domingo, 15 de julio de 2012

¿Que es la masa?

Hola a todos.

Durante la semana del "taller de ciencia para jovenes", donde tuvimos a varios chicos del nivel medio superior, surgieron dentro de los talleres de experimentos muchas preguntas en torno a la definición de la masa de los objetos. Es por ello que quise escribir esta pequeña reseña sobre el reciente experimento para encontrar (¿o no?) el famoso Bosón de Higgs.

Antes de todo quien ha pensado en masa y no imagina que es algo intrínseco de las partículas, algo que sabemos que está ahi de facto. En el CENAM tenemos el patrón nacional de masa, que es un cilindro de platino e iridio de 1kg de masa. Es importante mencionar que es la única unidad que se define por medio de un objeto patrón y no por una cantidad física fundamental (por ejemplo el segundo es es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación asociada a la transición hiperfina del estado base del átomo de cesio 133). Para nuestros fines cotidianos, esto no representa ningun problema, sin embargo para algunas áreas de las ciencias básicas si. 

Dentro de la física surge la definición de masa gravitacional y masa inercial. Primeramente la masa gravitacional es una medida de la intensidad con que un cuerpo atrae a otro por la acción de la gravedad, que por cierto, usando este fenomeno fisico es como funcionan las balanzas que conocemos. La masa inercial es una medida de la resistencia que opone un cuerpo a cambiar su estado de movimiento y se determina por medio de las leyes de Newton. 

Sin embargo hasta ahora no hemos dicho nada acerca de como es que los objetos "adquieren" masa (y nos referimos a la masa inercial). Este fenómeno estaría explicado por el denominado "mecanismo de Higgs". 

El Bosón de Higgs es un tipo de partícula elemental que se cree tiene un papel fundamental en el mecanismo por el que se origina la masa en el Universo. Se trata de la única partícula predicha por el Modelo Estándar de Física de Partículas (algo así como lo mas cercano a la teoría del todo, aunque falta comprender también que es la gravedad). 

El Modelo Estándar describe las partículas elementales y sus interacciones, pero queda una parte importante por confirmar, precisamente la que da respuesta al origen de la masa. Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no tuviera masa no habría átomos, con lo cual no existiría la materia como se conoce actualmente, por lo que tampoco habría química, ni biología, ni existiría el hombre

Las partículas subatómicas se dividen en: fermiones y bosones. Los fermiones son aquellas que componen la materia y los bosones son portadores de las fuerzas o interacciones. 

Los componentes del átomo (los electrones, protones y neutrones) son fermiones.

Por otro lado el fotón, el gluón y los bosones, son los responsables de las fuerzas electromagnética, de la fuerza nuclear fuerte y de la fuerza nuclear débil, respectivamente.

La diferencia del fotón y del gluón con el bosón es que éste último no se puede detectar directamente, ya que una vez que se produce se desintegra casi instantáneamente (del orden de 10^(-25) segundos para el boson de Higgs) dando lugar a otras partículas elementales.

Así, en el interior del anillo del LHC colisionan protones a una velocidad cercana a la de la luz. Cuando se producen las colisiones en puntos donde están situados grandes detectores, la energía se libera y se generan otras partículas. Cuanto mayor sea la energía de las partículas que chocan más masa podrán tener las partículas resultantes, según la famosa ecuación de Einstein: E=mc^2.

En los años 60, varios físicos, entre ellos el británico Peter Higgs, postularon un mecanismo que se conoce como el 'Campo de Higgs'. Al igual que el fotón es el componente fundamental del campo electromagnético y de la luz, el 'Campo de Higgs' requiere la existencia de una partícula que lo componga, y que los físicos llaman el Bosón de Higgs.

El campo de Higgs sería una especie de continuo que se extiende por todo el espacio, formado por un incontable número de bosones de Higgs. La masa de las partículas estaría causada por una fricción con el campo de Higgs, por lo que las partículas que tienen una fricción mayor con este campo tienen una masa mayor (¿se lo imaginan?).
Les dejo bibliografia por si les interesa el tema.


Referencias

Patron nacional de masa

Conversación con el Dr. Arturo Fernández (BUAP)

European Organization for Nuclear Research

The God Particle

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miércoles, 6 de junio de 2012

OTRA MAS DE GEO-INGENIERÍA

Hola a todos. Aquí les dejo un texto que nos pareció interesante al Dr. Ramón y a mí para discutirlo:

 LA GEOINGENIERÍA PODRÍA VOLVER EL CIELO AZUL MAS BLANCO.

El cielo azul se desvanecería al blanco nebuloso si GEO-ingenieros inyectan aerosoles dispersores de luz en la atmósfera superior para compensar el calentamiento global. Los críticos ya han advertido que esto podría suceder, pero ahora el efecto “parece” haber sido cuantificado.  

La liberación de los aerosoles en la alta atmósfera, en teoría, debería reducir las temperaturas globales, reflejando un pequeño porcentaje de la radiación solar incidente fuera de la Tierra. Sin embargo, las partículas también dispersarían más de la luz restante a la atmósfera. Esto reduciría en un 20 por ciento de la cantidad de luz solar que tiene una ruta directa a la tierra, y que aumentaría los niveles de la luz más dispersa, dice Ben Kravitz de la Institución Carnegie para la Ciencia en la Universidad de Stanford, California. 

Esto tendría efectos en cadena de la vida-y la tecnología humana. La reducción de la luz directa del sol podría afectar a la industria solar, que se basa en la luz directa del sol para generar gran parte de su poder. Sin embargo, el aumento de la luz solar indirecta implicaría aumentar la fotosíntesis, por debajo de copas de los árboles. 

El color azul del cielo se debe a la dispersión Rayleigh. Cuando la luz del Sol atraviesa la atmósfera para llegar hasta nosotros, la mayor parte de la luz roja, anaranjada y amarilla (longitudes de onda largas) pasa sin ser casi afectada. Sin embargo, buena parte de la luz de longitudes de onda más cortas es dispersada por las moléculas gaseosas del aire. A cualquier parte del cielo que miremos, estaremos viendo algo de esa luz dispersada, que es azul, y por eso el cielo es de ese color. En cambio, la luz que nos llega directamente del Sol perdió parte de su color azul, por eso el Sol se ve amarillento. 

Las partículas de aerosol son mucho más grandes que las moléculas en el aire, sin embargo, dispersan la luz roja con más fuerza, lo que difumina la luz azul dispersada por moléculas más pequeñas y hace el cielo más brillante y más blanco. 

Ben Kravitz calculó cómo la dispersión de las partículas que van desde 0,1 a 0,9 micrómetros de diámetro afectaría a todo el espectro de la luz dispersada, y la forma en que podría afectar el color del cielo. Él encontró el cielo parece más claro para todos los diámetros posibles. Las partículas con diámetros de alrededor de 0.5 pueden provocar un cielo mucho más blanco. Este efecto sería más visible en el campo, donde la contaminación del aire es generalmente más baja, dice Kravitz.  

Referencias: 

Journal reference: Geophysical Review Letters, DOI: 10.1029/2012gl051652 
http://www.fcaglp.unlp.edu.ar 
http://www.newscientist.com/article/dn21873-geoengineering-would-turn-blue-skies-whiter.html

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lunes, 9 de abril de 2012

La edad de las rocas puede estar mal estimada en algunos casos.

Como resulta de interés no sólo para la comunidad del Centro de Geociencias sino para todos, a continuación transcribo un intercambio de opiniones de los colegas.

Estimados Geoquímicos

Este artículo me llamó la atención. De acuerdo a lo que leí hay variaciones importantes en la razón U238-U235 que cambian algunas estimaciones de rocas antiguas, además de que la vida media del Samario146 es mucho menor (30%) que lo que antes se pensaba, ver:

http://www.newscientist.com/article/dn21644-age-of-oldest-rocks-off-by-millions-of-years.html

http://www.sciencemag.org/content/335/6076/1610

les agradecería sus opiniones.

Ramón
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Hola Ramón

Efectivamente, se han visto desde hace unos 3 años variaciones en la razón del 238U/235U de hasta 5 permil, que tiene dos implicaciones, una instrumental y otra geocronológica. La primera es porque normalmente se usaba esa relación para corregir un factor instrumental llamado "mass-bias" en los espectrómetros de masas, la otra, y creo más importante, es porque típicamente se medía 238U y se asumía que la relación 238U/235U = 137.88 era constante, por lo que se asumía la abundancia de 235U, y, al medir 207Pb (producto del decaimiento radioactivo del 235U), se establecía una edad ligeramente equivocada...
Debido a la llegada en los últimos años de espectrómetros MC-ICPMS como el del Centro de Geociencias, ahora es posible que se midan las relaciones isotópicas con una precisión no antes vista, lo cual permite detectar variaciones donde antes no se podían distinguir.
Los datos nuevos, según yo, tienen implicaciones serias en la geocronología, no sólo desde el punto de vista geocronológico, pero incluso metodológico y no es claro como resolverlas aún.

Saludos

Juan Pablo
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Hola Ramón,


Gracias por las referencias.

Sí estos problemas de alguna manera ya se conocen. Es decir, no sólo los resultados muy interesantes de esos autores, por ejemplo sobre la rel 238U/235U, sino sobre la imprecisión absoluta de las edades. Esto ocurre porque, por ejemplo, las constantes de decaimiento no son tan precisamente establecidas. Por ejemplo la constante de decaimientos de Jaffey et al (1971) tiene un error aproximado de 0.1%. Tanto que, si uno se acerca mucho a la línea de concordia que se usa para representar las edades de U-Pb, esa no es una símple línea, sino una banda, cuyo grosor es ahora más grande que las edades muy precisas que se pueden obtener con algunos de los métodos isotópicos. Quien esté interesado puede por ejemplo leer Mattinson, 2010, Chemical Geology 275, 186-198.
Ahora bien, para lo que se refiere a la composición isotópica de 238/235U, la corrección propuesta por los autores (137.818 en lugar de 137.88) significa una diferencia absoluta del 0.045%. Como se observa de los diagramas de Fig. 2 que Hiess et al reportan (Science, 2012), esto se traduce, para el reloj de 206Pb/238U que es el más útil para edades < 1000 Ma, en una diferencia absoluta de menos de 10 mil años (de hecho menos de 4000 años para zircones fanerozoicos). Considerando que las edades que manejamos nosotros por U-Pb difícilmente tienen un error menor al 1%, estos errores son pequeñeces.

Más significativa es la diferencia, o bien la corrección, de la vida media de 146 Sm. En este caso hay que tomar en cuenta, sin embargo, que este isótopo es lo que se define como un isótopo extinto. Es decir, ese no ocurre en la naturaleza, es un sistema isotópico que se usa para cuestiones de cosmoquímica, principalmente. No hay que confundirlo con el reloj de 147 Sm que decae a 143Nd, que es lo que normalmente usan los geoquímicos isotópicos para obtener relaciones isotópicas de 143/144Nd y eventualmente edades y epsilon Nd.

Saludos

Luigi
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