Gran colisionador de hadrones

Contenidos Artículos Gran colisionador de hadrones

1

Hadrón

8

Bosón de Higgs

9

Materia

13

Antimateria

19

Teoría de la gran unificación

22

Teoría de cuerdas

24

Materia extraña

28

Strangelet

30

Monopolo magnético

31

Agujero negro

33

Microagujero negro

40

Experimento ATLAS

42

Solenoide compacto de muones

49

LHCb

55

Artificial Linguistic Internet Computer Entity

57

Barión

58

Supersimetría

59

Superconductividad

61

Referencias Fuentes y contribuyentes del artículo

68

Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentes

69

Licencias de artículos Licencia

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Gran colisionador de hadrones

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Gran colisionador de hadrones Este artículo o sección se refiere o está relacionado con un evento a ctualmente en curso.

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46°14′N 06°03′E

Cadena de aceleradores del Gran colisionador de hadrones (LHC)

Experimentos → ATLAS ATLAS

Aparato Aparato Toroidal Toroidal del LHC

→ CMS CMS

Soleno Solenoide ide de Muone Muoness Compa Compacto cto

→ LHCb LHCb

LHCLHC-be beau auty ty

ALIC ALICE E

Gran Gran Coli Colisi sion onad ador or de Ione Ioness

TOTE TOTEM M

Secc Secció iónn de Cruc Crucee tota total, l, diseminación elástica y disociación por difracción

LHCf

LHC-de -delantero

Preaceleradores p y Pb

Acel Aceler erad ador or line lineal al de protones y Plomo

(no marcado) marcado) Lanzador de Protones Protones del del Sincrotrón PS

Sinc Sincro rotró trónn de prot proton ones es

SPS

Supers Supersinc incrot rotrón rón de proton protones es

ider o LHC, siglas El Gran Colisionador de Hadrones (en inglés Large Hadron Coll ider siglas por las que es generalmente conocido) es un acelerador de partículas (o acelerador y colisionador de partículas) ubicado en la actualmente denominada Organización Europea para la Investigación Nuclear (la sigla es la del antiguo nombr nombre en francés de tal institución: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire , CERN), cerca de Ginebra, en la frontera franco-suiza. El LHC se diseñó para colisionar haces de → hadrones, más exactamente de protones protones de 7 TeV de energía, siendo su propósito principal examinar la validez y límites del Modelo Estándar, el cual es actualmente el marco teórico de la física de partículas, del que se conoce su ruptura a niveles de energía altos. Los protones son acelerados a velocidades del 99,99% de la velocidad de la luz (c) y chocan entre sí en en direcciones diametralmente opuestas produciendo altísimas energías (aunque a escalas subatómicas) que permitirían simular algunos eventos ocurridos durante o inmediatamente después del big bang. El LHC se convertirá en el acelerador de partículas más grande y energético del mundo.[1] Más de 2000 físicos de 34 países y cientos de universidades y laboratorios han participado en su construcción. Hoy en día el colisionador se encuentra enfriándose hasta que alcance su temperatura de funcionamiento, que es de 1,9 K (2 grados por encima del cero absoluto o −271,25 °C).

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Los primeros haces de partículas fueron inyectados el 1 de agosto de 2008,[2] el primer intento para hacer circular los haces por toda la trayectoria del colisionador se produjo el 10 de septiembre de 2008[3] mientras que las primeras colisiones a alta energía en principio estaban previstas para el 21 de octubre de 2008.[4] Sin embargo, debido a una avería se produjo una fuga de helio líquido y el experimento se ha parado temporalmente. Está previsto que para verano de 2009 se reactiven las actividades. Este funcionara a medio rendimiento durante 2 años, en esas condiciones será más difícil que pueda descubrir antes del 2011, al menos, el → bosón de Higgs (la partícula de la masa), que es su principal objetivo y una de los mayores incógnitas de la física fundamental.[5] Teóricamente se espera que, una vez en funcionamiento, se detecte la partícula conocida como el bosón de Higgs (a veces llamada "la partícula de Dios"[6] ). La observación de esta partícula confirmaría las predicciones y "enlaces perdidos" del Modelo Estándar de la física, pudiéndose explicar cómo adquieren las otras partículas elementales propiedades como su masa.[7] Verificar la existencia del bosón de Higgs sería un paso significativo en la búsqueda de una → Teoría de la gran unificación, teoría que pretende unificar tres de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas, quedando fuera de ella únicamente la gravedad. Además este bosón podría explicar por qué la gravedad es tan débil comparada con las otras tres fuerzas. Junto al bosón de Higgs también podrían producirse otras nuevas partículas que fueron predichas teóricamente, y para las que se ha planificado su búsqueda,[8] como los → strangelets, los micro agujeros negros, el → monopolo magnético o las → partículas supersimétricas.[9] El nuevo acelerador usa el túnel de 27 km de circunferencia creado para el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP en inglés).

Diseño del CMS collaboration.

Experimentos Los protones se acelerarán hasta tener una energía de 7 TeV cada uno (siendo el total de energía de la colisión de 14 TeV). Se están construyendo 5 experimentos para el LHC. Dos de ellos, ATLAS y → CMS, son grandes detectores de partículas de propósito general. Los otros tres, → LHCb, ALICE y TOTEM, son más pequeños y especializados. El LHC también puede emplearse para hacer colisionar iones pesados tales como plomo (la colisión tendrá una energía de 1150 TeV). Los físicos confían en que el LHC proporcione respuestas a las siguientes cuestiones:

Parte del túnel del LHC situada debajo del LHC P8, cerca del → LHCb.

• El significado de la masa masa (se sabe cómo medirla pero no se sabe sabe qué es realmente) • La masa de las partículas y su su origen (en particular, si si existe el → bosón de Higgs) • El origen origen de la la masa masa de los los → bariones bariones • Número de partículas totales del átomo • A saber el porqué tienen las partículas elementales diferentes diferentes masas (es decir, si interactúan las las partículas con un un campo de Higgs) • El 95% de la masa del universo universo no está hecho de la → materia materia que se conoce y se espera espera saber qué es la materia oscura • La existencia existencia o no de las partículas partículas supersimétricas supersimétricas

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• Si hay dimensiones extras, tal como predicen varios modelos inspirados por la → Teoría de cuerdas, y, en caso afirmativo, por qué no se han podido percibir • Si hay más más violaciones de simetría entre la → materia y la → antimateria antimateria El LHC es un proyecto de tamaño inmenso y una enorme tarea de ingeniería. Mientras esté encendido, la energía total almacenada en los imanes es 10 gigajulios y en el haz 725 megajulios. La pérdida de sólo un 10 -7 en el haz es suficiente para iniciar un 'quench' (un fenómeno cuántico en el que una parte del superconductor puede perder la → superconductividad). En este momento, toda la energía del haz puede disiparse en ese punto, lo que es equivalente a una explosión.

Red de computación (Computing Grid ) La red de computación (o Computing Grid en inglés) del LHC es una red de distribución diseñada por el CERN para manejar la enorme cantidad de datos que serán producidos por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Incorpora tanto enlaces propios de fibra óptica como partes de Internet de alta velocidad. El flujo de datos provisto desde los detectores se estima aproximadamente en 300 Gb/s, que es filtrado buscando "eventos interesantes", resultando un flujo de 300 Mb/s. El centro de cómputo del CERN, considerado "Fila 0" de la red, ha dedicado una conexión de 10 Gb/s. Se espera que el proyecto genere 27 Terabytes de datos por día, más 10 TB de "resumen". Estos datos son enviados fuera del CERN a once instituciones académicas de Europa, Asia y Norteamérica, que constituyen la "fila 1" de procesamiento. Otras 150 instituciones constituyen la "fila 2".

El detector → CMS del LHC.

Se espera que el LHC produzca entre 10 a 15 Petabytes de datos por año.

Presupuesto La construcción del LHC fue aprobada en 1995 con un presupuesto de 2600 millones de Francos suizos (alrededor de 1700 millones de euros), junto con otros 210 millones de francos (140 millones €) destinados a los experimentos. Sin embargo, este coste fue superado en la revisión de 2001 en 480 millones de Tanques de helio. francos (300 millones de €) en el acelerador, y 50 millones de francos (30m €) más en el apartado para experimentos.[10] Otros 180 millones de francos (120m €) más se han tenido que destinar al incremento de costes de las bobinas magnéticas superconductoras. Y todavía persisten problemas técnicos en la construcción del último túnel bajo tierra donde se emplazará el → Solenoide compacto de muones (→ CMS). El presupuesto de la institución aprobado para 2008, es de 660.515.000 euros para un total de 53.929.422 euros.

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Alarmas sobre posibles catástrofes Desde que se proyectó el Gran Colisionador Relativista de Iones (RHIC), el estadounidense Walter Wagner y el español Luis Sancho[11] denunciaron ante un tribunal de Hawaii al CERN y al Gobierno de Estados Unidos, afirmando que existe la posibilidad de que su funcionamiento desencadene procesos que, según ellos, serían capaces de provocar la destrucción no sólo de la Tierra sino incluso del Universo entero. Sin embargo su postura es rechazada por la comunidad científica, ya que carece de cualquier respaldo matemático que la apoye. Los procesos catastróficos que denuncian son: • La formación formación de un → agujero negro negro estable, • La formación de → materia extraña supermasiva, tan estable como la → materia ordinaria, ordinaria, • La formación de → monopolos magnéticos magnéticos (previstos en en la teoría de la relatividad) que pudieran catalizar catalizar el decaimiento del protón, • La activación de la transición a un estado de vacío cuántico. A este respecto, el CERN ha realizado estudios sobre la posibilidad de que se produzcan acontecimientos desastrosos como → microagujeros negros[12] inestables, redes, o disfunciones magnéticas.[13] La conclusión de estos estudios es que "no se encuentran bases fundadas que conduzcan a estas amenazas".[14] [15] Resumiendo: • En el hipotético caso caso de que se creara un → agujero negro, sería tan tan infinitamente pequeño que podría atravesar la Tierra sin tocar ni un solo átomo, ya que el 95% de estos son espacio vacío. Debido a esto, no podría crecer y alcanzaría el espacio, donde su probabilidad de chocar contra algo y crecer, es aún más pequeña.[cita requerida] • El planeta Tierra está expuesto a fenómenos naturales similares o peores a los que serán serán producidos en el LHC. • Los rayos cósmicos cósmicos alcanzan continuamente continuamente la Tierra a velocidades (y por tanto energías) enormes, enormes, incluso varios órdenes de magnitud mayores a las producidas en el LHC. • El Sol, debido a su tamaño, ha recibido 10.000 veces más. • Considerando que todas las estrellas del universo visible reciben un número equivalente, equivalente, se alcanzan unos 1031 experimentos como el LHC y aún no se ha observado ningún evento como el postulado por Wagner y Sancho. • Durante la operación del del colisionador de iones pesados relativistas (RHIC) en Brookhaven (EE.UU.) no se ha observado ni un solo → strangelet. La producción de strangelets en el LHC es menos probable que el RHIC, y la experiencia en este acelerador ha validado el argumento de que no se pueden producir strangelets.

Línea de tiempo de prueba Línea de tiempo Fecha

Evento

2008-09-10

CERN disparó con éxito los primeros protones en el circuito circuito del túnel túnel por etapas.

2008-09-19

Se produjo produjo amortiguación amortiguación magnética magnética en alrededor de 100 imanes imanes de flexión en los sectores 3 y 4, causando causando una pérdida de aproximadamente aproximadamente 6 toneladas de helio líquido.

2008-09-30

Se tenía prevista la primera colisión, pero fue pospuesta por el accidente.

2008-10-1 2008-10-166

CERN dio a conoce conocerr un análisis análisis prelimina preliminarr del del inciden incidente. te.

2008-10-2 2008-10-211

Inauguraci Inauguración ón oficial. oficial.

2008-12-0 2008-12-055

CERN publicó publicó un análisis análisis detallado. detallado.

2009-10-2 2009-10-299

El LHC reanudó reanudó su operación operación a 3,5 3,5 TeV por haz.

2009-11-2 2009-11-200

El LHC reinició reinició sus operacion operaciones. es.

Gran colisionador de hadrones Finales de 2010

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El LHC se cerrará y se comenzará a trabajar en él para que pueda funcionar a 7 TeV.

Curiosidades • Para control controlar ar la configuraci configuración ón primaria primaria para las máquinas de la red de ordenadores del LHC se utiliza una distribución científica del sistema operativo Linux llamada Scientific Linux. Esta red se utiliza para recibir y distribuir los 15 petabytes de datos a 100.000 CPU de todo el mundo.[16] • Un grupo grupo de hackers hackers griegos griegos consiguieron burlar la seguridad de Windows Server 2003 permitiendo así  ingresar a los servidores del CERN, estando "a un paso" de los sistemas que controlan el LHC. El grupo "Greek Security Team" dejo el mensaje "Les

Zoo de partículas en la supersimetría.

bajamos los pantalones porque no queremos verlos corriendo desnudos buscando dónde esconderse cuando llegue el pánico" dejando constancia de [17]

que el sistema es vulnerable.

• El LHC lanzó su primera primera partícu partícula la el 10 de septiembre del 2008. Este hecho ya había circulado por todo el mundo, provocando revueltas, e incluso, el suicidio de una adolescente hindú que pensó que el mundo se acabaría. [18] Convergencia de las tres fuerzas. Se marca la energía máxima del LHC • Estaba Estaba previsto previsto que el el LHC LHC fuera fuera oficialmente puesto en marcha en diciembre del 2008, pero una fuga de helio provocó que lo desconectaran.

• Stephen Hawking apostó 100 dólares a que la partícula → bosón bosón de Higgs no existe, y mencionó mencionó que sería más más interesante el no encontrar la llamada partícula de Dios. • Tom Hanks será será la persona que presione el botón de inicio de la máquina máquina en noviembre del 2009.[19]

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En cultura popular Dan Brown utiliza el LHC en su novela Ángeles y demonios: en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) roban una cantidad diminuta de antimateria que, en manos de un grupo de autodenominados illuminati, es usada como explosivo. El rigor científico es esta novela se ha puesto en entredicho. En 2008 Katherine McAlpine publica el “Large Hadron Rap” en Youtube. Ella es periodista del CERN y ha creado el rap junto con sus colegas. El rap presenta una introducción fácil en la manera de funcionar del acelerador del partículas LHC. Les Horribles Cernettes se ocupa no sólo en su nombre con el LHC sino también en sus canciones. Aun en su vídeo se filma en la planta del LHC. Una referencia adicional y considerablemente más crítica al LHC representa la canción “Blind man” de la banda Canyayeda. En el 2009, el último libro del escritor de ciencia-ficción y filósofo Jonás Barnaby, Luces del Cosmos, gira en torno a los efectos peripatéticos de la moralidad a la hora de enfrentarse a una amenaza inminente (representada con las siglas LHC, siglas que pese a no nombrar directamente el Gran Colisionador de Hadrones, hacen una clara referencia a éste)

Véase también • • • • •

→ Hadr Hadrón ón DESY Ferm Fermil ilab ab → Bosón de Higgs (uno de los entes más buscados con el GCH/LHC). → Microagujero negro (probablemente (probablemente se puedan sintetizar sintetizar en el GCH).

Enlaces externos • • • • • • • • • • • • • • •

Wikimedia Wikimedia Commons Commons alberga alberga contenido contenido multimedia multimedia sobre Gran colisionador de hadrones.Commons LHC - The The Large Large Hadron Collider Collider webpage webpage [20] Información diaria de los experimentos (en español) español) [21] Galería de fotos de alta calidad calidad del colisionador [22] New Physics Physics at 5 TeV [23] El experimen experimento to Alice [24] Compact Muon Solenoid Page (U.S. Collaboration) [25] LCG - The LHC LHC Comput Computing ing Grid Grid webpage webpage [26] The Large Hadron Collider ATLAS Experiment [27] - Virtual Reality (VR) photography panoramas (requiere Quicktime) Ubicación Ubicación del LHC en Google Google Maps [28] En Busca Busca de la la Partícul Partículaa de Dios [29] Crónica de un científico colombiano que participa en el LHC (en español) Catherine Catherine McAlpin McAlpine: e: Large Large Hadron Hadron Rap [30] Les Horrible Horribless Cernettes Cernettes:: LHC-Coll LHC-Collider ider [31] Canyayeda: Canyayeda: Blind Man [32] http http:/  :/ / / www.elpais. www.elpais.com/  com/ articulo/  articulo/ sociedad/  sociedad/ LHC/  LHC/ solo/  solo/ funcionara/  funcionara/ media/  media/ potencia/  potencia/ elpepisoc/  elpepisoc/  20090807elpepisoc_5/ Tes Tes

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Hadrón

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Hadrón Un hadrón (del griego ἁδρός, hadrós, "denso") es una partícula subatómica que experimenta la interacción nuclear fuerte. Puede ser una partícula elemental o una partícula compuesta. Los gluones, neutrones y protones son ejemplos de hadrones. Como todas las partículas subatómicas, los hadrones tienen números cuánticos correspondientes a las representaciones del grupo de Poincaré: JPC(m), donde J es el espín, P la paridad, C la paridad C, y m la masa. Además pueden llevar números cuánticos de sabor como el isoespín, extrañeza, etc. Los hadrones se pueden subdividir en dos clases: → Bariones Son fermiones y siempre llevan un número cuántico conservado llamado número bariónico (B) que es igual a 1 para los nucleones. Mesones

Son bosones con B = 0. La mayor parte de los hadrones pueden ser clasificados por el modelo de quarks, que postula que todos los números cuánticos de los bariones se derivan de aquellos de los quarks de valencia. Para un barión estos son tres quarks, y para un mesón estos son un par quark-antiquark. Cada quark es entonces un fermión con B = 1/3. Los estados excitados bariónicos o mesónicos son conocidos como resonancias. Cada estado fundamental hadrónico puede tener muchos estados excitados, y cientos han sido observados en experimentos con partículas. Las resonancias decaen extremadamente rápido (aproximadamente en 10−24 s) por las interacciones fuertes. Los mesones que se encuentran fuera de la clasificación según el modelo de quarks se denominan mesones exóticos. Estos incluyen glueballs (bolas de pegamento), mesones híbridos y tetraquarks. Los únicos bariones que están fuera del modelo de quarks a la fecha son los pentaquarks, pero la evidencia de su existencia es poco clara desde 2005. Todos los hadrones son excitaciones de una partícula de la teoría básica de la interacción fuerte, llamada cromodinámica cuántica. Debido a una propiedad llamada confinamiento que esta teoría experimenta a energías por debajo de la escala QCD, estas excitaciones no son quarks y gluones, que son los campos básicos, sino los hadrones que son compuestos, y no llevan carga de color. En otras fases de materia QCD los hadrones pueden desaparecer. Por ejemplo, a temperatura y presión muy altas, a menos que haya suficiente cantidad de sabores muy masivos de quarks, la teoría QCD predice que los quarks y gluones van a interactuar débilmente y ya no estarán confinados. Esta propiedad, que se conoce como libertad asintótica, ha sido experimentalmente confirmada a las escalas de energía de entre un GeV y un TeV. Pero esta teoría pronto se pondrá a prueba ya que el 10 de septiembre de 2008 se puso en funcionamiento un acelerador de partículas o hadrones (el LHC, gran colisionador de hadrones, por sus iniciales en inglés), que mide 27 km de circunferencia, situado en el límite entre Francia y Suiza, cerca de la ciudad de Ginebra, y ha costado 3.700 millones de Euros (unos 6.000 millones de dólares según algunas fuentes).

Hadrón

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Véase también • • • • •

→ Gran Gran colisiona colisionador dor de hadrones hadrones (LHC) (LHC) Partícula subatómica: lista de partículas, leptones Cromodinámica cuántica, modelo de quarks Estrella Estrella de quarks Hadrón Hadrón exótic exóticoo

Referencias y enlaces externos • El Particle Data Data Group [1] mantiene listados de las propiedades propiedades de todas las partículas conocidas.

Referencias [1] http:/  http:/ / / pdg.lbl. pdg. lbl.gov/  gov/ 

Bosón de Higgs Higgs es una partícula elemental hipotética masiva El bosón de Higgs masiva cuya existencia es predicha por el modelo estándar de la física de partículas. partículas. Es la única única partícula del modelo estándar que que no ha sido observada hasta hasta el momento, pero desempeña un papel importante en la explicación del origen de la masa de otras partículas elementales, en particular la diferencia entre el fotón (sin masa) y los bosones W y Z (relativamente pesados). Las partículas elementales con masa y la diferencia entre la interacción electromagnética (causada por los fotones) y la fuerza débil (causada por los bosones W y Z) son críticos en muchos aspectos de la estructura microscópica (y así macroscópica) de la materia. Con esto, si la partícula existe, el bosón de Higgs tendría un enorme efecto en la física y el mundo de hoy.

Hasta la fecha, ningún experimento ha detectado directamente la existencia del bosón de Higgs. El mecanismo de Higgs, lo que da masa al vector bosón, fue teorizado en 1964 por Peter Higgs, François Englert y Robert Brout que trabajaban en las ideas de Philip Anderson, e independientemente por G. S. Guralnik,C. R. Hagen y T. W. B. Kibble.[1] Higgs propuso que la existencia de una partícula escalar masiva podría ser una prueba de la teoría, un comentario añadido a una carta a Physical Review[2] en la que sugirió en la referencia.[3] Steven Weinberg y Abdus Salam fueron los primeros en aplicar el mecanismo de Higgs a la ruptura espontánea de simetría electrodébil. La teoría electrodébil predice una partícula neutra cuya masa sea no muy lejana de la de los bosones W y Z.

Una simulación del detector CMS del Gran Colisionador de Hadrones, mostrando como se prevé que sean las trazas del Bosón de Higgs.

Visión teórica general La partícula llamada bosón de Higgs es un cuanto de uno de los componentes del campo de Higgs. En un espacio vacío, el campo de Higgs adquiere un valor esperado de vacío (VEV) diferente de cero que permanece constante en el tiempo y en todo lugar del universo. El VEV de un campo de Higgs es constante e igual a 246 GeV. La existencia de un VEV no nulo tiene una importancia fundamental: da una masa a cada partícula elemental, incluyendo al mismo bosón de Higgs. En particular, la adquisición espontánea de un VEV diferente de cero rompe la simetría gaugiana electrodébil, un fenómeno conocido como el mecanismo de Higgs. Este es el simple mecanismo capaz de dar masa a un bosón de gauge que es también compatible con la Teoría de campo de gauge.

Bosón de Higgs En el modelo estándar, un campo de Higgs consiste en dos campos neutrales y dos cargados. Los dos componentes cargados y uno del neutro son bosones de Goldstone, que no tienen masa y se convierten, respectivamente, en los componentes longitudinales de tercera-polarización de los bosones W y Z (masivos). Lo cuántico de los restantes componentes neutrales corresponden a los bosones masivos de Higgs. Un campo de Higgs es un campo escalar, el bosón de Higgs tiene un espín cero y no tiene momento angular intrínseco. El bosón de Higgs es también su propia antipartícula y tiene simetría CPT. El modelo estándar no predice el valor de la masa del bosón de Higgs. Si la masa de este bosón es entre 115 y 180 GeV, entonces el modelo estándar puede ser válido a todas las escalas energéticas hasta la escala de Planck (1016 TeV). Muchas teorías están a la expectativa de una nueva física más allá del modelo estándar que podría surgir a escalas de TeV, basadas en las carencias del modelo estándar. La escala más alta posible de masa permitida en el bosón de Higgs (o en alguna ruptura espontánea de simetría electrodébil) es de un TeV; tras ese punto el modelo estándar se vuelve inconsistente sin un mecanismo de ese tipo porque la unicidad es violada en ciertos procesos de dispersión. Muchos modelos de → supersimetría predicen que el bosón de Higgs tendrá una masa sólo ligeramente por encima de los actuales límites experimentales, a unos 120 GeV o menos.

Investigación experimental Hasta la fecha, noviembre de 2009, el bosón de Higgs no ha sido observado experimentalmente, a pesar de los esfuerzos de los grandes grandes laboratorios de investigación investigación como el CERN o el Fermilab. La no observación de pruebas claras permite estimar un valor mínimo experimental de masa 114.4 GeV para el bosón de Higgs del modelo estándar, con un nivel de confianza del 95%. Un pequeño número de eventos no concluyentes han sido registrados experimentalmente en el colisionador LEP en el CERN. Éstos han podido ser interpretados como resultados de los bosones de Higgs, pero la evidencia no es concluyente.[4] Se espera que el Gran Colisionador de Hadrones, ya construido en el CERN, pueda confirmar o desmentir la existencia de este bosón. El fascinante anillo de 27 km de circunferencia (llamado Large Hadron Collider ) fue encendido el 10 de septiembre de 2008, como estaba previsto, pero un fallo en el sistema de enfriamiento que debe mantener los imanes a una temperatura aproximada de -271,3 °C detuvo el experimento, hasta el 20 de Noviembre del 2009, dia en el que volvió a ser encendido. Eso si, no será hasta 2010 cuando funcione a pleno rendimiento. El estudio más preciso de las medidas permite concluir que el bosón masivo de Higgs del modelo estándar tiene una magnitud mayor de 144 GeV con un 95% de nivel de confianza, [5] así se afirma desde marzo de 2007 (incorporando una medida actualizada de las masas del quark arriba y del bosón W). La búsqueda del bosón de Higgs es también el objetivo de ciertos experimentos del Tevatrón en el Fermilab.

Alternativas al mecanismo de Higgs para la ruptura espontánea de simetría electrodébil Desde los años en los que fue propuesto el bosón de Higgs, han existido muchos mecanismos alternativos al mecanismo propuesto por Higgs. Todas las otras alternativas usan una dinámica que interactúa fuertemente para producir un valor esperado del vacío que rompa la simetría electrodébil. Una lista parcial de esos mecanismos alternativos es: • Techni Technicol color or[6] es la clase de modelo que intenta imitar la dinámica de la fuerza fuerte como camino para romper la simetría electrodébil. • El modelo de Abbott-Farhi de composición de los bosones de vectores W y Z.[7] • Condensado Condensado quark arriba

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Bosón de Higgs

En la ficción Hay que mencionar que los bosones de Higgs se denominan a veces, en algunos artículos populares, como las 'Partículas de Dios' o 'Partículas Divinas' a raíz del título de un libro no científico (libro de divulgación científica) escrito por Leon Lederman, laureado con el Nobel en 1988. Esta forma de nombrarlo está muchas veces envuelta con propiedades fantasiosas. En la teoría actual de la partícula sólo se desconoce el valor exacto de su masa (y está por confirmar su existencia). En la película Solaris de Andréi Tarkovski basándose en la novela homónima del literato polaco Stanisław Lem, se teoriza que los "visitantes" puedan estar formados por bosones de Higgs manipulados por la mente alienígena del océano planetario. En la película Ángeles y demonios, basada en el libro del mismo nombre (del autor Dan Brown), se menciona al bosón de higgs como "la Partícula de Dios", antes de crear la → antimateria capaz de producir demasiada energía. También se menciona el proceso de cómo se crea esta misma. En el libro de ciencia ficcion Flash Forward, escrita por Robert J. Sawyer (1999) dos científicos desatan una catástrofe a nivel mundial mientras tratan de encontrar el esquivo Boson de Higgs.

Lecturas relacionadas • Y Nambu; G Jona-Lasinio Jona-Lasinio (1961). «Dynamical «Dynamical Model of Elementary Elementary Particles Based Based on an Analogy Analogy with Superconductivity [8]» I Phys. Rev.. Vol. 122. pp. 345-358. • J Goldstone, A Salam and S Weinberg (1962). «Broken Symmetries Symmetries [9]» Physical Review. Vol. 127. pp. 965. • P W Anderson (1963). «Plasmons, Gauge Invariance, and Mass Mass [10]» Physical Review. Vol. 130. pp. 439. • A Klein and B W Lee (1964). «Does «Does Spontaneous Breakdown Breakdown of Symmetry Imply Zero-Mass Particles? [11] » Physical Review Letters. Vol. 12. pp. 266. • F Englert and R Brout (1964). «Broken Symmetry Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons [12]» Physical Review Letters. Vol. 13. pp. 321. • Peter Higgs (1964). «Broken Symmetries, Massless Particles and Gauge Fields [13]» Physics Letters. Vol. 12. pp. 132. • Peter Higgs (1964). «Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons [14]» Physical Review Letters. Vol. 13. pp. 508. • G S Guralnik, C R Hagen and T W B Kibble (1964). «Global «Global Conservation Laws and Massless Particles [15] » Physical Review Letters. Vol. 13. pp. 585. • W Gilbert (1964). «Broken Symmetries and Massless Massless Particles [16]» Physical Review Letters. Vol. 12. pp. 713. • Peter Higgs (1966). «Spontaneous Symmetry Breakdown without Massless Bosons [17]» Physical Review. Vol. 145. pp. 1156.

Véase también • • • • •

Física de Partículas Partículas Bosó Bosónn Campo Campo de Higgs Higgs Interacción Interacción Yukawa Yukawa Superf Superfuer uerza za

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Bosón de Higgs

Referencias [1] [2] [3] [4]

Global Conservation Conservation Laws and Massless Massless Particles (http:/ / / prola.aps. prola.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PRL/  PRL/ v13/  v13/ i20/  i20/ p585_1) p585_1) Broken Symmetries Symmetries and the Masses of Gauge Gauge Bosons (http:/  (http:/ / / prola.aps. prola.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PRL/  PRL/ v13/  v13/ i16/  i16/ p508_1) p508_1) P. Higgs (2001), (2001), review lecture "My "My life as a Boson". Searches for Higgs Bosons Bosons (http:/ / / pdg.lbl. pdg. lbl.gov/  gov/ 2006/  2006/ reviews/  reviews/ higgs_s055. higgs_s055. pdf) (pdf), from W.-M. Yao et al. (2006). « Review of Particle Physics (http:/ / / pdg.lbl. pdg. lbl.gov)» gov)» J Phys. G. Vol. 33. pp. 1. [5] « Tevatron collider yields yields new results on subatomic subatomic matter, forces (http:/  (http:/ / / www.fnal. www.fnal.gov/  gov/ pub/  pub/ presspass/  presspass/ press_releases/  press_releases/ tevatronresults. tevatronresults. html)». [6] S. Dimopoulos and L. Susskind (1979). «Mass Without Without Scalars» Nucl.Phys.B. Vol. 155. pp. 237-252. [7] L. F. Abbott and E. E. Farhi (1981). «Are the Weak Interactions Interactions Strong?» Phys.Lett.B. Vol. 101. pp. 69. [8] http:/  http:/ / / prola.aps. prola.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PR/  PR/ v122/  v122/ i1/  i1/ p345_1 p345_1 [9] http:/  http:/ / / prola.aps. prola.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PR/  PR/ v127/  v127/ i3/  i3/ p965_1 p965_1 [10] http:/  http:/ / / prola.aps. prola.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PR/  PR/ v130/  v130/ i1/  i1/ p439_1 p439_1 [11] http:/  http:/ / / prola.aps. prola.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PRL/  PRL/ v12/  v12/ i10/  i10/ p266_1 p266_1 [12] http:/  http:/ / / link.aps. link.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PRL/  PRL/ v13/  v13/ p321 p321 [13] http:/  http:/ / / dx.doi. dx.doi.org/  org/ 10.1016/  10.1016/ 0031-9163(64)91136-9 0031-9163(64)91136-9 [14] http:/  http:/ / / link.aps. link.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PRL/  PRL/ v13/  v13/ p508 p508 [15] http:/  http:/ / / link.aps. link.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PRL/  PRL/ v13/  v13/ p585 p585 [16] http:/  http:/ / / link.aps. link.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PRL/  PRL/ v12/  v12/ p713 p713 [17] http:/  http:/ / / prola.aps. prola.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PR/  PR/ v145/  v145/ i4/  i4/ p1156_1 p1156_1

• The LEP Electroweak Working Group (http:/ / / lepewwg.web. lepewwg.web.cern. cern.ch/  ch/ LEPEWWG/  LEPEWWG/ ) • Particle Data Group: Review of searches for Higgs bosons (http:/ / pdg.lbl. pdg.lbl.gov/  gov/ 2005/  2005/ reviews/  reviews/ contents_sports. contents_sports. html#hyppartetc) • The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?, by Leon Lederman, Dick Teresi, hardcover ISBN 0-395-55849-2, paperback ISBN 0-385-31211-3, Houghton Mifflin Co; (January 1993) • Fermilab Results Change Estimated Mass Of Postulated Higgs boson (http:/ / / www.spacedaily. www.spacedaily.com/  com/ news/  news/  physics-04s.html) physics-04s.html) • Higgs boson on the horizon (http:/ / / physicsweb.org/  physicsweb.org/ article/  article/ news/  news/ 4/  4/ 9/  9/ 2/  2/ 1) 1) • Signs of mass-giving particle get stronger (http:/ / / www.sciencenews. www.sciencenews.org/  org/ articles/  articles/ 20001104/  20001104/ fob6.asp) fob6.asp) • Higgs boson: One page explanation (http:/ / / hepwww.ph. hepwww.ph.qmw. qmw.ac. ac.uk/  uk/ epp/  epp/ higgs.html): higgs.html): In 1993, the UK Science Minister, William Waldegrave, Baron Waldegrave of North Hill|William Waldegrave, challenged physicists to produce an answer that would fit on one page to the question "What is the Higgs boson, and why do we want to find it?" 

• • • •

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Bosón de Higgs

Enlaces externos • Artículo divulgativo sobre la naturaleza del del Bosón de Higgs (http:/ / / eltamiz.com/  eltamiz.com/ 2007/  2007/ 11/  11/ 20/  20/  esas-maravillosas-particulas-el-boson-de-higgs/ ) • 'The Grid' Grid' Could Soon Make the Internet Obsolete (http:/ / / www.foxnews. www.foxnews.com/  com/ story/  story/ 0,2933,347212,00.html) 0,2933,347212,00.html) • At Fermilab, the Race Is on for the 'God Particle' (http:/ / / www.nytimes. www.nytimes.com/  com/ 2007/  2007/ 07/  07/ 24/  24/ science/  science/ 24ferm. 24ferm. html) • Grupo de datos datos de de partícula partículass (http:/  (http:/ / / pdg.lbl. pdg.lbl.gov/  gov/ ) • The Atom Smashers a blog about the making of a documentary about the search for the Higgs boson (http:/ / /  www.theatomsmashers. www.theatomsmashers.blogspot. blogspot.com/  com/ )

Materia Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio. En física y filosofía, materia es el término para referirse a

los constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo por objetiva que pueda ser percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos. Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc. También se usa el término para designar al tema que compone una obra literaria, científica, política, etc. Esta distinción da lugar a la oposición "materia-forma", considerando que una misma materia, como contenido o tema, puede ser tratado, expuesto, considerado, etc. de diversas formas: de estilo, de expresión, de enfoque o punto de vista. Se usa también para hablar de una asignatura o disciplina en la enseñanza.

Concepto físico En física, se llama materia a cualquier tipo de entidad física que es parte del universo observable, tiene energía asociada, es capaz de interaccionar con los es decir, es medible y tiene una localización espaciotemporal compatible con las leyes de la física. Clásicamente se consideraba que la materia tiene tres propiedades que juntas la caracterizan: que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa y duración en el tiempo. En el contexto de la física moderna se entiende por materia cualquier campo, entidad, o discontinuidad traducible a fenómeno perceptible que se propaga a través del espacio-tiempo a una velocidad igual o inferior a la de la luz y a la que se pueda asociar energía. Así todas las formas de materia tienen asociadas una cierta energía pero sólo algunas formas de materia tienen masa.

Materia másica La materia másica está jerárquicamente organizada en varios niveles y subniveles. La materia másica puede ser estudiada desde los puntos de vista macroscópico y microscópico. Según el nivel de descripción adoptado debemos adoptar descripciones clásicas o descripciones cuánticas. Una parte de la materia másica, concretamente la que compone los astros subenfriados y las estrellas, está constituida por moléculas, átomos, e iones. Cuando las condiciones de temperatura lo permite la materia se encuentra condensada.

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Materia

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Nivel microscópico

El nivel microscópico de la materia másica puede entenderse como un agregado de moléculas. Éstas a su vez son agrupaciones de átomos que forman parte del nivel microscópico. A su vez existen niveles microscópicos que permiten descomponer los átomos en constituyentes aún más elementales, que sería el siguiente nivel son: • Electrones: partículas leptónicas con carga eléctrica negativa. • Protones: partículas → bariónicas bariónicas con carga eléctrica eléctrica positiva. positiva. • Neutrones: partículas → bariónicas sin carga eléctrica (pero con momento magnético). A partir de aquí hay todo un conjunto de partículas subatómicas que acaban finalmente en los constituyentes últimos de la materia. Así por ejemplo virtualmente los bariones del núcleo (protones y neutrones) se mantienen unidos gracias a un campo escalar formado por piones (bosones de espín cero). E igualmente los protones y neutrones, sabemos que no son partículas elementales, sino que tienen constituyentes de menor nivel que llamamos quarks (que a su vez se mantienen unidos mediante el intercambio de gluones virtuales). Nivel macroscópico

Macroscópicamente, la materia másica se presenta en las condiciones imperantes en el sistema solar, en uno de cuatro estados de agregación molecular: sólido, líquido, gaseoso y plasma. De acuerdo con la teoría cinética molecular la materia se encuentra formada por moléculas y éstas se encuentran animadas de movimiento, el cual cambia constantemente de dirección y velocidad cuando chocan o bajo el influjo de otras interacciones físicas. Debido a este movimiento presentan energía cinética que tiende a separarlas, pero también tienen una energía potencial que tiende a juntarlas. Por lo tanto el estado físico de una sustancia puede ser: • • • •

Sólido: si la energía cinética es menor que la potencial. Líquido: si la energía cinética y potencial son aproximadamente iguales. Gaseoso: si la energía cinética es mayor que la potencial. Plasma: si la energía cinética es tal que los electrones tienen una energía total positiva.

Bajo ciertas condiciones puede encontrarse materia másica en otros estados físicos, como el condensado de Bose-Einstein o el condensado fermiónico. La manera más adecuada de definir materia másica es describiendo sus cualidades: • Presenta dimensiones, dimensiones, es decir, decir, ocupa un lugar en un espacio-tiempo determinado. determinado. • Presenta inercia: la inercia inercia se define como como la resistencia que opone la materia materia a modificar su estado de reposo reposo o movimiento. • La materia es la causa de la gravedad o gravitación, que que consiste en la atracción que actúa actúa siempre entre objetos materiales aunque estén separados por grandes distancias. Materia no-másica

Una gran parte de la energía del universo corresponde a formas de materia formada por partículas o campos que no presentan masa, como la luz y la radiación electromagnética, las dos formada por fotones sin masa. Otro tipo de partículas de las que no sabemos con seguridad si es másica son los neutrinos que inundan todo el universo y son responsables de una parte importante de toda la energía del universo. Junto con estas partículas no másicas, se postula la existencia de otras partículas como el gravitón, el fotino y el gravitino, que serían todas ellas partículas sin masa aunque contribuyen a la energía total del universo.

Materia

Distribución de materia en el universo Según los modelos físicos actuales, sólo aproximadamente el 5% de nuestro universo está formado por materia másica ordinaria. Se supone que una parte importante de esta masa sería materia bariónica formada por bariones y electrones, que sólo supondrían alrededor de 1/1850 de la masa de la materia bariónica. El resto de nuestro universo se compondría de materia oscura (23%) y energía oscura (72%). A pesar que la materia bariónica representa un porcentaje tan pequeño, la mitad de ella todavía no se ha encontrado. Todas las estrellas, galaxias y gas observable forman menos de la mitad de los bariones que debería haber. La hipótesis principal sobre el resto de materia bariónica no encontrada es que, como consecuencia del proceso de formación de estructuras posterior al big bang, está distribuida en filamentos gaseosos de baja densidad que forman una red por todo el universo y en cuyos nodos se encuentran los diversos cúmulos de galaxias. Recientemente (mayo de 2008) el telescopio XMM-Newton de la agencia espacial europea ha encontrado pruebas de la existencia de dicha red de filamentos.[1]

Propiedades de la materia ordinaria Propiedades generales

Las presentan los sistemas materiales básicos sin distinción y por tal motivo no permiten diferenciar una sustancia de otra. Algunas de las propiedades generales se les da el nombre de extensivas, pues su valor depende de la cantidad de materia, tal es el caso de la masa, el peso, volumen. Otras, las que no dependen de la cantidad de materia sino de la sustancia de que se trate, se llaman intensivas. El ejemplo paradigmático de magnitud intensiva de la materia másica es la densidad. Propiedades extrínsecas o generales

Son las cualidades que nos permiten reconocer a la materia, como la extensión, o la inercia. Son aditivas debido debido a que dependen de la cantidad de la muestra tomada. Para medirlas definimos magnitudes, como la masa, para medir la inercia, y el volumen, para medir la extensión (no es realmente una propiedad aditiva exacta de la materia en general, sino para cada sustancia en particular, porque si mezclamos por ejemplo 50 ml de agua con 50 ml de etanol obtenemos un volumen de disolución de 96 ml). Hay otras propiedades generales como la interacción, que se mide mediante la fuerza. Todo sistema material interacciona con otros en forma gravitatoria, electromagnética o nuclear. También es una propiedad general de la materia su estructura corpuscular, lo que justifica que la cantidad se mida para ciertos usos en moles. Propiedades intrínsecas o específicas

Son las cualidades de la materia independientes de la cantidad que se trate, es decir no dependen de la masa. No son aditivas y, por lo general, resultan de la composición de dos propiedades extensivas. El ejemplo perfecto lo proporciona la densidad, que relaciona la masa con el volumen. Es el caso también del punto de fusión, del punto de ebullición, el coeficiente de solubilidad, el índice de refracción, el módulo de Young, etc. Propiedades químicas

Son aquellas propiedades distintivas de las sustancias que se observan cuando reaccionan, es decir, cuando se rompen o se forman enlaces químicos entre los átomos, formándose con la misma materia sustancias nuevas distintas de las originales. Las propiedades químicas se manifiestan en los procesos químicos (reacciones químicas), mientras que las propiamente llamadas propiedades físicas, se manifiestan en los procesos físicos, como el cambio de estado, la deformación, el desplazamiento, etc. Ejemplos de propiedades químicas:

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Materia • • • •

16 Corrosivida Corrosividadd de ácidos Poder calorífico calorífico o energía energía calórica calórica Acid Acidez ez Reacti Reactivid vidad ad

Ley de la conservación conservación de la materia

Como hecho científico la idea de que la masa se conserva se remonta al químico Lavoisier, el científico francés considerado padre de la Química moderna que midió cuidadosamente la masa de las sustancias antes y después de intervenir en una reacción química, y llegó a la conclusión de que la materia, medida por la masa, no se crea ni destruye, sino que sólo se transforma en el curso de las reacciones. Sus conclusiones se resumen en el siguiente enunciado: En una reacción química, la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. El mismo principio fue descubierto antes por Mijaíl Lomonosov, de manera que es a veces citado como ley de Lomonosov-Lavoisier, más o menos en los siguientes términos: La masa de un sistema de sustancias es constante, con independencia de los procesos internos que puedan afectarle, es decir, "La suma de los productos, es igual a la suma de los reactivos, manteniéndose constante la masa". Sin embargo, tanto las telas modernas como el mejoramiento de la precisión de las medidas han permitido establecer que la ley de Lomonosov-Lavoisier, se cumple sólo aproximadamente. La equivalencia entre masa y energía descubierta por Einstein obliga a rechazar la afirmación de que la masa convencional se conserva, porque masa y energía son mutuamente convertibles. De esta manera se puede afirmar que la masa relativísta equivalente (el total de masa material y energía) se conserva, pero la masa en reposo puede cambiar, como ocurre en aquellos procesos relativísticos en que una parte de la materia se convierte en fotones. La conversión en reacciones nucleares de una parte de la materia en energía radiante, con disminución de la masa en reposo; se observa por ejemplo en procesos de fisión como la explosión de una bomba atómica, o en procesos de fusión como la emisión constante de energía que realizan las estrellas.

Concepto filosófico Desde el comienzo de la filosofía, y en casi todas las culturas, se encuentra este concepto vagamente formulado como lo que permanece por debajo de las apariencias cambiantes de las cosas de la naturaleza. Según esa idea, todo lo observable está dado en sus diversas y cambiantes apariencias en un soporte o entidad en la que radica el movimiento y cambio de las cosas: la materia. Principio único o diversos

Una cuestión filosófica importante fue si toda la materia o sustrato material tenía un principio único o tenía diversas fuentes. Que dicho sustrato sea uno sólo, o varios principios materiales, (aire, fuego, tierra y agua), fue cuestión planteada por los filósofos milesios; los eleatas, en cambio, cuestionaron la realidad del movimiento y, junto con los pitagóricos, fundamentaron el ser en un principio formal del pensamiento, dejando a la materia meramente como algo indeterminado e inconsistente, un no-ser.

Materia El atomismo

Mayor trascendencia histórica ha tenido la teoría atomista de la antigüedad, puesta de nuevo en vigor por el mecanicismo racionalista en el siglo XVII y XVIII, que supuso el soporte teórico básico para el nacimiento de la ciencia física moderna. Hilemorfismo

Platón y sobre todo Aristóteles elaboraron el concepto de forma, correlativo y en contraposición a la → materia, dándole a ésta el carácter metafísico y problemático pr oblemático que ha tenido a lo largo de la historia del pensamiento, al mismo tiempo que ha servido como concepto que se aplica en otros contextos. Es Aristóteles quien elaboró el concepto de materia de manera más completa, si bien el aspecto metafísico quedó relegado a la escolástica. Para Aristóteles, siguiendo la tradición de los milesios y Platón la característica fundamental de la materia es la receptividad de la forma. La materia puede ser todo aquello capaz de recibir una forma. Por eso ante todo la materia es potencia de ser algo , siendo el algo lo determinado por la forma. En función de este concepto hay tantas clases de materias como clases de formas capaces de determinar a un ser. Puesto que el movimiento consiste en un cambio de forma de la sustancia, el movimiento se explica en función de la materia como potencia y el acto como forma de determinación de la sustancia. La materia, en tanto que sustancia y sujeto, es la posibilidad misma del movimiento. Hay tantas clases de materia cuantas posibles determinaciones de la sustancia en sus predicados. Cuando las determinaciones son accidentales la materia viene dada por la situación de la sustancia en potencia respecto a recepción de una nueva forma. Así el estar sentando en acto es materia en potencia para estar de pie; el movimiento consiste en pasar de estar de pie en potencia, a estar de pie en acto. El problema es la explicación del cambio sustancial que se produce en la generación y corrupción de la sustancia. Aparece aquí el concepto metafísico de materia prima, pura potencia de ser que no es nada, puesto que no tiene ninguna forma de determinación. La tradicional fórmula escolástica por la que se suele definir la materia prima da idea de que realmente es difícil concebir una realidad que se corresponda con dicho concepto: No es un qué (sustancia), ni una cualidad, ni una cantidad ni ninguna otra cosa por las cuales se determina el ser . Una definición meramente negativa que incumple las leyes mismas de la definición. Pura posibilidad de ser que no es nada. Sin embargo el concepto aristotélico de materia ha tenido aplicaciones en diversos sentidos.

Errores comunes al estudiar la materia Diferencia nominativa de magnitudes cuantificables

Sabemos que dentro de la clasificación de propiedades y magnitudes cuantificables existe el criterio: propiedades físicas y químicas. En el caso de las propiedades físicas, estas se subdividen en escalares, vectoriales y tensoriales. Dentro de las propiedades físicas tenemos la masa y dentro de las propiedades vectoriales está el peso. Ahora bien, por la tergiversación de los conceptos mismos y por el mal uso cotidiano de las propiedades de la materia, se nomina la masa como peso, siendo estas dos propiedades diametralmente opuestas. Una es la l a cantidad de materia que hay en un sistema que ocupe algún volumen en el espacio y la segunda es la medida de la fuerza que ejerce la gravedad sobre la masa misma. Otro error muy común es la asignación de nombre a señaléticas (los cuales en muchos casos no corresponde). Cuando en una carretera se asigna un letrero que dice: "Disminuir la velocidad al entrar a la ciudad"  o "Velocidad  máxima: 120 km/h" ; todos estos son erróneos, puesto que la velocidad es una magnitud vectorial y contempla en ella

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Materia

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no solo el valor (módulo) al que se desplace el móvil, sino que a la dirección, sentido, punto de aplicación y punto de origen de este. En esos casos, deberíaa decir: Rapidez máxima. Y por esto mismo, el instrumento de medición de los vehículos se llama en realidad rapidímetro u oggmetro, pero jamás Velocímetro (esto es una nominación y uso incorrecto del concepto en su correcta acepción). Si vemos como un todo en el universo se puede comprender este concepto.

Miscelánea • El kilogramo es una unidad de la cantidad de materia, materia, corresponde a la masa de un dm³ (1 litro) de agua pura a 4 ºC de temperatura. A partir de esta medida, se creó un bloque de platino e iridio de la misma masa que se denominó kilogramo patrón. Éste se conserva en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de Sèvres (Francia). • La cantidad de materia también puede puede ser estimada estimada por la energía contenida en una cierta cierta región del espacio, espacio, tal como sugiere la fórmula E = m.c² que da la equivalencia entre masa y energía establecida por la teoría de la relatividad de Albert Einstein. • "Tabla "Tabla de densidades densidades"" en [kg/m3]: Osmio 22300, Oro 19300 - Hierro 7960 - Cemento 3000 - Agua 1000 - Hielo 920 - Madera 600 a 900 - Aire 1,29. • La temperatura es una magnitud que indica el grado de agitación térmica de una sustancia. Asimismo, cuando cuando dos sustancias que están en contacto tienen distintas temperaturas se produce una transferencia de energía térmica (en forma de calor) hasta igualar ambas temperaturas. En el momento en que se igualan las temperaturas se dice que estas dos sustancias están en equilibrio térmico. • Los tres elementos elementos químicos más más abundantes en el universo son H, He y C; algunas de sus propiedades más importantes son: • Hidróg Hidrógeno eno (H2): Densidad = 0,0899 kg/m³ Teb = -252,9 ºC, Tf =-259,1 ºC. • Helio (He): Densidad Densidad = 0,179 kg/m³ Teb Teb = -268,9 ºC, Tf = -272,2 ºC. ºC. • Carbono (C): Densidad Densidad = 2267 kg/m³ Teb = 4027 ºC, ºC, Tf = 3527 ºC.

Véase también • → Antima Antimater teria ia • Mate Materi rial al • Forma (filosofía) (filosofía) mwl:Matéria

Referencias [1] ESA (ed.): « El XMM descubre descubre parte de la materia perdida perdida del universo (http:/  (http:/ / / www.esa. www.esa.int/  int/ esaCP/  esaCP/ SEMQLPZXUFF_index_0. SEMQLPZXUFF_index_0. html)».

Antimateria

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Antimateria En química y física se conoce como antimateria a las agrupaciones organizadas de antipartículas, de forma análoga a como la materia es la agrupación de partículas.

Notación En ciencia se usa una barra horizontal o macrón para diferenciar las partículas de las antipartículas: por ejemplo protón p y antiprotón p. Para los átomos de antimateria se emplea la misma notación: por ejemplo, si el hidrógeno se escribe H, el antihidrógeno será H.

Acelerador de antiprotones del CERN

También se utiliza la diferencia de carga eléctrica entre ambas partículas: por ejemplo electrón e y positrón e+ −

Dónde está la antimateria Las teorías científicas aceptadas afirman que en el origen del universo existían materia y antimateria en iguales proporciones. Pero la materia y la antimateria se aniquilan mutuamente, dando como resultado energía pura, y sin embargo, el universo que observamos está compuesto únicamente por materia. Se desconocen los motivos por los que no se ha encontrado antimateria en el universo. En física, el proceso por el que la cantidad de materia superó a la de antimateria se denomina Bariogénesis, y baraja tres posibilidades: 1.

Pequeño exceso de materia tras el Big Bang: Especula con que la

materia que forma actualmente el universo podría ser el resultado de una ligera asimetría en las proporciones iniciales de ambas. Se ha calculado que la diferencia inicial entre materia y antimateria debió ser tan insignificante como de una partícula más de materia por cada diez mil millones de parejas partícula-antipartícula. 2. Asimetría CP: En 1967, Andréi Sájarov postuló por primera vez que las partículas y las antipartículas no tenían propiedades exactamente iguales o simétricas; una discusión denominada la Violación CP.[1] Un reciente experimento en el acelerador KEK de Japón sugiere que esto quizás sea cierto, y que por tanto no es necesario un exceso de materia en el Big Bang: simplemente las leyes físicas que rigen el universo favorecen la supervivencia de la materia frente a la antimateria.[2] En este mismo sentido, también se ha sugerido que quizás la materia oscura sea la causante de la bariogénesis al interactuar de distinta forma con la materia que con la antimateria.[3] 3. Existencia de galaxias de antimateria ligada por antigravedad : Muy pocos científicos confían en esta posibilidad, pero todavía no ha podido ser completamente descartada. Esta tercera opción plantea la hipótesis de que pueda haber regiones del universo compuestas de antimateria. Hasta la fecha no existe forma de distinguir entre materia y antimateria a largas distancias, pues su comportamiento y propiedades son indistinguibles. Existen argumentos para creer que esta tercera opción es muy improbable: la antimateria en forma de antipartículas se crea constantemente en el universo en las colisiones de partículas de alta energía, como por ejemplo con los rayos cósmicos. Sin embargo, éstos son sucesos demasiado aislados como para que estas antipartículas puedan ll egar a encontrarse y combinarse. La NASA ha enviado la sonda AMS (Alpha Magnetic Spectrometer ) para buscar rastros de antimateria más compleja,[4] que pudiesen indicar que todavía existe antimateria en el universo. Sin embargo los experimentos no han detectado nada hasta la fecha.

Antimateria

Historia La ecuación de Dirac, formulada por Paul Dirac en 1928, predijo la existencia de antipartículas además de las partículas de materia ordinarias. Desde entonces, se han ido detectando experimentalmente muchas de dichas antipartículas: Carl D. Anderson, en el Caltech, descubrió el positrón en 1932. Veintitrés años después, en 1955, Emilio Segrè y Owen Chamberlain, en la universidad de Berkeley, el antiprotón y antineutrón.[1] Pero la primera vez que se pudo hablar propiamente de antimateria, es decir, de "materia" compuesta por antipartículas, fue en 1965, cuando dos equipos consiguieron crear un antideuterón, una antipartícula compuesta por un antiprotón y un antineutrón. La antipartícula fue lograda en el Acelerador Protón Sincrotrón del CERN, a cargo de Antonino Zichichi, y paralelamente por Leon Lederman, en el acelerador AGS (Alternating Gradient  [5] Synchrotron) del Laboratonio Nacional de Brookhaven, en Nueva York. En 1995, el CERN anunció la creación de nueve átomos de antihidrógeno en el experimento PS210, liderado por Walter Oelert y Mario Macri, y el Fermilab confirmó el hecho, anunciando poco después la creación a su vez de 100 átomos de antihidrógeno. F. J Hartmann, de la Universidad Técnica de Munich, y un equipo de investigadores japoneses informaron de la creación de un átomo compuesto de materia y antimateria llamado helio antiprotónico . Este átomo constaba de dos protones, dos neutrones, un electrón y un antiprotón en lugar del segundo electrón. El átomo sobrevivió 15 millonésimas de segundo[6]

Producción y costo de la antimateria La antimateria es la sustancia más cara del universo, con un coste estimado de 300.000 millones de USD el miligramo.[7] [8] La producción de antimateria, además de consumir enormes cantidades de energía, es muy poco eficiente, al igual que la capacidad de almacenamiento, que ronda sólo el 1% de las partículas creadas. Además, debido a que la antimateria se aniquila al contacto con la materia, las condiciones de almacenamiento —   confinamiento mediante campos electromagnéticos—   , tienen igualmente un coste elevado. Otra estimación de su coste la dio el CERN, cuando dijo que había costado algunos cientos de millones de francos suizos la producción de una milmillonésima de gramo.[9] Debido a esto, algunos estudios de la NASA plantean recolectar mediante campos magnéticos la antimateria que se genera de forma natural en los Cinturones de Van Allen de la Tierra, o incluso en los cinturones de los grandes planetas gaseosos como Júpiter.[10] También se trabaja en mejorar la tecnología de almacenaje de antimateria. El Dr. Masaki Hori ha anunciado un método de confinamiento de antiprotones por radiofrecuencia, lo que según sus palabras podría reducir el contenedor al tamaño de una papelera.[11] En noviembre de 2008 la doctora Hui Chen del Lawrence Livermore National Laboratory de Estados Unidos anunció que ella y su equipo habrían creado positrones al hacer incidir un breve aunque intenso pulso láser a través de una lámina de oro blanco de pocos milímetros de espesor, esto habría ionizado al material y acelerado sus electrones. Los electrones acelerados emitieron cuantos de energía, que al decaer dieron lugar a partículas materiales, dando también como resultado positrones.[12]

Usos de la antimateria Si bien la antimateria está lejos de ser considerada una opción por su abrumador coste y las dificultades tecnológicas inherentes a su manipulación, las antipartículas sí están encontrando usos prácticos: la Tomografía por emisión de positrones es ya una realidad. También se investiga su uso en terapias contra el cáncer, ya que un estudio del CERN ha descubierto que los antiprotones son cuatro veces más efectivos que los protones en la destrucción de tejido canceroso,[13] y se especula incluso con la idea de diseñar microscopios de antimateria, supuestamente más sensibles

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Antimateria que los de materia ordinaria.[14] Pero el mayor interés por la antimateria se centra en sus aplicaciones como combustible (o incluso para armamento), pues la aniquilación de una partícula con una antipartícula genera energía pura según la ecuación de Einstein E=mc² La energía generada por kilo (9×1016 J/kg), es unas diez mil millones de veces mayor que la generada por reacciones químicas, diez mil veces mayor que la energía nuclear, y unas cien veces mayor que la energía de fusión.[15] Por ejemplo, se estima que sólo serían necesarios 10 miligramos de antimateria para propulsar una nave a Marte[16] No obstante, hay que indicar que estas cifras no tienen en cuenta que aproximadamente el 50% de la energía se disipa en forma de emisión de neutrinos, por lo que en la práctica habría que reducir las cifras a la mitad.[17]

Antimateria en la ciencia ficción Como es lógico, la capacidad energética de la antimateria, unida a lo exótico de su concepto, la ha convertido en un referente en obras futuristas o de ciencia ficción, tanto en combustibles como armamentos. Recientemente Recientemente además se ha especulado con el peligro de los aceleradores de partículas como método de generar antimateria, por su posible robo con fines terroristas en el libro Ángeles y demonios de Dan Brown. Aunque probablemente la nave más popular que utiliza antimateria como combustible sea la Enterprise de la saga Star Trek. • En el videojuego videojuego Halo: Combat Combat Evolved, durante al ataque ataque a la nave Pillar of Autumn, la IA de la nave informa de que uno de los grupos de abordaje había usado una carga de antimateria. • En el videojuego Sins of a Solar Empire, se trata de la energía utilizada por las naves espaciales para realizar saltos lumínicos entre planetas y sistemas solares, además de otros usos concretos. Las reservas antimatéricas de cada nave se ven modificadas por ciertas anomalías espaciales como la radiación solar generada en las proximidades a una estrella o las nebulosas magnéticas. • En la serie Gundam Gundam SEED y Gundam SEED Destiny las naves de batalla usan Cañones De Positrones Positrones [18] como arma principal (Lohengrin para las naves de clase Izumo, Tanhauser para el minerva, etc.)

Véase también • • • • •

Ambipl Ambiplasm asmaa Antihi Antihidró drógen genoo Antipa Antipartí rtícul culaa Bariog Bariogéne énesis sis Simetr Simetría ía CP

Referencias [1] « La Antimateria (http:/ / / www.astrocosmo. www.astrocosmo.cl/  cl/ h-foton/  h-foton/ h-foton-06_09.htm)». h-foton-06_09.htm)». Nature 452, 332-335 (20 de marzo de 2008) [2] Difference in direct charge-parity violation violation between charged charged and neutral B meson meson decays,Nature [3] « Ciencia Kanija » Nueva teoría teoría del Universo encaja dos dos de los mayores misterios misterios (http:/ / www.cienciakanija. www.cienciakanija.com/  com/ 2007/  2007/ 04/  04/ 03/  03/  nueva-teoria-del-universo-encaja-dos-de-los-ma nueva-teoria-del-universo-encaja-dos-de-los-mayores-misterios/  yores-misterios/ )». )». [4] « The History fo Antimatter Antimatter - Antimatter in Cosmology Cosmology - AMS (http:/ / livefromcern.web. livefromcern.web.cern. cern.ch/  ch/ livefromcern/  livefromcern/ antimatter/  antimatter/ history/  history/  AM-history03-a.html)». AM-history03-a.html)». [5] « The History fo Antimatter Antimatter - from 1928 to 1995 1995 (http:/ / / livefromcern.web. livefromcern.web.cern. cern.ch/  ch/ livefromcern/  livefromcern/ antimatter/  antimatter/ history/  history/ AM-history01-c. AM-history01-c. html)». [6] « Los físicos intentan intentan crear átomos de antimateria antimateria · ELPAÍS.com (http:/ / www.elpais. www.elpais.com/  com/ articulo/  articulo/ sociedad/  sociedad/ fisicos/  fisicos/ intentan/  intentan/ crear/  crear/  atomos/ antimateria/  antimateria/ elpepisoc/  elpepisoc/ 19950104elpepisoc_9/ Tes/  19950104elpepisoc_9/ Tes/ )». )». [7] « Antimatter and Fusion Fusion for rocket propulsion propulsion (http:/ / / science.nasa. science.nasa.gov/  gov/ newhome/  newhome/ headlines/  headlines/ prop12apr99_1. prop12apr99_1. htm)». NASA. Consultado el 2008-08-21. [8] « The monetary density density of things - Evil Evil Mad Scientist Laboratories Laboratories (http:/ / / www.evilmadscientist. www.evilmadscientist.com/  com/ article.php/  article.php/ density)». density)». [9] « Antimatter Questions Questions and Answers Answers (http:/ / / livefromcern.web. livefromcern.web.cern. cern.ch/  ch/ livefromcern/  livefromcern/ antimatter/  antimatter/ FAQ1.html)». FAQ1.html)». [10] « Extraction of Antiparticles Antiparticles Concentrated in Planetary Planetary Magnetic Fields (http:/  (http:/ / / www.niac. www.niac.usra. usra.edu/  edu/ files/  files/ studies/  studies/ abstracts/  abstracts/  1071Bickford.pdf)» 1071Bickford.pdf)» (pdf). NASA. Consultado el 2008-05-24.

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Antimateria

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[11] http:/  http:/ / / www.cienciakanija. www.cienciakanija.com/  com/ 2007/  2007/ 08/  08/ 14/  14/ proyecto-para-almacenar-antimateria-en-una-“papelera”/  proyecto-para-almacenar-antimateria-en-una-“papelera”/  [12] « Billions of particles of anti-matter anti-matter created in laboratory (https:/  (https:/ / / publicaffairs.llnl. publicaffairs.llnl.gov/  gov/ news/  news/ news_releases/  news_releases/ 2008/  2008/ NR-08-11-03.html)». NR-08-11-03.html)». [13] « La antimateria es eficaz contra el cáncer (http:/ / www.tendencias21. www.tendencias21.net/  net/ La-antimateria-es-eficaz-contra-el-cancer_a1226. La-antimateria-es-eficaz-contra-el-cancer_a1226.html)». html)». [14] « El rayo de antimateria más más poderoso del mundo mundo (http:/ / / www.neoteo. www.neoteo.com/  com/ el-rayo-de-antimateria-mas-poderoso-del-mundo. el-rayo-de-antimateria-mas-poderoso-del-mundo.neo)». neo)». [15] « Motores de Antimateria (http:/ / / www.iac. www.iac.es/  es/ galeria/  galeria/ hcastane/  hcastane/ memex/  memex/ ViajesAntimateria.htm)». ViajesAntimateria.htm)». [16] « La NASA planea utilizar antimateria antimateria para viajar a Marte (http:/ / www.laflecha. www.laflecha.net/  net/ canales/  canales/ ciencia/  ciencia/ noticias/  noticias/ 200604165)». 200604165)». [17] « Comparison of Fusion/Antiproton Fusion/Antiproton Propulsion systems systems (http:/ / / gltrs.grc. gltrs.grc.nasa. nasa.gov/  gov/ reports/  reports/ 1996/  1996/ TM-107030. TM-107030. pdf)» (pdf). NASA. Consultado el 2008-05-24. 2008-05-24. [18] http:/  http:/ / / en.wikipedia. en.wikipedia.org/  org/ wiki/  wiki/ DRAGOON_system#Positron_Blaster_Cannon DRAGOON_system#Positron_Blaster_Cannon

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Todo o parte de este artículo fue creado a partir de la traducción del artículo Antimatter de la Wikipedia en inglés, bajo licencia Creative Commons Compartir Igual 3.0. y GFDL.

Enlaces externos Commons • Wikimedia Wikimedia Commons Commons alberga alberga contenido contenido multimedia multimedia sobre Antimateria. • Qué diantre es la antimateria de lacomunidad.elpais.com lacomunidad.elpais.com (http:/ / / lacomunidad.elpais. lacomunidad.elpais.com/  com/  apuntes-cientificos-desde-el-mit/ 2009/  2009/ 9/  9/ 10/  10/ que-diantre-es-antimateria) que-diantre-es-antimateria)

Teoría de la gran unificación Una teoría de Gran Unificación (TGU, o GUT por "Grand Unification Theory") es una teoría que unifica tres de las cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza: la fuerza nuclear débil, fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética. La fuerza de gravedad no es considerada en las teoría de Gran Unificación, pero sí en una eventual Teoría del Todo (TOE), que consideraría las cuatro interacciones fundamentales.

Zoo de partículas en la supersimetría.

Como ejemplos exitosos de "unificación", se encuentran la demostración, por parte de Newton, de que la fuerza que mantiene a los planetas girando en torno al sol y la fuerza que nos mantiene pegados a la superficie de la Tierra es la misma. También Maxwell llevó a cabo la unificación de los campos eléctricos y magnéticos, que hasta antes de su gran teoría, eran considerados fenómenos separados y diferentes. Steven Weinberg y Abdus Salam elaboraron en 1967-1968, una teoría relativista del campo cuántico, que permitía expresar las interacciones electromagnéticas y débiles de

Teoría de la gran unificación una manera unificadas (la interacción electrodébil), y que predijo hechos que luego fueron comprobados experimentalmente. Posteriormente, Howard Georgi y Sheldom Glashow desarrollaron una nueva teoría, que aportaba nuevas características y corregía algunos errores y omisiones de la anterior teoría. Sin embargo de las ecuaciones se desprendía el decaimiento del protón. Esto llevó a algunos famosos experimentos para detectar este efecto: pero como el tiempo de vida de un protón es muy largo, en el ordén de 1031 años, no es posible observar la partícula el tiempo suficiente como para presenciar la descomposición. En reemplazo de esto, Convergencia de las tres fuerzas. Se marca la energía máxima del LHC quizás el efecto podría ser observado si se examinan suficientes protones. Algunos intentos de medición conocidos se realizaron en piscinas subterráneas (para proteger el experimento de radiaciones) de grandes dimensiones, en las que el decaimiento del protón sería visualizado como un destello en una serie de fotosensores.

Véase también • • • •

Modelo Modelo electrodébi electrodébill Superf Superfuer uerza za Física Física teóric teóricaa Una teoría del todo excepcionalmente simple

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Teoría de cuerdas

Teoría de cuerdas La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de la física que básicamente afirma que todas las partículas son en realidad expresiones de un objeto básico unidimensional extendido llamado "cuerda" o "filamento". De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un "punto" sin estructura interna y de dimensión cero, sino una cuerda minúscula que vibra en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio ¿Cómo son las interacciones en el mundo sub-atómico?: líneas espacio-tiempo tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a como las partículas subatómicas en el Modelo estándar (izquierda) o Cuerda nivel "microscópico" se percibiría que el cerrada sin extremos y en forma de círculo como afirma la teoría de cuerdas (derecha). electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo . Una cuerda puede hacer algo además de moverse, puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M pretenden alejarse de la concepción del punto-partícula. Sus seguidores consideran que la teoría de cuerdas es la mejor candidata para convertirse en una teoría unificada o Teoría del todo, es decir, una teoría capaz de describir todos los fenómenos ocurridos en la naturaleza debido a las cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética y las fuerzas de interacción nuclear fuerte y débil. Existiendo, también desde el campo de la física, detractores que la consideran pseudociencia por la imposibilidad de falsarla y dado que, pasadas tres décadas desde su postulación, no ha sido posible aportar prueba experimental alguna que la avale.

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Teoría de cuerdas

Introducción Durante años, muchos físicos han soñado con tener una teoría del todo. Ésta se ha negado principalmente porque la gravedad se ha resistido a expresarse en forma cuántica, algo que se conoce como gravedad cuántica. Existen teorías que han unificado algunas fuerzas, como por ejemplo la teoría electrodébil o, más aún, el modelo estándar (una teoría cuántica de campos) el cual sí  describe los fenómenos con resultados aceptables, pero con la excepción notable de la gravedad. Uno de los modos posibles para evitar problemas con la renormalización e inconsistencias internas dentro de la teoría es no trabajar con partículas puntuales sino considerar objetos extendidos unidimensionales, semejantes a "cuerdas". Según la vibración de tales cuerdas (que se hipotetizan como cerradas o como abiertas, Espacio Calabi-Yau de seis dimensiones extras (proyección tridimensional) según la versión concreta de teoría) se observarán tales o cuales partículas. En este panorama estamos hablando en un mundo donde las energías son muy altas, del orden de la energía de Planck. Cada tipo de partícula viene representado por tanto por un modo particular de vibración de la cuerda unidimensional. La primera formulación de una teoría de cuerdas se debe a Jöel Scherk y John Schwuarz que en 1974 publicaron un artículo en el que demostraban que una teoría basada en objetos unidimensionales o "cuerdas" en lugar de partículas puntuales podía describir la fuerza gravitatoria. Aunque estas ideas no recibieron en ese momento mucha atención hasta la Primera revolución de supercuerdas de 1984. De acuerdo con la formulación de la teoría de cuerdas surgida de esta revolución, las teorías de cuerdas pueden considerarse de hecho un caso general de teoría de Kaluza-Klein cuantizada. Las ideas fundamentales son dos: • Los objetos básicos básicos de la teoría no serían partículas puntuales sino objetos unidimensionales extendidos extendidos (en las cinco teorías de cuerdas convencionales estos objetos eran unidimensionales o "cuerdas", actualmente en la teoría-M se admiten también de dimensión superior o "p-branas"). Esto renormaliza algunos infinitos de los cálculos perturbativos. • El espacio-tiempo en en el que se mueven las cuerdas cuerdas y p-branas de la teoría no sería el espacio-tiempo ordinario ordinario de 4 dimensiones sino un espacio de tipo Kaluza-Klein, al que a las cuatro dimensiones convencionales se añaden 6 dimensiones compactificadas en forma de variedad de Calabi-Yau. Por tanto convencionalmente en la teoría de cuerdas existe 1 dimensión temporal, 3 dimensiones espaciales ordinarias y 6 dimensiones compactificadas e inobservables en la práctica. La inobservabilidad de las dimensiones adicionales está ligada al hecho de que éstas estarían compactificadas, y sólo serían relevantes a escalas tan pequeñas como la longitud de Planck. Igualmente con la precisión de medida convencional las cuerdas cerradas con una longitud similar a la longitud de Planck se asemejarían a partículas puntuales.

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Teoría de cuerdas

Desarrollos posteriores Posteriormente a la introducción de las teorías de cuerdas, se consideró la necesidad y conveniencia de introducir el principio de que la teoría fuera → supersimétrica, es decir, que admitiera una simetría abstracta que relacionara fermiones y bosones. Actualmente la mayoría de teóricos de cuerdas trabajan en teorías supersimétricas, de ahí que la teoría de cuerdas actualmente se llamen teoría de supercuerdas. Esta última teoría es básicamente una teoría de cuerdas supersimétrica, es decir, que es invariante bajo transformaciones de supersimetría. Actualmente existen cinco teorías de [super]cuerdas relacionadas con los cinco modos que se conocen de implementar la supersimetría en el modelo de cuerdas. Aunque dicha multiplicidad de teorías desconcertó a los especialistas durante más de una década, el saber convencional actual sugiere que las cinco teorías son casos límites de una teoría única sobre un espacio de 11 dimensiones (las 3 del espacio, 1 temporal y 6 adicionales resabiadas o "compactadas" y 1 que las engloba formando "membranas" de las cuales se podría escapar parte de la gravedad de ellas en forma de "gravitones"). Esta teoría única, llamada teoría M, de la que sólo se conocerían algunos aspectos fue conjeturada en 1995.

Variantes de la teoría La teoría de supercuerdas es algo actual, en sus principios (mediados de los años ochenta) aparecieron unas cinco teorías de cuerdas, las cuales después fueron identificadas como límites particulares de una sola teoría: la Teoría M. Las cinco versiones de la teoría actualmente existentes, entre las que pueden establecerse varias relaciones de dualidad son: 1. La teoría tipo I, donde aparecen tanto "cuerdas" y D-branas abiertas como cerradas, que se mueven sobre un espacio-tiempo de 10 dimensiones. Las D-branas tienen 1, 5 y 9 dimensiones espaciales. 2. La teoría tipo IIA, es también una teoría de 10 dimensiones pero que emplea sólo cuerdas y D-branas cerradas. Incorpora dos gravitines (partículas teóricas asociadas al gravitón mediante relaciones de → supersimetría). Usa D-branas de dimensión 0, 2, 4, 6, y 8. 3. La teoría tipo IIB. 4. La teoría heterótica-O, basada en el grupo de simetría O(32). 5. La teoría heterótica-E, basada en el grupo de Lie excepcional E8. Fue propuesta en 1987 por Gross, Harvey, Martinec y Rohm. El término teoría de cuerda se refiere en realidad a las teorías de cuerdas bosónicas de 26 dimensiones y la teoría de supercuerdas de 10 dimensiones, esta última descubierta al añadir supersimetría a la teoría de cuerdas bosónica. Hoy en día la teoría de cuerdas se suele referir a la variante supersimétrica mientras que la antigua se llama por el nombre completo de "teoría de cuerdas bosónicas". En 1995, Edward Witten conjeturó que las cinco diferentes teorías de supercuerdas son casos límite de una desconocida teoría de 11 dimensiones llamada Teoría-M. La conferencia donde Witten mostró algunos de sus resultados inició la llamada Segunda revolución de supercuerdas. En esta teoría M intervienen como objetos físicos fundamentales no sólo cuerdas unidimensionales, sino toda una variedad de objetos no perturbativos, extendidos en varias dimensiones, que se llama colectivamente p-branas (este nombre es un apócope de "membrana").

Controversia sobre la teoría Aunque la teoría de cuerdas, según sus defensores, pudiera llegar a convertirse en una de las teorías físicas más predictivas, capaz de explicar algunas de las propiedades más fundamentales de la naturaleza en términos geométricos, los físicos que han trabajado en ese campo hasta la fecha no han podido hacer predicciones concretas con la precisión necesaria para confrontarlas con datos experimentales. Dichos problemas de predicción se deberían, según el autor, a que el modelo no es falsable, y por tanto, no es científico,[1] o bien a que «La teoría de las supercuerdas es tan ambiciosa que sólo puede ser del todo correcta o del todo equivocada. El único problema es que

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Teoría de cuerdas sus matemáticas son tan nuevas y tan difíciles difí ciles que durante varias décadas no sabremos cuáles son».[2] Falsacionismo y Teoría de cuerdas

La Teoría de cuerdas o la Teoría M podrían no ser falsables, según sus críticos. [3] [4] [5] [6] [7] Diversos autores han declarado su preocupación de que la Teoría de cuerdas no sea falsable y como tal, siguiendo las tesis del filósofo de la ciencia Karl Popper, la Teoría de cuerdas sería equivalente a una pseudociencia.[8] [9] [10] [11] [12] [13] El filósofo de la ciencia Mario Bunge ha manifestado recientemente: • La consistencia, la sofisticación y la belleza belleza nunca son son suficientes en la investigación investigación científica. • La Teoría de cuerdas es sospechosa sospechosa (de pseudociencia). pseudociencia). Parece científica porque aborda un problema problema abierto que es a la vez importante y difícil, el de construir una teoría cuántica de la gravitación. Pero la teoría postula que el espacio físico tiene seis o siete dimensiones, en lugar de tres, simplemente para asegurarse consistencia matemática. Puesto que estas dimensiones extra son inobservables, y puesto que la teoría se ha resistido r esistido a la confirmación experimental durante más de tres décadas, parece ciencia ficción, o al menos, ciencia fallida. • La física de partículas partículas está inflada con sofisticadas teorías matemáticas que postulan la existencia de entidades extrañas que no interactúan de forma apreciable, o para nada en absoluto, con la materia ordinaria, y como consecuencia, quedan a salvo al ser indetectables. Puesto que estas teorías se encuentran en discrepancia con el conjunto de la Física, y violan el requerimiento de falsacionismo, pueden calificarse de pseudocientíficas, incluso aunque lleven pululando un cuarto de siglo y se sigan publicando en las revistas científicas más prestigiosas.Mario Bunge, 2006.[14]

Referencias [1] Sheldon Glashow, Interactions, Warner Books, New York, 1988, p. 355 [2] Sheldon Glashow en The Superworld I , ed. A. Zichichi, Plenum, New York, 1990, p. 250 [3] Smolin, Lee. Lee. Mariner Books, Books, 2007. 2007. The trouble with Physics. ISBN 0-618-91868-X [4] Woit, Peter. Basic Books, Books, 2007. Not even wrong. ISBN 0-465-09276-4 [5] Sheldon Glashow Glashow & Paul Ginsparg, "Desperately "Desperately Seeking Superstrings", Superstrings", Physics Today, mayo de 1986, p.7. [6] Howard Georgi, en The New Physics,ed. Paul Davies, Cambridge University Press, Cambridge, 1989, p. 446 [7] Mario Bunge. Bunge. Skeptical Inquirer, Inquirer, July/Aug, 2006. 2006. [8] Peter Woit's Woit's Not Even Wrong weblog (http:/ / / www.math. www.math.columbia. columbia.edu/  edu/ ~woit/  ~woit/ wordpress/  wordpress/ ?cat=2) ?cat=2) [9] P. Woit (Columbia (Columbia University) String theory: theory: An Evaluation (http:/  (http:/ / / arxiv.org/  arxiv.org/ abs/  abs/ physics/  physics/ 0102051),Feb 0102051),Feb 2001, e-Print: physics/0102051 physics/0102051 [10] P. Woit, Is String String Theory Testable? Testable? (http:/ / / www.math. www.math.columbia. columbia.edu/  edu/ ~woit/  ~woit/ testable.pdf) testable.pdf) INFN Rome March 2007 [11] Lee Smolin's The Trouble With Physics webpage (http:/ / / www.thetroublewithphysics. www.thetroublewithphysics.com) com) [12] The Trouble With String Theory. (http:/ / / www.slate. www.slate.com/  com/ id/  id/ 2149598/ ) 2149598/ ) [13] The Great String debate. Wisecracks fly when Brian Greene and Lawrence Krauss tangle tangle over string theory. (http:/ / www. www. symmetrymagazine.org/  symmetrymagazine.org/ cms/  cms/ ?pid=1000481) ?pid=1000481) [14] Mario Bunge. Bunge. Skeptical Inquirer, Inquirer, July/Aug, 2006. 2006.

Bibliografía de divulgación

• Brian Brian R. Green: Green: The elegant universe, 1999 [existe una edición española, El universo elegante, Ed. Critica, Drakontos, ISBN 84-8432-781-7, 2006]. • Teoría de supercuerdas en Astrocosmo (http:/ / / www.astrocosmo. www.astrocosmo.cl/  cl/ h-foton/  h-foton/ h-foton-12_05-03-01.htm) h-foton-12_05-03-01.htm) Artículos sobre teoría de cuerdas

• On QCD String Theory and AdS Dynamics (http:/ / / arxiv.org/  arxiv.org/ pdf/  pdf/ hep-th/  hep-th/ 9802091) 9802091) • Status of Superstrin Superstringg and M-Theo M-Theory ry (http:/  (http:/ / arxiv.org/  arxiv.org/ abs/  abs/ 0812.1372) 0812.1372)

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Teoría de cuerdas

Véase también • • • • •

Corresponden Correspondencia cia AdS/CFT AdS/CFT El universo universo elegante elegante Primera revolución revolución de supercuerdas, Segunda revolución revolución de supercuerdas Teoría M, Introduc Introducción ción a la Teoría Teoría M Una teoría del todo excepcionalmente simple

Enlaces externos • Epsilones - Las muchas muchas dimensiones dimensiones del mundo físico (http:/ / / www.epsilones. www.epsilones.com/  com/ paginas/  paginas/ t-historias1. t-historias1. html#historias-muchasdim) • El universo elegante - sinopsis de la editorial (http:/ / / www.ed-critica. www.ed-critica.es/  es/ detalles_libro_sinopsis.php?ID=503) detalles_libro_sinopsis.php?ID=503) • Documental El universo Elegante, la teoría de cuerdas (en tres partes) (http:/ / yosoyubik.wordpress. yosoyubik.wordpress.com/  com/ 2007/  2007/  05/ 11/  11/ la-teoria-de-cuerdas-el-universo-elegante-y-los-viajes-en-el-tiempo-parte-2/  la-teoria-de-cuerdas-el-universo-elegante-y-los-viajes-en-el-tiempo-parte-2/ ) • Entrevista a Leonard Susskind (revista Suspiria) (http:/ / www.suspiriadigital. www.suspiriadigital.com/  com/ readarticle.php?article_id=9) readarticle.php?article_id=9) • Conferencia Conferencia de Brian Brian Greene Greene en TED (http:/  (http:/ / www.ted. www.ted.com/  com/ talks/  talks/ brian_greene_on_string_theory.html) brian_greene_on_string_theory.html)

Materia extraña En física nuclear, física de partículas y astrofísica, el término se usa de dos formas, una más amplia y la otra más específica. • El significado más amplio es tan solo materia de quarks que contiene tres "gustos" de quarks: arriba, abajo y extraño. En esta definición, hay una presión crítica y una densidad crítica asociada, y cuando la materia nuclear (hecha de protones y neutrones) se comprime más allá de dicha densidad, los protones y neutrones se disocian en los quarks que los componen, resultando así materia de quarks (probablemente materia extraña). • El significado más estricto se refiere a la materia de quarks que que es más estable que la materia nuclear . La idea de que esto podría pasar es la "hipótesis de la materia extraña" de Bodmer[1] y Witten.[2] En esta definición, la presión crítica es cero: el verdadero estado fundamental de la materia es siempre materia de quarks. Los núcleos que vemos en la materia que nos rodea, que son "gotas" de materia nuclear, son necesariamente metaestables, y dado el tiempo suficiente (o el estímulo externo adecuado) decaerían en gotas de materia extraña, los "→ strangelets".

Materia extraña que solo es estable a altas presiones Bajo la definición más amplia, la materia extraña podría ocurrir dentro de las estrellas de neutrones, si la presión en su núcleo es suficientemente alta (superior a la presión crítica). Al tipo de densidades que son esperables en el centro de una estrella de neutrones, la materia de quarks sería probablemente materia extraña. También podría ser materia de quarks no extraña, si la masa efectiva del quark extraño fuese demasiado alta. Los quarks encanto y más pesados solo ocurrirían a densidades mucho mayores. Una estrella de neutrones con un núcleo de materia de quarks quarks frecuentemente se se denomina una estrella híbrida. Sin embargo, es difícil saber si las estrellas híbridas realmente existen en la naturaleza porque po rque los físicos actualmente actualmente tienen escasa idea del valor probable de la presión o densidad crítica. Parece posible que la transición a la materia de quarks ya habrá ocurrido cuando la separación entre los nucleones se vuelva mucho menor que su tamaño, así que la densidad crítica debe ser menor que cerca de 100 veces la densidad de saturación nuclear. Pero un estimativo más preciso no está disponible aún, porque la interacción fuerte que gobierna el comportamiento de los quarks es particularmente difícil de investigar, y los cálculos numéricos usando QCD de retículos están bloqueados por el

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Materia extraña problema del signo del fermión. Un área de actividad en la física de las estrellas de neutrones es el intento de encontrar rastros observables por los que podamos decir, a partir de observaciones de estas estrellas basadas en la Tierra, si tienen materia de quarks (probablemente materia extraña) en su núcleo.

Materia extraña que es estable a presión cero Si la "hipótesis de la materia extraña" es verdadera, entonces la materia nuclear es metaestable contra el decaimiento en materia extraña. La duración de la misma antes de decaer espontáneamente es muy larga, así que no vemos este proceso ocurrir alrededor nuestro. Sin embargo, bajo esta hipótesis debería haber materia extraña en el universo: 1. Las estrellas de quarks (frecuentemente (frecuentemente llamadas "estrellas "estrellas extrañas") consisten en materia materia de quarks desde su núcleo hasta su superficie. Tendrían un diámetro de varios km, y podrían tener una capa muy delgada de materia nuclear. 2. Los → strangelets son pequeñas piezas de materia materia extraña, tal vez tan pequeñas como como los núcleos atómicos. Se producirían cuando las estrellas extrañas se forman o colisionan. Peligro de strangelets: conversión catalizada a materia extraña

Si hay strangelets sueltos alrededor del universo, entonces ocasionalmente uno de ellos debería chocar con el planeta Tierra, donde aparecería como un tipo exótico de rayo cósmico. Esto da pie a la pregunta de si un strangelet desde el espacio convertiría el planeta entero en materia extraña. Este escenario de desastre es como sigue: un strangelet golpea un núcleo, catalizando su conversión inmediata a materia extraña. Esto libera energía, y manda pedazos (más strangelets) volando en todas direcciones. Estos se unen con otros núcleos y los convierten, llevando a una reacción en cadena, al final de la cual los núcleos de todos los átomos habrán sido convertidos, y la Tierra habrá sido reducida a una nube caliente de strangelets. La creencia generalizada es que esto no ocurriría, porque la mayoría de los modelos predicen que los strangelets, como los núcleos, están cargados positivamente, entonces son repelidos electrostáticamente por los núcleos, y raramente se unirían con ellos.[3] Sin embargo, preocupaciones de este tipo fueron presentadas al comenzar el experimento del Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) en Brookhaven, que podría haber creado strangelets. Un análisis detallado[4] concluyó que las colisiones del RHIC son comparables a aquellas que ocurren naturalmente al atravesar los rayos cósmicos el Sistema Solar, así que ya se habría observado tal desastre si fuera posible. En el caso de una estrella de neutrones, sin embargo, dicha conversión parece mucho más plausible. Una estrella de neutrones es en un sentido un núcleo gigante (de 20 km de diámetro), sostenido por la gravedad. Si un strangelet golpease una estrella de neutrones, podría convertir una pequeña región de la misma, y esa región crecería hasta consumir la estrella enteramente.[5] ¿Es verdadera la "hipótesis de la materia extraña"?

La hipótesis de la materia extraña generalmente es considerada como una idea radical. Debido a que un "strangelet" puede convertir una estrella de neutrones en una estrella extraña, parece probable que si la hipótesis de la materia extraña fuese verdadera, todos los objetos que observamos como estrellas de neutrones deberían en realidad ser estrellas extrañas. Pero hay buena evidencia de que al menos algunas de ellas no son estrellas extrañas, y tienen capas bastante gruesas de materia nuclear. Hay un debate en progreso entre los expertos en la cuestión.[6] [7]

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Materia extraña

Lectura adicional • J. Madsen, "Physics and astrophysics of strange quark matter" Lect. Notes Phys. 516:162-203 (1999) [8]

Referencias [1] A. Bodmer "Collapsed "Collapsed Nuclei" Phys. Rev. D4, D4, 1601 (1971) (http:/  (http:/ / / prola.aps. prola.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PRD/  PRD/ v4/  v4/ i6/  i6/ p1601_1) p1601_1) [2] E. Witten, "Cosmic "Cosmic Separation Of Phases" Phys. Phys. Rev. D30, 272 (1984) (1984) (http:/ / / prola.aps. prola.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PRD/  PRD/ v30/  v30/ i2/  i2/ p272_1) p272_1) [3] J. Madsen, "Intermediate mass strangelets strangelets are positively charged" Phys. Rev. Lett. 85 (2000) (2000) 4687-4690 (2000) (2000) (http:/ / / www.arxiv. www.arxiv.org/  org/ abs/  abs/  hep-ph/ 0008217) 0008217) [4] W. Busza, R. Jaffe, J. Sandweiss, F. Wilczek, "Review of speculative 'disaster scenarios' at RHIC", Rev. Mod. Mod. Phys.72:1125-1140 Phys.72:1125-1140 (2000) (http:/ / / www.arxiv. www.arxiv.org/  org/ abs/  abs/ hep-ph/  hep-ph/ 9910333) 9910333) [5] C. Alcock, E. Farhi and A. A. Olinto, "Strange stars", Astrophys. Astrophys. Journal 310, 310, 261 (1986) [6] A. Balberg, "Comment on 'strangelets 'strangelets as cosmic rays beyond the Greisen-Zatsepin-Kuzmin Greisen-Zatsepin-Kuzmin cutoff'", Phys. Rev. Lett. 92:119001 92:119001 (2004) (http:/  / www.arxiv. www.arxiv.org/  org/ abs/  abs/ astro-ph/  astro-ph/ 0403515) 0403515) [7] J. Madsen, "Strangelet propagation propagation and cosmic ray flux" Phys. Rev. D71, 014026 014026 (2005) (http:/ / / www.arxiv. www.arxiv.org/  org/ abs/  abs/ astro-ph/  astro-ph/ 0411538) 0411538) [8] http:/  http:/ / / www.arxiv. www.arxiv.org/  org/ abs/  abs/ astro-ph/  astro-ph/ 9809032 9809032

Strangelet Los strangelets son pequeños fragmentos de → materia extraña. Solo existirían si la "hipótesis de la materia extraña" es correcta, en cuyo caso son el verdadero estado fundamental de la → materia, y los núcleos son solamente estados metaestables con una duración muy larga. El término strangelet , hiperdiminutivo de la palabra inglesa [1] strange (extraño), se origina con E. Farhi y R.L. Jaffe. Un strangelet  es un objeto o estado hipotético de la materia nuclear extraña constituido por un conglomerado de 2 (doblete) ó 3 (triplete) quarks extraños. En condiciones normales, el quark s (quark extraño) sometido a la interacción nuclear débil se desintegra en quarks u ("quark arriba") y d ("quark abajo"). En condiciones especiales (un plasma de quarks), se podría dar una reacción inversa y los quarks u y quarks d se podrían fusionar para dar lugar a quarks s, de modo que el objeto resultante de tales reacciones no es ya solo quarks sino "materia extraña" (strange matter); extraña en el sentido de que está basada en quarks s, o sea, quarks extraños que constituyen "strangelets". Las dimensiones de los strangelets estarían en la escala de los femtómetros. En mayo de 2002, un grupo de investigadores en la Southern Methodist University lanzaron la hipótesis de que la materia extraña haya sido responsable de dos acontecimientos sísmicos registrados el 22 de octubre y el 24 de noviembre de 1993; propusieron que dos strangelets de masa desconocida, moviéndose a aproximadamente 400 km/h, habían atravesado la Tierra creando ondas de choque sísmicas a lo largo de su camino. Los miembros de este grupo eran Vidgor Teplitz, Eugene Herrin, David Anderson e Ileana Tibuleac. La mayoría de los sismólogos consideran, sin embargo, que los sismos fueron terremotos ordinarios. También se supone que las estrellas de quarks pudieran poseer apreciables cantidades de estas partículas hipotéticas. La materia extraña podría asimismo ser uno de los componentes de las estrellas de neutrones, en el interior de las cuales la presión de la gravedad es muy intensa. Se espera que el Sistema Internacional de Monitorización (IMS por sus siglas en inglés), que se está creando para verificar el Tratado de Prohibición de Ensayos Comprensivos Nucleares (CTBT), pueda resultar útil como una suerte de "observatorio de strangelets" utilizando el planeta entero como detector; el IMS será diseñado para detectar alteraciones sísmicas de hasta 1 kilotón o incluso menos, y sería capaz de rastrear un strangelet atravesando la Tierra en tiempo real si se lo aprovecha bien. Otro ingenio que pudiera producir y detectar strangelets sería el Gran Colisionador de Hadrones.

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Strangelet

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Referencias [1] E. Farhi and R. Jaffe, "Strange "Strange Matter", Phys. Rev. D30, 2379 2379 (1984) (http:/  (http:/ / / prola.aps. prola.aps.org/  org/ abstract/  abstract/ PRD/  PRD/ v30/  v30/ i11/  i11/ p2379_1) p2379_1)

Monopolo magnético Un monopolo magnético es un partícula hipótetica que consiste en un imán con un solo polo magnético. La idea la planteó Paul Dirac en 1931 y con ella se podría explicar la cuantización de la carga eléctrica. Con los monopolos magnéticos, además, se pueden escribir las ecuaciones de Maxwell de forma completamente simétrica ante un intercambio de las cargas magnéticas y eléctricas. Un campo magnético tiene siempre asociados dos polos magnéticos (norte y sur), al igual que un imán. Si se corta un imán en dos partes, cada una tendrá a su vez dos polos magnéticos. Si se sigue el proceso hasta tener únicamente un electrón girando en una órbita, el campo magnético que genera tiene, también, dos polos. Por tanto, clásicamente, los monopolos no existen.

Definición Un monopolo magnético sería una partícula que tendría únicamente un polo magnético (norte o sur). Teóricamente, nada impediría la existencia del monopolo magnético; incluso, su existencia se hace necesaria en algunas teorías de la creación del Universo. No obstante, esto no significa que existan, pues hasta ahora todos los intentos de crear un monopolo magnético en aceleradores de partículas han sido infructuosos. Aplicando la ley de Gauss a los campos magnéticos se obtiene:

Esta ecuación indica que las líneas de los campos magnéticos deben ser cerradas. Esto expresa que sobre una superficie cerrada, sea cual sea ésta, no seremos capaces de encerrar una fuente o sumidero de campo. Por lo que una supuesta partícula que emite un campo magnético B dentro de una superficie cerrada, tiene un flujo magnético a través de esa superficie igual a cero ya que entran en esa superficie tantas líneas de campo magnético como salen por la presencia de dipolos magnéticos. Así pues, esto expresa la no existencia del → monopolo magnético. Si en algún momento se demuestra que esta integral tiene un valor distinto de cero, se demostrará la existencia de monopolos magnéticos, y la Ley de Gauss para el campo magnético debería modificarse para adoptar la forma: donde correspondería a la densidad de monopolos magnéticos. Esta densidad de carga lleva aparejada una densidad de corriente , la cual obliga a modificar la ley de Faraday, que pasaría a escribirse como

Asimismo, habría que ampliar la expresión de la Ley de Fuerza de Lorentz, para incluir la fuerza sobre cargas magnéticas con

y

el campo magnético y el desplazamiento eléctrico en el vacío.

Monopolo magnético

Hallazgos En 1974 los físicos Geradt Hooft y Alexandr Poliakov mostraron independientemente que de las teorías de campo unificadas podía deducirse que los monopolos magnéticos debían existir, y que tienen una masa muy grande (varios trillones de veces mayor que la masa del electrón) aunque serían más pequeños que un protón. De las teorías del Big Bang se deduce que en los primeros momentos del Universo (en los primeros 10-34 segundos) debieron formarse monopolos magnéticos en grandes cantidades, los cuales se aniquilaron poco después y sólo sobrevivió un cierto número. Un experimento realizado en la Universidad de Stanford por Blas Cabrera, un hijo de Nicolás Cabrera y nieto de Blas Cabrera, basado en una bobina superconductora mantenida cerca del cero absoluto aparentemente logró detectar la pasada fortuita de un monopolo magnético el día 14 de febrero de 1982 a la 1:53.[1] Sin embargo, no se ha podido repetir la medición. Esto puede deberse a la bajísima probabilidad de encontrar uno por puro azar. La investigación, llevada a cabo en el Centro de Nanotecnología de Londres, es la primera que hace uso de los monopolos magnéticos que sólo existen en un material cristalino llamado hielos de espín. Según los científicos, lograron demostrar que los monopolos se juntan para formar una "corriente magnética" similar a la electricidad. El equipo, dirigido por Stephen Bramwell, implantó estos muones en hielo de espín para demostrar la forma como los monopolos magnéticos se mueven. Demostraron que cuando el hielo de espín es colocado en un campo magnético, los monopolos se acumulan en un lado, justo como se acumularían los electrones cuando se les coloca en un campo eléctrico.[2]

Véase también • • • • •

Ecuaciones Ecuaciones de Maxwell Maxwell Dipolo magnético magnético Campo Campo magnético magnético Campo Campo eléctrico eléctrico Campo Campo electromag electromagnétic néticoo

Referencias [1] "First results from a superconductive superconductive detector for moving magnetic monopoles", monopoles", B.Cabrera, Physical. Review. Letters, Vol. 48, pp. 1378 (1982) [2] « BBC Mundo - Ciencia y Tecnología Tecnología - Descubren la "electricidad magnética" magnética" (http:/ / / www.bbc. www.bbc.co. co.uk/  uk/ mundo/  mundo/ ciencia_tecnologia/  ciencia_tecnologia/ 2009/  2009/  10/ 091015_electricidad_magnetica_men. 091015_electricidad_magnetica_men.shtml)». shtml)».

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Agujero negro

Agujero negro Un agujero negro u hoyo negro es una región finita del espacio-tiempo provocada por una gran concentración de masa en su interior, con enorme aumento de la densidad, lo que provoca un campo gravitatorio tal que ninguna partícula → material, ni siquiera los fotones de luz, puede escapar de dicha región. La curvatura del espacio-tiempo o «gravedad de un agujero negro» provoca una singularidad envuelta por una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos. Esto es debido a la gran cantidad de energía del objeto celeste. El horizonte de sucesos separa la región del agujero negro del resto del Universo y es la superficie límite del espacio a partir de la cual ninguna partícula puede salir, incluyendo la luz. Dicha curvatura es estudiada por la El núcleo de la galaxia elíptica gigante M87, donde hay evidencia de un agujero negro relatividad general, la que predijo la supermasivo. También se observa un potente chorro ( jet ) de materia eyectada por los poderosos campos magnéticos generados por éste. Imagen tomada por el Telescopio existencia de los agujeros negros y fue espacial Hubble. su primer indicio. En los años 70, Hawking, Ellis y Penrose demostraron varios teoremas importantes sobre la ocurrencia y geometría de los agujeros negros.[1] Previamente, en 1963, Roy Kerr había demostrado que en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones todos los agujeros negros debían tener una geometría cuasi-esférica determinada por tres parámetros: su masa M , su carga eléctrica total e y su momento angular L. Se cree que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hay agujeros negros supermasivos. La existencia de agujeros negros está apoyada en observaciones astronómicas, en especial a través de la emisión de rayos X por estrellas binarias y galaxias activas.

Proceso de formación El origen de los agujeros negros es planteado por el astrofísico Stephen Hawking en su libro titulado Agujeros negros y la historia del tiempo. Allí él mismo comenta acerca del proceso que da origen a la formación de los agujeros negros. Dicho proceso comienza posteriormente a la muerte de una gigante roja (estrella (estrella de de gran masa), llámese muerte a la extinción total de su energía. Tras varios miles de millones de años de vida, la fuerza gravitatoria de dicha estrella comienza a ejercer fuerza sobre si misma originando una masa concentrada en un pequeño volumen, convirtiéndose de ese modo en una enana blanca. En este punto dicho proceso puede proseguir hasta el colapso de dicho astro por la auto atracción gravitatoria que termina por convertir a esta enana blanca en un agujero negro. Este proceso acaba por reunir una fuerza de atracción tan fuerte que atrapa hasta la luz en éste.

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Agujero negro

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Historia del agujero negro El concepto de un cuerpo tan denso que ni la luz pudiese escapar de él, fue descrito en un artículo enviado en 1783 a la Royal Society por un geólogo inglés llamado John Michell. Por aquel entonces la teoría de Newton de gravitación y el concepto de velocidad de escape eran muy conocidas. Michell calculó que un cuerpo con un radio 500 veces el del Sol y la misma densidad, tendría, en su superficie, una velocidad de escape igual a la de la luz y sería invisible. En 1796, el matemático francés Pierre-Simon Laplace explicó en las dos primeras ediciones de su libro Exposition du Systeme du Monde la misma idea aunque, al ganar terreno la idea de que la luz era una onda sin masa, en el siglo XIX fue descartada en ediciones posteriores.

Imagen simulada de como se vería un agujero negro con una masa de diez soles, a una distancia de 600 kilómetros, con la vía láctea al fondo (ángulo horizontal de la abertura de la cámara fotográfica: 90°).

En 1915, Einstein desarrolló la relatividad general y demostró que la luz era influenciada por la interacción gravitatoria. Unos meses después, Karl Schwarzschild encontró una solución a las ecuaciones de Einstein, donde un cuerpo pesado absorbería la luz. Se sabe ahora que el radio de Schwarzschild es el radio del horizonte de sucesos de un agujero negro que no gira, pero esto no era bien entendido en aquel entonces. El propio Schwarzschild pensó que no era más que una solución matemática, no física. En 1930, Subrahmanyan Chandrasekhar demostró que un cuerpo con una masa crítica, (ahora conocida como límite de Chandrasekhar) y que no emitiese radiación, colapsaría por su propia gravedad porque no había nada que se conociera que pudiera frenarla (para dicha masa la fuerza de atracción gravitatoria sería mayor que la proporcionada por el principio de exclusión de Pauli). Sin embargo, Eddington se opuso a la idea de que la estrella alcanzaría un tamaño nulo, lo que implicaría una singularidad desnuda de materia, y que debería haber algo que inevitablemente pusiera freno al colapso, línea adoptada por la mayoría de los científicos. En 1939, Robert Oppenheimer predijo que una estrella masiva podría sufrir un colapso gravitatorio y, por tanto, los agujeros negros podrían ser formados en la naturaleza. Esta teoría no fue objeto de mucha atención hasta los años 60 porque, después de la Segunda Guerra Mundial, se tenía más interés en lo que sucedía a escala atómica. En 1967, Stephen Hawking y Roger Penrose probaron que los agujeros negros son soluciones a las ecuaciones de Einstein y que en determinados casos no se podía impedir que se crease un agujero negro a partir de un colapso. La idea de agujero negro tomó fuerza con los avances científicos y experimentales que llevaron al descubrimiento de los púlsares. Poco después, en 1969, John Wheeler acuñó el término "agujero negro" durante una reunión de cosmólogos en Nueva York, para designar lo que anteriormente se llamó "estrella en colapso gravitatorio completo".

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Clasificación teórica Según su origen, teóricamente pueden existir al menos tres clases de agujeros negros: Agujeros negros primordiales

Aquellos que fueron creados temprano en la historia del Universo. Sus masas pueden ser variadas y ninguno ha sido observado. Según la masa

• Agujeros negros supermasivos: con masas de varios millones de masas solares. Se hallarían en el corazón de muchas galaxias. Se forman en el mismo proceso que da origen a las componentes esféricas de las galaxias. • Agujeros negros de masa estelar . Se forman cuando una estrella de masa 2,5 mayor que la masa del Sol se convierte en supernova e implosiona. Su núcleo se concentra en un volumen muy pequeño que cada vez se va reduciendo más. • → Micro agujeros negros. Son objetos hipotéticos, algo más pequeños que los estelares. Éstos pueden llegar a evaporarse en un período relativamente corto fácilmente mediante emisión de radiación de Hawking si son suficientemente pequeños. Según el momento angular

• Un agujero negro negro sin carga y sin momento momento angular es un agujero agujero negro de Schwarzschild. • Un agujero negro negro rotatorio (con momento angular angular mayor que 0), se denomina denomina agujero negro de Kerr. Kerr.

Zonas observables En las cercanías de un agujero negro se suele formar un disco de acrecimiento. Lo compone la materia con momento angular, carga eléctrica y masa, la que es afectada por la enorme atracción gravitatoria del mismo, ocasionando que inexorablemente atraviese el horizonte de sucesos y, por lo tanto, lo incremente. Véase también: Acreción

En cuanto a la luz que atraviesa la zona del disco, también es afectada, tal como está previsto por la Teoría de la Relatividad. El efecto es visible desde la Tierra por la desviación momentánea que produce en posiciones estelares conocidas, cuando los haces de luz procedentes de las mismas transitan dicha zona.

Visión de un artista de un agujero negro con disco de acreción.

Hasta hoy es imposible describir lo que sucede en el interior de un agujero negro; sólo se puede imaginar, suponer y observar sus efectos sobre la materia y la energía en las zonas externas y cercanas al horizonte de sucesos y la ergosfera. Uno de los efectos más controvertidos que implica la existencia de un agujero negro es su aparente capacidad

Agujero negro

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para disminuir la entropía del Universo, lo que violaría los fundamentos de la termodinámica, ya que toda materia y energía electromagnética que atraviese dicho horizonte de sucesos, tienen asociados un nivel de entropía. Stephen Hawking propone en su último libro que la única forma que no aumente la entropía sería que la información de todo lo que atraviese el horizonte de sucesos siga existiendo de alguna forma. Otra de las implicaciones de un agujero negro supermasivo sería la probabilidad que fuese capaz de generar su colapso completo, convirtiéndose en una singularidad desnuda de materia.

La entropía en los agujeros negros

Representación artística de un agujero negro con una estrella del compañero de cerca que se mueve en órbita alrededor que excede su límite de Roche. La materia en que cae forma un disco de acrecimiento, con algo de la materia que es expulsada en chorros polares colimados altamente energéticos.

Según Stephen Hawking, en los agujeros negros se viola el segundo principio de la termodinámica, lo que dio pie a especulaciones sobre viajes en el espacio-tiempo y agujeros de gusano. El tema está siendo motivo de revisión; actualmente Hawking se ha retractado de su teoría inicial y ha admitido que la entropía de la → materia se conserva en el interior de un agujero negro (véase enlace externo). Según Hawking, a pesar de la imposibilidad física de escape de un agujero negro, estos pueden terminar evaporándose por la llamada radiación de Hawking, una fuente de rayos X que escapa del horizonte de sucesos. El legado que entrega Hawking en esta materia es de aquellos que, con poca frecuencia en física, son calificados de bellos. Entrega los elementos matemáticos para comprender que los agujeros negros tienen una entropía gravitacional intrínseca. Ello implica que la gravedad introduce un nivel adicional de impredictibilidad por sobre la incertidumbre cuántica. Parece, en función de la actual capacidad teórica, de observación y experimental, como si la naturaleza asumiera decisiones al azar o, en su efecto, alejadas de leyes precisas más generales. La hipótesis de que los agujeros negros contienen una entropía y que, además, ésta es finita, requiere para ser consecuente que tales agujeros emitan radiaciones térmicas, lo que al principio parece increíble. La explicación es que la radiación emitida escapa del agujero negro, de una región de la que el observador exterior no conoce más que su masa, su momento angular y su carga eléctrica. Eso significa que son igualmente probables todas las combinaciones o configuraciones de radiaciones de partículas que tengan energía, momento angular y carga eléctrica iguales. Son muchas las posibilidades de entes, si se quiere hasta de los más exóticos, que pueden ser emitidos por un agujero negro, pero ello corresponde a un número reducido de configuraciones. El número mayor de configuraciones corresponde con mucho a una emisión con un espectro que es casi térmico. Físicos como Jacob D. Bekenstein han relacionado a los agujeros negros y su entropía con la teoría de la información.

Los agujeros negros en la física actual Se explican los fenómenos físicos mediante dos teorías en cierto modo contrapuestas y basadas en principios incompatibles: la mecánica cuántica, que explica la naturaleza de «lo muy pequeño», donde predomina el caos y la estadística y admite casos de evolución temporal no-determinista, y la relatividad general, que explica la naturaleza de «lo muy pesado» y que afirma que en todo momento se puede saber con exactitud dónde está un cuerpo, siendo esta teoría totalmente determinista. Ambas teorías están experimentalmente confirmadas pero, al intentar explicar la naturaleza de un agujero negro, es necesario discernir si se aplica la cuántica por ser algo muy pequeño o la

Agujero negro relatividad por ser algo tan pesado. Está claro que hasta que no se disponga de una física más avanzada no se conseguirá explicar realmente la naturaleza de este fenómeno. f enómeno. Descubrimientos recientes

En 1995 un equipo de investigadores de la UCLA UCLA dirigido por Andrea Ghez Ghez demostró mediante simulación por ordenadores la posibilidad de la existencia de agujeros negros supermasivos en el núcleo de las galaxias. Tras T ras estos estos cálculos mediante mediante el sistema de óptica óptica adaptab adaptable le se verificó verificó que algo deformaba los rayos de luz emitidos desde el centro de nuestra galaxia (la Vía Láctea). Tal deformación deformación se s e debe a un invisible agujero negro supermasivo que ha sido denominado Sgr.A (o Sagittarius A), al mismo se le supone una masa 4,5 millones de veces mayor que la del Sol. El agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia actualmente sería poco activo ya que ha consumido gran parte de la materia → bariónica, que se encuentra en la zona de su inmediato campo gravitatorio y emite grandes cantidades de radiación. En diciembre de 2008 un equipo del Instituto Max Planck dirigido por Reinhard Genzel confirma la existencia de tal agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea calculándosele una masa de 4 millones de soles y considerándole a una distancia de 27.000 años luz (unos 255.000 billones de km respecto de la Tierra). Por su parte, la astrofísica Feryal Özel ha explicado algunas características probables en torno a un agujero negro: cualquier cosa, incluido el espacio vacío, que entre en la fuerza de marea provocada por un agujero negro se aceleraría a extremada velocidad como en un vórtice y todo el tiempo dentro del área de atracción de un agujero negro se dirigiría hacia el mismo agujero negro. En el presente se considera que, pese a la perspectiva destructiva que se tiene de los agujeros negros, éstos al condensar en torno a sí materia sirven en parte a la constitución de las galaxias y a la formación de nuevas estrellas. En junio de 2004 astrónomos descubrieron un agujero negro súper masivo, el Q0906+6930, en el centro de una galaxia distante a unos 12.700 millones de años luz. Esta observación indicó una rápida creación de agujeros negros súper masivos en el Universo joven. La formación de micro agujeros negros en los aceleradores de partículas ha sido informada,[2] pero no confirmada. Por ahora, no hay candidatos observados para ser agujeros negros primordiales. El mayor

En el año 2007 se descubrió el aguj agujero ero negro negro denominado denominado IC IC 10 X-1. Está en la constelación de Casiopea cerca de la galaxia IC 10, a una distancia de 1,8 millones de años luz de de la Tierra, con una masa de entre 24 y 33 veces la de nuestro Sol, y se considera el mayor agujero negro que orbita alrededor de una estrella, o agujero negro "de masa estelar", hasta la fecha.[3] Posteriormente, en abril de 2008, la revista Nature publicó un estudio realizado en la Universidad de Turku (Finlandia). Según dicho estudio, un equipo de científicos dirigido por Mauri Valtonen descubrió un sistema binario, un blazar, llamado OJ287. Tal sistema estaría constituido por un agujero negro menor que orbita en torno a otro mayor, siendo la masa del mayor de 18.000 millones de veces la de nuestro Sol. Se supone que en cada intervalo de rotación el agujero negro menor golpea la ergosfera del mayor dos veces, generándose un quásar. El menor

Sin contar los posibles → microagujeros negros que casi siempre son efímeros al producirse a escalas subatómicas; macroscópicamente en abril de 2008 el equipo coordinado por Nikolai Saposhnikov y Lev Titarchuk ha identificado el más pequeño de los agujeros negros conocidos hasta la fecha; ha sido denominado J 1650, se ubica en la constelación Ara (o Altar) de la Vía Láctea (la misma galaxia de la cual forma parte la Tierra). J 1650 tiene una masa equivalente a 3,8 soles y tan solo 24 km de diámetro se habría formado por el colapso de una estrella; tales dimensiones estaban previstas por las ecuaciones de Einstein. Se considera que son prácticamente las dimensiones mínimas que puede tener un agujero negro ya que una estrella que colapsara y produjera un fenómeno de menor

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Agujero negro masa se transformaría en una estrella de neutrones. Se considera que pueden existir muchos más agujeros negros de dimensiones semejantes. Chorros de plasma

En abril de 2008 la revista Nature publicó un estudio realizado en la Universidad de Boston dirigido por Alan Marscher explica que chorros de plasma colimados parten de campos magnéticos ubicados cerca del borde de los agujeros negros. En zonas puntuales de tales campos magnéticos los chorros de plasma son orientados y acelerados a velocidades cercanas a C (velocidad de la luz), tal proceso es comparable a la aceleración de partículas para crear una corriente de chorro (jet ) en un reactor. Cuando los chorros de plasma que son originados por un agujero negro son observables desde la Tierra tal tipo de agujero negro entra en la categoría de blazar. Que un agujero negro "emita" radiaciones parece una contradicción, sin embargo esto se explica: todo objeto (supóngase una estrella) que es atrapado por la gravitación de un agujero negro, antes de ser completamente "engullido", antes de pasar tras el horizonte de sucesos, se encuentra tan fuertemente presionado por las fuerzas de marea del agujero negro en la zona de la ergosfera que una pequeña parte de su materia sale disparada a velocidades próximas a la de la luz (como cuando se aprieta fuertemente una naranja: parte del material de la naranja sale eyectado en forma de chorros de jugo, en el caso de los objetos atrapados por un agujero negro, parte de su masa sale disparada centrífugamente en forma de radiación fuera f uera del campo gravitatorio de la singularidad). Formación de estrellas por el influjo de agujeros negros

Nuevas estrellas podrían formarse a partir de los discos elípticos en torno a agujeros negros; tales discos elípticos se producen por antiguas nubes de gas desintegradas previamente por los mismos agujeros negros; las estrellas producidas por condensación o acreción de tales discos elípticos al parecer tienen órbitas muy elípticas en torno a los agujeros negros supermasivos.

Véase también • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Agujer Agujeroo blanco blanco Agujero Agujero de gusano gusano Agujero Agujero negro de Kerr Agujero Agujero negro negro de Kerr-Newma Kerr-Newmann Agujero Agujero negro negro de de Reissne Reissner-Nord r-Nordstrøm strøm Diagrama Diagrama de Penrose Penrose Estrella Estrella de neutrones neutrones Galaxi Galaxiaa activa activa Galaxia Galaxia elíptica elíptica M87 Magn Magnet etar ar Micro agujero agujero negro Objeto astronómic astronómicoo Principio Principio holográfico holográfico Púls Púlsar ar Radiación Radiación de Hawking Hawking Karl Schwarzsch Schwarzschild ild Singularidad Singularidad desnuda desnuda Teoría de los los universo universoss fecundo fecundoss

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Agujero negro

Referencias [1] * Hawking, S. W. & Ellis, Ellis, G. F. R.: The Large Scale Structure of Space-time, Cambridge, Cambridge University Press, 1973, ISBN 0-521-09906-4. [2] BBC News (ed.): « Lab fireball 'may may be black hole' (http:/  (http:/ / / news.bbc. news.bbc.co. co.uk/  uk/ 2/  2/ hi/  hi/ science/  science/ nature/  nature/ 4357613.stm)» 4357613. stm)» (17 de marzo de 2005). Consultado el 25 de marzo. [3] Massive Black Hole Smashes Record Record (http:/ / / cfa-www.harvard. cfa-www.harvard.edu/  edu/ press/  press/ 2007/  2007/ pr200728. pr200728. html) (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)

Bibliografía

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• Wikimedia Wikimedia Commons Commons alberga alberga contenido contenido multimedia multimedia sobre Agujero negro.Commons • Stephen Hawking cambia de opinión sobre los agujeros negros (http:/ / www.infoastro. www.infoastro.com/  com/ 200407/  200407/  21hawking_agujeros_negros.html) 21hawking_agujeros_negros. html) • Proyecto Proyecto Celestia Celestia (http:/  (http:/ / / celestia.albacete. celestia.albacete.org/  org/ celestia/  celestia/ celestia/  celestia/ videos.htm) videos.htm) Vídeo educativo para entender los agujeros negros (vídeo nº 28). • Cientos de agujeros negros listos a devorar todo a su paso en nuestra galaxia (http:/ / news.bbc. news.bbc.co. co.uk/  uk/ hi/  hi/  spanish/ science/  science/ newsid_7179000/  newsid_7179000/ 7179971.stm) 7179971.stm) • Científicos finlandeses lograron calcular la masa del mayor agujero negro conocido conocido en el espacio (http:/ / news. news. bbc.co. bbc.co.uk/  uk/ hi/  hi/ spanish/  spanish/ science/  science/ newsid_7183000/  newsid_7183000/ 7183430.stm) 7183430.stm)

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Microagujero negro

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Microagujero negro Un microagujero negro, también llamado agujero negro de mecánica cuántica e inevitablemente miniagujero negro, es un simple → agujero negro pequeño, en el que los efectos de la mecánica cuántica juegan un importante rol.

Explicación científica La menor masa que se cree que un → agujero negro puede poseer, según la clásica descripción de agujero agujer o negro, es −8 19 probablemente del tipo de la Masa de Planck, que es aproximadamente 2 × 10 kg ó 1,1 × 10 GeV. A esta escala, la fórmula de la termodinámica del agujero negro predice que el miniagujero negro podría tener una entropía de sólo 4π nats; una temperatura Hawking de

, requiriendo energía térmica cuántica comparable aproximadamente a la

masa del miniagujero negro completo; y una longitud de onda Compton equivalente al radio de Schwarzschild del agujero negro (esta distancia siendo equivalente a la longitud de Planck). Este es el punto donde la descripción gravitacional clásica del objeto finaliza, siendo recuperable con unas pequeñas correcciones cuánticas pero, en efecto, se rompe completamente. La existencia de agujeros negros con esta masa es solamente hipotética, pero si los agujeros negros primordiales existen, estos podrían alcanzar esta condición como el final de la evaporación debido a la radiación de Hawking. Bajo teorías estándar, la energía necesaria para producir microagujeros negros es mayor en varios órdenes de magnitud de la que puede ser producida en la Tierra en un acelerador de partículas como el Large Hadron Collider (con un máximo alrededor de 14 × 10 3 GeV), o ser detectada en colisiones de radiación cósmica en nuestra atmósfera. Es estimado que para colisionar dos agregados de fermiones dentro de una distancia de una longitud de Planck con la actual fuerza alcanzable del campo magnetico, requiriría de un acelerador de partículas de alrededor de 1000 años luz de diámetro para mantener a los agregados en la pista. Aunque si esto fuera posible, cualquier producto de la colisión sería inmensamente inestable y se desintegraría casi instantáneamente. Algunos teóricos de cuerdas han sugerido que las múltiples dimensiones postuladas por la → teoría de cuerdas podría crear la efectiva fuerza de la gravedad, muchas clases de magnitudes más fuertes a pequeñas distancias (energías muy poderosas). Esto podría reducir efectivamente la energía de Planck, y también hacer que las descripciones de agujero negro fueran validas aún con masas muy pequeñas. Pero esto es altamente especulativo. Otros han pensado acerca de las básicas asunciones del programa de gravedad cuántica, donde realmente hay un caso que obliga a creer en la radiación de Hawking.[1] Son sólo esas asunciones cuánticas las que guían a la crisis de la masa de Planck: en relatividad general clásica, un agujero negro podría ser desde en principio arbitrariamente pequeño. Todo lo que se puede afirmar con certeza es que, con las predicciones actuales, un agujero negro con una masa menor a la masa de Planck Pl anck es inconsistente e incompleto.

Posibilidad de microagujeros negros artificiales Al ponerse en marcha el primer Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de manera totalmente funcional (hasta ahora solo se han realizado pruebas), se considera probable la primera creación artificial de micro agujeros negros a partir del choque y fusión de partículas subátomicas (→ hadrones) aceleradas a casi la velocidad c, a tal velocidad la → materia bariónica incrementa enormemente su masa lo cual explica la formación de microagujeros negros los cuales sin embargo serían efímeros ya que se encontrarían (proporcionalmente a su masa y a la gravitación de tal masa) a bastante distancia de otros cuerpos materiales como para crecer.

Microagujero negro

Véase también • → Agujer Agujeroo negro negro • Gran Colisionador de Hadrones (En el LHC LHC se pueden crear articialmente estos fenómenos) Clasificación por tipo: • Agujero Agujero negro negro de Schwar Schwarzsch zschild ild • Agujero Agujero negro de Kerr • Agujero negro de Kerr-Newman Kerr-Newman y Reissner-Nordström o agujero negro cargado Clasificación por masa: • • • •

Agujero negro primordial, una sobra hipotética hipotética del Big Bang Agujero negro estelar, estelar, que podría ser tanto un agujero negro estático, como como un agujero negro rotante. Agujero Agujero negro negro de de masa masa intermedia intermedia Agujero negro supermasivo, supermasivo, que podría ser tanto un agujero negro estático, como un agujero negro rotante.

Referencias [1] Caso de la radiación Hawking. (http:/  (http:/ / / xxx.lanl. xxx. lanl.gov/  gov/ abs/  abs/ gr-qc/  gr-qc/ 0304042) 0304042)

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Experimento ATLAS

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Experimento ATLAS

Cadena de aceleradores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC)

Experimentos → ATLAS ATLAS

Aparato Aparato Toroidal Toroidal del LHC

CMS CMS

Sole Soleno noid idee Comp Compac acto to de Muone uoness

→ LHCb LHCb

LHCLHC-be beau auty ty

ALIC ALICE E

Gran Gran Coli Colisi sion onad ador or de Ione Ioness

TOTE TOTEM M

Secc Secció iónn de Cruc Crucee tota total, l, diseminación elástica y disociación por difracción

LHCf

LHC-de -delantero

Preaceleradores p y Pb

Acel Aceler erad ador or line lineal al de protónes y Plomo

(no marcado) marcado) Lanzador de Protones Protones del del Sincrotrón PS

Sinc Sincro rotró trónn de prot proton ones es

SPS

Supers Supersinc incrot rotrón rón de proton protones es

El ATLAS (A T oroidal cinco detectores de partículas oroidal LHC  ApparatuS, Aparato Toroidal del LHC ) es uno de los cinco (junto al ALICE, CMS, TOTEM y LHCb) en construcción en el Gran Colisionador de Hadrones, el nuevo acelerador de partículas del CERN en Suiza. Su tamaño será de 45x25 metros, y pesará unas 7000 toneladas. En el proyecto están implicados unos 2000 científicos e ingenieros de 151 instituciones pertenecientes a 34 países diferentes. Se espera que esté plenamente operativo a principios de 2008. De este experimento se espera que detecte partículas muy masivas no detectables anteriormente, que operaban a menores energías, y que aporte luz a nuevas teorías físicas más allá del Modelo Estándar. El grupo de físicos que está construyendo el detector, conocido conocido como como Colaboración ATLAS , se formó en 1992, al fusionarse los experimentos EAGLE (Experiment for Accurate Gamma, Lepton and Energy Measurements, Experimento para la Medida Precisa de Gammas y Leptones) y ASCOT (Apparatus (Apparatus with Super COnducting Toroids, Aparato con Toroides SuperCOnductores), para dar lugar a un único detector multipropósito para el LHC. El diseño de ATLAS es una combinación de ambos experimentos, además de ideas aportadas durante el diseño e investigación del Supercolisionador superconductor. El ATLAS tal y como está ahora se concibió en 1994, y obtuvo la financiación oficial a principios de 1995. Otros países, laboratorios y universidades se unieron al proyecto en los años siguientes, e incluso en la actualidad (2007) se siguen sumando participantes. Los trabajos de montaje empezaron en cada grupo de forma individual, y en 2003 comenzaron los trabajos de montaje in situ. El ATLAS es un detector multipropósito. Cuando los haces de protones producidos por el acelerador interactúen en el centro del detector, se producirán una serie de partículas con un amplio rango de energías. Más que centrarse en un

Experimento ATLAS determinado tipo de partículas, el ATLAS se ha diseñado para que mida el mayor intervalo posible de energías. Se pretende que, sea cual sea el proceso producido o las partículas generadas, el ATLAS sea capaz de detectarlas y medir sus propiedades. Experimentos anteriores, como el Tevatrón y el LEP, fueron diseñados con un propósito similar. Sin embargo, las condiciones únicas de operación del ATLAS (energías nunca vistas y un ritmo de colisiones extremadamente elevado) hacen de su diseño el más complejo hasta la fecha.

Base teórica El primer ciclotrón, uno de los primeros aceleradores de partículas, fue creado por Ernest O. Lawrence en 1931, con un radio de pocos centímetros y energías de hasta 1 MeV. Desde entonces, los aceleradores han ido creciendo enormemente en tamaño y energía buscando generar partículas de mayores masas. Junto al crecimiento de los aceleradores ha ido aumentando la lista de partículas conocidas. El modelo que se usa en la actualidad, muy probado y sólido, es el Modelo Estándar; se han detectado todas las partículas que lo forman, excepto el → Bosón de Higgs. El Modelo Estándar se cree que no funciona a energías por encima de la máxima producida en la Experimento ATLAS, en construcción en Octubre de 2004; el [1] actualidad, 1 TeV (en el Tevatrón). Se espera que la estado actual puede consultarse aquí  . Compárese el tamaño del detector con las personas del fondo. teoría más-allá-del-Modelo-Estándar , idéntida al Modelo Estándar a las energías asequibles en la actualidad, describa partículas a energías muy superiores. Muchas de estas teorías predicen partículas de masa mucho mayor. El LHC, de 27 km de circunferencia, colisionará dos haces de protones a energías siete millones de veces superiores al del primer acelerador. Será capaz de producir partículas diez veces más pesadas que las actuales, si existen. Aparte de producir dichas partículas, éstas deben ser observadas, y esa es la tarea de los detectores. Desde los años 70, los detectores se diseñan en capas, como las l as cebollas, capas que rodean el punto de interacción (donde colisionan ambos haces). Cada capa es diferente, y permiten detectar el tipo de partícula, su energía (masa) y su momento. Conforme crece la energía de las nuevas partículas generadas, los nuevos detectores deben ser capaces de frenarlas y medirlas. Así, el ATLAS es el mayor detector hasta la fecha, capaz de medir las propiedades de las muy masivas partículas generadas en el LHC.

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Experimento ATLAS

Programa científico Del ATLAS se espera que investigue los nuevos tipos de partículas que puedan ser detectados en las colisiones de alta energía del LHC. Algunas de ellas supondrán la confirmación o no del Modelo Estándar, mientras que otras pueden dar lugar a nuevas teorías. Una de las más importantes tareas del ATLAS es detectar la última pieza del puzzle llamado Modelo Estándar: el → bosón de Higgs. El mecanismo de Higgs, en el cual interviene dicho bosón, es el que le da la masa a las partículas elementales, diferenciando la fuerza débil y la interacción electromagnética. Dicho mecanismo explica satisfactoriamente la masa de los bosones W y Z y la masa nula en reposo de los fotones. Si no se descubre el bosón de Higgs, se espera que otro mecanismo de rotura de la Un diagrama de Feynman de dos gluónes virtuales procedentes de la colisión de simetría electrodébil pueda ser deducido, protones en el LHC, formando un hipotético → bosón de Higgs, y un antiquark arriba. Éste proceso deja una "huella" de partículas, lo que facilita mucho su como el Tecnicolor. Sin ese mecanismo, el identificación. Un número suficiente de estos sucesos permitiría el descubrimiento Modelo Estándar es matemáticamente del bosón de Higgs. inconsistente a los niveles de energía que alcanzará LHC. El bosón de Higgs puede que se detecte a partir de las partículas que se desintegren en él. Las más interacciones más plausibles son las que involucran dos fotones, dos quarks fondo o cuatro leptones. En ocasiones, ésas desintegraciones sólo pueden ser detectadas inequívocamente si van asociadas a partículas adicionales (diagrama). También se investigará la asimetría entre → materia y → antimateria, conocida como violación CP. Los experimentos actuales de violación CP, como BaBar y Belle, no han detectado suficiente violación en el Modelo Estándar como para explicar la falta de antimateria detectable en el Universo. Es posible que los nuevos modelos físicos introduzcan violaciones adicionales, aclarando algo este problema; éstos nuevos modelos puede que detecten estas violaciones mediante la producción de partículas adicionales o mediante mediciones indirectas de las propiedades de los mesones B (camino seguido por los experimentos LHCb y LHC; es posible que el camino correcto sea el primero). Las propiedades del quark arriba, descubierto descubierto en el Fermilab en 1995, sólo han sido descritas parcialmente. Con mayores energías y mayores ratios de producción, el LHC producirá grandes cantidades de quark arriba, pudiendo así medir sus propiedades con mayor precisión y exactitud, además de medir su interacción con otras partículas. Éstas medidas darán información indirecta acerca de los detalles del Modelo Estándar, incluso puede que revele inconsistencias que puedan ser el punto de partida hacia nuevas teorías; por ejemplo, el ATLAS puede que mida la masa del bosón W con una precisión mayor que la actual. Posiblemente, las líneas de investigación más interesantes son aquellas que buscan directamente nuevos modelos físicos. Una teoría que se está investigando activamente en la actualidad es la rotura de la supersimetría. Esta teoría es popular ya que soluciona un número de problemas de física teórica que están presentes en prácticamente todos los modelos de → cuerdas. Éstos modelos supersimétricos implican partículas nuevas y muy masivas; en muchas

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Experimento ATLAS

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ocasiones, se desintegran dando lugar a quarks muy energéticos y partículas estables pesadas de las que se espera que interaccionen poco con la → materia ordinaria. Éstas partículas estables escaparían al detector, dejando como señal una o más jets de quarks y una gran cantidad de "momento perdido". Otras hipotéticas partículas masivas, como las que describe la teoría de Kaluza-Klein, podrían dejar señales parecidas, dejando ver que hay una nueva física más allá del Modelo Estándar.

Componentes El ATLAS consta de una serie de cilindros concéntricos de tamaños crecientes que rodean el punto de interacción, donde colisionan los haces de protones. Se divide en cuatro partes principales: el Detector Interno, los calorímetros, el espectrómetro de muones y los imanes externos. Cada parte se subdivide a su vez en más capas. Los detectores son complementarios: el Detector Interno determina la trayectoria de cada partícula, los calorímetros miden la energía de las partículas poco penetrantes, y los sistemas muónicos miden parámetros adicionales de los muones muy penetrantes. Los imanes externos doblan la trayectoria de las partículas detectadas en el Detector Interno y el espectrómetro de muones, permitiendo medir su momento. Los neutrinos son las únicas partículas no detectables directamente. Para esta tarea, el detector debe ser "hermético" y detectar todos los no-neutrinos producidos, sin puntos ciegos. Asegurar el buen funcionamiento de las capas más internas, sometidas a un alto nivel de radiación, es un reto ingenieril. El Detector Interno

El Detector Interno empieza a pocos centímetros del eje de colisión, y se extiende hasta 1,2 metros alrededor. Tiene 7 metros de longitud en forma de tubería. Su principal función es trazar (determinar la trayectoria) de las partículas cargadas midiendo su interacción con la materia en ciertos puntos, revelando así el tipo de partícula producida y su momento. El campo magnético que baña éste detector provoca que las partículas cargadas sigan trayectorias curvas; la dirección de dicha curva revela la carga de la partícula y su radio de curvatura su momento. Los puntos iniciales de las trayectorias dan información acerca del tipo de partícula; así, si un grupo de trayectorias parecen originarse en puntos diferentes al de la colisión protón-protón, puede ser indicativo de partículas procedentes de la desintegración de un quark abajo. El Detector Interno tiene tres partes, detalladas a continuación.

Sección central del ATLAS TRT, la parte externa del Detector Interno, en Septiembre de 2005. Está funcionando en la superficie y recogiendo datos de rayos cósmicos.

El Detector Píxel, la parte interna, está formada por tres capas y tres discos en cada extremo, con un total de 1744 módulos, cada uno de 6x2 cm. El material detector es una capa de 250 μm de sílice. Cada módulo consta de 16 circuitos integrados y otros componentes electrónicos. La mínima unidad mensurable es un píxel de 50x400 micras; hay unos 47000 píxeles por módulo. Su diminuto tamaño sirve para poder medir con precisión trayectorias muy cercanas al punto de colisión. En total, el Detector Píxel tiene 80 millones de canales de salida, aproximadamente la mitad del total; tal cantidad ha supuesto un desafío de diseño y fabricación. Otro desafío importante es la radiación a la que se verán sometidos estos componentes, por ello todos los componentes electrónicos están blindados contra las radiaciones, para que su rendimiento no se degrade con el tiempo. El Rastreador Semiconductor (SCT, Semi-Conductor Tracker) está situado en la parte media del detector. Es similar en cuanto a diseño y funcionamiento al Detector Píxel, pero cada módulo es más largo y estrecho, permitiendo cubrir grandes áreas. Cada banda mide 80 micras por 12,6 cm. El SCT es la parte más importante del Detector Interno en cuanto a medir trayectorias en el plano perpendicular al del haz, ya que mide partículas en un área más extensa que el

Experimento ATLAS

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Detector Píxel, con más puntos de medida y una precisión parecida. Está formada por cuatro capas dobles de sílice, tiene 6,2 millones de canales de salida y un área total de 61 m2. El Detector de Radiación de Transición (TRT, Transition Radiation Tracker) es el detector más externo, y es una combinación de un "rastreador de pajitas" y un "detector de radiación de transición". Contiene gran cantidad de "pajitas", cada una de 4 milímetros de diámetro y 144 de longitud. Su resolución es menor que la de los otros dos detectores, una solución necesaria para cubrir un gran volumen con un diseño complementario. Cada "pajita" está rellena de un gas que se ioniza cuando pasa una partícula cargada. Éstos iones producen una corriente en una de los conductores de alto voltaje que atraviesan la pajita, creando un patrón de señales en muchas de éstas que permite reconstruir la trayectoria de la partícula. También contiene materiales de diferentes índices de refracción, provocando que se emita radiación de transición y permitiendo la generación de señales más fuertes en cada pajita. Ya que la cantidad de radiación de transición producida es bastante grande en partículas relativistas (partículas con una velocidad comparable a la velocidad de la luz), y la velocidad de una partícula es inversamente proporcional a su masa, es de esperar que las partículas más ligeras dejen mayores señales. Así, las señales más intensas pueden deberse a los electrones. El TRT consta de unas 351000 pajitas en total. Calorímetros

Los calorímetros se sitúan en el exterior del solenoide magnético que rodea al detector interno. Su propósito es medir la energía de cada partícula absorbiéndola. Hay dos sistemas básicos: un calorímetro electromagnético interno y un calorímetro hadrónico externo. Ambos son calorímetros de muestreo, es decir, absorben energía mediante metales muy densos y periódicamente miden la forma de la lluvia de partículas resultante, infiriendo la energía de la partícula original a través de éstas medidas. El calorímetro electromagnético absorbe la energía de las partículas que interaccionan electromagnéticamente, incluyendo partículas cargadas y fotones. Tiene una gran precisión, tanto en la medida de la energía depositada como en su localización exacta. El ángulo entre la trayectoria de la partícula y el eje del haz de protones puede ser medido con una precisión de unos 0,025 radianes. Los materiales absorbentes son plomo y acero inoxidable, con argón líquido como material de muestreo. Es necesario un criostato para mantener el calorímetro lo suficientemente frío.

Septiembre de 2005: sección del barril principal del calorímetro hadrónico del ATLAS, esperando a ser insertada dentro de los imanes toroidales.

El calorímetro hadrónico absorbe la energía de las partículas que atraviesan el electromagnético, pero interaccionan a través de la fuerza fuerte; éstas partículas son generalmente → hadrones. Es menos Una de las secciones del calorímetro hadrónico, preciso, tanto en términos de energía como de localización (una esperando a ser insertada a finales de Febrero de precisión angular de 0,1 radianes). El material absorbente es acero, con 2006. escintiladores en forma de baldosas que miden la energía depositada. Muchas de las características de este calorímetro es su relación coste-efectividad; es grande y requiere una gran cantidad de material: la mayor parte del calorímetro es un cilindro de 12 metros de largo y 8 de diámetro, concéntrico al haz de protones. Las partes exteriores están contenidas dentro del criostato del calorímetro electromagnético, y usa argón líquido como refrigerante. r efrigerante.

Experimento ATLAS

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Espectrómetro muónico

El espectrómetro muónico es un sistema de seguimiento extremadamente grande, y se extiende desde los calorímetros hasta la parte más externa del detector. Su gran tamaño es necesario para medir con precisión el momento de los muones, que son capaces de atravesar las partes internas del detector; es una parte vital porque los muones son indicativos de muchos procesos físicos, y porque no se podría medir con precisión la energía total involucrada en un evento si fueran ignorados. Funciona de manera parecida al detector interno, con los muones curvando sus trayectorias para poder identificar su momento, aunque su campo magnético es diferente, tiene menor precisión espacial y un volumen mucho mayor. También se utiliza para identificar muones simplemente; se espera que muy pocas partículas atraviesen el detector interno y los calorímetros y por tanto dejen señales en ésta parte. Tiene aproximadamente un millón de canales de salida y el área ocupada por sus detectores es de 12000 m2. Sistema de imanes

El ATLAS utiliza dos grandes imanes para curvar la trayectoria de las partículas cargadas, con el objeto de poder medir su momento. Ésta curvatura se debe a la fuerza de Lorentz, y es proporcional a la velocidad. Ya que la mayoría de partículas generadas viajarán a una velocidad cercana a la de la luz, dicha fuerza es la misma para partículas con diferentes momentos. Así, las partículas con un momento elevado se curvarán poco, mientras que las que tengan poco momento tendrán un radio de curvatura mayor; dicho radio de curvatura puede cuantificarse y deducir de ahí el momento para cada una. Extremo de uno de los cuatro imanes toroidales del ATLAS, visto desde la

El solenoide interno produce un campo superficie, a 90 metros. Septiembre de 2005. magnético de dos teslas, que rodea al Detector Interno. Este campo tiene la intensidad suficiente como para curvar partículas muy energéticas, y su uniformidad e intensidad permite que las mediciones sean muy precisas. Partículas con un momento menor a 400 MeV sufrirán tal curvatura que entrarán en un bucle y por tanto es poco probable que puedan ser medidas. De todas formas, ésta energía es muy pequeña comparada con los varios TeV liberados en cada colisión protón-protón. El campo magnético externo, de forma toroidal, es producido por ocho grandes bucles huecos y dos terminadores, ambos situados en el exterior de los calorímetros y dentro del espectrómetro muónico. Éste campo magnético tiene 26 metros de largo y 20 de diámetro, almacenando 1,2 GJ de energía. Es un campo magnético no uniforme, porque un solenoide que fuera capaz resultaría tan grande su construcción sería antieconómica. Afortunadamente, las mediciones no necesitan una gran precisión debido al gran tamaño del sistema muónico.

Sistemas de análisis de datos El disparador usa información simple para detectar los eventos más interesantes de entre los 40 millones de haces que chocan cada segundo en el centro del detector. Hay tres niveles de "disparo": el primero está basado en la electrónica del detector y los dos restantes se ejecutan en un gran cluster situado cerca del detector. Cuando el primer nivel detecta un evento, se seleccionan 100.000 eventos próximos, y cuando se dispara el tercer nivel varios centenares de eventos se almacenan para su posterior análisis. Esto equivale a unos 100 Mb por segundo, un total de 1 Petabyte al año.

Experimento ATLAS Se efectúa una reconstrucción offline de cada evento almacenado, transformando cada patrón de señales salido del detector en partículas físicas, como jets, fotones y leptones. Está previsto usar computación en red (grid computing) para analizar cada evento, permitiendo el uso de recursos computacionales externos (universidades, centros de cálculo, etc.). El software encargado del análisis de estos datos ha estado en fase de desarrollo durante años y se seguirá mejorando tras el inicio del experimento. Está previsto que los usuarios de estos datos, como científicos y grupos de investigación escriban sus propios programas para analizar los datos en bruto, con el objetivo de detectar nuevas partículas o comprobar modelos físicos. Hasta el momento se han llevado a cabo simulaciones de las colisiones, permitiendo prever con cierta confianza qué nuevas partículas se descubrirán y el nivel de certeza de estos eventos. Existe un proyecto, LHC@home, que ha permitido ayudar a diseñar el acelerador, con la colaboración desinteresada de los internautas de todo el mundo.

Referencias • Propuesta Propuesta Técnica Técnica del ATLAS ATLAS [2] • Informe Técnico de Diseño y Rendimiento del detector ATLAS [3] • N. V. Krasnikov, Krasnikov, V. A. Matveev (Septiembre de 1997). «Physics «Physics at the large hadron collider [4]» Phys. Part. Nucl.. Vol. 28. n.º 5. pp. 441– 470.

Enlaces externos • • • • • • • • •

Wikimedia Wikimedia Commons Commons alberga alberga contenido contenido multimedia multimedia sobre Experimento ATLAS.Commons [5] Página oficial oficial del ATLAS ATLAS en el CERN (La "ATLAS movie" es una buena introducción general!) Datos técnicos técnicos del ATLAS ATLAS [6] en el CERN (Montones de datos e información técnica) Webcams Webcams en en la caverna caverna del del ATLAS ATLAS [1] Artículo de PhysicsWorld sobre el CERN y su física. [7] Artículo del New York Times hablando de los experimentos del LHC. [8] Artículo sobre el ATLAS del Departamento Departamento de Energía estadounidense estadounidense [9] Panoramas Panoramas VR del ATLAS. ATLAS. [27] Multimedia sobre la colisión de partículas en el ATLAS [10]

Referencias [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

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Solenoide compacto de muones

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Solenoide compacto de muones

Cadena de aceleradores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC)

Experimentos → ATLAS ATLAS

Aparato Aparato Toroidal Toroidal del LHC

→ CMS CMS

Soleno Solenoide ide Compac Compacto to de Muon Muones es

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El Solenoide Compacto de Muones (CMS, Compact Muon Solenoid ) es uno de los dos detectores de partículas de propósito general que están siendo construidos (a fecha de 2008) en el Gran Colisionador de Hadrones, que hará colisionar haces de protones en el CERN, en Suiza. En su construcción han colaborado unas 2.600 personas procedentes de 180 institutos científicos diferentes. Está situado en la caverna de Cessy (Francia). Cuando esté terminado, tendrá una forma cilíndrica, de 21 metros de largo por 16 de ancho, con un peso de unas 12.500 toneladas.

'Tapa' del CMS vista a través del barril.

Solenoide compacto de muones

Objetivos Los principales objetivos de este experimento son: • Explorar la física en el rango del TeV TeV (teraelectronvoltio). (teraelectronvoltio). • Descubrir Descubrir el → bosón de Higgs. Higgs. • Buscar evidencias de física más allá del modelo estándar, como la → supersimetría o dimensiones espaciales espaciales extra. • Estudiar aspectos de colisiones colisiones de iones pesados.

Características Algunas características importantes del CMS son: • Tiene un tamaño tamaño relativamente compacto y contenido. contenido. • Está optimizado optimizado para detectar detectar muones muones • Tiene un potente potente imán solenoidal solenoidal..

Diseño El CMS es un detector de propósito general, capaz de estudiar múltiples aspectos de las colisiones de protones a 14 TeV, la energía media del LHC. Contiene sistemas para medir la energía y la cantidad de movimiento de fotones, electrones, muones y otras partículas producto de las colisiones. La capa detectora más interna es un rastreador de sílice semiconductora. A su alrededor, un calorímetro electromagnético de cristales escintiladores (centelleadores), rodeado de un calorímetro de muestreo para → hadrones. El rastreador y el calorímetro son lo suficientemente compactos como para entrar dentro del imán solenoidal del CMS, que genera un campo magnético de 4 Teslas. En el exterior del imán se sitúan grandes detectores de muones.

Diseño del CMS. En el medio, bajo el "barril", se muestra un hombre para comprobar sus dimensiones. (HCAL: calorímetro hadrónico, ECAL: calorímetro electromagnético)

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Solenoide compacto de muones

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Las capas del CMS, desde el interior hacia el exterior ] Región central de colisión

En esta zona colisionan los haces de protones. Los imanes de enfoque del LHC fuerzan a los protones, que giran en sentido opuesto, a colisionar en el centro del detector. Los haces de protones se distribuyen en "paquetes", con unos 100.000 millones de protones Corte transversal esquemático del CMS. formando cada paquete. Los protones [http://cmsinfo.cern.ch/Welcome.html/CM [http://cmsinfo.cern.ch/Welcome.html/CMSmedia/CMSm Smedia/CMSmovies.html ovies.html Aquí se puede son tan pequeños que la probabilidad encontrar una animación en flash de que choquen es muy reducida, con una tasa de unas 20 colisiones por cada 200.000 millones de protones. Cuando dos protones colisionan a esas energías, se desgarran, y el intercambio de → materia y energía implica la formación de partículas inexistentes en el mundo cotidiano. Muchos de esos procesos de producción de partículas están muy estudiados, y se estima que sólo 100 de cada 1.000.000.000 de colisiones producirán eventos "interesantes" desde el punto de vista físico. Por tanto, interesa producir la mayor cantidad de colisiones posibles, con lo que los paquetes, que viajan muy juntos en el haz, producirán unos 40 millones de colisiones por segundo, una colisión cada 25 nanosegundos. Capa 1 - El rastreador

Finos segmentos de sílice (barras y píxeles) permiten medir la cantidad de movimiento y la trayectoria de las partículas cargadas. También revelan la posición donde se desintegran (decaen) partículas inestables de vida media larga. El CMS contiene el mayor detector de sílice del mundo, con 205 m² de sensores (el área aproximada de una cancha de tenis), que contiene 9,3 millones de barras y 66 millones de píxeles. Capa 2 - El calorímetro electromagnético

Está constituido por unos 80.000 cristales escintiladores de tungstato de plomo (PbWO4), que miden con precisión las energías de fotones y electrones. Un detector de 'prelluvia', basado en sensores de sílice, ayuda a identificar la partícula detectada en el tramo final.

Detector de tiras de sílice.

Preparando los cristales de tungstato de plomo para el ECAL.

Solenoide compacto de muones

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Capa 3 - El calorímetro hadrónico

Formado por capas de material denso (bronce o acero), con capas de escintiladores plásticos o fibras de cuarzo. Determinan la energía de los hadrones que la atraviesan, esto es, partículas como los protones, neutrones, piones y kaones. El bronce empleado en este detector proviene de restos de artillería rusa. Capa 4 - El imán

Al igual que muchos detectores de partículas, el CMS tiene un gran imán solenoidal. Este imán permite determinar la relación Medio calorímetro hadrónico masa/carga de las partículas que lo atraviesan a partir del análisis de la curva que recorren en el seno del campo magnético. Mide 13 metros de largo y 6 de diámetro, y su núcleo superconductor de niobio-titanio está refrigerado criogénicamente con helio líquido. Estaba previsto que generase un campo de 4 T, pero finalmente funcionará a 3,8 T para mejorar su longevidad. La inductancia del imán es de 14 henrios y la intensidad de corriente que lo atravesará será de 19.500 amperios, con lo que almacenará un total de 2,66 GJ, el equivalente a media tonelada de TNT. Hay circuitos preparados para disipar de forma segura un exceso de energía que podría fundir el imán. La resistencia del circuito (esencialmente sólo los cables que van del convertidor de potencia hasta el criostato) es de 0,1 miliohmios, lo cual permite una constante de tiempo de 39 horas, la más alta de cualquier circuito del CERN. Capa 5 - Los detectores de muones y la abrazadera de retorno

Para detectar muones y su cantidad de movimiento, el CMS usa tres tipos de detectores: tubos de deriva (drift tubes), cámara de tiras catódicas (cathode strip chamber) y cámaras de tiras resistivas (resistive plate chambers). Los TD se usan para mediciones precisas de la trayectoria en la región central (el barril), mientras las CTC se usan en las partes más externas. Las CTR devuelven una señal rápida cuando un muón atravesa el detector muónico, y están instaladas en el barril y en la parte externa.

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Barril del calorímetro hadrónico (en primer plano, en el marco amarillo), esperando a ser insertado dentro del imán superconductor.

Parte del soporte del imán, con tubos de deriva y cámaras de placas resistivas, en la zona del barril.

Recogida y recopilación de datos Reconocimiento de patrones

Las nuevas partículas descubiertas en el CMS serán inestables y se desintegrarán rápidamente en una cascada de partículas más ligeras y conocidas. Las partículas que atraviesen el CMS dejarán señales que permitirán reconocerlas, así que a través de su existencia se podrá inferir la presencia de partículas nuevas. Disparador

Para tener oportunidad de producir partículas como el → bosón de Higgs, se producirán unos 40 millones de colisiones por segundo. Las "firmas" de cada partícula serán analizadas por sistemas electrónicos veloces que guardarán (disparador activado) aquellos eventos (unos 100 por segundo) que podrían mostrar indicios de nuevas partículas o eventos, como el bosón de Higgs decayendo en cuatro muones. Esto reduce los datos generados a unos niveles razonables. Dichos datos serán analizados posteriormente con más detalle. Análisis posterior Probando la electrónica de lectura del detector.

Se usarán sistemas punteros (como la computación en malla o grid) para buscar entre miles de millones de eventos producidos en el CMS, buscando datos que pudieran indicar la presencia de nuevas partículas o fenómenos.

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Hitos

Inserción del tanque de vacío, junio de 2002.

Bajada del YE+2 a la caverna.

YE+1, un componente del CMS de 1270 toneladas, finaliza su descenso de 100 m en la caverna del CMS. Enero de 2007.

Contexto Otro experimento llamado → ATLAS, instalado en otro punto del anillo del LHC, está preparado para hacer análisis similares. Los consorcios ATLAS y CMS competirán entre sí en busca de los mayores descubrimientos. Hay otro experimento similar, el Tevatrón, un colisionador protón-antiprotón, situado en el Fermilab, con una energía en torno a 2 TeV. Ha estado funcionando desde 1987. El Tevatrón contiene dos experimentos, el CDF y el D0.

Referencias • Della Negra, Michel; Petrilli, Achille; Herve, Alain; Foa, Lorenzo; (2006). " CMS Physics Technical Design [1] Report Volume I: Software and Detector Performance ". CERN.

Enlaces externos • • • • • •

Wikimedia Wikimedia Commons Commons alberga alberga contenido contenido multimedia multimedia sobre Solenoide compacto de muones.Commons [2] Página Página del CMS Objetivos Objetivos del CMS [3] CMS CMS Time Timess [4] Sección Sección CMS CMS del del sitio sitio US/LHC US/LHC [5] http http:/  :/ / / petermccready.com/  petermccready.com/ portfolio/  portfolio/ 07041601.html 07041601.html [6] Vista panorámica. Clica y arrastra para mirar alrededor del experimento en construcción (con sonido). Requiere QuickTime.

Referencias [1] [2] [3] [4] [5] [6]

http:/  http:/ / / doc.cern. doc.cern.ch/  ch/ / / archive/  archive/ electronic/  electronic/ cern/  cern/ preprints/  preprints/ lhcc/  lhcc/ public/  public/ lhcc-2006-001.pdf  lhcc-2006-001.pdf  http:/  http:/ / / cms.cern. cms.cern.ch/  ch/  http:/  http:/ / / cmsinfo.cern. cmsinfo.cern.ch/  ch/  http:/  http:/ / / cmsinfo.cern. cmsinfo.cern.ch/  ch/ outreach/  outreach/ CMSTimes.html CMSTimes.html http:/  http:/ / / www.uslhc. www.uslhc.us/  us/ What_is_the_LHC/  What_is_the_LHC/ Experiments/  Experiments/ CMS CMS http:/  http:/ / / petermccready.com/  petermccready.com/ portfolio/  portfolio/ 07041601. 07041601. html

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Cadena de aceleradores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC)

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El LHCb (que procede de las siglas "Large Hadron Collider beauty experiment", donde donde "beauty" "beauty" se refiere al quark bottom) es uno de los seis detectores de partículas, actualmente en construcción, instalados en el LHC (Large Hadron Collider) del CERN. LHCb es un experimento especializado en física del quark b, algunos de cuyos objetivos son la medida de parámetros de violación de simetría CP en las desintegraciones de hadrones que contengan dicho quark o la medida de precisión de las fracciones de desintegración ("branching ratios") de algunos procesos extremadamente infrecuentes.

El detector LHCb Las colisiones de protones en la zona de interacción produciran parejas de quarks b anti-b, que posteriormente formarán partículas mediante el proceso conocido como hadronización. Los dos hadrones de tipo B que se produzcan se hallarán contenidos predominantemente en un estrecho cono cercano al haz de protones protones original. original. Este hecho es el que determina la geometría del detector LHCb, que se puede describir como un espectrómetro de un único brazo, formado por subdetectores planos perpendiculares al haz incidente, muy diferente en este aspecto de otros experimentos con forma cilíndrica como → ATLAS o CMS, también del LHC. Las partículas con contenido de quarks b se producen en ambos sentidos, de forma simétrica respecto del punto de colisión, pero debido al diseño del detector sólo la mitad de ellas son detectables. El detector LHCb tiene una cobertura angular entre 10 y 300 miliradianes (mrad), en la dirección horizontal, y de 250 mrad en el plano vertical. Esta asimetría es debida al gran imán dipolar presente en el detector,que tiene su

LHCb componente principal en la dirección vertical. El detector de vértices (conocido en LHCb como VELO del inglés vertex locator) está situado alrededor de la zona de interacción de protones. Se emplea para determinar la trayectoria de las partículas cerca del punto de interacción, con el objetivo fundamental de separar los vértices primarios (punto donde se generan los mesones B) y el secundario, donde se desintegran. La distancia de vuelo de estas partículas es de unos 8mm, por lo que este detector debe tener una gran resolución espacial. Esta formado por sensores, cada uno de ellos compuesto de detectores de Silicio y dispuestos en forma de finas tiras, que miden las coordenadas polares (de simetría cilíndrica) r y phi. Después del detector de vértices encontramos el subdetector RICH-1 ("Ring Imaging Cherenkov detector"). Se emplean de estos detectores en LHCb, con el objetivo de identificar las partículas que lo atraviesan. En el caso del primero de éstos, esta optimizado para la separación de trazas de bajo momento. El sistema principal de trazas se encuentra posicionado a ambos lados del imán dipolar. Sus usos son la reconstrucción de las trazas correspondientes a partículas cargadas, así como la medida de su momento. Siguiendo al sistema de trazas se encuentra el segundo de los detectores RICH. En este caso está optimizado para la identificación de partículas que correspondan a trazas de alto momento. A continuación se encuentra el sistema de calorímetros, subdetectores cuya misión es la medida de la energía de las partículas. Para ello, frenan totalmente la mayoría de las partículas, detectándose la energía depositada. Se especializan en fotones o electrones (calorímetro electromagnético) y hadrones (calorímetro hadrónico). Están formados por capas consecutivas de material centelleador y material radiante (plomo e hierro). Estas medidas, además de para reconstruir cada suceso, son empleadas en el primer nivel de trigger del experimento. El subdetector más externo esta formado por cinco cámaras de trazas (Contadores proporcionales multihilo o MWPC), siendo su misión la de detectar las partículas que atraviesen el sistema de calorímetros, que serán principalmente muones. Se utiliza nuevamente en la reconstrucción de los sucesos y también es especialmente importante para los mecanismos de trigger.

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LHCb

Véase también • CERN: Organización Europea para la Investigación Investigación Nuclear • Gran Colisionad Colisionador or de Hadrones Hadrones

Enlaces externos • Página pública pública del del experime experimento nto LHCb LHCb [1] • CERN [2]

Referencias [1] http:/  http:/ / / lhcb-public.web. lhcb-public.web.cern. cern.ch/  ch/ lhcb-public/  lhcb-public/  [2] http:/  http:/ / / www.cern. www.cern.ch/  ch/ 

Artificial Linguistic Internet Computer Entity ALICE (Artificial Linguistic Internet Computer Entity)

es un proyecto de Internet, que forma parte del Proyecto Pandora. Este proyecto consiste en la creación de bots de todo tipo, en especial los de chat. Desde la página de ALICE, el usuario puede entablar una conversación con un programa inteligente de conversación, que simula una charla real, de manera tal que el usuario puede difícilmente percatarse de que está hablando con un robot. Esta tecnología está hecha en Java por el Dr. Richard S. Wallace, encargado de la programación de los bots de Pandora. El propósito de este proyecto es probar la capacidad de los agentes inteligentes de java.

Es posible probar este proyecto, unirse a él e, incluso, colocar un intellybuddy en su Blog. Este proyecto es muy prometedor; si a un agente inteligente se le pregunta acerca del proyecto, ALICE responderá lo siguiente: I am the latest result in artificial intelligence, which can reproduce the capabilities of the human brain with greater 

("Soy el último resultado en la inteligencia artificial, que puede reproducir las capacidades del cerebro humano con gran velocidad y precisión")

speed and accuracy

Una respuesta sorprendente se obtiene preguntando a un bot de ALICE si le gusta el anime. Es posible también hacer bots en javascript, como el proyecto Eliza.

Enlaces externos • Proyecto Proyecto A.L.I.C.E A.L.I.C.E [1]

Referencias [1] http:/  http:/ / / www.alicebot. www.alicebot.org org

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Barión

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Barión Los bariones (del griego βαρύς, barys, “pesado”) son una familia de partículas subatómicas formadas por tres quarks. Los más representativos, por formar el núcleo del átomo, son el neutrón y el protón; pero también existe otro gran número de bariones, aunque éstos son todos inestables. El nombre de barión se debe a que se creyó, cuando fue descubierto, que poseía una masa mayor que otras partículas.

Clasificación Los bariones son fermiones afectados por la interacción nuclear fuerte, por lo que están sometidos al principio de exclusión de Pauli y pueden ser descritos mediante la estadística de Fermi-Dirac. Al contrario que los bosones, que no satisfacen el principio de exclusión.

Octeto bariónico.

Los bariones pertenecen, junto con los mesones, a la familia de partículas llamadas hadrones, es decir, aquellas compuestas por quarks. Se diferencian de los mesones por estar compuestos por tres quarks, mientras que los últimos están compuestos por un quark y un antiquark. Diferencia entre los bariones y los mesones.

Tipos Véase también: Anexo:Tabla de bariones

Junto al protón y al neutrón, dentro de la familia de los bariones se encuentran también las partículas delta (Δ), lambda (Λ), sigma (Σ), xi (Ξ) y omega (Ω). Los bariones delta (Δ++, Δ +, Δ 0, Δ -) están compuestos por quarks arriba y abajo, de tal manera que el spin total es 3/2. Se desintegran en un pión y en un protón o un neutrón. Los bariones lambda (Λ0) están compuestos por un quark arriba, uno abajo y un quark extraño, con los quarks arriba y abajo en un estado de spin isotópico 0 (sabor antisimétrico). La observación del lambda neutro supuso la primera evidencia del quark extraño. El barión lambda casi siempre se desintegra en un protón y un pión con carga, o en un neutrón y un pión neutro. Los bariones sigma (Σ+, Σ0, Σ-) están compuestos también por un quark extraño y la combinación de un quark arriba y otro abajo, pero en un estado de spin isotópico 1. El Σ 0 posee la misma estructura de quarks que el Λ0 (arriba, abajo y extraño), por lo que su desintegración es mucho más rápida que el Σ+ (arriba, arriba, extraño) y el Σ(abajo, abajo, extraño). Los bariones xi (Ξ0, Ξ-) están compuestos de dos quarks extraños y un quark arriba o abajo. Se desintegran generalmente en un pión y un barión lambda, que a su vez se desintegra como tal. Debido a esta secuencia en cascada de desintegraciones, a Ξ se le llama también partícula en cascada (cascade particle). El barión omega negativo (Ω-) está compuesto de tres quarks extraños. Su descubrimiento supuso un gran avance en el estudio de los procesos de los quarks, ya que sólo desde entonces se pudo predecir su masa y su desintegración. Los bariones compuestos por quarks pesados se cifran añadiendo un subíndice, el cual indica que un quark extraño puede ser sustituido por otro más pesado (Ej.: Λ+c está compuesto por quark encantado, arriba y abajo; en vez de

Barión

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arriba, abajo y extraño).

Materia bariónica La materia bariónica es aquella en cuya masa predominan los bariones, la cual puede estar formada por átomos de todo tipo, y por tanto, ser casi cualquier tipo de → materia. Su contrario es la materia no bariónica, que puede estar formada por neutrinos o electrones libres, o incluso por especies extrañas de materia oscura no bariónica, tales como → partículas supersimétricas, axiones o agujeros negros. La distinción entre materia bariónica y no bariónica resulta de especial importancia en cosmología, ya que la cantidad de materia bariónica presente en el universo primitivo determina en gran medida los modelos de nucleosíntesis producidos en el Big Bang. La mera existencia de bariones resulta ya un hecho cosmológico significativo, puesto que se presupone que el Big Bang produjo una cantidad igual de bariones y de antibariones. El proceso mediante el cual el número de bariones supera al de sus antipartículas es llamado bariogénesis (análogamente al proceso de leptogénesis, mediante el cual la cantidad de materia formada por leptones supera a su → antimateria).

Véase también • • • • •

Lista de partículas partículas Física de partículas partículas Modelo Modelo estándar estándar de de física física de partícul partículas as Bosó Bosónn Lept Leptón ón

Supersimetría En la física de partículas, la supersimetría es una simetría hipotética propuesta que relacionaría las propiedades de los bosones y los fermiones. Aunque todavía no se ha verificado experimentalmente que la supersimetría sea una simetría de la naturaleza, es parte fundamental de muchos modelos teóricos, incluyendo la teoría de supercuerdas. La supersimetría también es conocida por el acrónimo inglés SUSY.

Zoo de partículas en la supersimetría.

Según el modelo estándar (SM, de sus siglas en inglés) de la física de partículas, la materia está formada por fermiones (a su vez divididos en quarks y leptones), mientras que las partículas que transmiten las dos interacciones fundamentales de la naturaleza (interacción fuerte e interacción nuclear electrodébil) son bosones. La

Supersimetría supersimetría extiende el número de partículas del SM de forma que a cada partícula le corresponde una compañera supersimétrica denominada super compañera. Así, cada bosón tiene una super compañera fermión y viceversa. Las super compañeras de los fermiones son bosones y reciben nombres que comienzan con la letra s; así, el electrón tiene como super compañera el selectrón, y los quarks, los squarks. Las super compañeras de los bosones son fermiones con nombres que terminan en -ino, así la del fotón es el fotino y la del gravitón (si se incluye la gravedad en el modelo), el gravitino. La extensión mínima del modelo estándar que incluye supersimetría se conoce como MSSM (del inglés: Minimal Supersymmetric Standard Model).

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Convergencia de las tres fuerzas. Se marca la energía máxima del LHC

Sin embargo, debido a que dichas compañeras supersimétricas aún no han podido ser creadas en el laboratorio, sus masas deben ser mucho mayores que las de las partículas originales. Esto implica que la supersimetría, de ser cierta, está rota por algún mecanismo. La especificación de dicho mecanismo da lugar a diversas simplificaciones del MSSM. Algunas partículas supersimétricas, como el neutralino, podrían explicar el problema de la materia oscura del universo. Gracias al gran potencial de poder explicar muchas preguntas de la Física de Partículas y de la Astrofísica, la teoría de la supersimetría posee una gran popularidad, principalmente en la Física Teórica. La mayoría de las teorías científicas populares, la → Teoría de la gran unificación y de la Teoría de supercuerdas, son supersimetricas. Sin embargo, a pesar de los argumentos teóricos alentadores, hasta ahora no se ha podido demostrar experimentalmente que la supersimetría existe realmente en la naturaleza.

Historia: Modelo de Wess-Zumino y MSSM El primer modelo modelo en la física de de partículas partículas fue presentado en el año 1973 por Julius Wess y Bruno Zumino. Zumino.[1] Este modelo, conocido conocido con el nomb nombre re de Modelo de Wess-Zumino, no es un modelo real de la naturaleza, sino más bien, un modelo mínimo mínimo supersim supersimétrico étrico con solo un Fermion y su super compañero Boson. A pesar de que el modelo de Wess-Zumino no representa un modelo físico real, sirve por su sencillez de modelo ejemplo para mostrar ciertos aspectos de los modelos físicos supersimétricos. El primer modelo supersimétrico compatible con el modelo estandar de la física de partículas llamado Modelo Mínimo Estándar Supersimétrico (MSSM), fue enunciado en el año 1981 por Howard Georgi y Savas Dimopoulos. Según el MSSM, las masas de los super compañeros se podrán observar en la región entre 100 GeV hasta 1 TeV mediante el acelerador de partículas conocido como "→ gran colisionador de hadrones" (en inglés, Large Hadron Collider , LHC), terminado de construir en el año 2008 en la frontera franco-suiza. Los científicos esperan poder demostrar mediante el LHC la existencia de los super compañeros de las partículas elementales ya conocidas.

Supersimetría

Referencias [1] J. Wess, Wess, B. Zumino: Supergauge transformations in four dimensions, Nucl. Phys. B70 (1974) 39-50.

Superconductividad Se denomina superconductividad a la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía nulas en determinadas condiciones. La resistividad eléctrica de un conductor metálico disminuye gradualmente a medida que la temperatura se reduce. Sin embargo, en los conductores ordinarios, como el cobre y la plata, las impurezas y otros defectos producen un valor límite. Incluso cerca de cero absoluto una muestra de cobre muestra una resistencia no nula. La resistencia de un superconductor, en cambio, desciende bruscamente a cero cuando el Efecto Meissner. material se enfría por debajo de su temperatura crítica. Una corriente eléctrica que fluye en una espiral de cable superconductor puede persistir indefinidamente sin fuente de alimentación. Al igual que el ferromagnetismo y las líneas espectrales atómicas, la superconductividad es un fenómeno de la mecánica cuántica. La superconductividad ocurre en una gran variedad de materiales, incluyendo elementos simples como el estaño y el aluminio, diversas aleaciones metálicas y algunos semiconductores fuertemente dopados. La superconductividad no ocurre en metales nobles como el oro y la plata, ni en la mayoría de los metales ferromagnéticos. Comportamiento magnético

Aunque la propiedad más sobresaliente de los superconductores es la ausencia de resistencia, lo cierto es que no podemos decir que se trate de un material de conductividad infinita, ya que este tipo de material por sí sólo no tiene sentido termodinámico. En realidad un material superconductor es perfectamente diamagnético. Esto hace que no permita que penetre el campo, lo que se conoce como efecto Meissner. El campo magnético distingue dos tipos de superconductores: los de tipo I, que no permiten en absoluto que penetre un campo magnético externo (lo cual conlleva un esfuerzo energético alto, e implica la ruptura brusca del estado superconductor si se supera la temperatura Expulsión del campo magnético. crítica), y los de tipo II, que son superconductores imperfectos, en el sentido en que el campo realmente penetra a través de pequeñas canalizaciones denominadas vórtices de Abrikosov, o fluxones. Estos dos tipos de superconductores son de hecho dos fases diferentes que fueron predichas por Lev Davidovich Landau y Aleksey Alekséyevich Abrikósov. Cuando a un superconductor aplicamos un campo magnético externo débil lo repele perfectamente. Si lo aumentamos, el sistema se vuelve inestable y prefiere introducir vórtices para disminuir su energía. Éstos van aumentando en número colocándose en redes de vórtices que pueden ser observados mediante técnicas adecuadas. Cuando el campo es suficientemente alto, el número de defectos es tan alto que el material deja de ser superconductor. Éste es el campo crítico que hace que un material deje de ser superconductor y que depende de la temperatura.

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Superconductividad Comportamiento eléctrico

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. En los superconductores de tipo II, la aparición de fluxones provoca que, incluso para corrientes inferiores a la crítica, se detecte una cierta disipación de energía debida al choque de los vórtices con los átomos de la red. Calor específico

En los metales el calor específico es una función de la temperatura. Cuando la temperatura es muy baja, pero el metal está en el estado normal (es decir, cuando aún no está en estado superconductor) el calor específico tiene la forma donde a y b son constantes que se pueden medir mediante experimentos. El primer término (el término lineal) refleja la conducción eléctrica, mientras que el segundo término (el que varía con el cubo de la temperatura) se debe a los fonones (es decir, a las vibraciones de la red). Sin embargo, si seguimos enfriando y el metal pasa al estado superconductor, este comportamiento cambia radicalmente: el calor específico tiene una discontinuidad en la temperatura crítica, aumentando sensiblemente, para después variar de la forma

La siguiente gráfica muestra la dependencia del calor específico recién explicada (de color azul), y, adicionalmente, muestra cómo varía la resistividad (de color verde):

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Superconductividad

Nótese como el calor específico aumenta bruscamente a un valor igual a unas 2.5 veces el valor en el estado normal. Este valor es independiente del material superconductor, y está explicado en el marco de la teoría BCS.

Historia de la superconductividad El descubrimiento

Ya en el siglo XIX se llevaron a cabo diversos experimentos para medir la resistencia eléctrica a bajas temperaturas, siendo James Dewar el primer pionero en este campo. Sin embargo, la superconductividad como tal no se descubriría hasta 1911, año en que el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes observó que la resistencia eléctrica del mercurio desaparecía bruscamente al enfriarse a 4 K (-269 °C), cuando lo que se esperaba era que disminuyera gradualmente hasta el cero absoluto. Gracias a sus descubrimientos, principalmente por su método para lograr la producción de helio líquido, recibiría dos años más tarde el premio Nobel de física. Durante los primeros años el fenómeno fue conocido como supraconductividad . En 1913 se descubre que un campo magnético suficientemente grande también destruye el estado superconductor, descubriéndose tres años después la existencia de una corriente eléctrica crítica. Puesto que se trata de un fenómeno esencialmente cuántico, no se hicieron grandes avances en la comprensión de la superconductividad, puesto que la comprensión y las herramientas matemáticas de que disponían los físicos de la época no fueron suficientes para afrontar el problema hasta los años cincuenta. Por ello, la investigación fue hasta entonces meramente fenomenológica, como por ejemplo el descubrimiento del efecto Meissner en 1933 y su primera explicación mediante el desarrollo de la ecuación de London dos años más tarde por parte de los hermanos Fritz y Heinz London.

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Superconductividad Las teorías principales

Los mayores avances en la comprensión de la superconductividad tuvieron lugar en los años cincuenta: en 1950 es publicada la teoría Ginzburg-Landau, y en 1957 vería la luz la teoría BCS. La teoría BCS fue desarrollada por Bardeen, Cooper y Schrieffer (de sus iniciales surge el nombre BCS), gracias a lo cual los tres recibirían el premio Nobel de física en 1972. Esta teoría se pudo desarrollar gracias a dos pistas fundamentales ofrecidas por físicos experimentales a principios de los años cincuenta: • el descubrimiento del efecto isotópico isotópico en 1950 (que vinculó la superconductividad con la red cristalina), • y el descubrimiento de Lars Onsager Onsager en 1953 de que los portadores de carga carga son en realidad realidad parejas de electrones electrones llamados pares de Cooper (resultado de experimentos sobre la cuantización flujo magnético que pasa a través de un anillo superconductor). La teoría Ginzburg-Landau es una generalización de la teoría de London desarrollada por Vitaly Ginzburg y Lev Landau en 1950.[1] Si bien esta teoría precede siete años a la teoría BCS, los físicos de Europa Occidental y Estados Unidos le prestaron poca atención por su carácter más fenomenológico que teórico, unido a la incomunicación de aquellos años entre ambos lados del Telón de Acero. Esta situación cambió en 1959, año en que Lev Gor'kov demostró que se podía derivar rigurosamente a partir de la teoría microscópica[2] en un artículo que también publicó en inglés.[3] En 1962 Brian David Josephson predijo que podría haber corriente eléctrica entre dos conductores incluso si hubiera una pequeña separación entre estos, debido al efecto túnel. Un año más tarde Anderson y Rowell lo confirmaron experimentalmente. El efecto sería conocido como efecto Josephson, y está entre los fenómenos más importantes de los superconductores, teniendo gran variedad de aplicaciones, desde la magnetoencefalografía hasta la predicción de terremotos. Los superconductores de alta temperatura

Tras algunos años años de relativo relativo estancamiento, en 1986 Bednorz y Müller descubrieron que una familia de materiales cerámicos, los óxidos de cobre con estructura estructura de perovsquita, eran superconductores con temperaturas críticas superiores a 90 kelvin. Estos materiales, conocidos como superconductores de alta temperatura, estimularon un renovado interés en la investigación de la superconductividad. Como tema de la investigación pura, estos materiales constituyen un nuevo fenómeno que no se explica por las teorías actuales. Y, debido a que el estado superconductor persiste hasta temperaturas más manejables, superiores al punto de ebullición del nitrógeno líquido, muchas aplicaciones comerciales serían viables, sobre todo si se descubrieran materiales con temperaturas críticas aún mayores.

Obtención de materiales superconductores Debido a las bajas temperaturas que se necesitan para conseguir la superconductividad, los materiales más comunes se suelen enfriar con helio líquido (el nitrógeno líquido sólo es útil cuando se manejan superconductores de alta temperatura). El montaje necesario es complejo y costoso, utilizándose en muy contadas aplicaciones como, por ejemplo, la construcción de electroimanes muy potentes para resonancia magnética nuclear. Sin embargo, en en los años años 80 se descubrieron los superconductores de alta temperatura, que muestran la transición de fase a temperaturas superiores a la transición transición lí quido-vapor quido-vapor del nitrógeno líquido. Esto ha abaratado mucho los costos en el estudio de estos materiales y abierto la puerta a la existencia de materiales superconductores a temperatura ambiente, lo que supondría una revolución en la industria del siglo XXI. La mayor desventaja de estos materiales es su composición cerámica, lo que lo hace poco apropiado para fabricar cables mediante deformación plástica, el uso más obvio de este tipo de materiales. Sin embargo se han desarrollado técnicas nuevas para la fabricación de cintas como IBAD (deposición asistida mediante haz de iones). Mediante esta técnica se han logrado cables de longitudes mayores de 1 kilómetro.

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Superconductividad

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Teoría Si bien el fenómeno de la superconductividad es un tema abierto en física, en la actualidad hay dos enfoques fundamentales: el microscópico o mecano cuántico (basado en la teoría BCS) y el macroscópico o fenomenológico (en el cual se centra la teoría Ginzburg-Landau). Un superconductor no es simplemente un conductor normal  perfecto

Al contrario de lo que se podría pensar en principio, un superconductor se comporta de un modo muy distinto a los conductores normales: no se trata de un conductor cuya resistencia es cercana a cero, sino que la resistencia es exactamente igual a cero. Esto no se puede explicar mediante los modelos empleados para los conductores habituales, como por ejemplo el modelo de Drude. Para demostrar esto vamos a suponer la hipótesis opuesta: imaginemos por un momento que un superconductor se comporta como un conductor normal. En tal caso, tendríamos que los electrones son esparcidos de alguna manera y su ecuación del movimiento sería

donde

es la velocidad media de los electrones, m su masa, e su carga y

el campo eléctrico en el que se

mueven. Suponiendo que dicho campo varía suavemente, al resolverla r esolverla llegaríamos a la ley de Ohm:

donde es la densidad de corriente, la conductividad eléctrica, el tiempo entre colisiones, y n la densidad de electrones. Ahora bien, si suponemos que la resistencia tiende a cero, tendríamos que la conductividad tiende a infinito y por lo tanto el tiempo tiempo entre colisiones, , tendería a infinito. Dicho Dicho de otra manera, no habría colisiones en absoluto. Esta es la idea de cómo se comportaría un conductor normal que tuviera resistencia nula. Sin embargo, esto significaría que, puesto que la densidad de corriente no puede ser infinita, la única posibilidad es que el campo eléctrico sea nulo: No obstante, teniendo en cuenta la ley de Faraday, un campo eléctrico nulo implica que el campo magnético ha de ser constante:

pero esto entra en contradicción con el efecto Meissner, de modo que la superconductividad es un fenómeno muy diferente a la que implicaría una "conductividad perfecta", y requiere una teoría diferente que los explique. Teoría BCS

La teoría microscópica más aceptada para explicar los superconductores es la Teoría BCS, presentada en 1957. La superconductividad se puede explicar como una aplicación del Condensado de Bose-Einstein. Sin embargo, los electrones son fermiones, por lo que no se les puede aplicar esta teoría directamente. La idea en la que se basa la teoría BCS es que los electrones se aparean formando un par de fermiones que se comporta como un bosón. Esta pareja se denomina par de Cooper y su enlace está justificado en las interacciones de los electrones entre sí mediada por la estructura cristalina del material.

Superconductividad Teoría Ginzburg-Landau Ginzburg-Landau

Otro enfoque diferente es mediante la Teoría Ginzburg-Landau, que se centra más en las propiedades macroscópicas que en la teoría microscópica, basándose en la ruptura de simetrías en la transición t ransición de fase. Esta teoría predice mucho mejor las propiedades de sustancias inhomogéneas, ya que la teoría BCS es aplicable únicamente si la sustancia es homogénea, es decir, si la energía de la banda prohibida es constante en el espacio. Cuando la sustancia es inhomogénea, el problema puede ser intratable desde el punto de vista microscópico. La teoría se fundamenta en un cálculo variacional en el que se trata de minimizar la energía libre de Helmholz con respecto a la densidad de electrones que se encuentran en el estado superconductor. Las condiciones para aplicar la teoría son • las temperaturas manejadas manejadas tienen que que estar cerca de la temperatura crítica, dado que se fundamenta en un desarrollo en serie de Taylor alrededor de Tc. • La pseudofunci pseudofunción ón de onda Ψ , así como el potencial vector , tienen que variar suavemente. Esta teoría predice dos longitudes características: • longitud de penetración: es es la distancia que penetra el campo magnético en el el material superconductor superconductor • longitud de coherencia: es el tamaño tamaño aproximado del par de Cooper

Clasificación Los superconductores se pueden clasificar en función de: • Su comportamiento físico, pueden ser de tipo I (con un cambio brusco de una fase a otra, o en otras palabras, si sufre un cambio de fase de primer orden) o de tipo II (si pasan por un estado mixto en que conviven ambas fases, o dicho de otro modo, si sufre un cambio de fase de segundo orden). • La teoría que los explica, llamándose convencionales (si son explicados por la teoría BCS) o no convencionales (en caso contrario). • Su temperatura crítica, siendo de alta temperatura (generalmente se llaman así si se puede alcanzar su estado conductor enfriándolos con nitrógeno líquido, es decir, si T c > 77K ), ), o de baja temperatura (si no es así). • El material de que están hechos, pudiendo ser elementos puros (como el mercurio o el plomo), superconductores orgánicos (si están en forma de fulerenos o nanotubos, lo cual los podría incluir en cierto modo entre los elementos puros, ya que están hechos de carbono), cerámicas (entre las que destacan las del grupo YBCO y el diboruro de magnesio) o aleaciones.

Aplicaciones Los imanes superconductores son algunos de los electroimanes más poderosos conocidos. Se utilizan en los trenes maglev, en máquinas para la resonancia magnética nuclear en hospitales y en el direccionamiento del haz de un acelerador de partículas. También pueden utilizarse para la separación magnética, en donde partículas magnéticas débiles se extraen de un fondo de partículas menos o no magnéticas, como en las industrias de pigmentos. Los superconductores se han utilizado también para hacer circuitos digitales y filtros de radiofrecuencia y microondas para estaciones base de telefonía móvil. Los superconductores se usan para construir uniones Josephson, que son los bloques de construcción de los SQUIDs (dispositivos superconductores de interferencia cuántica), los magnetómetros conocidos más sensibles. Una serie de dispositivos Josephson se han utilizado para definir el voltio en el sistema internacional (SI). En función de la modalidad de funcionamiento, una unión Josephson se puede utilizar como detector de fotones o como mezclador. El gran cambio en la resistencia a la transición del estado normal al estado superconductor se utiliza para construir termómetros en detectores de fotones criogénicos.

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Superconductividad Están apareciendo nuevos mercados donde la relativa eficiencia, el tamaño y el peso de los dispositivos basados en los superconductores de alta temperatura son superiores a los gastos adicionales que ellos suponen. Aplicaciones futuras prometedoras incluyen transformadores de alto rendimiento, dispositivos de almacenamiento de energía, la transmisión de energía eléctrica, motores eléctricos (por ejemplo, para la propulsión de vehículos, como en vactrains o trenes maglev) y dispositivos de levitación magnética. Sin embargo la superconductividad es sensible a los campos magnéticos en movimiento de modo que las aplicaciones que usan corriente alterna (por ejemplo, los transformadores) serán más difícil de elaborar que las que dependen de corriente continua.

Véase también • Efecto Efecto Meissner Meissner • Superf Superflui luidez dez • Condensado Condensado de Bose-Einst Bose-Einstein ein

Enlaces externos • Vídeo que que explica explica la superconductividad en YouTube [4] (en alemán) • Vídeo que explica explica lo que se podría hacer con la superconductividad en YouTube [5] (en inglés) • Libro sobre superconductividad en la Biblioteca Digital Digital del ILCE [6]

Referencias [1] VL Ginzburg y LD LD Landau (1950). (1950). «К теории сверхпроводимости» сверхпроводимости» Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики (http:/ / /  Eksperimentalnoi i Teoreticheskoi Fiziki, Revista sobre física experimental y teórica). Vol. www.jetp. www.jetp.ac. ac.ru/  ru/ cgi-bin/  cgi-bin/ r/  r/ index) index) (Zhurnal Eksperimentalnoi 20. pp. 1064. [2] LP Gor'kov (1959). Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики (http:/ / / www.jetp. www.jetp.ac. ac.ru/  ru/ cgi-bin/  cgi-bin/ r/  r/ index) index) (Zhurnal Eksperimentalnoi i Teoreticheskoi Fiziki, Revista sobre física experimental y teórica). Vol. 36. pp. 1918-1923. [3] LP Gor'kov (1959). «Microscopic «Microscopic derivation of the Ginzburg-Landau Ginzburg-Landau equations in the theory of. superconductivity» superconductivity» Soviet Physics JETP. Vol. 9. pp. 1364-1367. [4] http:/  http:/ / / www.youtube. www.youtube.com/  com/ watch?v=Iot1hpvbRRM watch?v=Iot1hpvbRRM [5] http:/  http:/ / / www.youtube. www.youtube.com/  com/ watch?v=Z4XEQVnIFmQ watch?v=Z4XEQVnIFmQ [6] http:/  http:/ / / bibliotecadigital.ilce. bibliotecadigital.ilce.edu. edu.mx/  mx/ sites/  sites/ ciencia/  ciencia/ volumen2/  volumen2/ ciencia3/  ciencia3/ 064/  064/ htm/  htm/ lossuper.htm lossuper.htm

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Fuentes y contribuyentes del artículo

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Fuentes y contribuyentes del artículo Gran colisionador de hadrones Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index. http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=3169919 php?oldid=316991944 Contribuyentes: .José, Aalvarez12, Abelacoa, Adrián-1994, Alberto Salguero, Alefisico, Alexmolinalago, Alexmolinalago, Alvaro qc, Amadís, Ambil, Amurpo, Aportador, Asafrana, BEYOND, Belgrano, BetoCG, Bionicle31, Bucephala, Bucle, C'est moi, Cacique500, Camilo, Chocoalex1, Cinabrium, Cobalttempest, Cobalttempest, CommonsDelinker, David0811, Davius, Dferg, Diegusjaimes, Diegusjaimes, Dincertis, Dodo, Dogor, Drini, Dsanchezllana, Dsanchezllana, Durero, Ecemaml, Edmenb, El bart089, Enen, Erudito234, Euratom, Faelomx, Fanattiq, FredZ, Fushigi-kun, Gifo182, Globalphilosophy, Gonmator, Greek, Guille, HQX320, HUB, Harturo123, Humberto, Hypermarkup, Igor21, Isha, JCFC, JMCC1, Javi1977, Javierito92, Jcentel, Johns, Joniale, Jonnybarco, Jorge2809, Jurock, Jynus, Kadellar, Karshan, Kia4427, Kokoo, Laura Fiorucci, LuchoX, Lucien leGrey, Luzbelito92, M S, MARC912374, Macarrones, Mactropia, Mahey94, Manwë, Marcos.moya, Marcos.moya, Martínhache, Matdrodes, Matiasllo, Mistwalker7, Moiseslg, Montgomery, Mushii, Nabla314, Natrix, Netito777, Nico.stafe, Nihilo, Numenor 90, OboeCrack, Originalmente, Originalmente, Patricio.lorente, Pein akatsukilaraz, PoLuX124, Politiconomicon, Prometheus, Queninosta, Rage against, Raiden32, Raroraro, Raúl González Molina, Retama, Rizome, Roberpl, Roquemontoya, RoyFocker, Ruy min, Sailorsun, Santiperez, Satoshi22, Segedano, Shooke, Siger, Simeón el Loco, Snakeyes, Spayder26, Spirit-Black-Wikipedista, Spirit-Black-Wikipedista, Stambuk82p16, Tano4595, Tarantino, Thingg, Tirithel, ToninoGuitian, Toureiffel, Valentin estevanez navarro, Vampiro81, Varano, Veon, Victor-Prince, Virtualosity, Vitamine, Windowlicker, Xaman, Xgaarax1, Zupez zeta, Zyder, Ñuño Martínez, 418 ediciones anónimas Hadrón Fuente: http://es.wikipedia.org/w/inde http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=316746 x.php?oldid=31674676 76 Contribuyentes: Alefisico, Alvaro qc, CayoMarcio, Celeron, Cpmario, DasAuge, Diógenesdebuenosaires, Ejmeza, Gonis, Homo logos, JMCC1, Jdomgo3, Joseaperez, Julgon, Julian Mendez, Jusore, Mandramas, Matdrodes, Maveric149, Miguel, Moriel, Nikai, Pitxulin1, Relampague, Sailorsun, Salvamoreno, Sgpsaros, Tano4595, Teufelskerl, Veon, WisemanCronos, conversion script, ΚΕΚΡΩΨ, 45 ediciones anónimas Bosón de Higgs Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index. http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=3165731 php?oldid=316573144 Contribuyentes: .José, Aida Ivars, Alefisico, Almendro, Alvaro qc, Astrowiki, Aswarp, Carambolos, Carlos cae85, Chewie, CommonsDelinker, CommonsDelinker, Daniloquispe, Davius, Diegusjaimes, Dodo, Echani, Emijrp, Equi, Error de inicio de sesión, Furti, Gallego1977, Gato ocioso, Gian Arauz, Gonis, Gonmator, Jjlorenzatti, Joseaperez, Joseaperez, Jsolera, Juanjo Bazan, Julian Mendez, Karshan, Krysthyan, Lara maktub, Matdrodes, Maveric149, Meldor, Moriel, Nemesys660, Pabloito, Pello, Pinar, Pruxo, Renjodb, Rizome, Sauron, Tarantino, Thor Waldsen, Tirithel, Varano, Xenoforme, Zupez zeta, conversion script, Ñuño Martínez, 95 ediciones anónimas Materia Fuente: http://es.wikipedia.org/w/inde http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=309801 x.php?oldid=30980164 64 Contribuyentes: .Sergio, @IE, AFLastra, Aibdescalzo, Airunp, AleCiencias, Aleator, Alefisico, Alhen, Alvaro qc, Amadís,

Andreasmperu, Angus, Antonio Peinado, Antur, Antón Francho, Aportador, Atardecere, Baiji, Balderai, Barteik, Beto29, Biasoli, Bifus, BlackBeast, Boja, Camilo, CamiloCamargo, Camilocerda, Canonote, Chichornio, Christopher alberto, Cobalttempest, Comae, Cookie, Dave6, David0811, Davidperdomoc, Davius, Defcon2, Dermot, Dferg, Dianai, Diego Bethancourth, Diegusjaimes, Diegusjaimes, Dincertis, Dorieo, Drini, Durero, Dyegox, Dánier, Edmenb, Egaida, Ejmeza, Eli22, Emijrp, Equi, Er Komandante, Erbrumar, Eric, Error de inicio de sesión, Euratom, FAR, Fcano, Fernando.om, Fito hg, Fmateos, FrancoGG, Gaeddal, Gaius iulius caesar, GermanX, Greek, Gusgus, Gustronico, House, Huhsunqu, Humberto, Hvirguez, ILVI, Isha, JMCC1, Jaja123, Jarisleif, Javierito92, Jjafjjaf, JoseManuel.Lopez.UEM, JoseManuel.Lopez.UEM, Jsanchezes, Juan.7437, JuanFelipe, Juanjo Bazan, Jugones55, Julen113, Juliabis, Jurock, Kender00, Kordas, Krysthyan, Kved, LP, Loco085, Lordrekard, Luis Felipe Schenone, Luis david01234560, MILO, MONIMINO, MONIMINO 1, Mafores, Magazo, Maldoror, Manuel Reyes, ManuelGR, Manwë, Marcelo2891, Marcelo2891, Mario modesto, Matdrodes, Maveric149, Misigon, Mitrush, Monik227, Moriel, Mortadelo2005, Muro de Aguas, Mushii, NaBUru38, NekroByte, Netito777, Nicolás Charango, Nicop, Nihilo, Nioger, Nixón, Nspiemonte, OMenda, Orgullomoore, Original, Originalpulsar, Oscar ., Paintman, Palcianeda, Palcianeda, Pan con queso, Paxbit, Pedro Jaureguiberry, Pedro Nonualco, Petronas, Phaidros, Platonides, PoLuX124, Poco a poco, Ppfk, Prietoquilmes, Queninosta, Qwertyytrewqqwerty, RASENGAN-13-1995, RODOLFO ANDRADE GARCIA, Retama, RoyFocker, SITOMON, SaIdLoL, Saloca, Santiperez, Srruly, Taichi, Tano4595, Tirithel, Tomatejc, Tortillovsky, Txo, Ugly, Unaiaia, Valentin estevanez navarro, Veritusss, Vicovision, Vitamine, Wilfredor, Y0rx, Yeza, ZeruGiran, a200042159132.rev.prima.com.a a200042159132.rev.prima.com.ar, r, conversion script, Ángel Luis Alfaro, 1003 ediciones anónimas Antimateria Fuente: http://es.wikipedia.org/w/inde http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=31593 x.php?oldid=31593331 331 Contribuyentes: .José,

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Gsrdzl, Guattari, Götz, Halcón, Hugozam, Ingolll, Joniale, Joseaperez, Julian Mendez, Lucien leGrey, Matdrodes, Maveric149, Moriel, Pitxulin1, Rage against, Trioptio, Xenoforme, conversion script, 18 ediciones anónimas

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