Nueva medida de la constante de gravitación universal

Nueva medida de la constante de gravitación universal
Hasta ahora, el valor de la constante de gravitación universal, que determina la intensidad de la atracción gravitatoria entre los cuerpos, era 6,67384(80) x 10-11 m3 kg-1 s-2, pero científicos italianos la han establecido en 6,67191(99) x 10-11 m3 kg-1 s-2. Para obtener el nuevo valor han utilizado átomos enfriados con láser y técnicas cuánticas de medición.

Los estudiantes de física saben que el valor de la letra G que se usa en la ley de la gravitación universal de Newton, cuya fórmula es F=G m1m2/r2, se ajusta a 6,67384(80) x 10-11 m3 kg-1 s-2 (las unidades también pueden ser N m2 kg-2). Sin embargo, un equipo de investigadores dirigidos desde la Universidad de Florencia (Italia) ha obtenido una medida ligeramente diferente.

Según publican esta semana en la revista Nature, la cifra es 6,67191(99) x 10-11 m3 kg-1 s-2, un resultado “muy importante” para avanzar hacia el establecimiento definitivo de un valor preciso absoluto de esta constante, un logro todavía pendiente.

Hasta ahora, se han hecho alrededor de 300 intentos para determinar G, la mayor parte de ellos mediante métodos de torsión similares a la balanza que utilizó Henry Cavendish en 1798, cuando calculó el valor mediante un experimento con una vara y dos esferas de plomo en sus extremos.

En las últimas décadas, aunque se ha ido incrementando la precisión de las mediciones, no se ha podido converger en un valor consistente y los resultados son discrepantes.

Esto sugiere la presencia de errores sistemáticos que todavía no se han identificado en los experimentos, aunque se piensa que están relacionados con las medidas de la atracción gravitacional entre masas macroscópicas.

En el nuevo trabajo, el equipo también ha utilizado un juego de masas macroscópicas como fuente del campo gravitatorio: cilindros de tungsteno de alrededor de 500 kilogramos. Sin embargo, el sensor de gravedad se compone de dos nubes de átomos de rubidio enfriados con láser, que suben y bajan en diferentes trayectorias según la gravedad conjunta de la Tierra y los cilindros de tungsteno.

Este cuidadoso diseño experimental, junto a las medidas cuánticas y la consideración de las fuentes de error, ha permitido obtener G con una precisión de aproximadamente el 0,015%, un poco menos que con otras mediciones y ligeramente desviado de lo que recomienda el denominado Committee on Data for Science and Technology (CODATA). Aun así lo que destacan los investigadores es el potencial de mejora que tiene la nueva técnica para llegar al valor definitivo.

SINC

Los hitos de la ciencia de 2013

Los hitos de la ciencia de 2013
Para terminar el año, las dos revistas científicas de referencia recopilan los hitos de la ciencia del 2013 en sus ediciones de esta semana. Mientras que Nature ha seleccionado las diez personalidades que han marcado los avances más importantes, Science hace referencia a las investigaciones. A pesar de variar en el formato, ambas coinciden en destacar el desarrollo de una nueva técnica de edición de ADN, el diseño de placas solares más baratas y eficientes y la clonación de células madre embrionarias.

Nature y Science, las dos revistas científicas de referencia, echan la vista atrás en sus ediciones de esta semana para recopilar los hitos científicos del 2013. Nature hace su top ten de investigadores, mientras que Science se centra en los descubrimientos.

Fen Zhang, un investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts (EE UU), es el protagonista del año para Nature. En enero, él y su equipo demostraron que el sistema CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats) funciona en células eucariotas.

Este método es el que utilizan bacterias y arqueas para localizar y cortar secuencias de ADN. La técnica se basa en el mismo mecanismo para modificar el material genético, lo que permitirá diseñar tratamientos médicos personalizados.

El ranking de Science lo encabezan los últimos pasos en inmunoterapia contra el cáncer, un campo de la medicina donde los tratamientos están dirigidos estimular la capacidad del sistema inmunitario para luchar contra la enfermedad.

Otra de las menciones comunes de ambas publicaciones es la obtención de células madre embrionarias con la misma dotación genética que un adulto, es decir, clonadas. Un reto científico conseguido el pasado mes de mayo por un equipo de investigadores en el que se incluye una española.

“Nuestro descubrimiento permitirá generar células madre para pacientes con órganos o tejidos dañados”, indicaba Shoukhrat Mitalipov, uno de los biólogos responsables del avance y cuyo papel destaca Nature.

La última de las coincidencias tiene carácter energético: la generación de placas solares a partir de perovskita. En agosto, el físico de la Universidad de Oxford Henry Snaith, desarrolló una de las más prometedoras células solares a partir de este material, mucho más barato y eficiente que el silicio utilizado habitualmente.

Cerebros transparentes y miniórganos

Science destaca también el sistema de imágenes CLARITY, ‘claridad’ en español. En abril, un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford (EE UU) daba a conocer este nuevo método que permite ver a través de los tejidos biológicos como si fueran transparentes.

Una vacuna contra el virus sincital respiratorio (VRS), que es la principal causa de hospitalización de niños, y la creación de miniórganos son otros dos de los avances seleccionados por los editores de la revista estadounidense.

Los primeros en llegar fueron los minicerebros, en agosto. Ya en noviembre, un equipo de investigadores con participación del Centro de Medicina Regenerativa (CMRB) y el Hospital Clínic de Barcelona anunciaba la obtención de minirriñones a partir de un cultivo de células de este órgano.

“La obtención de estos primordios celulares genera esperanzas para pensar que un día podamos usar nuestras propias células para regenerar órganos enfermos”, explicaba Juan Carlos Izpisúa Belmonte, director del CMRB.

Además, la demostración de que los rayos cósmicos que llegan a la Tierra están impulsados por las supernovas, los estudios sobre los procesos neuronales que ocurren durante el sueño y la medicina personalizada basada en el microbioma del organismo, completan la lista de Science.

Héroes de ciencia

Tania Simoncelli es una de las personas elegidas por la revista Nature como estandarte de la ciencia del 2013. La primera asesora científica de la Unión Estadounidense por las Libertades Civiles (ACLU) contribuyó a ganar la demanda que la organización había planteado contra las patentes sobre dos genes humanos que tenía la empresa estadounidense Myriad genetics.

A pesar de que la Oficina de Patentes de Estados Unidos había estado registrando patentes de genes durante casi 30 años, Simoncelli siempre lo consideró una amenaza para el derecho de los ciudadanos a acceder a su propia información.

Un poco antes, en abril, los ojos se dirigían a China. La Organización Mundial de la Salud anunciaba el 4 de ese mes que el virus H7N9, el de la gripe aviar, había mutado a una forma susceptible de infectar a personas.

Por su aportación a la investigación sobre este virus y su transmisión entre animales y humanos, Hualan Cheng aparece también en la recopilación de la revista británica.

Otras personalidades destacadas son Deborah Persaud, la viróloga que ayudó a demostrar que un bebé estadounidense nacido con VIH estaba libre del virus casi un año después de comenzar con el tramiento y Naderey Saño, el diplomático filipino que alertó sobre los efectos del calentamiento global tras las graves consecuencias del tifón Haiyan en Filipinas.

En el campo de la ciencia espacial cabe citar a Michel Mayor, que determinó que el exoplaneta Kepler-78b es el más parecido a la Tierra conocido hasta el momento, y Viktor Grokhovsky, por liderar los trabajos de recopilación de las partes del asteroide que cayó en Rusia el 15 de febrero.

Kathryn Clancy, que destapó las agresiones sexuales sufridas por las antropólogas durante las campañas de campo, completa la lista de la publicación.

Además, la última edición de la revista también ha seleccionado cinco perfiles científicos a los que aconseja seguir la pista en 2014. Entre ellos se encuentran Jean-Pierre Bourguignon, el próximo presidente del Consejo Europeo de Investigación, y Masayo Takahashi, el investigador japonés que tiene previsto utilizar células madre de pacientes para regenerar sus retinas.

SINC

Primeros indicios experimentales de una nueva física más allá del modelo estándar

Primeros indicios experimentales de una nueva física más allá del modelo estándar
Un equipo de físicos de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) y del CNRS francés han predicho desviaciones en la probabilidad de una de las desintegraciones del mesón B que han sido detectadas experimentalmente en el acelerador LHC del CERN. La confirmación de los resultados sería la primera prueba directa de la existencia de la 'nueva física', una teoría más fundamental que el vigente modelo estándar de las partículas.

El modelo estándar, el modelo teórico más completo que existe hasta ahora para explicar el universo, tiene carencias y no permite explicar fenómenos como la materia oscura o la interacción gravitatoria entre partículas. Los físicos buscan una teoría más fundamental a la que llaman 'nueva física', pero hasta ahora no había ninguna prueba directa de su existencia, aparte de la observación indirecta de la materia oscura, deducida, entre otros, a partir del movimiento de las galaxias.

Un equipo de físicos formado por el profesor del departamento de Física de la UAB Joaquim Matias, el investigador posdoctoral Javier Virto, de la misma universidad, y el investigador del CNRS / Université Paris-Sud Sébastien Descotes-Genon, ha predicho que esta nueva física implicaría la existencia de unas desviaciones en la probabilidad de una desintegración muy específica de una partícula, el mesón B. Detectar estas pequeñas desviaciones mediante un experimento sería la primera prueba directa de la existencia de esta teoría más fundamental.

El 19 de julio pasado, científicos del detector LHCb, uno de los grandes experimentos que se llevan a cabo en el acelerador LHC del CERN, mostraron en la conferencia internacional de física de partículas EPS 2013 de Estocolmo (Suecia), los resultados de las medidas experimentales de esta desintegración del mesón B. Las medidas muestran unas desviaciones respecto a las predicciones del modelo estándar que los investigadores de la UAB y del CNRS calcularon. El hecho relevante ha sido que estos investigadores han demostrado que todas estas desviaciones muestran un patrón coherente que les ha permitido identificar su origen en una única fuente.

Los resultados de su análisis apuntan a una desviación respecto a la predicción del modelo estándar de 4,5 sigmas. Si se confirma, sería todo un acontecimiento, ya que los científicos consideran 3 sigmas como "evidencia científica" de la nueva física y 5 sigmas como "descubrimiento".

"Hay que ser prudentes, porque serán necesarios más estudios teóricos y más medidas experimentales para confirmarlo", explica Joaquim Matias, "pero si se confirman estaríamos ante la primera prueba directa de la nueva física, una teoría más general que el actualmente vigente modelo estándar". "Si el Higgs ha completado el puzle del modelo estándar, estos resultados pueden ser la primera pieza de un nuevo puzle mucho mayor", añade el Dr. Matias.

Los investigadores apuntan que uno de los modelos de nueva física que podría explicar estos resultados sería el que postula la existencia de una nueva partícula llamada Zprima, "pero podría haber muchos otros modelos compatibles", puntualiza Matias.

El interés del resultado ha llevado a los científicos del otro gran experimento del LHC, el detector CMS, a querer hacer esta medida. El CMS ha invitado al Dr. Matias a explicar los detalles teóricos en un seminario para tratar de corroborar el resultado. Al mismo tiempo LHCb también está añadiendo nuevos datos para mejorar la estadística y confirmar estas medidas el próximo mes de marzo de 2014.

Más allá del modelo

Hace años que los físicos de partículas saben que la teoría que utilizan, a pesar de ser un modelo muy exitoso en todos los test realizados hasta ahora, tiene importantes carencias como la falta de un candidato de materia oscura. También presenta otros problemas más fundamentales como el llamado problema de las jerarquías o de la asimetría materia-antimateria del universo.

Dos de los objetivos centrales del acelerador Large Hadron Collider (LHC) son encontrar el bosón de Higgs y la nueva física, una teoría más fundamental y más general que la del modelo estándar en la que este solo sería un caso particular. Los físicos encontraron, hace un año, el bosón de Higgs, pero al parecer la partícula encaja perfectamente en el modelo estándar y de momento no da ninguna pista clara de nueva física.

Resultados presentados en la conferencia EPS 2013

En el CERN hay cuatro experimentos, cuatro grandes detectores (ATLAS, CMS, LHCb, y Alice) que registran las colisiones entre partículas para que los científicos analicen su comportamiento. El detector del LHCb está diseñado para estudiar el comportamiento de los quarks y estudiar desintegraciones llamadas raras, muy poco frecuentes.

El 19 de julio pasado, en la conferencia de Física de Altas Energías EPS 2013 de la Sociedad Europea de Física, en Estocolmo (Suecia), el Dr. Matias presentó las predicciones teóricas de su grupo sobre una de estas desintegraciones: la de un mesón B, formado por un quark b y un antiquark d, en un par de muones y en una partícula llamada K*. El grupo de investigadores de la UAB y CNRS calculó la predicción de cómo debe funcionar esta desintegración, y cómo cambiaría en diversos escenarios de Nueva Física.

Poco después, un físico experimental del detector LHCb, Nicola Serra, presentó en la misma conferencia los primeros resultados experimentales completos de esta desintegración. De manera sorprendente, las medidas experimentales eran coherentes con las desviaciones predichas por Joaquim Matias y sus colaboradores. Por primera vez, este tipo de desviaciones eran consistentes con predicciones teóricas basadas en la presencia de contribuciones más allá del modelo estándar.

UAB | SINC

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