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miércoles, 26 de julio de 2017

Los Neutrinos

Los Neutrinos

Antes los científicos creían que los neutrinos eran partículas que no tenían masa, pero estudios posteriores revelaron que su masa es menos de una milmillonésima parte de la de un átomo de hidrógeno. Por ello, la interacción del neutrino con las demás partículas es mínima, lo que les permite pasar a través de la materia ordinaria sin apenas perturbarla.

Aunque su existencia fue predicha por el físico Wolfgang Pauli en 1931 (arriba, derecha), para que se cumplieran las leyes de conservación de la energía y el momento en ciertos decaimientos radiactivos, deben su nombre al físico italiano Enrico Fermi (abajo, derecha), quien desarrolló la teoría del decaimiento radioactivo en 1934, incluyendo a la partícula de Pauli, a que bautizó como neutrino. De todas las partículas de alta energía los neutrinos que interactúan débilmente son los únicos capaces de dar pistas sobre lo que ocurre en procesos de muy alta energía y de aportar datos astronómicos sobre los confines del universo. Los neutrinos viajan esencialmente a la velocidad de la luz y no son afectados por campos magnéticos, sólo por la fuerza subatómica o nuclear débil que es de mucho menor alcance que las fuerzas electromagnéticas, que actúan por ejemplo. entre los electrones, y por la fuerza gravitatoria que es la más débil de todas las fuerzas. Por ende son capaces de viajar distancias enormes en la materia sin ser afectados por ésta. Esta elusiva partícula pudo ser detectada en el laboratorio recién en 1956, y F. Reines fue galardonado por el Premio Nobel en 1995 a raíz de este descubrimiento.



Estos neutrinos se comportan en forma diferente según la partícula cargada a la cual estén asociados, así se los clasifica en tres clases o sabores: el neutrino electrónico asociado al electrón, el muónico asociado al muón y el tau, asociado a la partícula tau. La comprobación de la masa del neutrino implicó la posibilidad de transformaciones de un tipo de neutrino en otro, fenómeno que se conoce como oscilación de neutrinos.

La mayoría de los neutrinos que están en el universo actual fueron originados hacer alrededor de 15 billones de años, después del Big Bang. Desde ese entonces el universo se está expandiendo y enfriando, y la enorme cantidad de neutrinos existentes forman el llamado fondo de radiación cósmica cuya temperatura es de 1,9 grados Kelvin, es decir -271,2 grados centígrados. El Sol es la fuente más importante de producción de neutrinos, que se producen en su interior por desintegración radiactiva y escapan atravesando también la Tierra. Otros neutrinos se producen constantemente en las centrales nucleares, aceleradores de partículas, durante fenómenos atmosféricos, o nacimiento y muertes de estrellas, así como en explosiones de supernovas.



La mayoría de los neutrinos que están en el universo actual fueron originados hacer alrededor de 15 billones de años, después del Big Bang. Desde ese entonces el universo se está expandiendo y enfriando, y la enorme cantidad de neutrinos existentes forman el llamado fondo de radiación cósmica cuya temperatura es de 1,9 grados Kelvin, es decir -271,2 grados centígrados. El Sol es la fuente más importante de producción de neutrinos, que se producen en su interior por desintegración radiactiva y escapan atravesando también la Tierra. Otros neutrinos se producen constantemente en las centrales nucleares, aceleradores de partículas, durante fenómenos atmosféricos, o nacimiento y muertes de estrellas, así como en explosiones de supernovas.



martes, 25 de julio de 2017

Gravedad

La Gravedad


La gravedad es la fuerza que te mantiene con los pies sobre la Tierra y en su sentido más literal, nada de figuraciones. Básicamente, ésta es la idea que todos nos representamos al pensar en qué es la gravedad, ¿no es así? Pues te invito a que ampliemos nuestros conocimientos un poco más, profundizando en las características que definen la gravedad.



En realidad, no lo sabemos concretamente. No obstante, llamamos así a la fuerza que atrae a dos cuerpos, uno hacia el otro. Es la fuerza que hace que las cosas se caigan y también es la misma que hace que los planetas orbiten alrededor del Sol. Se trata de una de las cuatro interacciones elementales del universo y mientras más grande sea un objeto, mayor será esa fuerza, mayor atracción gravitacional habrá.

Dicho de otro modo, podemos definir la gravedad como un campo de influencia porque así lo observamos en el universo y pese a que muchos científicos aseguran que tiene una composición afirmando que está hecha de partículas (gravitones) que viajan a la velocidad de la luz, en realidad no sabemos ni que es ni cómo está compuesta realmente, sólo sabemos cómo se comporta

Lo que hasta ahora hemos podido describir acerca del comportamiento de la gravedad o de los efectos que esta fuerza provoca es que genera una fuerza de atracción entre dos masas, dos cuerpos o dos partículas. Lejos de ser una fuerza que sólo actúe entre los objetos y la Tierra, la fuerza de gravedad se encuentra en todo el universo.






Uno de nuestros científicos favoritos, Sir Isaac Newton (1642-1727), descubrió que para que la velocidad y la dirección de un objeto pueda cambiar, se necesita de una fuerza determinada. Del mismo modo, descubrió que una fuerza llamada gravedad era la responsable de la caída de las cosas, ya sea una manzana, un ser humano o cualquier otra cosa. Así Newton fue capaz de demostrar cómo esa fuerza es la que a su vez mantiene a los Hombres y los animales pegados a la Tierra mientras ésta gira, además de deducir que esta fuerza existe entre todos los objetos y cuerpos por igual.

La Ley de gravitación universal de Newton es una forma matemática de describir cómo los cuerpos se atraen entre sí, es decir, cómo funciona la gravedad entre los cuerpos. La ecuación gravitacional manifiesta que la fuerza de la gravedad es proporcional al producto de dos masas (m1 y m2) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (r) entre sus centros de masa. De este modo, desde la matemática lo vemos así:

G es la constante de gravitación y tiene un valor de 6,6726 x 10-11 m3 kg-1 s-2. El efecto de la gravedad se extiende entonces desde cada objeto en el espacio en todas direcciones y a una distancia infinita. No obstante, es importante tener en cuenta que la fuerza de la gravedad se reduce fácil y rápidamente a medida que aumenta la distancia. Ninguno de nosotros es consciente de la fuerza de gravedad que el Sol ejerce sobre nuestro planeta y ello se debe a la poca distancia que existe entre la Tierra y el gran astro (así de diminutos somos), sin embargo, esa fuerza es la que mantiene a nuestro planeta orbitando en el Sistema Solar y es la misma fuerza la que mantiene a la Luna orbitando la Tierra. Tampoco somos conscientes de la gravedad lunar, pero podemos apreciar su comportamiento si tenemos en cuenta los efectos que ésta produce en las mareas.

Agujeros Negros

Agujeros Negros


Teniendo en cuenta esa masa y la distancia de la superficie al centro se demuestra que cualquier objeto colocado sobre la superficie del Sol estaría sometido a una atracción gravitatoria unas 28 veces superior a la gravedad terrestre en la superficie del planeta.

Una estrella corriente conserva su tamaño normal gracias al equilibrio entre una altísima temperatura central, que tiende a expandir la sustancia estelar, y la gigantesca atracción gravitatoria, que tiende a contraerla y estrujarla.

Si en un momento dado la temperatura interna desciende, la gravitación se hará dueña de la situación. La estrella comienza a contraerse y a lo largo de ese proceso la estructura atómica del interior se desintegra. En lugar de átomos habrá ahora electrones, protones y neutrones sueltos. La estrella sigue contrayéndose hasta el momento en que la repulsión mutua de los electrones contrarresta cualquier contracción ulterior.
La estrella es ahora una «enana blanca». Si una estrella como el Sol sufriera este colapso que conduce al estado de enana blanca, toda su masa quedaría reducida a una esfera de unos 16.000 kilómetros de diámetro, y su gravedad superficial (con la misma masa pero a una distancia mucho menor del centro) sería 210.000 veces superior a la de la Tierra.



En determinadas condiciones la atracción gravitatoria se hace demasiado fuerte para ser contrarrestada por la repulsión electrónica. La estrella se contrae de nuevo, obligando a los electrones y protones a combinarse para formar neutrones y forzando también a estos últimos a apelotonarse en estrecho contacto. La estructura neutrónica contrarresta entonces cualquier ulterior contracción y lo que tenemos es una «estrella de neutrones», que podría albergar toda la masa de nuestro sol en una esfera de sólo 16 kilómetros de diámetro. La gravedad superficial sería 210.000.000.000 veces superior a la que tenemos en la Tierra.

En ciertas condiciones, la gravitación puede superar incluso la resistencia de la estructura neutrónica. En ese caso ya no hay nada que pueda oponerse al colapso. La estrella puede contraerse hasta un volumen cero y la gravedad superficial aumentar hacia el infinito.

Según la teoría de la relatividad, la luz emitida por una estrella pierde algo de su energía al avanzar contra el campo gravitatorio de la estrella. Cuanto más intenso es el campo, tanto mayor es la pérdida de energía, lo cual ha sido comprobado experimentalmente en el espacio y en el laboratorio.

La luz emitida por una estrella ordinaria como el Sol pierde muy poca energía. La emitida por una enana blanca, algo más; y la emitida por una estrella de neutrones aún más. A lo largo del proceso de colapso de la estrella de neutrones llega un momento en que la luz que emana de la superficie pierde toda su energía y no puede escapar.

Materia Oscura

Materia Oscura


La materia oscura apareció en el radar de la mayoría de los científicos en 1974, gracias a las observaciones de la astrónoma estadounidense Vera Rubín, quien notó que las estrellas que orbitan alrededor de los agujeros negros en el centro de las galaxias en espiral como la nuestra lo hacen a la misma velocidad, independientemente de la distancia a la que se encuentran del centro.



Esto no debería ocurrir, y no pasa aparentemente en sistemas comparables como nuestro Sistema Solar, en el que la velocidad de los planetas atrapados por la gravedad de la órbita solar se ralentiza cuanto más lejos se encuentran de la estrella.
Neptuno, por ejemplo, demora 165 años terrestres en dar una vuelta al Sol.
Esto es lo que nuestro entendimiento de la gravedad nos dice que debería ocurrir.
Las estrellas observadas por Rubín moviéndose a la misma velocidad fueron una sorpresa: tenía que haber algo más allí -que provea más gravedad- de lo que podemos ver. Materia oscura.



La materia oscura, entonces, es un término genérico para eso (materia) que debe estar allí, pero que no podemos ver (oscura). Pero los científicos, realmente, no saben qué es.
Esto no quiere decir que no se haya progresado en el tema. Se cree ahora que la materia oscura no es sencillamente materia ordinaria formada por gas y polvo de estrellas muertas que es oscura sólo porque no brilla.
Hay un consenso en que es un miasma (aún no identificado) de partículas fundamentales como los quarks y los gluones que conforman los átomos con los que estamos mucho más familiarizados.



En los años 80, Frenk y sus colegas anunciaron que la materia oscura debía ser del tipo Wimp, y que además, tenía que ser "fría".
En su momento fue una propuesta controvertida. Pero, recientemente, Frenk añadió modelos computarizados a esta teoría, creando universos.
"Es un proceso simple", dice. "Lo único que necesitas es gravedad y asumir una pocas cuestiones básicas".
Dos son clave. Una es que la materia oscura es de la variedad WIMP y que es fría.
Los universos que surgen de su computadora son indistinguibles del nuestro, lo cual apoya la teoría de la materia oscura fría.
Y, porque es parte de la simulación, puede hacerse visible.
La revelación de lo invisible. "Casi puedes tocarla", dice entusiasmado Frenk.