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La Energía Oscura

Hace unos años, en un intento de calcular la edad del universo, se descubrió que este estaba compuesto 4.6% por átomos, 23.3% por materia oscura y 72.1% por Energía oscura, pero, ¿Qué es esta Energía?

En 1998 el Hubble descubrió no solo que el universo está constantemente expandiéndose, sino también que esta expansión es cada vez más rápida.

Todos los científicos se esforzaban para sacar una teoría que explicara esta aceleración, finalmente se llegó a la conclusión que el universo está lleno de algo que generaba esa aceleración, eso se llamó Energía Oscura.

Qubit

Con los años, la tecnología se fue haciendo cada vez más pequeña, en la escala de los nanometros, pero en esta escala, los electrones y otras particulas elementales, se pueden "escapar" por eso hubo que buscar una nueva forma de pasar la información, para esto, se recurre a la Mecánica Cuántica.

En Mecánica Cuántica, las cosas pueden estar en dos estados al mismo tiempo, por ejemplo, el  gato de Schrödinger puede estar vivo y muerto. Un bit puede representar dos estados: vivo o muerto, si o no, 0 o 1, al contrario, un qubit, cuyo nombre viene de Quantum Bit, puede representar un número gigante estados (finito), por la superposición cuántica (estar en mas de un estado al mismo tiempo), puede ser: un poco vivo y bastante muerto, 50% si y 50% no, 70% 0 y 30% 1. ¿Pero para que sirve eso? Esto significa que se pueden albergar muchos valores, y que la capacidad de procesar la información crezca exponencialmente, no solo debido a la superposición sino también al entrelazamiento cuántico (se pueden hacer dos operaciones paralelas, con dos: cuatro, con tres: ocho, con cuatro: dieciséis...).

Ordenador Cuántico

Una vez que sabemos que es un qubit, podemos decir que una computadora cuántica es aquella que contenga un procesador con qubits. Sin embargo, hacer esto es muy dificil, ya que en Mecánica Cuantica, al observar o medir, se rompe la superposición cuántica (al abrir la caja, el gato esta vivo, o está muerto), también las particulas pierden la coherencia (decoherencia cuántica, es decir, pierden las propiedades cuanticas, por ejemplo, el entrelazamiento y se comportan como partículas normales). Es muy dificil que las partículas interactúen entre ellas sin la influencia del entorno

Dato Interesante: Un procesador con 30 qubits equivale a un procesador de 10 teraflops, es decir 10 millones de millones de operaciones por segundo.

¿Qué es la teoría de cuerdas?

Hay dos definiciones fundamentales en la física consideradas difíciles de explicar, estas son, materia y energía. En la escuela, aprendemos que la materia está formada por las llamadas "partículas elementales", como protones, neutrones, electrones y quarks. Pero la teoría de cuerdas nos dice que todo lo que nos rodea está formado por otra cosa, esa otra definición, energía.

Según esta teoría, tales partículas no existen, sino que son cuerdas que vibran, estas pueden estar en un bucle cerrado o abierto.

¿Es esto posible?

Si, ¿como?, es la unión de dos ecuaciones muy conocidas: E=mc² y E=hf, en la primera se relaciona la energía con la masa y en la segunda, la vibración de algo y su energía, es decir que: mc²=hf. O sea, que se hay una relación entre algo que vibra y su masa. Según los defensores de esta teoría, una cuerda tendría una longitud de aproximadamente 10x10^-35 metros, esto equivale a inflar un átomo hasta que éste tome el tamaño del sistema solar, una vez hecho eso, una cuerda tendría el tamaño de un árbol.

Pero hay un pequeño problema, esta teoría no funciona a no ser que el universo tenga 10 dimensiones, de las cuales solo conocemos 4, pero estas otras 6 dimensiones son tan pequeñas, de un tamaño parecido al de las cuerdas, que nos resultan imperceptibles.

Los defensores de esta teoría creen que algún día, con el avance de la tecnología, se podrá demostrar la existencia de las cuerdas, aunque habría que usar un colisionador de partículas cien billones de veces mas potentes que el LHC.

Por ahora la existencia de estas cuerdas sigue siendo un misterio, aunque encontrarlas resolvería muchos problemas y nos dejaría mas cerca de la teoría del todo.

¿Qué es un Neutrino?

Los neutrinos fueron propuestos por primera vez en 1930 por Wolfang Pauli para explicar porque los electrones en la desintegración beta (las partículas betas son electrones liberados del núcleo cuando un neutrón se descompone en un protón, son ligeras y hace falta un gruesa pieza de metal para detenerlas)no se emitían con la completa energía de una transición nuclear. La aparente violación de la conservación de la energía y el momento, fue más fácil de evitar al postular otra partícula.

Esta partícula no fue observada experimentalmente hasta 1956. Clyde Cowan y sus colaboradores transformaron protones y antineutrinos de desintegraciones beta en positrones y netutrones.

Los neutrinos siguen siendo difíciles de detectar, al no llevar carga no ionizan nada. Al ser tan ligeros, dejan poco rastro cuando impactan en un objetivo. La mayoría de ellos atraviesan directamente la Tierra.

Los físicos pueden detectar algún neutrino adicional que ha reducido su velocidad al buscar destellos de luz cuando atraviesan grandes masas de agua. El neutrino entrante pude golpear una molécula de agua y provocar que salte un electrón, lo que produce un rato de luz azul (conocido como radiación de Cerenkov)

En 1962, Leon Lederman, Melvin Schwartz y Jack Steinberger demostraron que hay otros tipos (llamados sabores) de neutrinos, cuando detectaron interacciones del neutrino muón, un miembro más de la familia, más pesado que el neutrino electrón. Se había predicho la existencia del tercer tipo, el neutrino tau, en 1975, pero no fue visto hasta el 2000 en el Fermilab.

Los neutrinos son producidos por algunas reacciones de fusión que hacen funcionar a nuestro sol y otras estrellas. A finales de la década de 1960, los físicos que intentaban detectar neutrinos procedentes del sol, se dieron cuenta de que veían muy pocos: solo llegaba el 30-50% del número esperado.

El problema de los neutrinos solares no se resolvió hasta 1998, cuando experimentos como el Super-Kamiokande, en Japón y el Observatorio de Neutrinos en Sudvury, en Canadá, demostraron que los neutrinos cambian (u oscilan) entre los tres sabores. Los números relativos de los tipos de electrón, muón y tau se habían establecido erróneamente antes, y los diversos detectores pasaban por alto algunos tipos. Las oscilaciones de los neutrinos indican que tienen una masa pequeña.

De manera que, al resolver el problema de la desintegración beta, Pauli y Fermi abrieron un nuevo mundo de sustitutos del tipo de electrones (llamados leptones), a la vez que predijeron la existencia del neutrino, una partícula cuyas propiedades son todavía hoy sorprendentes. Prepararon el camino para las investigaciones de las fuerzas nucleares.

Detección de Neutrinos

El detector Super-Kamiokande es un tanque de 50000 toneladas de agua, que se encuentra a 1km de profundidad. El agua en el depósito actúa como el objetivo para los neutrinos. La superficie interior del tanque está forrada con 11146 colectores de luz de 50cm de diámetro cada uno. Además del detector interno que se utiliza para los estudios de la física, una capa adicional de agua llamado el detector externo también está equipado de sensores de luz.

¿Qué es un Quark?

En la década de 1960 ya se habían descubierto alrededor de 30 partículas elementales. Además de protones, electrones y neutrones había docenas de otras más exóticas, con nombres como muones, kaones y piones...

Las partículas sonde dos tipos. La materia está constituida por fermiones, que se dividen en otros dos tipos: Leptones (que incluyen los electrones, muones y neutrinos) y Bariones (que incluyen a protones y neutrones).

Un día Murray Gell-Mann intentó ensamblar las propiedades cuánticas de todas estas partículas. Cuando las agrupó, se dio cuenta de que había un patrón, entonces, se arriesgó y predijo la existencia de un octavo mesón. Un equipo de la Universidad de California lo encontró unos meses después.

Cada disposición tenía sentido desde el punto de vista matemático si en la base de todos estos patrones había tres partículas fundamentales. Si protones y neutrones estaban constituidos por tres partículas más pequeñas, entonces, se podían redistribuir de manera diferente los componentes para construir estos árboles genealógicos de partículas.

Las unidades básicas debían tener una carga insólita, de más o menos 1/3 o 2/3 la del electrón, de manera que su combinación diera la única carga positiva del protón, o la carga cero del neutrón. Estas características parecían ridículas, entonces, Gell-Mann dio a las partículas imaginarias un nombre absurdo, quorks o kuorks.

En 1964 Gell-Mann publicó su teoría de los quarks, en la que proponía que el neutrón es una mezcla de un quark "arriba" y dos quarks "abajo" y un protón es dos arriba y uno abajo. De modo que la radiación beta implicaba la conversión de un quark abajo de un neutrón en un quark arriba en un protón.

En la actualidad, después de haberse descubierto cada vez más partículas, sabemos que hay seis tipos de sabores de quarks: arriba, abajo, extraño, encanto, fondo y cima.

Para cada quark existe un antiquark. Las partículas constituidas por quarks se denominan hadrones.

Tetraquark

Un tetraquark es una partícula formada por cuatro quarks, eso es lo que la hace tan rara. Fue descubierta por los científicos del Fermilab el 25 de Febrero de 2016, aunque ya se suponía su existencia.

Esta partícula no viola ninguna ley de la física, pero los físicos están todavía estudiándola. Está formado por los quarks arriba, abajo, fondo y extraño y se llama X(5568), 5568 es su masa en MeV/c², es decir que su carga es de 5568 MeV. La masa de un electrón es de 1 eV/c², la de un protón de 938 MeV/c² y la de un neutrón de 939 MeV/c², es decir que la masa de X(5568) es de 6 veces la de un protón, aproximadamente la masa de un núcleo de Litio.

¿Qué son las ondas gravitacionales?

Son distorsiones en el espacio. Imaginemos al espacio como una sábana grande. Si ponemos una pelota sobre ella, ésta se deforma, se hunde. Si tiramos sobre la sabana otra pelota para que choque con la anterior, se crearían ondas, ondas gravitacionales.

Una estrella de neutrones genera un campo gravitatorio muy fuerte, ya que es una masa estelar comprimida en un radio de 10km. En un sistema binario puede haber dos estrellas de neutrones. La Relatividad General predice que un sistema binario como el descrito puede ser una fuente de ondas gravitacionales.

Estas ondas se llevan una parte de la energía potencial y cinética del sistema, disminuyendo el período de órbita y haciendo que las masas se acerquen lentamente hasta chocarse.

¿Por qué son tan importantes?

Si prendemos una lámpara y la rodeamos con nuestras manos, estamos bloqueando su paso, no nos iluminamos.

Hasta ahora, el hombre exploró el espacio a través de la luz. Ésta no puede salir de los agujeros negros y nos impide ver en muchos rincones. No hay nada que pueda bloquear una Onda Gravitacional, ellas atraviesan todo.

Si exploramos el espacio a través de las Ondas Gravitacionales podremos ver en todos los rincones, incluso dentro de un agujero negro!!

Acá se puede leer una noticia que habla sobre cómo las detectaron