LHC, EL MAYOR EXPERIMENTO DE LA HISTORIA

El LHC es el acelerador de partículas más grande y energético del mundo. Más de 2000 físicos de 34 países y cientos de universidades y laboratorios han participado en su construcción.

Este experimento que ha costado seis millones de euros, pretende encontrar respuestas a muchas cuestiones, entre ellas:

- ¿Qué es la masa?

- El origen de la masa de las partículas

- El 95% de la masa del universo no está hecho de la materia que se conoce y se espera saber que es la masa oscura

- La existencia o no de las partículas supersimétricas

¿Cómo funciona?

Es un tubo subterráneo de 27 km de circunferencia. Dentro de él se lanzarán dos haces de protones, los protones son acelerados a velocidades del 99% de la velocidad de la luz y chocan entre sí en direcciones diametralmente opuestas produciendo altísimas energías que permitirán simular algunos eventos ocurridos durante o inmediatamente después del big bang.

Muchos científicos afirman 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 creación de un agujero negro

- La ceación de materia externa supermasiva

- La creación de manipolos magnéticos

- La activación de la transición a un estado de vacío cuántico

Glosario

LHC: Gran Colisionador de Hadrones

Agujero negro: cuerpo celeste invisible de gran masa que absorve por completo cualquier materia o enrgía de su campo gravitatorio.

Materia externa: una forma particular de quarks, un líquido de quarks arriba abajo y extraños

Manopolos magnéticos: partícula hipotética que consiste en un imán con un solo polo magnético

El vacío cuántico: el estado cuántico con la menor energía posible

ACTIVIDADES (para realizar estas actividades visita la web: http://www.lhc-closer.es/php/index.php?i=2&s=1&p=1&e=0):

a) Describe cómo funciona un acelerador de partículas, y por qué puede ayudarnos a entender el origen del universo.

El LHC, es un acelerador y colisionador de partículas que se encuentra en el CERN en la frontera franco-suiza. Fue diseñado para colisionar haces de protones, 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.
Es el acelerador de partículas más grande y energético del mundo. El túnel está situado a 100 metros bajo tierra y es de 27 km de diámetro y dentro de él se lanzan dos haces de protones que son acelerados casi a la velocidad de la luz, chocando entre sí en direcciones opuestas. Al chocar se provocan altas energías que permiten simular eventos ocurridos durante o después del Big-Bang.

 b) Busca al menos tres noticias publicadas en la prensa durante el último año sobre el colisionador de hadrones de Ginebra, y toma nota del titular, fecha y periódico donde la hayas encontrado.

1ª noticia -> http://www.noticiasdenavarra.com/2011/12/14/mundo/los-cientificos-se-acercan-en-ginebra-al-descubrimiento-de-la-particula-de-dios/ Noticias de Navarra.

Los científicos se acercan en Ginebra al descubrimiento de la 'partícula de Dios'

LOS FÍSICOS DEL CERN ESPERAN TENER DATOS SUFICIENTES PARA CONFIRMAR SU EXISTENCIA O NO DURANTE 2012

Los científicos del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) reconocieron ayer en Ginebra que han reunido indicios "tentadores" de la existencia del "Bosón de Higgs", también llamado "la partícula de Dios", aunque no son suficientemente sólidos como para proclamar que lo han descubierto.

2ª noticia ->http://www.elmundo.es/elmundo/2011/11/18/ciencia/1321617221.htm

Los neutrinos vuelven a ser más rápidos que la luz en un nuevo experimento. 

Un nuevo experimento en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) ha arrojado el mismo resultado que el estudio que el pasado mes de septiembre agitó a la comunidad científica al cuestionar la teoría de la relatividad de Einstein, que fue formulada en 1905 y es uno de los pilares de la física moderna. Los autores aseguran que en este nuevo test los neutrinos volvieron a ser más veloces que la luz.

3ª noticia -> http://www.publico.es/ciencias/407117/nuevas-noticias-sobre-la-guerra-de-la-materia

Nuevas noticias sobre la guerra de la materia.

El LHC aporta datos que pueden explicar el fenómenode "violación" que permitió la aparición del universo tras el Big Bang. 

c) Haz una pequeña presentación en power point en el que indiques: descripción breve del CERN, significado de las siglas de LHC, función y localización de cada uno de los detectores del LHC, y toda aquella información que te resulte más interesante.

TEORÍA DE RELATIVIDAD GENERAL

Aquí os dejo una lista de reproducción, del canal de youtube Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) donde aparecen los videos vistos en clase sobre "La teoría de la Relatividad General", muy interesante de cara a repasar para el examen.

Responde:

1. ¿Qué diferencia existe entre el concepto de gravedad desarrollado por Newton y el desarrollado por Einstein?

La diferencia entre las teorías es clara. Según Newton la gravedad actuaba indistintamente a cualquier distancia. Si el Sol desapareciera de repente, la Tierra dejaría de notar su atracción y saldría de órbita inmediatamente a una velocidad infinita. En cambio, Einstein dice en su teoría,  que la gravedad no es una fuerza sinó que es una consecuencia de la curvatura espacio-temporal y que nada puede ir más rápido que la luz. Por lo tanto, para él si el Sol desapareciera, se produciría una perturbación espacial (especie de onda en el espacio) y de modo que hasta que esa ola no alcanzase nuestra órbita no cambiaría; aunque afirmó que si el Sol desaparece la luz en nuestro planeta tardará 8 minutos en irse ya que es el tiempo que la luz solar tarda en llegar a la Tierra.

2. ¿Cómo afecta la Teoría De la Relatividad General al espacio y al tiempo?

La teoría de la relatividad dice que el espacio-tiempo no es plano si no que sufre una deformación por la distribución de la masa y la energía que contiene. 
La teoría de la relatividad afecta sobre todo al tiempo, que dependiendo del espacio gravitatorio donde se encuentre el espectador, este pasará más rápido o más lento. Por ejemplo => el tiempo transcurre más rápido en la Luna que en la Tierra, así como en la Tierra el tiempo pasa más lento que en el Sol.

Deformación en el espacio.

Paso del tiempo.

3. Hoy en día se pretende unificar las cuatro fuerzas fundamentales (Gravedad, Electromagnética, Nuclear Fuerte y Nuclear Débil) para crear una única teoría que explique del mismo la Relatividad General que la Mecánica Cuántica. Busca información sobre la Teoría de Cuerdas (puede ser vídeos que comentes después, presentación power point, redacción...) que describa en qué consiste.

La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de la física que asume que las partículas materiales aparentemente puntuales son en realidad "estados vibracionales" de un objeto extendido más básico llamado "cuerda" o "filamento".

Esta teoría es nuestro intento más reciente para responder a la pregunta: ¿de qué está echo el mundo? La materia ordinaria está compuesta de átomos que a la vez, están formados de electrones, neutrones y protones. El electrón es una partícula fundamental pero los neutrones y protones están echos de partículas más pequeñas llamadas quarks (que hasta donde sabemos, son realmente elementales). 

El modelo estándar describe todas las partes fundamentales de los cuales está constituido el mundo, y las fuerzas que interactúan a través de estas partes. La teoría de cuerdas apareció como uno de los candidatos más prometedores para ser una teoría microscópica de la gravedad. Esta, pretende ser una descripción completa, unificada y consistente de la estructura fundamental de nuestra Universo. Por eso también recibe el nombre de teoría del todo.

Esta teoría describe los fenómenos ocurridos en la naturaleza a debido a las cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética y las fuerzas de interacción nuclear fuerte y débil. 

Pero todavía no se comprobó de manera experimental, por lo que legó a ser tachada como "pseudociencia" para algunos especialistas.

EPPURE SE MUOVE

En 1632, Galileo Galilei defendió en su obra “Diálogo sobre los dos Máximos Sistemas, ptoloméico y coperniquiano” que la Tierra gira en torno al Sol(Teoría Heliocéntrica). Para desgracia del pobre anciano, la Santa Inquisición lo procesó y encarceló porque, en esos momentos, la iglesia entendía que la Tierra estaba quieta, y que era el sol el que giraba (Teoría Geocéntrica). Defender cualquier otra hipótesis significaba ir en contra de la doctrina antropocéntrica que la iglesia percibía en el mensaje divino.

En consecuencia, para evitar mayores problemas, Galileo debió soportar un largo y agotador juicio en el que la Inquisición le acusaba de defender el sistema Copernicano. En un momento del juicio, el anciano se postró de rodillas ante los jueces, y con la cabeza inclinada hacia delante, recitó con voz cansina la formula de rigor: negó que el Sol fuese el centro del Universo y admitió que había sido un error enseñarlo así; negó que la tierra girara en torno a su eje y alrrededor del Sol, y admitió que había sido un error enseñarlo así.

La leyenda cuenta que seguidamente, para no ser oído por los sabios inquisidores, susurró: “¡EPPURE SI MUOVE!” (¡y sin embargo se mueve!), frase demoledora que viene a demostrar la tozudez de los hechos frente a la sinrazón.

ACTIVIDAD

1.- Para el sistema heliocéntrico el sol está inmovil y ocupa el centro del Universo, la Tierra y los demás planetas giran alrrededor del Sol, la Luna gira alrrededor de la Tierra, mientras que las estrellas se encontrarían fijas a una lejana esfera móvil. Indica cuáles de estas ideas se consideran hoy correctas y cuáles no. 

Copérnico decía que el Sol está en el centro del Universo y que está inmóvil, pero esto no es verdad; el Sol no está en el centro del Universo sino que lo está de nuestra galaxia y además este tiene movimientos de rotación sobre su eje al igual que la Tierra y los otros planetas. Este también decía que las estrellas estaban fijas en una esfera móvil pero también es falso ya que las estrellas se encuentran esparcidas por el espacio y en continuo movimiento. Por lo tanto,  lo único cierto es que los planetas giran alrededor del Sol, la Luna alrededor de la Tierra y que las estrellas se mueves (pero como dije antes, no están fijas en ninguna esfera).

2.-Las palabra de Galileo, las pronunciara o no, se han convertido en el símbolo de la fuerza de la razón científica frente a la sinrazón de los prejuicios. Pero no fue el primero que padeció por sus ideas científicas. Otros, como Giordano Bruno, le precedieron. Busca información sobre este último y las circunstancias que le rodearon.

Giordano Bruno fue un astrónomo, filósofo, religioso y poeta italiano nacido en Nola (1548-1600). Apoyaba el modelo copernicano y además propuso que el Sol era simplemente una estrella y que el Universo contenía un número infinito de mundos habitados por seres inteligentes. Por decir esto, fue condenado de herejía por la Inquisición Romana y quemado en la hoguera.

Expresó en escritos y conferencias todo lo que pensaba acerca de los mundos y sistemas solares, el heliocentrismo, la infinitud del espacio y el Universo y el movimiento de los astros. Todo esto provocará una persecución por parte de la Iglesia Católica, hasta que es encontrado (por la traición de Mocenigo, el cual le ayudara volver a Italia después de que le ofreciera ayuda cuando Giordano se fuera a Roma). Estuvo encarcelado duarante ocho años  y finalmente quemado en la hoguera (1600).

Pero no todo fue negativo; según Asimov, su muerte tuvo un efecto disuasorio en el avance científico de la civilización, particularmente en las naciones católicas, pero a pesar de esto, sus observaciones científicas continuaron influenciando a otros pensadores, y se lo considera uno de los precursores de la Revolución científica.

NUESTRO LUGAR EN EL UNIVERSO

1. ¿Cómo se denomina al instante inicial de formación del universo? ¿Hace cuánto tiempo ocurrió?

El instante inicial fue el Big Bang hace 13700 millones de años, por el paulatino enfriamiento del universo. Pasando el tiempo se empezaron a formar los primeros protones y neutrones que cuando se juntaron formaron núcleos de átomos de helio e hidrógeno.

2. ¿Cuándo y cómo se formo la luz en el Universo? 

Se formó 300000 años después del Big Bang. A partir de partículas más básicas y conforme se iba enfriando se hizola materia normal.

3. ¿Con qué revolución ocurrida en 1543 empezó la Astronomía moderna? ¿Cuáles fueron las consecuencias e implicaciones sociales de dicha teoría?
Con la revolución científica que consigo trajo la Revolución cuántica, la darwiniana, la copernicana, la einstiana y la indeterminista.

 4. ¿De qué fenómeno astronómico se dio cuenta Hubble en 1929?  

Se dio cuenta de un Universo lleno de galaxias alejándose unas de otras a una velocidad proporcional a la distancia entre ellas.

5. ¿Cuál es el eco del Big Bang? ¿Cómo se ha medido?

El eco es la radiación de microondasen en el fondo del cielo y se ha medido gracias a los satélites del COBE y el WMAP (Americano) y también el PLANCK (Europeo).

6. ¿Por qué se dice que somos polvo de estrellas? ¿Cuál es el origen de los elementos químicos que hay en la Tierra? ¿Cómo es la evolución de una estrella? 

Porque la primera generacion de estrellas no se formo con átomos de C,N, y de alguna forma explotaron, enriqueciendo el gas en el espacio y del cual nosotros nos formamos. Al principio los únicos elementos que había eran Hidrógen y Helio. El origen de los elementos químicos son las explosiones de diferentes estrellas. Una estrella se forma a partir de una nebulosa de polvo y gases de la que después se conertirá en una estrella; el "combustible" de la estrella es el hidrógeno hasta que este se agota y es aquí cuando la estrella se convierte en una gigante roja. Al agotarse el H, se va consumiendo también el helio y cuando este se agota se forma una enana blanca. Aunque si la estrella es más masiva que el Sol, se covertirá en una supergigante que explotará originando la denominada supernova.

7. ¿Qué son los exoplanetas? ¿Cómo y cuándo se ha descubierto?

Son planetas que se encuentran fuera del Sistema Solar. Se descubrieron cuando se estaban estudiando las estrellas. El primer exoplaneta fue descubierto en 1995 y a partir de ahí se descubrieron muchos más con característica parecidas a nuestro planeta.

8. ¿Qué es la materia oscura? ¿Y la energía oscura? ¿Qué explican cada uno de estos conceptos? ¿Que relación tienen con la materia común?
Es un tipo de materia que actúa como pigmento entre los planetas haciendo que se acerquen. La energía oscura es la fuerza que está haciendo que cada vez las galaxias estén cada vez más separadas y más rapidamente. Estos conceptos son los que explican la expansión de Universo y la aceleración de esta. Tienen relación porque la materia común necesita a la materia y a la energía oscura para que impidan que los gases se expandan por el espacio y se formen así estrellas.

9. ¿Qué implicaciones tiene el comprobar que el Universo se este acelerando, o sea que que la expansión del Universo cada vez se realiza a mayor velocidad? ¿Que consecuencias tiene esta aceleración sobre el final del Universo? ¿Como se explica dicha aceleración? ¿Qué es el Big Rip gran desgarro? ¿Por qué lleva aparejado a un gran enfriamiento del Universo?
Las galaxias cada vez están más separadas; por lo tanto, llegaría un momento en el que desde la Tierra no miraríamos otra galaxia. 
La causante de esta expansión es la energía oscura que, al acelerar este proceso el Universo podría acabar en un desgarramiento de toda la materia. 
El Big Rip es uno de los procesos hipotéticos de la expansión de la materia, en el que el Universo sufre un desgarramiento de la dicha materia por la presencia de la energía oscura. 
Porque la luz tardaría más en llegar, ya que los planetas se están alejando cada vez más rápido, y por lo tanto pasaría lo mismo con la temperatura.

10. Comenta la frase del astrofísico Luis Felipe Rodríguez: "El Universo esta hecho principalmente de ingredientes que aún no entendemos" 

Quiere decir que aunque ya hayan descubierto muchas cosas sobre el Universo, aún no es suficiente y no saben cosas que pasó al principio de todo, y cosas que sabemos que existen o existieron aún no entendemos que aportan al mundo.

11. Realiza una biografía del astrofísico Luis Felipe Rodríguez indicando sus principales aportaciones a la ciencia. 

Luis Felipe Rodríguez nació el 29 de mayo de 1948 en Mérida. Estudió en el Centro Universitario de Monejo. En 1973 obtuvo la licenciatura en física (Facultad de Ciencias de la UNAM), y en 1978 el doctorado en astronomía (Universidad Harvard). Inicia en nuestro país la radioastronomía. Realiza principalmente, investigaciones sobre el nacimiento y juventud de las estrellas y sobre las fuenes galácticas de rayos X, en la que él y otros astrónomos realizaron contribuciones fundamentales: el descubrimiento de los flujos bipolares en estrellas jóvenes, la elucidación del mecanismo que excita a los objetos  y la aportación de evidencia de discos protoplanetarios en estrellas jóvenes. 
Publicó más de 316 artículos científicos que recibieron más de 4000referencias en la literatura especializada y su conferencia inaugural es llamada el "Polvo infinito".

Obtuvo muchos premios entre ellos el Premio Bruno Rossi de la Sociedad Astronómica Americana, el Premio de Física de la Academi ade Ciencias del tercer Mundo (TWAS) entre otros.