LHC, el mayor experimento de la historia

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

El LHC es el acelerador de partículas más grande y energético del mundo. Usa el túnel de 27 km de circunferencia, siendo su propósito principal examinar la validez y límites del Modelo Estándar (teoría que describe las relaciones entre las interacciones fundamentales conocidas entre partículas elementales que componen toda la materia). Su cometido es colisionar protones de dos haces puestos. Así se intenta recrear lo sucedido instantes despues del Big Bang, para ayudarnos a comprender el origen del universo.
El LHC es el último eslabón del complejo de aceleradores del CERN (Organización Europea de Investigación Nuclear). Consiste en un anillo de 27 km de circunferencia formado por imanes supraconductores y por estructuras aceleradoras que aumentan la energía de las partículas que circulan por él. En el interior del acelerador, dos grupos de partículas circulan a energías muy altas y a una velocidad cercana a la de la luz antes de entrar en colisión unas con otras. Los haces circulan situados bajo un vacío de alto nivel. Son guiados a lo largo del anillo del acelerador por un potente campo magnético, generado por electroimanes supraconductores. Estos últimos se componen de bobinas de un cable eléctrico especial que funciona conduciendo la electricidad sin resistencia ni pérdida de energía, Para lo que se necesita que los imanes esten a una temperatura de  -271ºC. 


Para dirigir los haces a lo largo del acelerador se utilizan millares de imanes de tipos y de dimensiones diferentes. Entre ellos los imanes principales, entre los que se encuentran 1234 imanes bipolares de 15 metros de longitud utilizados para curvar la trayectoria de lo shaces, y 392 imanes cuadripolares de 5 a 7 metros de longitud que concentran los haces. Justo antes de la colisión, se utiliza otro tipo de imán para "pegar" las partículas unas a otras, con el fin de aumentar las probabilidades de colisión. Esas partículas son tan minúsculas que hacerlas entrar en colisión equivale a lanzar dos agujas, una contra otra, desde una distancia de 10 km. 


Todos los sistemas de control del acelerador y de su infraestructura técnica están agrupados en el Centro de Control del CERN. Desde allí se activarán las colisiones de los haces en el centro de los detectores de partículas. 
Aqui dejo una interesante presentación con animaciones sobre el LHC



2. 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.

CERN quiere aumentar luminosidad de acelerador 16 de Noviembre de 2011
GINEBRA. El Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) inauguró oficialmente los estudios para poder incrementar la luminosidad de su Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en 2020.
Fuente: Diario ABC


Los dos próximos años serán clave para el Gran Colisionador de Hadrones  Lunes, 21 de febrero de 2011
Físicos en el Gran Colisionador de Hadrones, en Ginebra, dijeron que los dos próximos años podrían ser decisivos en su intento por descubrir los misterios de la formación del Universo.
Fuentes: Diario BBC


Nuevas noticias sobre la guerra de la materia 16/11/2011
El LHC aporta datos que pueden explicar el fenómenode "violación" que permitió la aparición del universo tras el Big Bang
Fuente: Diario Púlico

3. 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.

Presentación enviada por gmail.

Nuestro lugar en el universo

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

Se denomina Big Bang, y ocurrió hace 13.700 millones de años.




2. ¿Cuándo y cómo se formo la luz en el Universo?
Después del Big Bang, paulatinamente el universo se estaba enfriando y se formaron las particulas que conocemos hoy día, como los preotones y electrones, pero estaban calientes y separadas, lo que producía que nuestro universo fuera opaco. No fue hasta 300.000 años después de la gran explosión cuando estos juntan y se recombinan dejando paso a los fotones.




3. ¿Con qué revolución ocurrida en 1543 empezó la Astronomía moderna? ¿Cuáles fueron las consecuencias e implicaciones sociales de dicha teoría?

Teoría heliocéntrica

El 1543 fue el año en el que se publicó el libro de Copérnico en el que explicaba las matemáticas necesarias para predecir la posición de los planetas suponiendo que la Tierra giraba alrededor del Sol, junto con Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno.




4. ¿De qué fenómeno astronómico se dio cuenta Hubble en 1929?
De la expansión del universo. Descubrió que las galaxias se estaban alejando unas de otras y con respecto a nosotros a una velocidad proporcional a la distancia que hay entre ellas.




5. ¿Cuál es el eco del Big Bang? ¿Cómo se ha medido?
La radiación cosmica de microondas, analizadas actualmente por el satélite europeo PLANCK y el americano WMAP.

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?

En las primeras generaciones de estrellas no existian elementos como el carbono, el fósforo o el nitrogeno, de lo que se deduce que estos se formaron en ellas, y que la explotar, enriquecieron el gas en el espacio que las rodeaba, por lo que nosostros y la Tierra nos formamos a partir de gas que ya ha estado en estrellas.


Las estrellas se forman a partir de nubes de polvo y gases que se comprimen gracias a la acción de la gravedad, lo que va produciendo un aumento de la temperatura y da lugar a una serie de reacciones, en las que los átomos ligeros que componen las estrellas forman otros más pesados. Terminada su evolución, las estrellas mueren y deiuelven el material que formaron durante tamtos años al espacio interestelar.

Disminución de la luz de una estrella al pasar por delante un planta

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

Los exolpanetas son aquellos planetas que se localizan fuera de nuestro sistema solar. El primero de ellos fue decubierto en 1995, cuando los astronomos percibieron una disminución en el brillo de una estrella lo que indicaba que un cuerpo estaba interceptando parcialmente la trayectoria de la luz emitida por esta, lo que les permitió deducir la existencia de estos cuerpos.

8. ¿Qué es la materia oscura? ¿Y la energía oscura? ¿Qué explican cada uno de estos conceptos? ¿Que relación tienen con la materia común?

La materia oscura es otro tipo de materia, muy distinta a la que conocemos, relacionadas  con los neutrinos y que no interacciona con nada y que explicaría que existe mucha más materia que la materia normal.


La energía oscura explicaría que el universo siga acelerando. Sin ella, supuestamente, todos los componentes del cosmos se atraen dada la gravedad, de lo que se deduce que si no se frena la expansión o no empieza el proceso inverso o colapso es porque existe una fuerza de repulsión entre los objetos, y esto es lo que se llama energía oscura. Actalmente se cree que constituye el 74% de la energía del universo.


La relación que tinenen es la interacción con la materia gracias a sue enorme potencial gravitatorio, que impide, por ejemplo, que los gases emitidos en la fase final de la vida de una estrella se dispersen de manera incontrolada, marcando así el inicio de una nueva estrella.

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?

Si el universo sigue este ritmo de expansión, los lazos que mantienen unida la materia y que permiten que esta interaccione desaparecerían, provocando que la materia permanezca incohexa, que es lo que se denomina como Big Rip.


Esta aceleración se explica con la energía oscura, una fuerza opuesta a la gravedad que repele los cuerpos entre sí, y que aumenta de manera proporcional a lo alejados que esten los cuerpos.


El Big Rip es una de las teorías que actualmente tiene mayor peso sobre el fin del universo. Esta basada en que si el universo se sigue expandiendo de la misma manera que de la que lo hace ahora, la materia se disiparía, las reacciones químicas y fisicas entre los objetos serían imposibles, lo que provocaría la muerte del universo. Esto va parejo al enfriamiento del mismo, puesto que no existiría nada que produjese calor, hasta los átmos desaparecerían volviéndose partículas subatómicas más simples.

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

El universo está constituido en gran parte por materia oscura, de la que hasta ahora no sabemos nada, solo que tiene que existir para que algunos de los fenómenos que ocurren en el universo tengan una explicación lógica. Junto a ella, una inmensidad de cosas que no alcanzamos más que a intuir y que nosotros suponemos para darle un orden al cosmos, aunque en el fondo no sabemos si es cierto o no. Las últimas hipótesis apuntan a la  energía oscura compone el 74% , la materia oscura el 22% y solamente un 4% de la materia común.



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

Luis Felipe Rodríguez Jorge nació el 29 de mayo de 1948 en Mérida, Yucatán. Cursó sus estudios de primaria, secundaria y preparatoria en el Centro Universitario Montejo. En 1973 obtuvo la licenciatura en física en la Facultad de Ciencias de la UNAM, y en 1978 el doctorado en astronomía en la Universidad Harvard. Desde 1979 es investigador titular del Instituto de Astronomía de la UNAM, del cual fue fundador y primer director.


El doctor Rodríguez Jorge realiza investigación principalmente sobre el nacimiento y juventud de las estrellas y sobre las fuentes galácticas de rayos X. Entre ellas se cuentan el descubrimiento de los flujos bipolares en estrellas jóvenes (1980), la elucidación del mecanismo que excita a los objetos Herbig-Haro (1981, 1985), y la aportación de evidencia de discos protoplanetarios en estrellas jóvenes (1986, 1992, 1996, y 1998). Gracias a estudios de este tipo se ha consolidado la idea de que las estrellas jóvenes se forman rodeadas de discos de gas y polvo cósmico, de los cuales se irán condensando en las zonas más masivas formando planetas, como ocurrió en el caso de nuestro sistema solar. 


Igualmente, ha hecho aportaciones al estudio de fuentes muy energéticas en la Vía Láctea, descubriendo la primera fuente superlumínica en nuestra Galaxia. Estas fuentes expulsan nubes de gas que viajan a velocidades carcanas a la de la luz. El estudio de estas fuentes ha proporcionado información nueva sobre los procesos físicos en la cercanía de un agujero negro, así como sobre la naturaleza de las expulsiones relativistas (con velocidades cercanas a la de la luz).


También colabora publicando  artículos científicos, más de 316 hasta la fecha, los cuales han recibido más de 4000 referencias en la literatura especializada, y el libro Un Universo en Expansión, con el que se inició la exitosa serie La Ciencia para Todos, ha rebasado 90,000 ejemplares en su tiraje total, llegando a un amplio sector del público mexicano. Ha dirigido además 21 tesis a distintos niveles. Es también autor de un número considerable de artículos de divulgación científica .

Teoría de relatividad general

1. Que diferencia existe entre el concepto de la gravedad desarrollado por Newton y el desarrollado por Einstein?

Newton reflexionó sobre el hecho de que los cuerpos pesaban en la Tierra y que los astros giraban en torno a otros astros (la Luna en torno a la Tierra, la Tierra y los demás planetas en torno al Sol etc.) y se imaginó que había una fuerza universal que provocaba que los cuerpos se atrajeran. Esta fuerza se debía manifestar tanto en la atracción de un cuerpo por la Tierra - su peso- como en la atracción entre cuerpos del Sistema Solar y de todo el universo, que les hace girar unos en torno a los otros. La llamó "fuerza de gravitación universal" o "gravedad".

Según Newton, la gravedad sería una fuerza instantánea (es decir, cualquier cuerpo notaría inmediatamente si hay otro cuerpo, y estp provocaría su atracción) y actuaría a distancia.

Utilizando todos los conocimientos astronómicos y experimentos que existían hasta la época, Newton dedujo que la atracción gravitatoria entre dos cuerpos tenía que ser proporcional al producto de sus masas dividido por la distancia entre ellos al cuadrado:

F=M1m2/d2

A la constante de proporcionalidad en esta fórmula la llamamos G (por "gravitación"):

F = G M1m2/d2

Dibujo explicativo de la gravedad de Newton

Por su parte, Einstein construyó su nueva teoría de la gravitación a la que llamó teoría general de la relatividad, en la que suponía que la gravedad, que existe en todos los sitios y momentos del universo, está íntimamente unida al espacio y al tiempo, que obviamente están también por todoslos sitios del universo y en todo instante. Propuso que el nexo de unión era la geometría: lo que ocurre, dice Einstein, es que, en presencia de una masa, el espacio-tiempo se "deforma", de modo que cualquier otra masa nota ese espacio deformado, y se ve obligada a seguir trayectorias diferentes a cuando estaba el espacio sin deformar, es decir, que no tiene ninguna masa, lo que significa que el espacio adquiere una geometría diferente de la que estamos habituados (el llamado espacio plano o euclidiano).

La gravedad según Einstein  no es una fuerza sino una deformación del espacio-tiempo. Además, cambió ligeramente la fórmula de la gravitación de Newton, de modo que su teoría explica perfectamente (hasta la precisión a la que somos capaces de medir) todos los experimentos y las observaciones astronómicas.




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


Cuando Einstin enunció la teoría de la relatividad general, desaparecieron los conceptos de espacio y tiempo absolutos e inaamovibles, difiniendose a partir de entonces como fenomenos relativos producidos por la deformación del tejido espacio tamporal. Cada sistema pasaba a tener un tiempo y pasaba a ser la referencia para la medida de los demás. Es cierto que esto sólo se puede apreciar en los sistemas que se mueven a velocidades no despreciables respecto a la velocidad de la luz, por lo que cualquier medición que realizemos en nuestra vida cotidiana no se ve afectada por las correcciones relativistas, pero de momento los experimentos realizados confirman lo dicho por Einstein. Si quereis ver uno de los experimentos mentales que se utilizan para demostrar este teorema, ir a:

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.

Mediante la teoría de cuerdas se intenta unificar mediante una única teoría la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte (que mantiene unidos protones y neutrones en el núcleo atómico) y la fuerza nuclear débil (que permite que los neutrones se conviertan el protones, emitiendo una radiación en el proceso). La materia esta formada por átomos, que a su vez constan de protones, neutrones y electrones, cada uno de ellos compuesto por quarks, pero eso no es todo. Estas minúsculas partículas contienen pequeños hilos de energía vibrantes que parecen cuerdas, cuyas dimensiones son ínfimas comparadas con las de un átomo, lo que las hace casi inimaginables. Del mismo modo en que las vibraciones de las cuerdas de un instrumento emiten lo que reconocemos como notas musicales, las cuerdas vibran de distintas maneras, y dotan a las partículas de sus propiedades únicas, como la masa y la carga. La única diferencia entre nuestras partículas y las que transmiten la gravedad y el resto de fuerzas es la forma en la que vibran estas partículas. El mayor problema de esta teoría es que es imposible comprobarla. Si a teoría de cuerdas no consigue aportar pruebas plausibles no debería ser tenida en cuenta, pues se trataría de filosofía, no ciencia y dado al minúsculo tamaño de las cuerdas, es muy probable que no las lleguemos a ver nunca, lo que supone un gran inconveniente para los defensores de esta teoría. Otro de los problemas que surgen con es la existencia de dimensiones adicionales que rodean cada una de las que conocemos, solo diferenciadas unas de otras por la forma, y que se trenzan unas con otras, influyendo así en la vibración que tiene las cuerda. 
A pesar de los avances en este tema, sigue habiendo diversas opiniones, tanto es así, que actualmente existen cinco versiones versiones, y los partidarios de la teoría de cuerdas no coinciden todavía en cual es la válida.

Eppure, se muove

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 nació en 1548 y falleció a manos de la inquisición en 16000 acusado de hereje por defender el sistema heliocéntrico. Fue un filósofo y poeta renacentista italiano cuya dramática muerte dio un especial significado a su obra. Nació en Nola, y su nombre era Filippo, pero adoptó el de Giordano al ingresar en la Orden de Predicadores, con los que estudió la filosofía aristotélica y la teología tomista.


Pero Giordano era un pensador independiente abandonó la orden en 1576 para evitar un juicio en el que se le acusaba de desviaciones doctrinales.


Visitó Génova, Toulouse, París y Londres, donde residió dos años bajo la protección del embajador francés. Fue el periodo más productivo de su vida ya que durante estos años escribió "La cena de las cenizas"  y "Del Universo infinito y los mundos", así como el diálogo "Sobre la causa, el principio y el uno".


En Londres se dedicó también a enseñar en la Universidad de Oxford la nueva cosmología Copernicana, atacando al tradicional sistema aristotélico. En 1585 retó a los seguidores del Aristotelismo a un debate público en el College de Cambrai, donde fue ridiculizado, atacado físicamente y expulsado del país.


En los cinco años siguientes vivió en diversos sitios del centro y este de Europa Escribió diversos trabajos soobre cosmología, física, magia y el arte de la memoria. Demostró, aunque con un método equivocado, que el Sol es más grande que la Tierra.


En 1591 recibió una invitación para ir a Venecia para ser profesor de Zuane Mocenigo. Las relaciones entre profesor y alumno no fructificaron, Al tratar de abandonarlo, Monciego lo denunció a la inquisición por las, según él, ideas herejes que le había transmitido. Bruno fue apresado por la inquisición e interrogado en Venecia, aunque posteriormente fue trasladado a Roma, donde estuvo prisionero durante 7 años, periodo durante el cual Bruno ofreció retractarse de sus acusaciones, aunque no fueron acepadas.


El 20 de Enero de 1600 el Papa Clemente VIII ordenó que Bruno fuera llevado ante las autoridades seculares, el 8 de febrero fue leída la sentencia en que se le declaraba hereje. Fue expulsado de la iglesia y sus trabajos fueron quemados en la plaza publica.


Antes de ser ejecutado un monje le ofreció un crucifijo para besarlo, el cual rechazó y dijo que moriría como un mártir. Ha sido convertido en mártir de la ciencia por la defensa de las ideas heliocentristas.

El método científico

Haz un breve resumen de lo visto en el vídeo

 Para los descubrimientos científicos sean considerados válidos debe seguirse un orden a lo largo de la investigación. El conjunto de estos pasos o pautas se denomina método científico, y consta de cuatro fases:

1º Localizar un problema y hacer una pregunta. En el vídeo aparece el ejemplo de comprobar si el agua salada es un conductor eléctrico.

2º Formular hipótesis, o posibles respuestas a la pregunta planteada en el paso uno. En este caso, la hipótesis es que el agua salada es buena conductora de la corriente eléctrica.

3º Demostrar la hipótesis, mediante experimentos y distintas pruevas. Con que solamente uno de los ensayos contradiga la hipótesis, deja de ser válida, y habrá que enunciar otra. Si todos los resultados obtenidos apoyan la conjetura anteriormente sujerida, se puede pasar al siguiente paso.

4º Sacar una conclusión a partir de los datos que se consiguen extraer gracias a los experimentos.

LA CIENCIA HOY DÍA

¿Cuales son los diez avances científicos más importantes que se han producido, a tu juicio, en las últimas décadas?

La terapia génica: Actualmente ya se pueden tratar muchas enfermedades tales como malformaciones genéticas simplemente eliminado los genes defectuoso y cambiándolos por unos sanos. En no muchos años, podríamos ver desapareces las enfermedades genéticas como el daltonismo.

La edad del Universo: Gracias a una sonda diseñada para captar, medir y analizar las radiaciones cósmicas, se ha podido datar la edad del universo en unos 13700 millones de años, lo cual es un importantísimo avance para entender como se formó todo el cosmos, como ha evolucionado para llegar a su estado actual y como se comportara el futuro.

Descubrimiento de agua en Marte: Desde siempre, la posibilidad de que existiera agua en el planeta rojo ha sido una cuestión que ha preocupado a astrónomos de todos los tiempos. Por fin, en junio de 2008, la sonda Phoenix localizó hielo debajo de una capa de polvo.

El Genoma Humano: En 2003 se consiguió definir la secuencia completa del genoma humano, lo que supone un gran progreso para la terapia genética.

El LHC: el Gran Colisionador de Hadrones, también conocido como acelerador de partículas es uno de los mayores avances de los últimos tiempos. Recientemente se ha comprobado gracias a él la existencia de partículas que viajan más rápido que la luz, lo que contradeciría la hasta ahora incuestionable teoría de la relatividad de Einstein.

La creación de vida artificial: Parecía imposible, pero el equipo del genetista Craig Venter ha conseguido ensamblar ADN hasta crear una bacteria artificial, la Mycoplasma laboratorium. La creación de microorganismos “a la carta” podría revolucionar la biología en los próximos años.

Descubrimiento de factores de herencia no genéticos: La creencia de que el ADN era el responsable de todas las características hereditarias ha sido refutada tras el descubrimiento de elementos externos, que a nivel biomolecular, interfieren en la expresión de los genes.

El homínido más antiguo: El fósil de Arid, una homínida de más de cuatro millones de años de antigüedad es la prueba más antigua de la existencia de los homínidos en la tierra.

Demostración de la conjetura de Poincaré: El ruso Grigory Perelman resolvió en 2003 uno de los mayores enigmas matemáticos de la historia, la conjetura de Poincaré. Por ello se le concedió la Medalla Fields, que posteriormente rechazó.

Las redes sociales: Las redes sociales fueron una enorme revolución el el plano de la comunicación, permitiendo a los usuarios dejar de ser simples espectadores de la web a poder participar en la creación y modificación de esta.

¿Te beneficias tú de esos avances?¿Cómo?

Todos nos beneficiamos en mayor o en menor medida del conocimiento científico, especialmente en los avances que tienen que ver con la salud, pero también con la de la física o la astronomía. El porque es muy sencillo, aunque aparentemente no nos sirva para nada que el acelerador de partículas desmienta la teoría de la relatividad, lo cierto es que puede afectarnos mucho, gracias a esto se podrían abrir campos de investigación que hasta ahora eran inimaginables. Todo avance científico va ligado a uno tecnológico y viceversa, así que si no es de manera directa, lo será indirecta, pero los avances científicos nos afectan a todos.

¿Cuales son los problemas más importantes de los últimos años que los científicos y la ciencia deberían tratar de solucionar?

Los problemas más importantes que creo que la ciencia debería intentar solucionar son los relacionados con el cambio climático y el agujero de la capa de ozono. Aunqua a lo mejor no sean temas que tengan una solucion ni unas consecuencias tan inmediatas como otros también muy actuales (cura contra el cancer y el SIDA, desaparición del armamento nuclear...) son, a largo ploazo, enormemente debastadoras. Si seguimos a este ritmo de calentamiento global, en no muchos años se podrían derretir los polos, destrozando la dinámica de las corrientes acuáticas y de aire, provocando unos daños al planeta incalculables. Los climas cambiarían de forma impredecible y demasiado rápido como para dar tiempo a los animales y plantas a adaptarse, lo provocando la destrucción de los ecosistemas más complejos y delicados.