirse y que, en teoría, era imposible. El descubrimiento fue, por supuesto, muy controvertido, hasta el punto de que, ante la defensa insistente que hizo el hoy galardonado con la máxima distinción de la ciencia en su especialidad, se le pidió entonces que abandonara el grupo de investigación. Finalmente la comunidad científica tuvo que capitular ante la evidencia y reconsiderar el concepto que se tenía de la naturaleza de la materia.

"Cuando los científicos describen los cuasicristales de Shechtman, utilizan un concepto derivado de las matemáticas y del arte: el número áureo, que despertó el interés incluso de los matemáticos de la Antigua Grecia. En los cuasicristales, por ejemplo, la relación entre distancias entre átomos está relacionada con ese número áureo", continúa la explicación del Premio Nobel. Tras el descubrimiento de Shechtman, otros investigadores han hecho distintos tipos de cuasicristales en laboratorio e incluso han descubierto algunos en la naturaleza, en muestras de minerales de un río en Rusia. Los cuasicristales también han saltado al mundo industrial.

¿Tienes madera de científic@?

P.D.C. 2

Bueno, ya en clase hemos visto cómo se os da esto de diseñar experimentos para comprobar las hipótesis que nos planteamos.

Vuestro primer experimento será muy sencillo: comprobar cómo influye la temperatura en la velocidad de germinación de las judías. Para ello debéis utilizar dos vasos de vidrio iguales, dos trozos de algodón, agua, papel de aluminio, una nevera, un armario y una cámara de fotos. 

El experimento consiste en comprobar la diferencia (si existiese) en la germinación de dos semillas de alubias. La primera de ellas la colocaremos en un vaso con un trozo húmedo de algodón. Después, envolveremos el vaso con papel de alumnio y lo meteremos en el frigorífico. Una vez al día, sacaremos el vaso de la nevera y fotografiaremos la alubia. Con la segunda alubia haremos exactamente lo mismo, salvo que el vaso lo guardaremos en un armario de la cocina.

Tened en cuenta que la única diferencia entre los dos medios debe ser la temperatura. Las condiciones de humedad y luz deben ser las mismas.

El experimento finalizará tras dos semanas. Cuando tengáis las fotos me las enviáis ordenadas por fecha y temperatura con vuestro nombre a la dirección de correo: fisicayquimica1b@yahoo.es

¡Ánimo, jóvenes científic@s!

Animaciones en Java para estudiar Física

Si pincháis en la imagen superior, encontraréis una estupenda página para visualizar, mediante aplicaciones JAVA, distintos fenómenos físicos que estudiamos en la asignatura. Es una excelente herramienta para entender y aplicar los conceptos fundamentales de la Física.

2011, año internacional de la química

2011 es el Año Internacional de la Química, la celebración a nivel mundial de los logros de la Química y su contribución al bienestar de la Humanidad.

La declaración de 2011 como Año Internacional de la Química es una iniciativa de la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, en sus siglas en inglés) y la UNESCO, y fue decretada por la Asamblea General de Naciones Unidas el 30 de diciembre de 2008.

Bajo el Lema “Chemistry: our life, our future” (“Química – nuestra vida, nuestro futuro”), las metas de esta conmemoración son: incrementar la apreciación pública de la Química como herramienta fundamental para satisfacer las necesidad de la sociedad, promover el interés por la química entre los jóvenes, y generar entusiasmo por el futuro creativo de la química.

El año 2011 coincide con el centenario del Premio Nobel de Química otorgado a Marie Curie y de la fundación de la Asociación Internacional de Sociedades Químicas. La conmemoración enfatiza la contribución de la química como ciencia creativa esencial para mejorar la sostenibilidad de nuestros modos de vida y para resolver los problemas globales y esenciales de la Humanidad, como la alimentación, el agua, la salud, la energía o el transporte.

A lo largo de 2011 se celebrarán en todo el mundo actividades conmemorativas del Año Internacional de la Química, que incidirán en diversos ámbitos y estarán dirigidas a públicos de todas las edades.