¿ Qué significa que se ha observado un quark aislado por primera vez ?

dibujo20090307quarktopproductiononchannelsandtbyelectroweaktheoryPrimero nos dicen que es imposible observar quarks aislados. Ahora es noticia que han observado por primera vez un quark cima (t, top) aislado. ¿Qué pasa? En realidad lo que se ha observado por primera vez es un mesón formado por un quark cima (t) y un antiquark fondo (b, bottom). ¿Y por qué no lo dicen claramente? Porque los físicos teóricos se han acostumbrado a “ver” quarks por doquier (en diagramas de bloques que parecen formados por piezas de colores de Lego) cuando en realidad lo que ven son los “jets” (haces de muchas partículas) que se producen por su desintegración dentro de los mesones a los que pertenecen.

Hay tres generaciones de quarks y electrones. La tercera generación se observó experimentalmente alrededor de 1974 con el tauón (“electrón” tau) y se confirmó definitivamente con la observación experimental del quark fondo (bottom) en 1977 como parte de mesones b\bar{b}. El quark cima (top) se predijo teóricamente entonces y no se observó hasta 1995, en el Tevatrón del Fermilab en Chicago, como parte de mesones t\bar{t}. La producción de quarks mediante la fuerza nuclear fuerte (descrita por la cromodinámica cuántica) siempre conduce a pares quark-antiquark del mismo tipo. Los mesones con quarks “mezclados” como el  t\bar{b} que se acaba de observar son debidos a la fuerza nuclear débil (descrita por la teoría electrodébil) y son mucho más difíciles de observar en experimentos en los que colisonan hadrones como en el Tevatrón del Fermilab o el LHC del CERN.

¿Por qué es importante haber observado este nuevo mesón con quarks cima-fondo t\bar{b}? Nos permite verificar y ratificar ciertos detalles del Modelo Estándar, así como chequear la posibilidad de nueva física. Por ejemplo, se ha podido verificar de nuevo que existen sólo 3 generaciones de quarks gracias al nuevo cálculo del parámetro V_{tb} que verifica bastante bien la relación esperada |V_{ud}|+|V_{cs}|+|V_{tb}|=1.

El nuevo descubrimiento se ha obtenido simultáneamente en los detectores CDF y DØ del Tevatrón del Fermilab (ya se anunció hace más de un año y ahora se publica su confirmación). Los artículos técnicos, para los interesados, son The CDF collaboration, “First Observation of Electroweak Single Top Quark Production,” ArXiv preprint, Submitted on 5 Mar 2009 , y The DØ Collaboration, “Observation of Single Top Quark Production,” ArXiv preprint, Submitted on 5 Mar 2009 . Ambos artículos se han enviado para consideración en Physical Review Letters y es de esperar que ambos sean aceptados “al mismo tiempo” y publicados en el mismo número de dicha revista.

Para los interesados en información más digerible, el siguiente resumen sobre el descubrimiento del quark top “aislado” y sus implicaciones en física de partículas es fácil de leer: Dugan O’Neil, “Seeking Single Top Quarks at DØ,” July 17, 2007 . Para los más atrevidos y con buena base en física, la siguiente tesis doctoral rellena muchos de los detalles necesarios para comprender el nuevo resultado experimental.

Por cierto, la noticia ha aparecido en diferentes medios pero parece que con “poco éxito,” por ejemplo, en Menéame parece que no llegará a portada. Todos están ansiosos por descubrir el Higgs y nueva física. La verficación de que lo que conocemos lo conocemos bien parece que llama poco la atención mediática. Es como cuando dicen que un telediario no se puede rellenar sólo con noticias buenas, no venden.

Para qué sirve una radio de nanotubos de carbono

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Nanoradios basadas en nanotubos de carbono ya fueron noticia en muchos medios hace más de un año. Nos lo contó Carlos en “ “Central a nanobot, ¿me recibe?”: Radios con nanotubos de carbono,” noviembre 15, 2007 , y la noticia en ADN llegó a portada en Menéame. El número de marzo de 2009 de Scientific American (luego el de mayo de 2009 de Investigación y Ciencia) le dedica un artículo a las radios de nanotubos de carbono (del que he extraído la figura de arriba). La pregunta que te harás es ¿para qué sirve una nanoradio? ¿Para qué sirve un dispositivo nanométrico que vibre cuando reciba una onda de radio? Obviamente, pocos nanorabots “querrán” escuchar la radio.

La aplicación estrella de Zettl y su grupo de investigación es la administración de fármacos dirigida y localizada mediante radiocontrol, por ejemplo, en la quimioterapia para el tratamiento de tumores cancerígenos. Las nanoradios insertadas en ciertos virus cuya cubierta proteica se acople a las células objetivo de la terapia son inyectadas en el torrente sanguíneo. Tras esperar un tiempo prudencial, que garantice que los virus están acoplados a las células destino se emiten las señales de radio que provocan la vibración del nanotubo que rompe la cubierta protéica del virus liberando la sustancia química necesaria. En teoría, el proceso es posible, por ello Zettl ya ha patentado esta aplicación médica de su invento y afirma en el artículo que está trabajando activamente en ella. 

Farmacología nanorradiodifundida. Curiosos avances quimioterapéuticos. Conociendo la “veta comercial” de Zettl, lo mismo en un par de años tenemos el invento funcionando en ratones.

El único púlsar binario conocido está al doble de la distancia que se suponía

La generación de ondas gravitatorias puede ser estudiada con gran precisión en púlsares dobles, como J0737-3039A/B, si se conoce con exactitud la distancia a la que se encuentran de nosotros. Un estudio reciente basado en observaciones del Very Long Baseline Interferometry (VLBI) en Australia ha demostrado que PSR J0737-3039A/B se encuentra la doble de distancia de la que se pensaba. El resultado observado permitirá confirmar la teoría de Einstein sobre ondas gravitatorias con un nivel de incertidumbre de un 0.01% . Lo han publicado los autralianos A. T. Deller, M. Bailes, S. J. Tingay, “Implications of a VLBI Distance to the Double Pulsar J0737-3039A/B,” Science 323: 1327-1329, 6 March 2009 (ArXiv preprint).

Sólo se conocen 8 sistemas dobles de estrellas de neutrones y el púlsar doble PSR J0737-3039A/B es el único entre ellos en el que las dos estrellas de neutrones se observan como púlsares. El púlsar principal “A” tiene un periodo de 22.7 ms (milisegundos) mientras que el “B” tiene un periodo de 2.77 s. Estos periodos son consistentes con la teoría general de la relatividad con una exactitud del 0.05% . La teoría de Einstein predice que emiten ondas gravitatorias conforme el espacio-tiempo se deforma por la rotación de uno alrededor del otro. Sin embargo, estimar su distancia requiere medidas de paralelaje. Este tipo de medidas son muy inexactas. Se han requerido observaciones durante 18 meses (entre agosto de 2006 y febrero de 2008) para obtener un resultado fiable. Estimaciones anteriores conducían a una distancia entre 480 y 570 parsecs, sin embargo, el nuevo resultado concluye que la distancia es de unos 1150 parsecs, con una incertidumbre del 16%.

La nueva medida de la distancia del púlsar binario y de las velocidades transversales de sus componentes permitirá verificar la teoría general de la relatividad con un error inferior al 0.01% . Desafortunadamente, sólo si se pudiera medir sus periodos orbitales con un error inferior al 0.004%. Con los instrumentos actuales ello requerirá medidas durante al menos una década.  Como pasa muchas veces en la ciencia, las buenas noticias vienen acompañadas de noticias no tan buenas. En cualquier caso, el descubrimiento es muy importante.