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miércoles, 3 de abril de 2013


QUESTION :  to Lawrence M. Krauss
What happened before the big bang?

ANSWER:
¨This is a frustrating question because first, it presumes that just because we know there was a big bang, we understand it back to t=0 or 'before'.
This is like presuming evolutionary biology can explain the origin of life itself, which it cannot, since we need to know chemistry and the conditions of the early earth to address it.
Similarly, we simply don't have a physical theory that works back to t=0 so we cannot answer the question.
But more than that, all of our current ideas suggest, alas, that it isn't a good question!
Saying that always frustrates the listener, but science often tells us that naive questions aren't good questions because they make presumptions that are unwarranted.
Because space and time are coupled to matter and energy in general relativity, it is eminently plausible that if space spontaneously  popped into existence, so did time.
Namely, time and space are both classical concepts that may have a limited domain of validity, and so the question what was 'before the big bang" may simply be a bad question because there was no 'before'! Time didn't exist.
That answer of course makes no one happy, but it may be true. As I often say, the business of the universe is not to make you happy….¨
Source :  Lawrence M. Krauss
Physicist/Cosmologist, ASU; Author of : ¨A Universe from Nothing¨
THE THIRD CULTURE , EDGE , April 3, 2013 http://www.edge.org

jueves, 28 de marzo de 2013


How the Higgs Boson Might Spell Doom for the Universe

Under the simplest assumptions, the measured mass of the Higgs could mean the universe is unstable and destined to fall apart. But don’t worry—it won’t happen for billions of eons








 

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Physicists recently confirmed that the Large Hadron Collider (LHC) at CERN, the particle physics laboratory in Geneva, had indeed found a Higgs boson last July, marking a culmination of one of the longest and most expensive searches in science. 
The finding also means that our universe could be doomed to fall apart. "If you use all the physics that we know now and you do what you think is a straightforward calculation, it is bad news," says Joseph Lykken, a theorist who works at the Fermilab National Accelerator Laboratory in Illinois. "It may be that the universe we live in is inherently unstable."

Higgs Boson

A reconstructed particle collision in the CMS detector of the LHC.Image: CMS/CERN
The Higgs boson helps explain why particles have the mass they do. The Higgs particle that the LHC has found possesses a mass of approximately 126 giga-electron volts (GeV)—roughly the combined mass of 126 protons (hydrogen nuclei). (One GeV equals a billion electron volts.)
Based on the data analysis so far, the discovered particle is consistent with the Standard Model of particle physics, the highly successful theory that describes the subatomic world, although other models cannot be ruled out. "It is looking very much like the Standard Model Higgs boson—although there may be a very massive Higgs particle that also exists, and which our experiment is not sensitive enough to detect," says Joseph Incandela, the spokesman for the CMS (Compact Muon Solenoid) experiment at the LHC, one of the two experiments that detected the current Higgs particle,
And that very nature of being a Standard Model Higgs may be the reason our universe is ultimately unstable. It has to do with the so-called vacuum stability in the Standard Model.
According to the description currently favored by physicists, a vacuum is not completely devoid of matter but instead teems with particles and antiparticles that pop into existence and then run into one another and annihilate themselves, all in very short times. The inherent uncertainty embodied in quantum mechanics permits these spontaneous fluctuations—as long as the particles don't live for more than a fleeting instant, the process violates no laws of physics.
The Standard Model also says, as Lykken puts it, that "for the vacuum of empty space to be stable, we should be living at a minimum of potential energy." In other words, most things end up resting in a place of lowest energy. A ball rolls downhill and settles in a low point; getting it to move away from this point requires a kick of energy. In the case of the universe it would be like living at the bottom of a valley bordered by hills: the value of the Higgs potential would be lowest point of the valley.
Our universe might end if our valley really isn't the lowest one around. Physicist Benjamin Allanach of the University of Cambridge explains: "The shape of the Higgs potential is determined precisely by the Higgs mass." The observed 126 GeV mass seems to imply the universe does not exist in the lowest possible energy state but is in fact positioned in a slightly unusual place. "It turns out that for a Higgs boson of 126 GeV, we might be in the gray area where the universe is at a local minimum that is not the global minimum," says physicist Matthew Strassler of Rutgers University.
It is sort of like being in a valley whose floor is higher than that of an adjoining valley. If you didn't know that a deep valley was on the other side of the hill, you would think you were at the lowest level you could be. If you somehow managed to get to the other side, however, you could fall much lower.
This situation would normally not pose a problem, as you couldn't travel between valleys—except in quantum mechanics, which allows particles to tunnel through hills unpredictably. As a result, "in the future our universe could spontaneously and randomly tunnel through to the deeper one, with potentially catastrophic consequences," Allanach says.








 

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Such a metastable universe is not a new idea. As far back as 1979, physicists were trying to calculate the implications of the mass of the Higgs boson on cosmology. In 2001 theoretical physicists Paul Steinhardt of Princeton University and Neil Turok of the Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada described a cyclic universe, which alternates between expansion and contraction, and is consistent with the sort of metastability implied by the observed mass of the Higgs boson. More recently, Giuseppe Degrassi of the University of Rome and Jose Espinosa of the Autonomous University of Barcelona and their collaborators have calculated the broad implications of the Higgs mass.
"We now know with a large degree of confidence that our vacuum is on the unstable side and we were able to calculate its decay lifetime," Espinosa says. "This lifetime turns out to be way larger than the [present] age of the universe."
Most theorists don't seem to be too worried about the destruction of our universe, because metastability would not manifest itself anytime soon—if ever. Also, they expect that the LHC will find other particles in due course. Then, new calculations could indicate that the universe has more stability. Specifically, the fate of the universe depends quite sensitively not only on the Higgs but also on the mass of the top quark, another fundamental particle whose mass hovers at about 180 GeV. "The top quark strongly affects the vacuum by its quantum fluctuations because it is so heavy," Allanach says. "If the Higgs mass were really 127 GeV and the top mass were a little lower than its most likely value, then actually the universe would be completely stable and the vacuum would be in the true minimum."
Steinhardt says, "There is a tiny sliver of metastability. Why is the universe just at this point? Is this actually a profound thing we have to understand?"
But assuming that everything is known about the Standard Model and no new particles and forces will be found in the future, then the universe might be in the gray region where it is long-lived but somewhat unstable and therefore might disappear a few billions of eons from now.  "And maybe not even billions of years, but billions of eons or billions of billions" of eons, Strassler stresses. "This is not something that keeps me awake."

Source: Scientific American

miércoles, 6 de marzo de 2013



“El universo es comprensible y entendemos cómo funciona”

RASHID SUNYAEV | DIRECTOR DEL INSTITUTO MAX PLANCK DE ASTROFÍSICA

Los agujeros negros brillan por la fricción de la materia que va cayendo en ellos

El astrofísico Rashid Sunyaev en la sede de la Fundación BBVA, en Madrid. / GORKA LEJARCEGI (EL PAÍS)
“Sí, entendemos cómo funciona el cosmos, sus propiedades fundamentales. El universo es comprensible”, dice el astrofísico Rashid Sunyaev. En la conversación salta cómodamente desde los primeros instantes tras el Big Bang hasta la misteriosa energía oscura del universo más evolucionado —que está acelerando su expansión—, pasando por las fases de formación de las primeras estrellas y, después, de galaxias y cúmulos de galaxias, sin dejar de lado los agujeros negros brillantes. Con 70 años recién cumplidos, este uzbeko, nacido en Tashkent, dio sus primeros pasos científicos de la mano de uno de los más grandes de la física de partículas y la cosmología, el ruso Yakov Zeldóvich, primero como estudiante suyo en Moscú y luego como colaborador. Sunyaev no pudo salir de la Unión Soviética hasta 1981 y parece que, en las últimas dos décadas, se está desquitando en cuanto a movilidad internacional: es director del Instituto Max Planck de Astrofísica en Garching (Alemania) a la vez que jefe del Departamento de Astrofísica de Alta Energía del Instituto de Investigación Espacial (Moscú) y mantiene colaboraciones científicas en EE UU.
Esta semana ha estado en Madrid para dar una conferencia sobre Los cúmulos de galaxias en la Fundación BBVA.
Pregunta. ¿Cuándo se formaron las estrellas y las galaxias en la historia del universo?
Respuesta. Las estrellas se formaron antes y fueron formando galaxias y estas fueron formando cúmulos, que son los objetos más masivos del universo. La mayoría de los cúmulos empezaron a ser importantes unos 4.000 millones de años después del Big Bang, y ahora el cosmos tiene casi 14.000 millones de años. Las perturbaciones de densidad iniciales fueron las semillas que crecieron y formaron los cuerpos celestes, galaxias y cúmulos.
P. ¿Cuántos cúmulos de galaxias hay?
R. Queremos detectar todos los cúmulos en el universo observable con el detector espacial eRosita \[se lanzará en 2014\] y serán entre 100.000 y 150.000. En cada cúmulo hay cientos o miles de galaxias, depende de lo rico que sea.
P. Aun así, la materia ordinaria supone menos del 5% de todo lo que existe.
R. Sí, el 4,5%. El resto es materia oscura \[22,5%\] y energía oscura \[73%\], que empieza a ser muy significativa en la evolución del cosmos cuando este tenía unos 5.000 millones de años. Pero en los cúmulos la energía oscura no es importante y están compuestos de galaxias con estrellas (un porcentaje pequeño del total), gas muy caliente (15%) y materia oscura (80%). Para conocer la composición y los parámetros fundamentales del cosmos ha sido muy importante el telescopio espacial estadounidense WMAP.
P. Ahora está a punto de ofrecer nuevos datos el Planck, también dedicado a observar la radiación de fondo. ¿Cuenta con resultados espectaculares en la presentación que la Agencia Europea del Espacio realizará el próximo 21 de marzo?
R. Soy miembro del equipo del Planck y tengo que respetar la confidencialidad de los resultados hasta que se hagan públicos. Pero será una presentación importante. Y hay jóvenes científicos españoles muy brillantes y muy activos en el equipo. Planck tiene más sensibilidad que cualquier otro observatorio de este tipo, lo que puede significar encontrar algo inesperado o proporcionar datos mucho más precisos.
P. Usted ha trabajado en agujeros negros. ¿Cuándo se empezaron a formar?
R. No son del universo primitivo. Los agujeros negros supermasivos más lejanos que vemos son de unos 700 millones de años después del Big Bang y luego se hacen muy numerosos y muy brillantes cuando el cosmos tiene unos 3.000 millones de años. Los pequeños, los agujeros que se forman por el colapso de una estrella masiva, son anteriores, de unos 100 millones de años.
P. Y brillan, pese a ser agujeros negros.
R. Si, fue una investigación de cuando yo era muy joven... Un agujero negro traga materia, pero esta no cae directamente en él, sino que gira en espiral a su alrededor. La materia, el gas, rota en capas y entre ellas hay fricción, por lo que se calientan muchísimo, de manera que el disco alrededor del agujero negro emite en rayos X y en luz visible... Por ejemplo, los agujeros negros más brillantes que vemos están devorando cada segundo materia equivalente a tres veces la masa de la Tierra.
P. ¿Entienden los científicos cómo funciona el universo?
R. Sí. El universo es comprensible y conocemos sus propiedades generales, pero dentro de nuestro horizonte, es decir, de lo que podemos observar, aunque no podemos decir lo que hay mucho más allá. Sus características dependen de las condiciones en los primeros instantes. Por ejemplo, su composición química: prácticamente el 100% del litio de las baterías de su grabadora se creó en las reacciones nucleares de los primeros minutos del universo, igual que todo el deuterio, el combustible del sueño de la fusión nuclear. Es impresionante. Estamos seguros de que no hay otra forma de crearlos y las predicciones de la cantidad de deuterio o de litio generado en aquellas reacciones del cosmos primitivo se han comprobado observacionalmente con precisión.
P. Usted empezó su carrera como estudiante de Zeldóvich.
R. Sí, en 1965. Fui con él para hacer la tesis. Quería física de partículas y le dije que no me gustaba la astronomía porque el jefe de mi departamento me había dicho que yo era un buen estudiante, un tío inteligente, y que la astronomía era una ciencia inútil. Zeldóvich me dijo que primero le ayudara con un par de problemas científicos y que luego me pasara a partículas. Pero ese par de problemas de astronomía... Me di cuenta de que era muy interesante. Le aseguro que la física del universo... ¡Es tan bonita! Zeldóvich, desde el primer momento, me orientó hacia la cosmología, le interesaba el universo en su conjunto y sus propiedades.
P. No le permitieron salir al extranjero hasta 1981.
R. Sí, y eso que yo era solo astrónomo y no había tenido nada que ver con investigación militar o nuclear. Zeldóvich había creado las bombas, pero yo no. Pude ir a París en 1981 ¡y fue un impacto cultural!
P. Ahora trabaja en Alemania.
R. Y en Moscú. Además, soy visitante en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (EE UU). En los años noventa la financiación de la ciencia en Rusia era insignificante y yo tenía un grupo de jóvenes muy brillantes, pero allí era imposible entonces ganarse la vida en la ciencia. Recibí varias ofertas de EE UU y de Alemania y acepté la de Garching porque está más cerca de Moscú. Así los jóvenes de mi grupo podían ir a trabajar unos meses a Alemania y, con el dinero que ganaban, mantener a sus familias y sobrevivir en Moscú. Ahora las cosas han cambiado, no son ricos, pero pueden vivir de la ciencia en Rusia. Y yo sigo yendo y viniendo de un lugar a otro.


Fuente ...EL PAIS

sábado, 2 de marzo de 2013


Posted: 02 Mar 2013 12:43 AM PST

Referencia: Physics.Word.com .
Tushna Commissariat, 28 de febrero 2013

Un nuevo anillo de radiación formado dentro del cinturón de Van Allen de la Tierra, fue visto en septiembre de 2012 y luego desapareció un mes después. 


Este hallazgo de un equipo de investigadores en los EE.UU., que analizó los primeros datos disponibles de las naves gemelas de la misión Van Allen de la NASA. El anómalo anillo, compuesto por electrones de alta energía, se ha mantenido prácticamente sin cambios, hasta que fue interrumpido y "prácticamente aniquilado" por una poderosa onda de choque interplanetaria. Los nuevos hallazgos muestran la necesidad que tenemos una mejor comprensión de los mecanismos subyacentes que operan en los cinturones de Van Allen.

Anillo de fuego

Descubierto hace más de 50 años por el físico norteamericano, James Van Allen, los cinturones de radiación de Van Allen son dos anillos concéntricos con forma de donuts que rodean nuestro planeta. Se mantienen en su lugar por el campo magnético de la Tierra y están repletos de partículas de alta energía. El anillo exterior está compuesto principalmente de electrones MeV, que varían en intensidad a una escala de tiempo entre horas y días, dependiendo del viento solar. El anillo interior se compone de una mezcla de electrones de alta energía y protones extremadamente energéticos.


Los cinturones están confinados dentro de la magnetosfera terrestre, y se extienden desde una altura de aproximadamente 1.000 a 60.000 km sobre la superficie de la Tierra. Pueden hincharse y encogerse con el tiempo, ya que están empujados por el viento solar y los rayos cósmicos. Las grandes cantidades de radiación de estos cinturones son una amenaza para los satélites en órbita geoestacionaria, que deben ir pertrechados de suficiente blindaje si su órbita se encuentra dentro de los cinturones.

Sondeo de plasma

Para un mejor estudio de los cinturones de Van Allen, la NASA lanzó las sondas de Van Allen (antes conocidas como las sondas de tormentas de radiación del cinturón) en una misión el 30 de agosto de 2012 para investigar ambos anillos. Se compone de dos naves espaciales que están equipadas con instrumentos para detección de partículas energéticas, de campos magnéticos y de plasma, además de sensores de ondas de plasma. Entre los objetivos de la misión, se incluye la comprensión de cómo se aceleran las partículas, el transporte y pérdida de los anillos, así como averiguar cómo el extremo clima espacial afecta a la región.

Anillo inesperado

Cuando Dan Baker, de la Universidad de Colorado, y sus colegas analizaron los primeros datos de la misión, se encontraron con el totalmente inesperado y sorprendente nuevo "anillo de almacenamiento eléctrico", situado entre los dos anillos conocidos, que apareció después del 2 de septiembre del año pasado. De acuerdo con un artículo publicado en la revista Science, este "distintivo anillo persistió, cambiando de forma gradual", hasta que, de repente, desapareció el 1 de octubre. Mientras que el anillo interior y el nuevo mostraron muy pocos cambios durante esas cuatro semanas, la parte más lejana del exterior del cinturón de Van Allen parecía estar cambiando significativamente durante el mismo período. Al final, con la desaparición del nuevo anillo, casi toda la población de electrones de la zona exterior se redujo, según los sensores de a bordo de las sondas.

Baker explica que los investigadores no saben si la formación de este tercer anillo es cíclica o se produce muy raramente. "Esta es una de las cosas que quieren estudiar cuidadosamente las sondas de Van Allen durante largos períodos de tiempo. No hemos visto ninguna recurrencia en los últimos meses", dice. La onda de choque interplanetaria, que se cree que demolió el nuevo anillo, es una perturbación encabezada por una "eyección de la masa coronal" de la superficie del Sol que afectó a la magnetosfera terrestre. "Se produce un aumento repentino de la velocidad y la densidad del viento solar y la fuerza del campo magnético", explica Baker. "Esperamos fascinados a ver si este tipo de evento se produce de nuevo, que no se ha producido en los últimos cinco meses."

Según los investigadores, en estudios previos han demostrado que las poblaciones electrónicas de la zona exterior son mucho más susceptibles al clima espacial, y que muestran una respuesta directa a los cambios del viento solar, al campo magnético interplanetario y a la actividad geomagnética. De hecho, afirman que, la formación del nuevo "anillo de almacenamiento" en sí, podría tener su origen en otra pérdida de electrones del cinturón exterior que se produjo el 3 de septiembre, que fue causado por la onda de choque, anteriormente detectada, de un fuerte aumento de la velocidad del viento solar y de un cambio abrupto en el campo magnético interplanetario.

Según Baker, este sorprendente hallazgo "demuestra que algunas de nuestras más preciadas creencias "sobre la estructura y la dinámica de cinturón de radiación deben ser examinadas de nuevo a un nivel fundamental. Tendremos que ver lo que esto significa para las futuras operaciones con naves espaciales, etc."

Fuente...Pedro Donaire, BITNAVEGANTES.