Archivo de la categoría: Física

Bloqueo de Pauli: Volviendo invisible a la materia.

Podemos ver los objetos porque interactúan con la luz.
Vemos la luz que reflejan. A veces notamos la refracción o desvío, ese es el caso de una masa gaseosa o fluido que se interpone entre nosotros y la fuente de luz.
Estas interacciones entre la luz y la materia que forma los objetos, está relacionada con cómo interactúa la luz con la estructura íntima de la materia. No es fácil explicar esa interacción sin hablar de electromagnetismo y física cuántica, pero algo se puede decir sin recurrir a conceptos específicos.

La luz es una lluvia de partículas de energía llamadas fotones. Cuando éstos inciden en un átomo, éste los absorbe y se excita. Como no puede estar así por siempre, se des-excita devolviendo la energía o fotones absorbidos. Esta es la base bajo la cual la materia interactúa con la luz.

Cuando la materia es sometida a bajísimas temperaturas, sus átomos adoptan una configuración de mínima energía (Mar o líquido de Fermi | Wikipedia | https://es.wikipedia.org/wiki/líquido_de_Fermi). Así, cuando reciben fotones, no tienen muchas posibilidades de excitarse y la luz simplemente pasa sin interactuar, ni reflejándose o desviándose.
Luego, en esas condiciones, la materia se vuelve indetectable para nuestros ojos, es decir: invisible.

A esto se lo conoce como bloqueo de Pauli y es un caso particular de su principio de exclusión que establece que dos partículas de la misma “familia” (fermiones como por ejemplo: electrones) no pueden tener el mismo estado cuántico si ocupan la misma región del espacio o sistema cuántico (por ejemplo: un átomo) (Principio de exclusión de Pauli | Wikipedia | https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_exclusión_de_Pauli)

Referencia:
El inusual efecto cuántico que puede hacer invisible la materia, demostrado por primera vez por científicos | RT 21.nov.2021 | https://actualidad.rt.com/actualidad/411102-cientificos-efecto-cuantico-bloqueo-pauli

pdp.

¿Son posibles los objetos de materia obscura?

La materia obscura (MO) forma el 80% de la materia que hay en el Universo.
Si tenemos en cuenta a la energía obscura que acelera la expansión Universal, la MO es el 20% del total del Universo.
Es la responsable de mantener armadas a las galaxias permitiendo que las estrellas más alejadas no escapen. De lo contrario, las galaxias se desmenuzarían en sus partes más alejadas del centro.
A la MO sólo se la detecta gravitacionalmente. No interactúa con campos magnéticos, ni absorbe ni refleja luz; de ahí su nombre ya que no se la puede ver.
Mucho se conjetura sobre su naturaleza (La materia obscura dinámica | pdp 29.jul.2018 | https://paolera.wordpress.com/2018/07/29/la-materia-obscura-dinamica/)

¿Qué es la materia oscura? | 11.sep.2015 | Instituto de Física Teórica IFT.

Se piensa que está compuesta por partículas de baja capacidad de interacción llamadas WIMPs. Éstas, serían sus propias antipartículas, por lo que se aniquilarían entre ellas al entrar en contacto.

Con esta idea en mente, y viendo que la MO prefiere estar distribuida a gran escala formando estructuras difusas, no sería capaz de coagular.
Así, no autrogravita y forma grumos que den lugar a una acreción de MO que forme objetos.
Luego, por lo que se sabe hasta Hoy, no es posible la existencia de objetos de MO tales como planetas o estrellas. Esto contradice la idea de estrellas de MO pura. En este sentido, sólo podría haber estrellas de materia ordinaria en las que caiga MO que se aniquila en su interior potenciándola (¿Las estrellas de materia obscura porían existir? | pdp 13.may.2015 | https://paolera.wordpress.com/2015/01/13/las-estrellas-obscuras-podrian-existir/).

De la misma manera, este auto-aniquilamiento no permitiría la existencia de objetos muy masivos de MO.

No está todo dicho en relación a la MO.
Tal vez, y sólo tal vez, las partículas componentes de la MO no se auto-aniquilen después de todo, y con el tiempo, quizás mucho tiempo… tal vez… se formen objetos de esta materia.
Por ahora, por noviembre del 2021, las cosas son así.

Referencia:
Ask Ethan: Why can’t black holes be made of dark matter? | BigThink – Starts with a Bang 12.nov.2021 | Ethan Siegel | https://bigthink.com/starts-with-a-bang/black-holes-dark-matter/

pdp.

¿Qué Cosmología se tendrá en un futuro muy muy muy lejano ?

Ilustración de Universo crédito de JINYI YANG, UNIVERSITY OF ARIZONA; REIDAR HAHN, FERMILAB; M. NEWHOUSE NOAO/AURA/NSF.

La energía obscura es la responsable de la expansión acelerada del Universo.
Si bien su naturaleza es desconocida, está vinculada a la trama del espacio-tiempo y a su expansión. Así como en el movimiento de un cuerpo la fricción genera calor disipando energía y frenando al cuerpo; en la expansión del espacio-tiempo sucede algo similar pero en sentido contrario, donde aparece una energía que se encarga de acelerar esa expansión (Sobre el origen de la energía obscura | pdp 5.ago.2021 | https://paolera.wordpress.com/2018/08/05/sobre-el-origen-de-la-energia-obscura/).

Las galaxias se unen en grupos llamados cúmulos de galaxias, la nuestra pertenece al Grupo Local. A su vez, los cúmulos se agrupan en súper cúmulos, el nuestro es el Supercúmulo de Virgo, el que es un “lóbulo” de una estructura mayor llamada Laniakea.

A escalas menores, domina la gravedad; y a escalas mayores, domina la energía obscura.
Así, el Grupo Local se mantendrá unido, mientras que a mayores escalas, los supercúmulos se disolverán por la acción de la energía obscura (Las grandes estructuras galácticas se disuelven | pdp 12.feb.2020 | https://paolera.wordpress.com/2020/02/12/las-grandes-estructuras-galacticas-se-disuelven/).

La radiación de fondo en micro-ondas, se originó en el Big-Bang hace unos 15 mil millones de años aproximadamente. Su origen está tan lejos (15 mil millones de años luz (AL)) y se aleja tan rápido debido a la energía obscura, que por razones relativísticas la detectamos muy corrida a frecuencias bajas, esto es: micro-ondas.
La radiación que detectaremos el próximo año, es la que está 1 AL más lejos que la de hoy. Así sucesivamente, hasta que la que nos llegue vendrá de tan lejos y alejándose tan rápido que no sólo será muy tenue sino que estará tan “corrida” a bajas frecuencias que no las podremos detectar.

Así, debido a la energía obscura, todo lo que existe a grandes distancias, a escalas intergalácticas enormes, superiores a las distancias entre cúmulos galácticos; se alejará irremediablemente de Nos.
Con el tiempo dejarán de ser detectadas las galaxias lejanas de otros cúmulos galácticos, lo mismo que la radiación de fondo en micro-ondas. Sólo será observable lo que exista en el Grupo Local.
No habrá evidencias observacionales que confirmen la expansión del Universo ni del Big-Bang.
Esto sucederá dentro de varios miles de millones de años, tal vez decenas de miles de millones.
Para entonces, la Tierra habrá sido absorbida por el Sol en su etapa de gigante roja y éste será una enana blanca. Nosotros, tal vez, nos hayamos ido a otros lugares.
Lo cierto es que la idea del Big-Bang y la expansión de Universo será una teoría que ya no puede ser verificada observacionalmente. Los astrónomos de civilizaciones que puedan surgir en aquel futuro, verán un Universo donde sólo existe el Grupo Local; tal vez no tengan idea del origen explosivo del Todo. Sería interesante saber qué Cosmología tendrán.

Referencia y Fuente:
Ask Ethan: Will dark energy cause the Big Bang to disappear? | Big Think, Starts with a bang 1.oct.2021 | Ethan Siegel | https://bigthink.com/starts-with-a-bang/big-bang-disappear/

pdp.

Los agujeros negros ejercen presión en sus vecindades.

En el estudio de los agujeros negros (ANs) se utilizó no sólo conceptos de Relatividad sino también de Cuántica.
Como aún no se dispone de una completa teoría gravitatoria cuántica, se aplicó lo que se conoce como teoría de campo efectivo (https://es.wikipedia.org/wiki/Teoría_de_campo_efectivo). En ella se asumen ciertas suposiciones como que la gravedad a niveles cuánticos (en el mundo de las partículas) es débil. En este marco, se analizaron modelos matemáticos en los que apareció un término interesante.

Se llegó a la conclusión de que ese término daba cuenta de una presión en las vecindades de los ANs. Luego: los ANs ejercen presión en sus proximidades.
Esta presión es tremendamente menor a la que podamos experimentar en la Tierra o a la que estemos acostumbrados (10-54 veces la presión normal Terrestre; o sea 0, [{53 ceros} y un 1]).
Recordemos que la presión es fuerza por unidad de superficie. En el caso de la presión atmosférica, es la que sentimos por el peso de la atmósfera sobre nosotros. En el caso de la que hay en un globo, es la ejercida por las moléculas del gas moviéndose dentro del globo y chocando entre ellas. También hay presión de radiación electromagnética de una estrella producida por el flujo de fotones (partículas de energía) irradiados. El viento Solar o estelar, ese flujo de energía y partículas, ejerce presión.
Luego: ¿a qué se debe esa presión en las vecindades de los ANs?

En el espacio hay energía almacenada en campos cuánticos donde el menor nivel se llama energía de estado cero (E0). Alrededor de E0, se dan fluctuaciones como las que se pueden ver en las ondulaciones de la superficie tranquila de un lago. Para analizar y estudiar mejor esas fluctuaciones aleatorias, se desarrolló un modelo matemático de partículas y antipartículas que se crean y destruyen permanentemente. Luego: Esas partículas no existen, son sólo un herramienta para analizar mejor situaciones de fluctuaciones de energía (La desafortunada explicación de la radiación Hawking… | pdp 11.jul.2020 | https://paolera.wordpress.com/2020/07/11/la-desafortunada-explicacion-de-la-radiacion-hawking-dada-por-stephen-hawking/).

En las vecindades de los ANs el espacio está tan curvado que el valor E0 es mucho mayor que en otras partes alejadas. Luego, como siempre que en un lugar hay más energía que en otro, se produce radiación, Esa es la radiación Hawking. Esa radiación hace disminuir el valor de E0 en las vecindades de los ANs. Así, debe disminuir la curvatura del espacio en esas regiones por lo que los ANs deben perder masa ya que sus masas son las que curvan el espacio.

Bien.
La presión ejercida por los ANs, está relacionada con la energía cuántica almacenada en sus vecindades, con E0 y con la radiación Hawking, de la misma manera que hay una presión de radiación electromagnética. Si se sigue con el modelo de partículas y antipartículas virtuales, la presión está dada por ellas durante el tiempo que existen, pero recordemos que no son reales, son sólo una herramienta para analizar mejor las fluctuaciones en los campos cuánticos.
En cuanto a si esa presión es hacia afuera o hacia adentro, eso depende de las condiciones “cuánticas” imperantes en esas regiones; o si les gustan las partículas virtuales, de la “mezcla de esas partículas” que pueda haber.
Lo importante es que termodinámicamente los ANs no sólo tienen temperatura y entropía, también tienen presión.
Recordemos que se consideró una gravedad débil a nieles cuánticos, no se tuvo en cuenta una gravedad fuerte, luego: hay mucho más que hacer para terminar de entender a los ANs.

Referencia:
Strange mathematical term changes our entire view of black holes | LS 23.sep.2021 | Paul Sutter | https://www.livescience.com/black-holes-press-out-on-universe

Fuente:
Quantum gravitational corrections to the entropy of a Schwarzschild black hole | Xavier Calmet and Folkert Kuipers | Phys. Rev. D 104, 066012 – Published 9 September 2021 | Abstract: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.104.066012

pdp.

Las singularidades desnudas y la Censura Cósmica.

Las singularidades físicas son regiones donde lo que almacenan aumenta inconmensurablemente.
Van acompañadas de singularidades matemáticas, donde las ecuaciones que describen a esas regiones, divergen al infinito entregando esos valores inconmensurables.
Precisamente por eso, la física que tenemos deja de explicar los procesos dentro de las singularidades.
Hubo una singularidad en el Big-Bang ya que toda la materia y energía estaban en un reducido volumen. Por eso no podemos explicar qué pasó en ese instante, además, las leyes de la Naturaleza nacieron en el instante del nacimiento del Universo.
También hay singularidades en el interior de los agujeros negros, donde las densidades de materia y energía tienden a infinito. Es por eso que al no poder aplicar la Física que conocemos en esas regiones, tampoco podemos saber qué procesos de dan allí. Sólo esperamos que sean coherentes con alguna explicación que en el futuro pueda dar alguna rama de la Física, tal vez, alguna nueva rama. Sea lo que sea que suceda en el interior de los agujeros negros, éstos lo mantienen en su interior, alejado de nosotros, por lo que estamos a salvo de esos procesos.

Singularidades
Ilustración de agujero negro publicada sin créditos en https://www.xatakaciencia.com/fisica/singularidades

La pregunta es: ¿existen las singularidades desnudas?; o sea, ¿las que se dan fuera de los agujeros negros?
La conjetura de la censura cósmica enunciada por Roger Penrose en 1969, establece que el Universo, al menos el sub-Universo o Universo Local que observamos, no permite la existencia de las singularidades desnudas (https://es.wikipedia.org/wiki/Hipótesis_de_censura_c%C3%B3smica).
Como toda conjetura, aún es algo que debe ser demostrado.
No hay evidencias de que existan singularidades fuera de los agujeros negros. Las investigaciones, sugieren que pueden darse singularidades desnudas cuando se rompen las superficies de los agujeros negros y cuando dos agujeros negros se fusionan. Pero para eso, se deben dar condiciones que no se dan en el Universo observable. En el caso del fraccionamiento de la superficie de un agujero negro, ésta debe darse en más de tres dimensiones para que aparezcan singularidades desnudas. En el caso de la fusión de agujeros negros, la singularidad siempre queda dentro del agujero negro resultante bajo las condiciones dadas en Nuestro Universo.

Luego, esta conjetura sólo se violaría en otros universos.

Referencias:
Singularities Can Exist Outside Black Holes—in Other Universes | SA 23.aug.2021 | B. Z. Foster | https://www.scientificamerican.com/article/singularities-can-exist-outside-black-holes-in-other-universes/
Singularidades | Xatakaciencia 29.abr.2011 | Jaume | https://www.xatakaciencia.com/fisica/singularidades

pdp.

El camino más rápido: la curva braquistócrona.

No siempre el camino más corto es el más rápido.
Veamos el siguiente video.

Brachistochrone curve. Fastest route for a ball. | Engineering and architecture

Hay tres cuerpos, todos con la misma masa que se desplazan sin rozamiento (o despreciable).
Los tres parten del reposo, del mismo lugar, van hacia el mismo destino y llegan a la misma velocidad final. Ésta, depende de las diferencias de alturas, a mayor diferencia, mayor velocidad final.
El cuerpo 1 (c1) recorre la hipotenusa de un triángulo rectángulo en lo que sería un plano inclinado. Ese es el camino más corto hasta “abajo”. Si embargo, el cuerpo 2 (c2) recorre una curva, un camino más largo, y llega antes al final.
Sucede que c1 lleva una aceleración constante que es menor que la de la gravedad. Mientras, c2 acelera más en el comienzo de su trayecto, por ser esta parte más empinada que la hipotenusa. Así, llega antes a la velocidad final y “le gana” a c1.
Pero c3 es el que mayor aceleración tiene ya que el comienzo de su trayecto es casi vertical y su aceleración es casi la de la gravedad. Así c3 llega antes que los otros cuerpos a la velocidad final, pero aún está lejos del extremo de su recorrido; recorre un camino que es cercano a los catetos que es el mayor de los caminos posibles. Así es como le gana a c1 (que tiene menor aceleración) pero no a c2 que ya estaba más adelantado cuando c3 llegó a la velocidad final.

El camino que hace c2 es el camino más rápido o de menor tiempo, se lo llama curva (o camino) braquistócrona.
Esta curva depende de las posiciones de los puntos de inicio y fin de los movimientos. Incluso, hay casos donde es el camino más largo.

File:Brachistochrone.gif
Robert ferréol | Wikipedia

En realidad se trata de una cicloide.
Esta curva es la que describe un punto de una rueda que se translada rodando sin patinar.

Brachistochrone Curve | Eng Morph

Algo similar sucede con la luz.
Cuando debe ir de un punto a otro, no siempre lo hace por el camino recto y por lo tanto el más corto. En realidad sigue el camino de menor tiempo o más rápido.
Si en su trayecto debe cruzar a un medio donde se mueve con otra velocidad, el camino entre el inicio y el destino se transforma en una “recta quebrada”. A esto se lo conoce como Ley de Snell (https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Snell).

File:Fénytörés.jpg
Zátonyi Sándor (ifj.) Fizped (talk) | Wikipedia

Algo similar le ocurre al guardavidas que debe rescatar a un bañista.
Si está justo delante de Él y perpendicular a la playa, puede ir en línea recta directo a la víctima. Pero si está en otra dirección, no le conviene ir en línea recta. Ese es el camino más corto pero no el más rápido; ya que por ahí tiene el mayor recorrido en el agua que es por donde viaja más lento (corre más rápido por la playa). El menor recorrido por el mar, lo tiene en un camino que pasa por la víctima y es perpendicular a la playa. Para eso debe ir hasta el punto de intersección de ese camino y la playa para entrar al agua por ahí. Pero ese, en total es mayor camino desde donde se encuentra inicialmente.
Luego, debe hacer un trayecto “intermedio”, uno dado por una recta quebrada en el punto de ingreso al agua, o sea: la Ley de Snell o camino más rápido aunque no el más corto.

Referencia:
Curva braquistócrona | wikipedia | https://es.wikipedia.org/wiki/Curva_braquistócrona

pdp.

El plasma de quarks y gluones.

El plasma es considerado el cuarto estado de la materia.
Bajo ciertas condiciones, la materia es sólida, conformada por moléculas (agrupaciones de átomos) muy unidas entre ellas. A medida que se calienta, pasa al estado líquido, con sus partículas componentes más separadas. Luego viene el estado gaseoso, donde las moléculas están más distanciadas (gas molecular), incluso comienzan a separarse en átomos (gas en estado atómico).
El estado siguiente es en el cual los átomos se parten en sus partículas componentes, tales como electrones y protones. Ese es el plasma, un gas de átomos partidos, de iones, es decir, un gas ionizado. Pero los núcleos atómicos están compuestos por partículas elementales; estas son: los quarks y los gluones.

Cuando se produjo el proceso de inflación del espacio, se dieron algunos “bolsillos” donde se detuvo la inflación y se produjeron Big-Bangs dando origen a Universos; uno de los cuales es el nuestro.

La inflación se da en los cubos celestes. Los marcados con una X roja, son los bolsillos donde se detiene la inflación y se da un Big Bang. Nosotros estaríamos en una de esos cubos marcados – Crédito: E. Siegel / Beyond The Galaxy.

Al menos se dio un bolsillo donde se produjo nuestro origen (Acerca del último trabajo de Stephen Hawking y su ex-alumno Thomas Hertog | pdp,7.nov.2018 | https://paolera.wordpress.com/2018/11/07/acerca-del-ultimo-trabajo-de-stephen-hawking-y-su-ex-alumno-thomas-hertog/)

Debido a ciertas asimetrías, de la energía almacenada en el espacio se formaron las primeras partículas con masa (El origen de la materia en el Universo | pdp, 9.ago.2018 | https://paolera.wordpress.com/2018/08/09/el-origen-de-la-materia-en-el-universo-rompiendo-simetrias/).
En los primeros microsegundos del Universo aparecieron los quarks y gluones formando un plasma de quarks y gluones (QGP: Quark – Gluon Plasma). Estas partículas luego fueron formando protones y núcleos atómicos de donde nació la materia ordinaria que nos forma. Según los estudios realizados, ese QGP no tenía el aspecto que hoy conocemos del plasma. Era fluido, con una textura suave y blanda, algo más parecido al agua.

Referencia:
Study reveals new details on what happened in the first microsecond of Big Bang | Niels Bohr Institute, 21.may.2021 | https://www.nbi.ku.dk/english/news/news21/study-reveals-new-details-on-what-happened-in-the-first-microsecond-of-big-bang/

Fuente:
Measurements of mixed harmonic cumulants in Pb–Pb collisions at sNN=5.02 TeV | Physics Letters B, Volume 818, 2021, 136354, ISSN 0370-2693 | S. Achaira et al. | https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037026932100294X?via=ihub

pdp.

Mejoras en Relatividad Numérica para análisis de ondas gravitacionales.

La Relatividad dice que un cuerpo que orbite a otro, irradiará ondas gravitatorias.
En ese proceso, las ondas se llevan parte de la energía del cuerpo haciendo que éste se frene y precipite sobre el otro. Esto sucede en nuestro Sistema Solar, pero antes de que los planetas caigan al Sol, nuestra Estrella se convertirá en gigante roja absorbiendo a los planetas más cercanos (ahí caemos nosotros). Luego, terminará como enana blanca; todo dentro de uso 5 mil millones de años.

Las ondas gravitacionales, son muy débiles y sutiles de detectar. Recién con la sofisticada tecnología de los observatorios de ondas gravitacionales LIGO y Virgo, se las pudo detectar en el caso de grandes masas involucradas en un choque (LIGO: https://es.wikipedia.org/wiki/LIGO | Virgo: https://es.wikipedia.org/wiki/Virgo_(interferómetro)).
Estas masas son las de objetos como agujeros negros o estrellas de neutrones.
Cuando un par de estos objetos se orbitan mutuamente, generan ondas gravitatorias de la misma frecuencia que la frecuencia orbital y la amplitud de esas ondas dependen de sus masas.

Imagen de Wikipedia.

A medida que se orbitan, van friccionando con material que las rodea y eso hace que precipiten mutuamente. A medida que se acercan, orbitan cada vez más rápido, como al patinador que gira más rápido a medida que junta los brazos (conservación del momento angular: https://es.wikipedia.org/wiki/Momento_angular).
De esta manera, la frecuencia de las ondas gravitacionales va en aumento hasta que los cuerpos chocan produciendo un pico máximo en la amplitud de la onda; eso es lo que se detecta.
El análisis de la amplitud y frecuencia de ese pulso, da información de las masas involucradas.

Para saber las características de los cuerpos que produjeron ese pulso gravitacional, es necesario resolver complejas ecuaciones de la Relatividad. Tanto es así, que se recurrió a la Relatividad Numérica. Se trata de métodos numéricos para resolver ecuaciones aprovechando la velocidad y capacidad de cálculo de las computadoras. Se usaron las supercomputadoras disponibles, durante al menos dos meses de tiempo de proceso, para tener valores de masa y rotación de los objetos que colisionan. La idea es tener una colección de datos simulados para diferentes características de objetos. Luego, por comparación con lo observado, se puede conocer cómo eran los objetos que chocaron. Si lo observado no se ajusta bien a los datos obtenidos por simulaciones, se procede a hacer más experimentos numéricos hasta hallar los datos que reproducen lo observado.
Pero esto lleva mucho tiempo de proceso debido a la gran cantidad de combinaciones de los valores posibles de masa y rotación.

Unos matemáticos introdujeron ciertas consideraciones para acelerar el cálculo relacionado con este caso de relatividad numérica.
Suponen que el menor de los objetos (agujero negro o estrella de neutrones) es puntual frente al mayor; es decir, sin radio ni horizonte de sucesos. De esta manera, no hay efectos que el menor pueda ejercer sobre el mayor, más allá de los gravitatorios, reduciéndose así sensiblemente el tiempo de proceso.
Así, se obtuvieron buenos resultados para grandes relaciones de masa, digamos de 10.000 a 1.
Lo interesante es que se probó el modelo para relaciones menores, del orden de 3 a 1, y los resultados estuvieron dentro del 1% comparados con los obtenidos luego de resolver las ecuaciones relativísticas.

Referencias:
New Black Hole Math Closes Cosmic Blind Spot | Quantamagazine, Matematical Physics, 13.may.2021 | Steve Nadis | https://www.quantamagazine.org/new-black-hole-math-closes-cosmic-blind-spot-20210513/
Introducción a la Relatividad Numérica | REVISTA MEXICANA DE FÍSICA S 53 (2) 5–30, feb.2007 | M. Alcubierre | http://www.scielo.org.mx/pdf/rmf/v53s2/v53s2a3.pdf

Fuente:
Surrogate model for gravitational wave signals from comparable and large-mass-ratio black hole binaries | Phys. Rev. D 101, 081502(R) – Published 22 April 2020 | Nur E. M. Rifat, Scott E. Field, Gaurav Khanna, and Vijay Varma | Abstract: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.101.081502

pdp.

La simultaneidad y la Paradoja de Andrómeda.


Artículo retocado el 27.abr.2021 a las 00:17 H.O.A. (GMT-3).
La simultaneidad nos dice que un evento es observado al mismo tiempo por varios observadores.
La Relatividad nos dice que la luz viaja a una velocidad alta pero no infinita, la velocidad de la luz es la misma en todas direcciones, no depende de la fuente ni del sistema en que se la mida y sólo depende del medio donde viaja.
Luego, la información de un evento no será simultánea para más de un observador, a menos que estén en reposo respecto del origen del evento y equidistantes al mismo.
Pero cuando estas condiciones no se cumplen, suceden cosas muy interesantes.

Sean dos observadores; A y B.
El observador A le dice a B que la armada de Andrómeda partió hacia la Tierra para invadirnos.
Si ambos están en reposo y a la misma distancia de Andrómeda, ambos estarán de acuerdo.
Pero si no son equidistantes de Andrómeda, uno no estará de acuerdo con el otro. El más alejado aún no recibió la imagen desde Andrómeda y dirá que la armada aún no partió.
Estarán en desacuerdo hasta que el evento les halla llegado a ambos.
Pero la cosa se pone más interesante cuando entre ellos hay un movimiento relativo.
Veamos.

Supongamos que A está en un vagón de tren que se mueve hacia a derecha. Desde el centro del vagón parten dos haces de luz en direcciones opuestas.
En cada extremo hay un reloj que marca el tiempo de la llegada del haz de luz a ese extremo del vagón.

Ilustración de lo que sucede para A (Alice) – ilustración y créditos en la referencia al pie de este artículo.

Mientras, el observador B mira todo desde el andén, es decir que hay una velocidad relativa entre él y el vagón, o sea, entre él y A.
Para B, el lado izquierdo del vagón (el trasero) va hacia el haz de luz que viaja hacia la izquierda (hacia atrás). Ese lado del vagón se encontrará con el haz de luz antes que el otro lo haga con el haz que va hacia la derecha (hacia adelante).
Luego, el reloj de atrás debería marcar una hora anterior que el de adelante, pues, para B, el haz que va hacia atrás recorre menos camino hasta el fin del vagón que el que va hacia adelante.
Pero como la velocidad de la luz es la misma en ambas direcciones y no depende de donde se la mida, ambos relojes marcan la misma hora de llegada de los haces de luz.
Así, para B, el reloj de la izquierda marcha más rápido que el de la derecha, o si se prefiere, el de la derecha marcha más lento; en fin, no están sincronizados.

Ilustración de lo que observa B (Bob) – ilustración y créditos en la referencia al pie de este artículo

Luego, A y B no están en el mismo marco temporal.
Supongamos que Andrómeda está en reposo (está muy lejos y su velocidad es muy poco apreciable desde Casa). Sea que B está quieto y en reposo respecto de Andrómeda y A viene corriendo hacia B y por lo tanto con velocidad relativa a B y a Andrómeda.

Ilustración y créditos en la referencia al pie de este artículo.

El observador A va al encuentro de la imagen de Andrómeda como el reloj de la parte trasera del vagón iba al encuentro del haz de luz. Cuando A le diga a B que se viene la invasión, B le responderá que aún no.
Ambos tienen razón desde sus marcos de referencia.
Es como que A ve el futuro.
Adoptemos que la velocidad de la luz en el vacío es de 300 mil Km. por segundo; la distancia a Andrómeda es de 2,5 millones de años luz y que A corre a 5 mts. por segundo.
Reduciendo a las misma unidades y haciendo las cuentas, en este caso, A está 15 días adelantado en el tiempo respecto de B.
Este cálculo se encuentra desarrollado en la publicación citada como referencia al pie de este artículo.

Si bajo estas condiciones, A y B sacan una foto de Andrómeda, la foto de A mostrará el futuro de Andrómeda respecto de la foto de B.

Referencia:
Explicación de la paradoja de Andrómeda | ichi.pro | https://ichi.pro/es/explicacion-de-la-paradoja-de-andromeda-198716067734386

pdp.

Una nueva manera de calcular el momento magnético el muon podría ser la solución de su misterio.

Las diferencias entre el momento magnético del muon observado y calculado, parecen sugerir cambios fundamentales en la Física Moderna (El muon: su momento magnético y el modelo standard de partículas | pdp, 9abr.2021 | https://paolera.wordpress.com/2021/04/09/el-muon-su-momento-magnetico-y-el-modelo-standard-de-particulas/).

Muon's Magnetic Moment
Ilustración del misterio del momento magnético del muon, crédito de Dani Zemba, Penn State y publicada en https://scitechdaily.com/the-muons-magnetic-moment-fits-just-fine-strength-of-the-sub-atomic-particles-magnetic-field-aligns/

El muon es una partícula elemental con carga negativa. Tiene un spin o rotación que genera lo que se llama momento angular. Eso, lo hace comportar como un imán, y por lo tanto, le corresponde un momento magnético que da cuentas de cómo puede interaccionar electromagnéticamente.
Las diferencias observadas con su valor predicho por la teoría, dieron motivos para pensar que habría otra partícula, aún desconocida, en el escenario. Esto permite pensar en una quinta fuerza en la Naturaleza además de la gravitatoria, electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte; estas dos últimas relacionadas con características del núcleo atómico.

Al respecto, hay quienes consideran prematuro asegurar la existencia de una nueva partícula. Para algunos de ellos, habría que recalcular el momento magnético del muon utilizando un nuevo método. Éste, no sólo ajusta las viejas observaciones sino que se lleva bien con las nuevas.
Así, con sólo un “retoque” en las expresiones teóricas, se explicarían estas diferencias observadas sin necesidad de la existencia de una nueva partícula.

Referencia:
New Calculation Suggests Proof of New Physics at Fermilab May Be Wrong | The Sciences, 18.apr.2021 | https://science.thewire.in/the-sciences/new-calculation-suggests-proof-of-new-physics-at-fermilab-may-be-wrong/

Fuente:
Leading hadronic contribution to the muon magnetic moment from lattice QCD | Nature (2021) | Borsanyi, S., Fodor, Z., Guenther, J.N. et al. | Abstract: https://www.nature.com/articles/s41586-021-03418-1

pdp.