resultados de una desintegración señalan nueva física.

Los datos recientemente analizados provenientes del experimento BaBar (ver aquí) pueden sugerir posibles fallos en el Modelo Estándar de física de partículas, la descripción actual de cómo funciona el universo a escalas subatómicas. Los datos del BaBar, un experimento de física de alta energía con sede en el SLAC National Accelerator Laboratory del Departamento de Energía (DOE) de EE.UU. , muestran que un tipo particular de decaimiento de partículas llamado " B a D-star-tau-nu "ocurre con más frecuencia de lo que el Modelo Estándar,predice.

los últimos resultados del experimento Babar podrían suponer un exceso sobre las predicciones del modelo estándar de un tipo particular de desintegración llamado “B to D-star-tau-nu.”.En la representación artística un electrón y un positrón colisionan resultándo en un mesón B (no mostrado) y un antimesón B bar el cual entonces se desintegra en un mesón D y en un leptón tau asi como también un más pequeño antineutrino.Crédito.Image by Greg Stewart, SLAC National Accelerator Laboratory.

En este tipo de desintegración , una partícula llamada el mesón B-bar (antimesón B) se desintegra en un mesón D, un antineutrino y un leptón tau. Si bien el nivel de certeza del exceso (3,4 sigma en lenguaje estadístico) no es suficiente para reclamar una ruptura con el modelo estándar, los resultados son un signo potencial de algo fuera de lugar y es probable que repercuta en las teorías existentes, incluidas las que tratan de deducir la propiedades de los bosones de Higgs.

"El exceso sobre la predicción del modelo estándar es muy emocionante ", dijo el portavoz de Babar, Michael Roney, profesor de la Universidad de Victoria en Canadá. Los resultados son significativamente más sensible que los estudios publicados con anterioridad de estos decaimientos, dijo Roney. "Pero antes de poder reclamar un descubrimiento real, otros experimentos tienen que replicarlo y descartar la posibilidad de que esto no es más que una fluctuación estadística poco probable."

El experimento BaBar , que recogió datos de colisiones de partículas desde 1999 hasta 2008, fue diseñado para explorar varios misterios de la física de partículas, incluyendo por qué el universo contiene materia, pero no antimateria . Los datos de la colaboración ayudaron a confirmar una teoría de la materia-antimateria en las que dos investigadores ganaron el Premio Nobel de Física del 2008 (ver aquí) .

Las investigaciones continúan para aplicar los datos de BaBar a una variedad de preguntas en la física de partículas . Los datos, por ejemplo, han planteado más preguntas acerca de los bosones de Higgs, que surgen del mecanismo el cual se cree otorga a las partículas fundamentales su masa. Los bosones de Higgs se prevé que interactuen más fuertemente con las partículas más pesadas, tales como los mesones B, mesones D, y los leptones tau en el estudio de Babar - que con otras más ligeras, pero el bosón de Higgs postulado por el Modelo Estándar no puede estar involucrado en esta desintegración.

"Si el exceso de desintegraciones mostrado se confirma, será interesante averiguar qué lo está causando", dijo el coordinador de física de BaBar Abner Soffer, profesor asociado de la Universidad de Tel Aviv. Otras teorías que implican una nueva física están a la expectativa, pero los resultados de BaBar ya descartan un modelo importante que se llama el "modelo de dos dobletes de Higgs".

"Esperamos que nuestros resultados estimularán la discusión teórica acerca de lo que los datos nos están diciendo sobre una nueva física", agregó Soffer.

Los investigadores también esperan que sus colegas de la colaboración Belle, que estudia los mismos tipos de colisiones de partículas, vean algo similar, dijo Roney. "Si lo hacen, la importancia combinada podría ser lo suficientemente contundente como para sugerir la forma en que finalmente podamos ir más allá del Modelo Estándar ".





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http://phys.org/news/2012-06-babar-hint-standard.html

energía oscura,materia oscura ....... magnetismo oscuro?

Hay un nuevo sospechoso en la búsqueda de la misteriosa fuerza que desgarra el cosmos

Estaremos solos en los días finales del cosmos. Su inmensidad resplandeciente lentamente se desvanecerá a medida que las innumerables galaxias retrocedan más allá del horizonte de nuestra visión. Decenas de miles de millones de años a partir de ahora, sólo un grupo denso de galaxias cercanas se quedarán, contemplando el espacio vacío.

Ese futuro sombrío se produce porque el espacio se está expandiendo cada vez más rápido, permitiendo que las regiones distantes, se deslizen a través del límite a partir del cual la luz no tiene tiempo para llegar hasta nosotros. Llamamos al autor de este infortunio energía oscura, pero no estamos cercanos en descubrir su identidad. Podría el culpable ser una fuerza repulsiva que se desprende de la energía del espacio vacío, o tal vez una modificación de la gravedad en las escalas más grandes? Cada opción tiene sus encantos, pero también problemas profundos.

Pero ¿y si esa fuerza misteriosa que aparece con la luz del cosmos es un eco extraño de la luz misma? La luz es sólo una expresión de la fuerza del electromagnetismo, y las vastas ondas electromagnéticas de una especie prohibida por la física convencional, con longitudes de onda de billones de veces más grande que el universo observable, podrían explicar la presencia nefasta de la energía oscura. Esa es la idea audaz de dos cosmólogos que piensan que las ondas de este tipo también podrían dar cuenta de los campos magnéticos misteriosos que vemos hilando a través de incluso las más vacías partes de nuestro universo. Versiones más pequeñas podrían estar emanando desde los agujeros negros en nuestra galaxia.

Son casi dos décadas desde que nos dimos cuenta de que el universo se está expandiendo aceleradamente . El descubrimiento surgió de las observaciones de supernovas que eran más tenue, y por lo tanto más lejanas,de lo que se esperaba, y ganaron sus descubridores el premio Nobel de Física en el 2011.

El primer sospechoso en el misterio de la energía oscura es la constante cosmológica, una energía que no cambia que podría surgir desde la espuma de corta duración,de las partículas virtuales que, de acuerdo a la teoría cuántica están eferveciendo alrededor constantemente desde el espacio vacío.

Para causar la aceleración cósmica que vemos, la energía oscura tendría que tener una densidad de energía de alrededor de medio julio por kilómetro cúbico de espacio. Sin embargo cuando los físicos trataron de sumar la energía de todas esas partículas virtuales, ,el resultado fue ya sea exactamente igual a cero (lo cual es malo), o algo tan enorme que el espacio vacío rasgaría toda la materia en fragmentos (lo cual es muy malo). En este último caso el resultado fue la asombrosa cifra de 120 órdenes de magnitud por encima del valor esperado , convirtiendola en la menos precisa predicción de toda la física.

Este obstáculo ha enviado a algunos investigadores por otro camino. Ellos argumentan que en la energía oscura lo que estamos viendo es una cara completamente nueva de la gravedad. A distancias de muchos miles de millones de años luz, ella podría pasar de ser atractiva a repulsiva.

Pero es peligroso ser tan displicente con la gravedad. La teoría general de la relatividad de Einstein describe la gravedad como la curvatura del espacio y el tiempo, y predice los movimientos de los planetas y las naves espaciales en nuestro propio sistema solar con una exactitud rígida. Al tratar de cambiar la teoría para que se ajuste a la aceleración en una escala cósmica, lo que se consigue son imprecisiones en las escalas cercanas.

Eso no ha impedido a muchos físicos perseverar en esta vía. Hasta hace poco, José Beltrán y Antonio Maroto estaban entre ellos. En el año 2008 en la Universidad Complutense de Madrid, España, ellos estaban jugando con una versión particular de un modelo de gravedad mutante llamada la teoría del vector-tensor, la cual ellos habían encontrado podría imitar a la energía oscura (ver aquí y aquí. Luego vino una repentina realización. La nueva teoría se suponía que describe a una versión extraña de la gravedad, pero sus ecuaciones tenían un extraño parecido con algunas de las matemáticas que subyacen a otra fuerza. "Se veían como el electromagnetismo", dice Beltrán, ahora en la Universidad de Ginebra en Suiza. "Empezamos a pensar que podría haber una conexión."

la teoría del magnetismo oscuro sugiere que un período de inflación en el temprano universo podría haber desencadenado modos de luz cuyas longitudes de onda son simplemente demasiado grandes para que ellas sean observadas.Crédito.Newscientist.

Así que decidíeron ver qué pasaría si sus matemáticas no describían a las masas y el espacio-tiempo, sino al magnetismo y las tensiones. Eso significaba hacer una mirada nueva al electromagnetismo. Como la mayor parte de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, el electromagnetismo se entiende mejor como un fenómeno en el que las cosas se cortan en trozos pequeños, o cuantos. En este caso los cuantos son los fotones: partículas sin masa y sin carga eléctrica que transportan a los fluctuantes campos eléctricos y magnéticos que apuntan en ángulo recto a su dirección de movimiento.

Esta descripción, llamada electrodinámica cuántica o QED, puede explicar una amplia gama de fenómenos, desde el comportamiento de la luz a las fuerzas que unen las moléculas entre sí. La QED podría decirse que ha sido probada con más precisión que cualquier otra teoría física, pero tiene un oscuro secreto. Ella quiere intercambiar no sólo a los fotones, sino también a otras dos entidades, alienígenas.

El primer tipo es una onda en la cual los campos eléctricos apuntan a lo largo de la dirección del movimiento, en lugar de en ángulo recto como lo hace con fotones ordinarios. Este modo longitudinal se mueve más bien como una onda de sonido en el aire. El segundo tipo, denominado un modo temporal, no tiene campo magnético. En cambio, es una onda de potencial eléctrico puro, o de tensión. Al igual que todas las entidades cuánticas, estas ondas vienen en paquetes de partículas, formando dos nuevos tipos de fotones.


Como nunca hemos visto en realidad ninguno de estos fotones alienígenas, los físicos descubrieron una manera de ocultarlos. Ellos existen ocultos usando una solución matemática llamada la condición de Lorenz, lo cual significa que todos sus atributos son siempre iguales y opuestos, cancelandose el uno al otro exactamente. "Ellos están ahí, pero no se les puede ver", dice Beltrán.


La teoría de Beltrán y Maroto se veía como el electromagnetismo, pero sin la condición de Lorenz. Así que trabajaron a través de sus ecuaciones para ver qué implicaciones cosmológicas podían tener.

Las ondas extrañas normalmente desechadas por la condición de Lorenz pueden aparecer como breves fluctuaciones cuánticas-ondas virtuales en el vacío - y luego desaparecer de nuevo. En los primeros momentos del universo, sin embargo, se cree que un episodio de expansión violenta llamada inflación, fue impulsado por una muy poderosa gravedad repulsiva. La fuerza de esta expansión tomó todo tipo de fluctuaciones cuánticas y las amplificó enormemente. Esto creo ondulaciones en la densidad de la materia que con el tiempo fueron semillas de las galaxias y otras estructuras en el universo.

Fundamentalmente, la inflación también podría haber impulsado las nuevas ondas electromagnéticas. Beltrán y Maroto encontraron que este proceso dejaría grandes modos temporales: ondas de potencial eléctrico, con longitudes de onda de varios órdenes de magnitud más grandes que el universo observable. Estas ondas contienen algo de energía, pero debido a que son tan grandes no las percibimos en forma de ondas en lo absoluto. Así que su energía sería invisible y oscura ... tal vez, la energía oscura?

Beltrán y Maroto llamaron a su idea magnetismo oscuro (ver aquí). A diferencia de la constante cosmológica, puede ser capaz de explicar la cantidad real de energía oscura en el universo. La energía en aquellos modos temporales dependía del tiempo exacto en el cual la inflación había comenzado. Un momento plausible es alrededor de 10 billonésimas de segundo después del Big Bang, cuando el universo se enfrió por debajo de una temperatura crítica y el electromagnetismo se separó de la fuerza nuclear débil para convertirse en una fuerza en sí misma. La física habría sufrido una repentina torcedura, lo suficiente tal vez para dar el impulso a la inflación.

Si la inflación ocurrió en esta "transición electrodébil", Beltrán y Maroto calculan que habría producido modos temporales con una densidad de energía cercanas a la de la energía oscura. La correspondencia es sólo dentro de un orden de magnitud, lo cual no puede parecer todo lo que se precisa. En comparación con la constante cosmológica, sin embargo, es ligeramente milagrosa.

La teoría también podría explicar la misteriosa existencia a gran escala cómica de campos magnéticos. Dentro de las galaxias vemos la marca inconfundible de los campos magnéticos cuando retuercen la polarización de la luz. Aunque la turbulenta formación y crecimiento de las galaxias podría impulsar un campo ya existente, ¿no es evidente de dónde ese campo semilla habría venido.

Más extraño aún, los campos magnéticos parecen haberse infiltrado en los más vacíos desiertos del cosmos. Su influencia se notó en el 2010 por Andrii Neronov y Vovk Ievgen del Observatorio de Ginebra (ver aquí) . Algunas galaxias distantes emiten ampollas de rayos gamma con energías en el rango de teraelectronvolt. Estos enormemente energéticos fotones deberían influenciar el fondo de la luz de la estrellas en su camino hacia nosotros, creando electrones y positrones que a su vez impulsarán a otros fotones gamma hasta energías de unos 100 gigaelectronvoltios. El problema es que los astrónomos ven relativamente poco de esta radiación secundaria. Neronov y Vovk sugieren que se debe a que un campo magnético esta aleatoriamente doblando la trayectoria de los electrones y positrones, por lo que su emisión es más difusa (ver aquí).

"Es difícil de explicar los campos magnéticos cósmicos en las escalas más grandes por los mecanismos convencionales", dice el astrofísico Larry Widrow la Universidad de Queen en Kingston, Ontario, Canadá. "Su existencia en los vacios podrían indicar un mecanismo exótico". Una sugerencia es que defectos gigantes en el espacio-tiempo llamadas cuerdas cósmicas los estarían estimulando.

Con el magnetismo oscuro, tal solución viscosa sería superflua. Además de los modos temporales gigantescos, el magnetismo oscuro también debería dar lugar a pequeñas ondas longitudinales rebotando en todo el cosmos. Estas ondas podrían generar magnetismo en las escalas más grandes de los vacíos.

Para empezar, Beltrán y Maroto tenían algunas dudas. "Siempre es peligroso modificar una teoría bien establecida", dice Beltrán. Sean Carroll, cosmólogo del Instituto Tecnológico de California en Pasadena, se hace eco de esta preocupación. "Están haciendo una violencia extrema con el electromagnetismo. Hay todo tipo de peligros que las cosas pueden salir mal", dice. Esta intromisión podría fácilmente originar absurdos, prediciendo de que las fuerzas electromagnéticas son diferentes de lo que realmente vemos.

El dúo pronto se tranquilizó, sin embargo. Aunque la teoría significa que los modos temporales y longitudinales pueden manifestarse, lo único que puede generarlos es un campo gravitatorio ultra-fuerte, como el campo de repulsión que surgió en la época de la inflación. Así que dentro del átomo, en todos nuestros experimentos de laboratorio, y fuera de allí entre los planetas, el electromagnetismo se lleva a cabo en la misma forma como se predice en la QED.


Carroll no está convencido. "Me parece una posibilidad remota", dice. Sin embargo, otros están de acuerdo. Gonzalo Olmo, un cosmólogo de la Universidad de Valencia,en España, al principio estaba escéptico, pero ahora está entusiasmado. "La idea es fantástica. Si cuantizamos los campos electromagnéticos en un universo en expansión, el efecto sigue de forma natural."

Entonces, ¿cómo podríamos saber si la idea es la correcta? El magnetismo oscuro no es tan fácil de probar. Es casi invariable, y se extendería en el espacio casi exactamente de la misma manera que una constante cosmológica, por lo que no podemos decir las dos ideas separadas, simplemente observando cómo la aceleración cósmica ha cambiado con el tiempo.

En cambio, la teoría puede ser impugnada tras escudriñar el fondo cósmico de microondas, un mar de radiación emitida cuando el universo tenía menos de 400.000 años de edad. Impreso en esta radiación están las ondas originales de la densidad de la materia causada por la inflación, y puede llevar otra marca antigua. La agitación de la inflación debería haber activado las ondas gravitacionales, deformaciones viajeras del espacio-tiempo que estiran y contraen lo que atraviesan. Estas ondas deben afectar a la polarización del fondo cómico de microondas de una manera distintiva, lo que podría decirnos acerca de la sincronización y la violencia de la inflación. La Nave espacial de la Agencia Espacial Europea Planck podría detectar esta firma. Si Planck o una futura misión estima que la inflación ocurrió antes de la transición electrodébil, en una escala de energía más alta, entonces descartaría el magnetismo oscuro en su forma actual.

Olmo cree que la teoría de todos modos puede ser que necesite ajustar algunos parámetros numéricos, de modo que no podría ser fatal, a pesar de que sería un duro golpe el perder el vínculo entre la transición electrodébil y la cantidad correcta de energía oscura.

Un día, podríamos incluso ser capaces de ver la luz retorcida del magnetismo oscuro. En su encarnación actual con la inflación en la escala electrodébil, las ondas longitudinales todas tendrían longitudes de onda mayores que unos pocos cientos de millones de kilómetros, más largo que la distancia entre la Tierra y el sol. La detección de una onda de luz de manera eficiente requiere de un instrumento, no mucho más pequeño que la longitud de onda, pero en un futuro lejano podría ser posible captar las ondas de este tipo utilizando los radio telescopios espaciales vinculados a través del sistema solar. Si la inflación existió en una energía aún mayor, como se sugiere por Olmo, algunas de las ondas longitudinales podrían ser mucho más cortas. Eso las llevaría al alcance de la tenología basada en la Tierra. Beltrán sugiere que podrían ser detectadas con el Square Kilometre Array – un masivo instrumento de radio que entrará en funcionamiento en la próxima década.

Si estas ondas electromagnéticas oscuras pueden ser creadas por los fuertes campos gravitatorios, entonces también podrían ser producidas por los campos más fuertes en el cosmos de hoy, aquellos generados en torno a los agujeros negros. Beltrán indica que las ondas pueden ser emitidas por el agujero negro en el centro de la Vía Láctea. Puede ser que sean lo suficientemente cortas como para que podamos captarlas - pero fácilmente podrían ser invisibles. Beltrán y Maroto están planeando hacer los cálculos para averiguarlo.

Una de las cosas que han calculado a partir de su teoría es el voltaje del universo. El voltage de las grandes ondas temporales de potencial eléctrico se iniciaron en cero cuando se crearon por primera vez en el momento de la inflación, y aumentaron de forma constante. Hoy en día, han llegado a unos muy animados 10²⁷ voltios, o mil millones de mil millones de gigavolts .


Muy bueno para nosotros que el no tiene en dónde descargar. A menos, claro está, que algún extraño capricho de la cosmología traiga un universo paralelo cercano. El encuentro probablemente destruiría el universo como lo conocemos, pero entonces al menos, nuestro oscuro y solitario futuro acabaría con la madre de todas las descargas.





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http://www.newscientist.com/article/mg21428671.800-dark-matter-dark-energy-dark-magnetism.html

nueva teoria de Hawking sobre el universo.

Stephen Hawking ha regresado con una forma de describir el universo que sugiere que puede tener la misma geometría que las imágenes alucinantes de MC Escher

El universo puede tener la misma geometría surrealista como parte de la mayoría de las imágenes alucinantes del arte . Ese es el resultado de un estudio realizado por uno de los científicos vivientes más famoso del mundo , Stephen Hawking de la Universidad de Cambridge.

El hallazgo podría deleitar a los fans del artista holandés MC Escher, pero el equipo de Hawking afirma que su estudio proporciona una manera de conciliar las exigencias geométricas de la teoría de cuerdas, una aún hipotética "teoría del todo", con el universo que observamos.

Sus cálculos se basan en un giro matemático que antes se consideraba imposible. Si se mantiene, podría explicar cómo surgió el universo desde el big bang y unir a la gravedad con la mecánica cuántica.

"Tenemos una nueva ruta hacia la construcción de modelos de la teoría de cuerdas de nuestro mundo", dice el colega de Hawking, Thomas Hertog, del Instituto de Física Teórica de la Universidad Católica de Lovaina (KUL), en Bélgica.

En vista de ello, la idea de que las imágenes de Escher pueden describir el diseño del universo parece contradecir lo que sabemos acerca de él.

Las imágenes en cuestión son teselados, arreglos de formas repetidas, como las imágenes ensambladas de murciélagos y ángeles que se ven en Círculo Límite IV. Aunque estas son planas, ellas sirven como "proyecciones" de una geometría alternativa llamada espacio hiperbólico, antes de parecerse a un mapa plano del mundo es una proyección de un globo. Por ejemplo, aunque los murciélagos en la proyección plana parecen encogerse a un ritmo exponencial en los bordes, en el espacio hiperbólico son todos del mismo tamaño. Estas distorsiones de la proyección surgen porque el espacio hiperbólico no puede ser plano. En cambio, se asemeja a un paisaje movediso y con torsión, de colinas parecidas a una silla de montar.

circulo límite IV.Crédito.MC Escher.

Eso no es a lo que nuestro universo se parece. Las mediciones de la radiación cósmica de fondo-el eco del Big Bang-y las distancias a las supernovas han puesto de manifiesto que nuestro universo es plano, no torcido.

También se está expandiendo a un ritmo acelerado, debido a una misteriosa entidad conocida como energía oscura. No sabemos lo que es la energía oscura o de dónde viene, pero el lenguaje matemático proporcionado por la teoría de Einstein de la relatividad general tiene una forma de describir esta expansión acelerada. Al añadir una constante - conocida como la constante cosmológica –a las ecuaciones de la relatividad general se mantiene la expansión del universo para siempre, pero sólo si la constante tiene un signo positivo. Hasta ahora, decir que vivimos en un universo en constante expansión ha sido lo mismo que decir que nuestro universo tiene una constante cosmológica positiva.

Sin embargo existen algunos problemas pendientes. La relatividad general cubre este aspecto del universo, pero ella no puede describir el Big Bang. Tampoco puede unir a la gravedad, que trabaja a gran escala, con la mecánica cuántica, la cual trabaja en escalas muy pequeñas. "Eso significa que usted no puede predecir porqué vivimos en el universo en que vivimos", dice Hertog.

La teoría de cuerdas, mientras tanto, ofrece una imagen maravillosamente completa de la historia del universo y conecta a la gravedad con la mecánica cuántica -, pero es más cómoda en un universo con una curvatura negativa, parecida a la geometría de Escher y con una constante cosmológica negativa.

Esto deja a los físicos con un profundo abismo que cruzar: por un lado es un universo que funciona, pero carece de una teoría completa, y por el otro es una teoría completa que no describe el universo real.

Ahora, Hawking, Hertog y James Hartle de la Universidad de California en Santa Bárbara, se proponen un puente. Ellos han encontrado una manera de producir universos en expansión acelerada con una constante cosmológica negativa. Esto significa que la teoría de cuerdas puede, después de todo, describir el universo que observamos. La propuesta surgió de una idea que Hawking y Hartle tenían en la década de 1980 acerca de las deficiencias de la relatividad general mediante la búsqueda de una imagen cuántica de la cosmología.

En la mecánica cuántica, una simple ecuación llamada la función de onda describe todos los posibles estados en que un objeto cuántico puede estar, y asigna a cada uno de ellos una cierta probabilidad. Hawking y Hartle buscaban una función de onda similar que pueda generar la probabilidad de que universos diferentes surgan desde el Big Bang. Ello podría describir todos los universos posibles que podrían haber surgido, incluyendo aquellos en los que nunca se formó el sistema solar, o en los que la vida podría haber evolucionado de manera muy diferente.

En los últimos 30 años, Hawking y Hartle han estado forzando a una constante cosmológica positiva en su función de onda, ya que se consideró necesario. Pero eso significaba sacrificar la precisión: ya que no podían obtener sino universos que eran aproximaciones toscas de la realidad.

Los teóricos de cuerdas han estado también luchando con universos con constantes cosmológicas positivas, los cuales tienden a ser inestables. Su construcción es un poco como tratar de equilibrar un lápiz sobre su punta: podría funcionar por un tiempo, pero el estado más estable de energía del lápiz es el de acostarse sobre la mesa, y, finalmente, se caerá. Las versiones de mayor éxito de la teoría de cuerdas prefieren vivir en la versión -Escher.

"La teoría de cuerdas con una constante cosmológica negativa funciona mucho mejor", dice Hertog.

Pero el último trabajo de Hawking sugiere que este supuesto fallo puede ser en realidad lo que una a la teoría de cuerdas con la realidad. En un artículo publicado online, Hawking y sus colegas describen cómo se produce una gran cantidad de universos a partir de funciones de onda, con constantes cosmológicas negativas , algunos de los cuales se están expandiendo y acelerando (ver aquí).

"Algunos de esos universos se están acelerando, al igual que nuestro universo", dice Hertog. "Resulta que el estado cuántico incluye ambos tipos de universos, de forma automática." Para una función de onda determinada, estos universos que se aceleran y expánden, incluso llegar a ser los más probables.

La clave de esta visión fue reconocer que los universos generados por la función de onda del equipo podría evolucionar para parecerse mucho a una formulación particular de la teoría de cuerdas, producida por Juan Maldacena, del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey en 1997 (vr aquí). "Había una relación matemática, una conexión muy elegante", dice Hertog.

Una vez que habían visto la relación con su función de onda, el equipo de Hawking decidió poner a prueba a las dos juntas, escribiendo una nueva función de onda con una constante cosmológica negativa. Ellos pensaron que esto les permitiría pedir prestado la imagen matemática maravillosamente completa del universo proporcionada por la teoría de cuerdas y producir universos que aceleren hacia el exterior.

¿Qué pasa con las observaciones que sugieren que nuestro universo es plano? Similar a cómo las leyes de Newton del movimiento funciona para los objetos cotidianos, pero dándo paso a las leyes más completas de Einstein en escalas cosmológicas, el equipo de Hawking cree que la planitud aparente del universo se puede describir así tan lejos como podamos ver, pero en última instancia, dará paso a una subyacente geometría como la de Escher.

Es demasiado pronto para declarar resuelto el universo. Maldacena dice que el modelo del equipo de Hawking deja de lado los aspectos de la versión completa de la teoría de cuerdas, como las disposiciones para la estabilidad de algunas partículas. "Sería maravilloso si fuera todo lo que necesitamos hacer", dice. "Pero creo que es demasiado simplificada. Es difícil ver cómo se puede ampliar a una teoría más completa."

Hertog está de acuerdo en que su trabajo no ha terminado - pero cree que la constante cosmológica negativa, eventualmente dará lugar a una descripción completa, del universo que observamos. "Es una ventana que se abre ahora", dice, "no es algo que aún tengamos ".





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http://www.newscientist.com/article/mg21428682.600-hawkings-escherverse-could-be-theory-of-everything.html

un detector de ondas gravitacionales tan grande como la galaxia.

Los púlsares, estrellas de neutrones en rápida rotación que envían un pulso electromagnético hacia la Tierra con cada revolución, están íntimamente ligados a la investigación gravitatoria y a la prueba de la teoría general de la relatividad de Einstein. Además el hecho de que las estrellas de neutrones tienen campos gravitatorios muy fuertes - lo cual es interesante desde el punto de vista de la relatividad general, su uso como relojes de precisión permite una amplia gama de nuevos experimentos gravitacionales. Especialmente los púlsares de milisegundos, pulsares reciclados que se han transformado-por una estrella compañera (ver vídeo nº 1 de John Rowe Fondo Animación / Australia Telescope National, el CSIRO, Australia), son rotadores muy estables debido a su alta frecuencia de rotación, un campo magnético relativamente bajo , y alta masa. Esto hace a los púlsares de milisegundo más adecuados como relojes de Einstein casi perfectos.


Podemos rastrear con precisión la trayectoria de un púlsar con respecto a la Tierra mediante el control de los tiempos de llegada de sus pulsos, dado que para la mayoría de los púlsares milisegundos, podemos determinar el momento de la llegada de un solo pulso promedio de hasta 50 nanosegundos, somos efectivamente sensible a las variaciones en la distancia Tierra-púlsar hasta sólo varias decenas de metros. Esto es porque la luz sólo puede viajar alrededor de un pie en un nanosegundo. Debido a que algunos púlsares están en sistemas binarios muy ajustados, entonces, una medición precisa de la órbita de un pulsar en torno a una compañera puede ser utilizada para verificar / falsificar las predicciones de la relatividad general. Esto se hizo por primera vez con el pulsar binario, PSR J1915 1606, también llamado el binario Hulse-Taylor, que fue descubierto en 1974 [ver aquí]. Este sistema es un sistema doble de estrellas de neutrones en el cual uno de los dos cuerpos es un púlsar. Las dos estrellas están muy juntas: un periodo orbital completo sólo tarda 7,75 horas. Para dos de tales cuerpos masivos en una órbita muy cerrada la relatividad general predice que la emisión de ondas gravitacionales es significativa, lo que causaría una disminución en el período orbital debido a la pérdida de energía del sistema (ver el video nº 2 de John Rowe Animación / Australia Telescopio Nacional de Fondo, CSIRO, Australia). Tras seguir de cerca la dinámica de la binaria Hulse-Taylor, esta disminución en el período orbital se confirmó exactamente (ver figura 1), confirmando la existencia de las ondas gravitatorias. Esto resultó en que Hulse y Taylor fueran galardonados con el premio Nobel de Física en 1993 [ver aquí].

figura nº 1 ,decrecimiento del período de rotación del pulsar binario PSR J1915+1606.Crédito.2physics.

La confirmación de la existencia de las ondas gravitatorias con el binario Hulse-Taylor se considera una detección indirecta de ondas gravitatorias, porque se ha demostrado que la pérdida de energía del sistema es consistente con la emisión de ondas gravitacionales. Una detección directa tendría que consistir de evidencia de que las ondas gravitacionales están presentes en otro lugar distinto del punto de emisión: mediante el uso de un detector de ondas gravitacionales.

En términos generales, existen dos métodos para detectar directamente las ondas gravitacionales:
1) Un cuerpo de gran masa se utiliza como un resonador, donde las ondas gravitacionales se espera que exciten las frecuencias resonantes de estos llamados detectores de masa resonante.
2) Una señal es enviada de un lugar a otro, donde las ondas gravitacionales se espera que perturben la propagación de la señal de modo que su tiempo de llegada cambia ligeramente. En los detectores de interferometría láser (por ejemplo LIGO) esto da como resultado un cambio en el patrón de interferencia en el punto de recombinación de dos haces de láser.


Como resultado, los púlsares de milisegundos se pueden utilizar para "construir" un detector de ondas gravitacionales de la segunda clase, donde la propagación del pulso desde el púlsar a la Tierra es perturbado por ondas gravitacionales astrofísicas [ver aquí]. Los tiempos de llegada muy regulares de un pulsar milisegundo llegarán un poco tarde o temprano, debido a las ondas gravitacionales que pasan a través del sistema Tierra-púlsar, que en principio hace que las ondas gravitacionales sean detectables. Debido a que los normalmente observados púlsares milisegundos para estos fines están a varios kpc de distancia, una matriz de sincronización de púlsares es básicamente un detector de ondas gravitatorias de escala galáctica (ver figura nº 2, y el vídeo nº 3 de John Rowe Animación / Australia Telescope Facility Nacional, CSIRO, Australia)) .

figura nº 2,concepto de una matriz de sincronización de pulsar.Crédito.David J. Champion.

Una matriz de sincronización de pulsar es sensible a las ondas gravitatorias con frecuencias de unas pocas docenas a varios cientos nHz [ver aquí], que es el rango de frecuencia donde compactos agujeros negros supermasivos binarios (SMBHB) se espera que sean las principales fuentes de continuas ondas gravitacionales . Un canónico sistema SMBHB que contribuya a la señal de ondas gravitacionales se compondría de dos agujeros negros supermasivos con masas cerca de mil millones de masas solares a una distancia de un GPC, con un período orbital de varios meses a años. Muchos de estos sistemas se espera que existan en el universo, lo que daría lugar a una superposición isotrópica llamada fondo estocástico de ondas gravitacionales [ver aquí]. Las grandes simulaciones por ordenador de la evolución del universo sugieren que algunas de las fuentes individuales podrían ser detectables únicamente con el tiempo, pero la mayor parte de la señal consistiría de este telón del fondo estocástico isotrópico de las ondas gravitacionales [ver aquí]. Debido a que la evolución del universo está íntimamente ligada a la señal de ondas gravitacionales SMBHB , se cree que la medición del fondo de ondas gravitacionales estocástico y posiblemente de las fuentes sinples de SMBHB contribuiría enormemente a nuestra comprensión de la cosmología. Esta es una banda de frecuencia que es inalcanzable para cualquier otro tipo de detector de ondas gravitacionales, lo que hace que las matrices de sincronización de pulsar sean una herramienta única y complementaria junto a los otros programas de detección de ondas gravitacionales, como los observatorios gravitacionales con base en tierra.

La ciencia de la matriz de sincronización de pulsar es todavía relativamente nueva, y una nueva matriz de sincronización de una colaboración internacional (IPTA, [ver aquí]) sólo recientemente se ha formado como una alianza entre los tres propulsores principales: la European Pulsar Timing Array (PAAT, [ver aquí]), la North American Nanohertz Observatory for Gravitational waves (NANOGrav, [ver aquí]), y la Australian Parkes Pulsar Timing Array (PPTA, [ver aquí]). La PPTA utiliza un simple radiotelescopio, basado en Parkes, Australia, con un plato de 64m. NANOGrav utiliza los dos más grandes platos de radio telescopio del mundo, el telescopio de Green Bank de 100m, y el Observatorio de Arecibo de 305m . La EPTA utiliza cinco radiotelescopios repartidos por toda Europa: el Westerbork Synthesis Radio Telescope en los Países Bajos, el telescopio Lovell en el Reino Unido, el telescopio Effelsberg en Alemania, el radiotelescopio Nancay en Francia, y el telescopio de Cerdeña, en Italia. Estos cinco radio telescopios europeos se están actualmente uniéndo entre sí para combinar coherentemente sus señales, formando efectivamente una matriz grande por etapas llama la gran variedad europea de púlsares (LEAP, [ver aquí]). Esta mejora debería aumentar la sensibilidad para los propósitos de la matriz de sincronización de púlsar.


Entre los detectores terrestres de ondas gravitacionales y las matrices de sincronización de púlsares, esta básicamente una carrera científica centrada en quien hará la primera detección, con los dos proyectos teniendo buenas posibilidades de ser el primero. La matriz de sincronización de Pulsar tiene la ventaja de que el valor eficaz de la señal se espera que aumente considerablemente con el tiempo. Incluso si la matriz no se puede reducir el ruido con sus esfuerzos siempre en curso, la sensibilidad todavía aumentará gradualmente con el tiempo, por lo que una detección es posible. Sin embargo, las predicciones teóricas sobre la amplitud del fondo estocástico y las tasas de eventos de fuentes concretas son menos seguras que para los detectores terrestres. Los grandes detectores terrestres están actualizando sus instrumentos, que se espera que entre en funcionamiento en algún punto del 2015.

Incluso sin necesidad de actualizar los instrumentos, la sensibilidad de ambos tipos de detectores de ondas gravitacionales se puede aumentar con mejores métodos de análisis de datos que permitan obtener más información de los datos. Con el fin de hacer eso, un método de análisis de datos bayesiano para la matriz de sincronización de pulsar se ha desarrollado que, en teoría puede extraer toda la información de la señal que está presente en los datos. La relatividad general describe la señal de ondas gravitacionales del fondo estocástico como una señal correlacionada espacialmente y en tiempo entre todos los púlsares, lo que significa que los datos de los diferentes púlsares no pueden ser tratados individualmente. La extracción de tal señal de los datos no es trivial, especialmente para la no-uniformemente muestreada data con mal comprendido ruido proveniente de los púlsares milisegundos. El análisis bayesiano es adecuado para este tipo de análisis, y se ha demostrado que funciona bien tanto para las señales del fondo estocástico [ver aquí], y las fuentes individuales, como el efecto memoria de ondas gravitacionales [ver aquí]. El análisis Bayesiano ha dado lugar al más estricto límite superior en el fondo estocástico de ondas gravitacionales hasta la fecha [ver aquí].


En los próximos años, el telescopio esférico chino de quinientos metros de apertura(FAST, [ver aquí]), y el planeado Square Kilometre Array (SKA, [ver aquí]) darán un salto importante en la sensibilidad. Especialmente el SKA, construido por una colaboración de 20 países, cambiará drásticamente la ciencia de la matriz de sincronización de pulsar. Será una serie gradual de muchos platos ubicados en el sur de África, Australia y Nueva Zelanda [ver aquí]. Con su vasta área de recolección de un millón de metros cuadrados que se espera encuentre casi todos los pulsares en la Galaxia. Con todos esos púlsares un muy sensible detector de ondas gravitacionales con, posiblemente, hasta cien brazos se puede construir. Esto debería abrir una nueva ventana para observar el universo y proporcionar una visión única en la cosmología.

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