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La Cañada Observatory, is an initiative by Juan Lacruz, the observatory started astrometric operations in the summer of 2002, it is registered as station J87 in the Minor Planet Center of the International Astronomical Union.

The Observatory also participates in the studies on minor bodies promoted by the Group on Meteorites, Minor Bodies, and Planetary Sciences of the Institute of Space Sciences (CSIC-IEEC).



Saturday, December 17, 2011

17-dic-2011 Sheldon Lee Glashow en la Fundación BBVA, En Las Fronteras de la Física







1897-1917 Preparando el escenario

1896      Se descrubre la Radioactividad!
1897      Se descubre el electrón!
1899      Los rayos beta son electrones energéticos!
1905      Einstein introduce los “fotones”!
1911      Se descubre el núcleo atómico!
1913      Se descubren los isótopos!
1913      Bohr propone reglas cuánticas adhoc!
1913      Se identifica la carga nuclear con el número atómico!
1917      Los protones se pueden expulsar fuera del núcleo!

·         Los Físicos versus Darwin! En el siglo 19, geólogos, paleontólogos y el propio Darwin sabían que nuestro planeta tenía que tener cientos de millones de años de edad. Sin duda, hoy día sabemos que su edad es entorno a 4.500 millones de años. Pero Lord Kelvin argumentó persuasivamente que ni el Sol ni la Tierra podrían haber existido durante más de unos 30 millones de años, de otra manera el núcleo de la Tierra se habría enfriado, su campo magnético habría desaparecido y el Sol se habría quedado sin combustible.

·         Ahora sabemos que el Sol está alimentado por reacciones nucleares y que la radioactividad genera mucha de la energía en las profundidades de la Tierra, sin embargo Rutherford insistió en que cualquiera que espere una fuente de energía de la transformación del átomo está loco. La fisión nuclear sería descubierta en 1938 y las armas atómicas se desarrollarían poco más tarde. “Los hombres han olvidado una verdad”, escribió Saint-Exupery en otro contexto. “Sois responsables de los que habéis dominado”
  
·         Seguramente a Mme. Curie (*) le desconcertó el saber que la pizca de radio que le costó tanto aislar de toneladas de pechblenda eventualmente se convertiría en plomo barato. “No lo llames transmutación” le dijo Soddy a Rutherford cuando descubrieron esto, “Nos cortarán la cabeza por alquimistas”. Formularon la ley de la desintegración beta, que dice que los átomos radioactivos ni envejecen ni  viven para siempre…un giro inesperado que la mecánica cuántica explicaría eventualmente.

Nota : (*) La familia Curie ha dado 5 Premios Nobel.

·         A medida que se desarrollaba la mecánica cuántica y se iba comprendiendo la estructura externa de los átomos, algunos físicos penetraban más profundamente en el átomo: hasta el núcleo atómico y el misterio de la radioactividad.  Se identificaron tres tipos de emanaciones radiactivas. Los Rayos alfa que son núcleos energéticos de helio; los Rayos Beta que son electrones energéticos y los Rayos Gamma que son  fotones energéticos. Las energías de estas partículas, millones de veces mayores que las asociadas a los fenómenos atómicos o moleculares, revelaron que la radioactividad es un fenómeno nuclear. ¿Determinaremos alguna vez la estructura interna del nucleo? ¿Podrían los procesos nucleares proveer un suministro virtualmente ilimitado de energía?

·         Nucleos de la A a la Z: En 1810 William Prout sospechó que los pesos atómicos eran múltiplos enteros de el del hidrógeno. Con el descubrimiento de los isótopos, se encontró que todas las especies nucleares tenían pesos atómicos aproximadamente enteros:  el número Atómico de masa 'A'. La tabla de Mendeleev se concibió con los elementos situados en orden de peso atómico creciente. Debería haber sido por número atómico Z, la carga eléctrica del núcleo. Cada núcleo atómico se caracteriza por estos dos enteros. Por ejemplo el Hidrógeno tiene Z=1 y los tres isótopos tienen A=1, 2 y 3. En adelante designamos un núcleo con número de masa A y número atómico Z como (A, Z).

El Núcleo Electrón-Protón  1917-1932

Solo se conocían dos tipos de partícula que pudieran servir de bloques para construir el núcleo atómico: El protón, pesado y con carga positiva y el electrón, ligero y con carga negativa. Sin duda la observaciones experimentales sugerían que ambas partículas tenían que estar presentes en el núcleo. Los electrones son emitidos por ciertos núcleos en el proceso radioactivo de desintegración beta y Rutherford había mostrado que se podían extraer protones de grandes núcleos. Estos hechos parecían confirmar la idea de que los núcleos están hechos de protones y electrones. Las reglas eran simples: el núcleo (A, Z) consistiría de A protones (para proporcionar la masa) y de A-Z electrones (para darle la carga eléctrica correcta). Los electrones jugaban dos papeles en la estructura de los átomos: aquellos electrones en el exterior del núcleo sujetos a las reglas de la mecánica cuántica, y otros confinados de alguna manera dentro del núcleo. Este modelo sufría por lo menos dos problemas importantes.  

El problema de la estadística

Los protones y los electrones son fermiones, por lo que están sujetos al principio de exclusión de Pauli. Las partículas compuestas por un número impar de fermiones son fermiones a su vez. De acuerdo con el modelo de núcleo P-e, núcleos impares como el 6Li3 y el 14N7 contienen un número impar de constituyentes y deberían cumplir el principio de exclusión de Pauli. Esto tendría consecuencias observables que estaban en conflicto con los experimentos!

El problema de la Energía

En la desintegración alfa, (A, Z) -> (A-4, Z-2) + (4, 2), la partícula alfa se lleva toda la energía. Pero en la desintegración beta, (A, Z) -> (A, Z+1) + e-, el electrón se lleva solo una parte de la energía disponible, unas veces más, otras menos. ¿Que ocurre con la energía que falta? Algunos científicos, desesperados (como premios Nobel Niels Bohr y Mme. Curie), estaban preparados para abandonar la ley de la conservación de la energía! Pero no Pauli.

Pauli soluciona el problema el 14 de diciembre de 1930

“Dear Radioactive Ladies and Gentlemen
Por la estadística ‘errónea’ de los núcleos N y 6Li y el espectro beta contínuo, me he encontrado con un remedio desesperado para salvar el “teorema de intercambio” de la estadística y la ley de la conservación de la energía. Sería la posibilidad de que dentro de los núcleos puedan existir partículas eléctricamente neutras que quiero llamar neutrones, que (como los protones y los electrones) obedecen al principio de exclusión… La masa de los neutrones debería ser similar a la masa del electron…Estoy de acuerdo en que mi remedio podría parecer increíble…. Pero solo los osados pueden ganar… Desafortunadamente no puedo comparecer personalmente en Tubingen ya que soy indispensable aquí en Zurich por la fiesta de la noche del 6 de diciembre…. Su humilde servidor, W. Pauli”

El remedio osado de Pauli funciona; la energía que falta en la desintegración beta se la lleva una partícula neutra, llamada antineutrino. Pero Pauli se cortó con la Navaja de Okham. Intentó soulucionar dos problemas con solo una partícula nueva cuando se necesitaban dos. Imaginó que los núcleos contendrían su partícula nueva así como los protones y los electrones, solucionando así el problema de la estadística. Pero en verdad, no hay ni electrones ni neutrinos dentro de los núcleos atómicos!

De la Gran Depresión a la Segunda Guerra Mundial

1930    Pauli inventa el neutrino! Su idea fue aceptada eventualmente pero solo con oposición. En 1934, HansBethe argumentó que no había posibilidad de observar el neutrino. Una década más tarde George Gamow(*) estaría de acuerdo :  un haz de neutrinos pasaría a través del espesor de varios años luz de plomo, escribió, se escapan de cualquier posibilidad de observación. Y Pauli mismo concluyó que “he hecho algo terrible; he predicho una partícula indetectable” Sin duda, Pauli tuvo que esperar un cuarto de siglo para que su remedio valiente fuera observado.

“Neutrinos are very small
They have no charge and have no mass
And do not interact at all…”
John Updike Cosmic Gall

Nota (*) Glashow nos recomienda leer "OneTwo Three... Infinity" de Gamow

1931    Se descubre el hidrógeno pesado (deuterio o 2H1)!( Se hace tritio radioactivo 3H1 en 1934)

1932    Se descubren los positrones (antipartículas de los electrones) entre los rayos cósmicos!

1932    Chadwick descubre el verdadero neutrón!... una partícula neutra con casi la misma masa que el protón. Neutrones y protones son los únicos constituyentes de los núcleos. El núcleo (A, Z) contiene Z protones y A-Z neutrones. Ni electrones ni neutrinos.

1933    Fermi renombra las partículas de Pauli neutrinos y desarrolla una teoría de la desintegración beta. En este proceso, la carga nuclear crece en uno, un electrón y un neutrino son emitidos – pero estas partículas no estaban presentes antes de la desintegración: fueron creadas!
Fermi generaliza la noción emergente de que los fotones (o pares electrón-positrón) pueden ser creados y destruidos. La desintegración beta involucra muchos de estos eventos dentro del núcleo padre: (1) Un neutrón es destruido, (2) un protón es creado, (3) un par de partículas es creado y expulsado fuera del núcleo: un electrón y un neutrino.

1934    Irène Curie y FrederikJoliot descubren otro tipo de desintegración beta donde (A, Z) -> (A, Z-1) + e+ el recientemente descubierto positrón. Se adapta la teoría de Fermi para describir este proceso. Se hace conveniente renombrar la partícula de Pauli de nuevo: se hace el antineutrino.

1938 El descubrimiento de la fisión nuclear por Hahn, Meitner y Strassman tuvo muchas consecuencias: para la física nuclear, para las bombas atómicas, las centrales de energía, resultó embarazoso para el comité de los Nobel del año 1938(*)…y tuvo consecuencias para el desarrollo  futuro de la física de neutrinos.

Nota (*) Enrico Fermi fue galardonado por algo que no hizo, la síntesis de nuevos elementos radioactivos. Posteriormente se comprendió que la fisión espontánea en la naturaleza ya los producía desde siempre.

1939 Hans Bethe propone que las reacciones nucleares son la fuente de la energía del Sol. Cerca del 10% de la potencia emitida por el Sol es en forma de neutrinos.

1940 Fermi construye el primer reactor nuclear en Chicago. Cerca del 10% de la energía emitida por un reactor nuclear es en forma de antineutrinos.

DESINTEGRACIÓN BETA – UNA REVISIÓN

(A, Z) -> (A, Z+1) + Electron + Qué?
< 1930             ‘Qué’ significa nada de nada.
1930    Ahora es el neutrón de Pauli
1932    Se descubre el verdadero neutrón (Chadwick)
1933    Ahora es el neutrino de Fermi
1934    Ahora es el antineutrino
1963    Ahora es el antineutrino electrónico.

LAS TRES VARIEDADES DE LA
DESINTEGRACION NUCLEAR BETA

N -> P + e- +`ne
P -> N + e+ + ne
e- + P -> N + ne

El último medio siglo

1956    Clyde Cowan y Frederick Reines detectan flujo de antineutrinos procedentes de un reactor nuclear. Pauli está encantado, pero Reines tuvo que esperar medio siglo por su Premio Nobel. (Cowan murió en 1974) La reacción que observaron fue :

Antineutrino + Protón -> Neutrón + Positrón

1957    Yang y Lee descubren la violación de la paridad en la desintegración beta y se encuentra que los neutrinos son zurdos (left handed) ¡

1958    Ray Davis muestra que los antineutrinos que producen los reactores no convierten el Cloro en Argón, esto demuestra que los neutrinos no son sus propias antipartículas :  `n <>  n

1958    Gary Feinberg demuestra que si las interacciones débiles están mediadas por un bosón vectorial hipotético los neutrinos electrónicos deben ser distintos de los neutrinos muónicos.

1959    Mel Schwartz sugiere utilizar haces intensos de neutrinos y antineutrinos energéticos y desarrollar detectores para estudiar sus interacciones. Nace la nueva disciplina de la física de neutrinos de altas energías.

1962 Dos neutrinos! Schwartz, Lederman y Steinberger usan haces de neutrinos para descubrir que los neutrinos muónicos y los neutrinos electrónicos son partículas distinguibles : ne  <>  nm

1967 Steven Weinberg invoca el mecanismo de Higgs!

1998 Ray Davis tiene éxito detectando y midiendo el flujo de neutrinos del Sol. Hay buenas y malas noticias : El Sol produce neutrinos, pero muchos menos de los esperados. Ray recibe el Premio Nobel en 2002, justo después de que el problema de los neutrinos Solares es resuelto.

1972    Datos preliminares de difusión neutrino antineutrino proveen una verificación sorprendente de modelo de hadrones de quarks… Donald Perkins.

1973    Físicos trabajando con la cámara de burbujas Gargamelle en el CERN observan que los neutrinos y antineutrinos sufren difusión por corrientes neutras, tal como predice la teoría electrodébil.

1974 Se descubre el Charmonium!

1975    Utilizando un haz de neutrinos incidente en una cámara de burbujas, Nick Samios es el primero en producir y detectar una partícula encantada! Un año después de se encuentran muchas más en el SLAC.

1975    Se descubre el leptón Tau, conduciendo a la predicción de la existencia de una tercera especie de neutrinos.

1987 La supernova 1987a tiene lugar en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana cercana. Fue la primera oportunidad para que los astrónomos modernos observaran una supernova de cerca.
Aproximadamente tres horas antes de que llegase a la Tierra su luz visible, un estallido de neutrinos fue observado en tres observatorios de neutrinos diferentes. Estos es probablemente debido a la emisión de neutrinos (que ocurre simultáneamente con el colapso del núcleo) precediendo a la emisión de luz visible.. El Kamiokande II (en Japón) detectó 11 antineutrinos, IMB ( en los EEUU) detectó 8 y Baksan (en la URSS) detectó 5, en un estallido que duró menos de 13 segundos. Estas observaciones sirvieron para confirmar los modelos astrofísicos de las supernovas.

1998    Se anuncia en Neutrino-98, en Takayama, Japón, la observación de oscilaciones de neutrinos en la atmósfera. Los experimentadores recibieron una grán ovación de la audiencia por su impresionante descubrimiento, que implica que los neutrinos poseen masa.

2000    Finalmente se encuentra la primera evidencia directa de la existencia del neutrino Tau. El neutrino tau es la última de las partículas en el modelo estándar que se ha detectado. El descubrimiento se debe a una colaboración internacional de 54 físicos en el Fermilab.

2001 Físicos de Canadá, UK y EEUU anuncian que sus primeros resultados dan la solución a un misterio de hace 30 años- el puzzle de los neutrinos Solares que faltan. El observatorio de neutrinos de Sudbury (SON) encuentra que la solución se halla no en el Sol, sino en los neutrinos, que cambian según viajan desde el núcleo del Sol a la Tierra… Los nuevos resultados, combinados con trabajos previos, revelan esta transformación claramente, y muestran que el número total de neutrinos producidos en el Sol son justo los que predicen los modelos solares detallados..

2011 La colaboración OPERA informa de observaciones de neutrinos que viajan a una velocidad de 25 partes por millón más rápido que la luz! Cohen y Glashow(*) muestran que los neutrinos superluminosos deben perder energía emitiendo pares electrón-positrón. No lo hacen! Ni en OPERA ni en muchos estudios previos de neutrinos energéticos. O bién el resultado de OPERA es incorrecto o mucho de lo que creíamos conocer (no solo la relatividad especial) requiere teorectomía radical.

(*) "If the neutrinos travel faster than light I would say to Mother Nature, Mother I give up"
(*) Glashow comenta que estaría muy sorprendido si no se confirma el Higgs en los próximos experimentos del LHC en 2012.

Nota : Los neutrinos de SN1987a llegaron a la Tierra a una velocidad igual a la de la luz con un error de 2 partes por mil millones, los de OPERA sinembargo parecen viajar más rápido que los de la luz en 25 partes por millón! 

Nota : 1995 El quark top es descubierto en el FERMILAB, este quark no hadroniza dada su corta vida media, proporcionando a los físicos una oportunidad única de observar un quark desnudo.

Nota del traductor : El 4 de julio de 2012 el CERN anunció la detección del Higgs.

Nota del traductor : El 16 de marzo de 2012 Los científicos de OPERA atribuyen las mediciones erróneas a un falso contacto.