Los antiprotones de ATRAP (CERN) y la simetría CPT

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La Trampa de Antihidrógeno (ATRAP) es un pequeño experimento en el CERN cuyo objetivo es comparar la antimateria con la materia, en concreto, átomos de antihidrógeno (formados por un antiprotón y un positrón, o antielectrón) con átomos de hidrógeno (formados por un protón y un electrón). Acaban de publicar la medida más precisa del momento magnético del antiprotón, 2,792847356(23) veces el magnetón nuclear, que coincide con el del protón en al mentos cinco partes por millón (0,0005%), una nueva medida (directa) de la invarianza CPT [wiki]. Bajo condiciones muy generales, toda teoría cuántica de campos cumple el teorema CPT (aunque puede violar por separado las simetrías C, P, T, CP, etc.). La simetría CPT se puede verificar en los experimentos comparando las propiedades de las partículas y de las antipartículas, por ejemplo, la masa y la carga del protón y del antiprotón tienen que ser idénticas (son parámetros asociados al campo (en su conjunto) y no a las “componentes” del campo). La medida más precisa de la invarianza CPT corresponde al cociente de la masa entre la carga para el protón (p) y el antiprotón (pbar); sea κ=m/q, se midió en 1999 que κ(p)/κ(pbar) = (1 ± 9) × 10−11. Ello no quita interés a la nueva medida, pues la simetría CPT ha de ser verificada en cada uno de los posibles parámetros alcanzables por los experimentos. El artículo técnico es ATRAP Collaboration, “One-Particle Measurement of the Antiproton Magnetic Moment,” Phys. Rev. Lett. 110: 130801 (2013) [arXiv:1301.6310]. Se han hecho eco en Eric R. Hudson, David Saltzberg, “Viewpoint: Antiprotons Reflect a Magnetic Symmetry,” Physics 6: 36 (2013); y en Lubos Motl, “Antiprotons obey CPT within 5 ppm,” TRF, Mar 29, 2013. Por cierto, el artículo de 1999 es G. Gabrielse, A. Khabbaz, D. S. Hall, “Precision Mass Spectroscopy of the Antiproton and Proton Using Simultaneously Trapped Particles,” Physical Review Letters 82: 3198-3201, 1999 [pdf gratis].

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Cuántos grados calienta tu lata de cerveza la condensación de humedad en su superficie

En un día de verano, caluroso y húmedo, habrás observado que el líquido de tu lata de cerveza (o de refresco) se calienta al mismo tiempo que se cubre de una capa de humedad por condensación. Estimando el espesor de la capa de agua condensada en la superficie de la lata se puede estimar el incremento de temperatura del líquido. ¿Cuántos grados centígrados son debidos al calor latente de condensación? El cálculo (sin pérdidas) es sencillo. El área superficial de la lata es de unos 300 cm², por lo que la capa de condensación delgada, pongamos que con un espesor medio de unos 0,1 mm, contiene unos 3 gramos de agua. El calor latente de condensación del agua cerca de 0 ºC es de 600 cal/g, por lo que si todo el calor latente se transfiere a los 33 cl de líquido (supuesto que todo es agua), la temperatura sube en 3 * 600 / 333 ≈ 5,4 ºC. Por supuesto, este cálculo desprecia otros efectos y sobreestima el efecto de la condensación al no considerar ningún tipo de pérdidas. Un cálculo teórico detallado es más complicado. Lo más fácil es realizar el experimento en laboratorio bajo condiciones controladas. Y más fácil aún es que otros lo hagan por tí, como Dale R. Durran, Dargan M. W. Frierson, “Condensation, atmospheric motion, and cold beer,” Physics Today 66: 74-75, April 2013 [copia gratis]. Los detalles del experimento (realizado por estudiantes de grado) en Dale R. Durran, Dargan M. W. Frierson, “An experiment uses cold beverages to demonstrate the warming power of latent heat,” Physics Today, Supp. Info., March 28, 2013.

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