El momento magnético del muón plantea un enigma científico debido a la ligera diferencia entre sus valores teóricos y experimentales, lo que sugiere interacciones con partículas o fuerzas desconocidas. La investigación que implica simulaciones cuánticas avanzadas ha comenzado a resolver estas discrepancias, proporcionando información sobre las propiedades fundamentales de los muones y sus interacciones en la física de partículas. Crédito: SciTechDaily.com
Los investigadores han identificado el origen de las discrepancias en las predicciones recientes sobre el momento magnético del muón. Sus hallazgos podrían contribuir al estudio de la materia oscura y otros aspectos de la nueva física.
El momento magnético es una propiedad intrínseca de una partícula con espín, resultante de la interacción entre la partícula y un imán u otro objeto con un campo magnético. Al igual que la masa y la carga eléctrica, el momento magnético es una de las cantidades fundamentales de la física. Existe una diferencia entre el valor teórico del momento magnético de un muón, partícula de la misma clase que el electrón, y los valores obtenidos durante experimentos de alta energía realizados en aceleradores de partículas.
La diferencia sólo aparece hasta el octavo decimal, pero ha intrigado a los científicos desde su descubrimiento en 1948. No es un detalle: puede indicar si el muón interactúa con partículas de materia oscura u otros bosones de Higgs, o incluso si los bosones de Higgs son desconocido. Hay fuerzas involucradas en el proceso.
Divergencias en el momento magnético del Muón.
El valor teórico del momento magnético del muón, representado por la letra g, viene dado por la ecuación de Dirac, formulada por el físico inglés y premio Nobel de 1933 Paulo Dirac (1902-1984), uno de los fundadores de la mecánica cuántica y la electrodinámica cuántica. – como 2. Sin embargo, los experimentos han demostrado que g no es exactamente 2 y existe un gran interés en comprender “g-2”, es decir, la diferencia entre el valor experimental y el valor predicho por la ecuación de Dirac. El mejor valor experimental disponible actualmente, obtenido con un impresionante grado de precisión en el Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi (Fermilab) en Estados Unidos y anunciado en agosto de 2023, es 2,00116592059, con un rango de incertidumbre de más o menos 0,00000000022.
«Determinar con precisión el momento magnético del muón se ha convertido en una cuestión clave en la física de partículas, porque el estudio de esta discrepancia entre los datos experimentales y las predicciones teóricas puede proporcionar conocimientos que podrían conducir al descubrimiento de un nuevo efecto espectacular», dijo el físico Diogo Boito, investigador de física. . profesor del Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de São Paulo (IFSC-USP), dijo a Agência FAPESP.
Se publica en la revista un artículo sobre el tema de Boito y sus colaboradores Cartas de examen físico.
Nuevos conocimientos de la investigación
“Nuestros resultados fueron presentados en dos importantes eventos internacionales. Primero por mí en un taller en Madrid, España, y luego por mi colega Maarten Golterman de la Universidad Estatal de San Francisco en una reunión en Berna, Suiza”, dijo Boito.
Estos resultados cuantifican e indican el origen de una discrepancia entre los dos métodos utilizados para realizar las predicciones actuales del muón g-2. “Actualmente existen dos métodos para determinar un componente fundamental de g-2. El primero se basa en datos experimentales y el segundo en simulaciones por computadora de la cromodinámica cuántica, o QCD, la teoría que estudia las interacciones fuertes entre quarks. Estos dos métodos producen resultados bastante diferentes, lo que plantea un problema importante. Hasta que no se resuelva el problema, no podremos estudiar la contribución de posibles partículas exóticas, como los nuevos bosones de Higgs o la materia oscura, por ejemplo, al g-2”, explicó.
El estudio logró explicar la discrepancia, pero para comprenderla debemos retroceder unos pasos y comenzar de nuevo con una descripción un poco más detallada del muón.
Anillo de almacenamiento de muones del Fermilab. Crédito: Reidar Hahn, Fermilab
El muón es una partícula que pertenece a la clase de los leptones, al igual que el electrón, pero cuya masa es mucho mayor. Por este motivo, es inestable y sólo sobrevive muy poco tiempo en un contexto de alta energía. Cuando los muones interactúan entre sí en presencia de un campo magnético, se desintegran y se reagrupan formando una nube de otras partículas, como electrones, positrones, bosones W y Z, de Higgs y fotones. Por lo tanto, en los experimentos, los muones siempre van acompañados de muchas otras partículas virtuales. Sus aportaciones hacen que el momento magnético real medido experimentalmente sea mayor que el momento magnético teórico calculado mediante la ecuación de Dirac, que es igual a 2.
“Para conseguir la diferencia [g-2]es necesario considerar todas estas contribuciones –tanto las predichas por QCD [in the Standard Model of particle physics] y otros que son más pequeños pero aparecen en mediciones experimentales de alta precisión. Conocemos muy bien muchas de estas contribuciones, pero no todas”, dijo Boito.
Los efectos de la interacción fuerte QCD no pueden calcularse teóricamente únicamente, porque en algunos regímenes energéticos no son prácticos. Por tanto, existen dos posibilidades. Uno de ellos se ha utilizado durante algún tiempo e implica el uso de datos experimentales obtenidos de colisiones electrón-positrón, que crean otras partículas hechas de quarks. El otro es el QCD basado en red, que sólo se ha vuelto competitivo en la década actual e implica la simulación del proceso teórico en una supercomputadora.
“El principal problema con la predicción del muón g-2 en la actualidad es que el resultado obtenido utilizando datos de colisión electrón-positrón no concuerda con el resultado experimental total, mientras que los resultados basados en QCD reticular sí lo son. Nadie sabía realmente por qué, y nuestro estudio aclara parte de ese enigma”, dijo Boito.
Él y sus colegas llevaron a cabo su investigación precisamente para resolver este problema. “El artículo informa los resultados de una serie de estudios en los que desarrollamos un nuevo método para comparar los resultados de simulaciones QCD de red con resultados basados en datos experimentales. Demostramos que es posible extraer contribuciones de los datos calculados en la red con alta precisión: contribuciones de diagramas de Feynman conectados”, dijo.
El físico teórico estadounidense Richard Feynman (1918-1988) ganó el Premio Nobel de Física en 1965 (junto con Julian Schwinger y Shin'ichiro Tomonaga) por su trabajo fundamental en electrodinámica cuántica y física de partículas elementales. Los diagramas de Feynman, creados en 1948, son representaciones gráficas de expresiones matemáticas que describen la interacción de dichas partículas y se utilizan para simplificar los respectivos cálculos.
“En el estudio obtuvimos por primera vez las contribuciones de los diagramas de Feynman conectados en la llamada “ventana de energía intermedia” con alta precisión. Ahora tenemos ocho resultados para estas contribuciones, obtenidos mediante simulaciones QCD de celosía, y todos coinciden en gran medida. Además, demostramos que los resultados basados en datos de interacción electrón-positrón no concuerdan con estos ocho resultados de las simulaciones”, dijo Boito.
Esto permitió a los investigadores localizar el origen del problema y pensar en posibles soluciones. «Quedó claro que si por alguna razón los datos experimentales del canal de dos piones se subestiman, esta podría ser la causa de la discrepancia», dijo. Los piones son mesones: partículas formadas por un quark y un antiquark producidas en colisiones de alta energía.
De hecho, nuevos datos (aún bajo revisión por pares) del Experimento CMD-3 Un estudio llevado a cabo en la Universidad Estatal de Novosibirsk en Rusia parece mostrar que los datos más antiguos sobre canales de dos piones pueden haber sido subestimados por alguna razón.
Referencia: “Determinación basada en datos del componente conectado al quark ligero de la contribución de la ventana intermedia al muón g-2» por Genessa Benton, Diogo Boito, Maarten Golterman, Alexander Keshavarzi, Kim Maltman y Santiago Peris, 21 de diciembre de 2023, Cartas de examen físico. DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.251803
La participación de Boito en el estudio fue parte de su proyecto «Testing the Standard Model: Precision QCD and muon g-2», por el cual la FAPESP le otorgó una Beca para Jóvenes Investigadores Fase 2.
Una galería de fotografías impactantes ocre Las pinturas dibujadas en enormes paredes rocosas ofrecen información sobre la estrecha relación entre los humanos y los animales que vivieron en el Amazonas hace miles de años.
La obra está ubicada sobre afloramientos rocosos del Cerro Azul, en la Serranía de la Lindosa, un acantilado en Colombia. Incluye 3.223 dibujos de humanos y animales, incluida una colección de peces, reptiles y mamíferos de distintos tamaños, según un nuevo estudio publicado en la edición de septiembre de la revista. Revista de Arqueología Antropológica.
Algunas imágenes incluso muestran animales y humanos transformándose entre sí, lo que indica «la rica mitología que ha guiado a generaciones de indígenas amazónicos», según un comunicado de la Universidad de Exeter.
Aunque los investigadores no han fechado formalmente el lienzo, estimaron que existía desde el año 10.500 a.C.
«Estos sitios de arte rupestre incluyen la evidencia más antigua de presencia humana en la Amazonía occidental, que data de hace 12.500 años», dijo el autor principal. Marcos Robinsondijo en el comunicado profesor asociado del Departamento de Arqueología e Historia de la Universidad de Exeter.
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El equipo descubrió al menos 22 especies de animales, entre ellos venados, aves, pecaríes, lagartos, tortugas y tapires. Después de comparar los dibujos de animales con antiguos huesos de animales cortados descubiertos en excavaciones cercanas, los arqueólogos descubrieron que la representación proporcional de los dibujos por especies no correspondía a la proporción de huesos de animales, lo que indica que los indígenas no solo pintaban lo que ellos comieron. Los huesos cortados incluían una dieta diversa, que incluía peces, mamíferos y reptiles, como serpientes y cocodrilos.
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El arte rupestre contiene una variedad de temas, que incluyen (a) pesca; (b, c, e) caza; (d) un mono saltador; y (f) un animal desconocido con rasgos circulares y cabeza curva. (Crédito de la foto: Universidad de Exeter)
«El arte ofrece una visión asombrosa de cómo estos primeros colonos veían su lugar en el mundo y cómo formaban relaciones con los animales», dijo Robinson. “El contexto demuestra la complejidad de las relaciones de los amazónicos con los animales, como fuente de alimento pero también como seres venerados, que tenían conexiones sobrenaturales y requerían negociaciones complejas por parte de los especialistas en rituales. »
Dada la extensión del arte rupestre, los investigadores optaron por centrarse en seis paneles, incluido El Más Largo, de 40 metros de largo, que contiene 1.000 dibujos, y el panel mucho más pequeño, de 10 metros de largo, conocido como Principal, que contiene 244 imágenes, según el comunicado.
Tras catalogar las obras, los investigadores descubrieron que el 58% de los dibujos eran figurativos, la mitad de los cuales eran imágenes de animales. También observaron escenas que mostraban a personas pescando.
Los investigadores sólo pueden especular sobre el propósito y el significado del arte rupestre.
«Si bien no podemos estar seguros del significado de estas imágenes, ciertamente ofrecen mayores matices a nuestra comprensión del poder de los mitos en las comunidades indígenas», dijo el coautor del estudio. José Iriarte«Estos hallazgos son particularmente reveladores con respecto a los aspectos más cosmológicos de la vida en el Amazonas, como lo que se considera tabú, dónde reside el poder y cómo se llevaron a cabo las negociaciones con lo sobrenatural», dijo el profesor de Arqueología de la Universidad de Exeter. .
Agrandar/ En esta fotografía tomada el 3 de julio se ve la nave espacial Strainer de Boeing acoplada a la Estación Espacial Internacional.
Los astronautas que abordaron la nave espacial Starliner de Boeing hacia la Estación Espacial Internacional el mes pasado aún no saben cuándo regresarán a la Tierra.
Los astronautas Butch Wilmore y Suni Williams han estado en el espacio durante 51 días, seis semanas más de lo previsto inicialmente, mientras los ingenieros en tierra resuelven problemas con el sistema de propulsión de Starliner.
Los problemas son dobles. Los propulsores de la nave espacial se sobrecalentaron y algunos de ellos se apagaron cuando Starliner se acercó a la estación espacial el 6 de junio. Otro problema, aunque quizás relacionado, son las fugas de helio en el sistema de propulsión del barco.
El jueves, funcionarios de la NASA y Boeing dijeron que todavía planeaban traer a Wilmore y Williams de regreso a bordo de la nave espacial Starliner. Durante las últimas semanas, los equipos de tierra completaron las pruebas de un propulsor en un banco de pruebas en White Sands, Nuevo México. Este fin de semana, Boeing y la NASA planean poner en órbita los propulsores de la nave espacial para comprobar su rendimiento una vez acoplada a la estación espacial.
«Creo que estamos empezando a acercarnos a esas piezas finales de la lógica de vuelo para asegurarnos de que podamos regresar a casa de manera segura, y ese es nuestro enfoque principal en este momento», dijo Stich.
Estos problemas han llevado a especulaciones de que la NASA podría decidir devolver a Wilmore y Williams a la Tierra a bordo de una nave espacial SpaceX Crew Dragon. Actualmente hay un barco Crew Dragon atracado en la estación y se espera que se lance otro con una nueva tripulación el próximo mes. Steve Stich, jefe del programa de tripulación comercial de la NASA, dijo que la agencia ha estudiado planes de respaldo para llevar a la tripulación de Starliner a casa a bordo de una cápsula SpaceX, pero el objetivo principal sigue siendo llevar a los astronautas de regreso a bordo de Starliner.
«Nuestra primera opción es completar la misión», dijo Stich. “Hay muchas buenas razones para completar esta misión y traer a Butch y Suni de regreso a bordo de Starliner. Starliner fue diseñada, como nave espacial, para tener a la tripulación en la cabina. »
El Starliner fue lanzado desde la Estación Espacial de Cabo Cañaveral en Florida el 5 de junio. Wilmore y Williams son los primeros astronautas en volar al espacio a bordo de la cápsula de tripulación comercial de Boeing, y este vuelo de prueba tiene como objetivo allanar el camino para futuros vuelos operativos para rotar tripulaciones de cuatro hacia y desde la Estación Espacial Internacional.
Una vez que la NASA certifique completamente a Starliner para misiones operativas, la agencia tendrá dos naves espaciales amigables para los humanos disponibles para vuelos a la estación. Crew Dragon de SpaceX transporta astronautas desde 2020.
Pruebas, pruebas y más pruebas.
La NASA extendió la duración del vuelo de prueba de Starliner para realizar pruebas y analizar datos en un esfuerzo por generar confianza en la capacidad de la nave espacial para llevar a su tripulación a casa de manera segura y comprender mejor las causas profundas del sobrecalentamiento de los propulsores y las fugas de helio. Estos problemas se encuentran dentro del módulo de servicio Starliner, que se desecha para quemarse en la atmósfera al reingresar, mientras que el módulo de tripulación reutilizable, con los astronautas dentro, se lanza en paracaídas para un aterrizaje amortiguado por una bolsa de aire.
La más importante de estas pruebas consistió en una serie de disparos de prueba de un propulsor Starliner en tierra. Este propulsor se tomó de un conjunto de hardware planeado para volar en una futura misión Starlink, y los ingenieros lo sometieron a una prueba de esfuerzo, tirando de él repetidamente para replicar la secuencia de pulsos que vería en vuelo. Las pruebas simularon dos secuencias de vuelo a la estación espacial y cinco secuencias que realizaría el propulsor durante el desacoplamiento y la salida de órbita para regresar a la Tierra.
«Este propulsor ha sufrido una serie de pulsaciones, quizás incluso más de las que anticiparíamos en vuelo, y más agresivas en términos de dos ascensos y cinco descensos», dijo Stich. “Lo que observamos en el propulsor es el mismo tipo de degradación del empuje que observamos en órbita. En varios propulsores (en Starliner) vemos un empuje reducido, lo cual es importante. »
La computadora de vuelo de Starliner apagó cinco de los 28 propulsores del sistema de control de reacción de la nave espacial, producidos por Aerojet Rocketdyne, durante su encuentro con la estación espacial el mes pasado. Cuatro de los cinco propulsores se recuperaron después de sobrecalentarse y perder empuje, pero los funcionarios declararon que uno de los propulsores era inutilizable.
El propulsor probado en tierra mostró un comportamiento similar. Las inspecciones del propulsor en White Sands mostraron hinchazón en un sello de teflón de una válvula oxidante, lo que podría restringir el flujo del propulsor de tetróxido de nitrógeno. Los propulsores, cada uno de los cuales genera alrededor de 85 libras de empuje, consumen el oxidante de tetróxido de nitrógeno, o NTO, y lo mezclan con combustible de hidracina para la combustión.
Una válvula de mariposa, similar a la válvula de inflado de un neumático, está diseñada para abrirse y cerrarse para permitir que el tetróxido de nitrógeno fluya hacia el propulsor.
«Esta válvula tiene un sello de teflón en el extremo», explicó Nappi. “Bajo el efecto del calor y el vacío natural que se produce cuando se dispara el propulsor, esta junta se deformó e incluso se abombó ligeramente. »
Stich dijo que los ingenieros están evaluando la integridad del sello de teflón para determinar si podría permanecer intacto durante el desacoplamiento y la salida de órbita de la nave espacial Starliner. No se necesitan propulsores mientras Starliner está conectado a la estación espacial.
“¿Podría esta foca en particular sobrevivir el resto del vuelo?” Esa es la parte importante”, dijo Stich.
Un nuevo estudio ha descubierto que el código genético del Amoebidium unicelular contiene restos de antiguos virus gigantes, lo que proporciona información sobre la evolución genética de la vida compleja. Este hallazgo revela que estos genes virales, aunque potencialmente dañinos, se mantienen inactivos mediante procesos químicos dentro del ADN de Amoebidium, lo que sugiere una relación más compleja entre los virus y sus huéspedes, lo que podría afectar nuestra comprensión de la evolución genética de otros organismos, incluidos los humanos.
Los microorganismos revelan cómo nuestros predecesores unicelulares incorporaron ADN viral en sus propios genomas.
Los investigadores han descubierto restos de antiguos virus gigantes en el genoma de Amoebidium, un organismo unicelular, lo que sugiere que dichas secuencias virales pueden haber desempeñado un papel en la evolución de formas de vida complejas. Este estudio destaca la relación dinámica entre los virus y sus huéspedes, que también refleja la genética humana.
Un nuevo estudio publicado en la revista científica ha descubierto un giro sorprendente en la historia evolutiva de la vida compleja. Avances científicosInvestigadores de la Universidad Queen Mary de Londres han descubierto que un organismo unicelular, estrechamente relacionado con los animales, contiene restos de antiguos virus gigantes en su código genético. Este descubrimiento proporciona una mejor comprensión de cómo los organismos complejos pudieron adquirir algunos de sus genes y destaca la interacción dinámica entre los virus y sus huéspedes.
El estudio se centró en un microbio llamado Amoebidium, un parásito unicelular que se encuentra en ambientes de agua dulce. Al analizar el genoma de Amoebidium, los investigadores dirigidos por el Dr. Alex de Mendoza Soler, profesor titular de la Escuela de Ciencias Biológicas y del Comportamiento de Queen Mary, descubrieron una sorprendente abundancia de material genético de virus gigantes, algunos de los virus más grandes conocidos por la ciencia. Estas secuencias virales estaban fuertemente metiladas, una etiqueta química que a menudo silencia los genes.
«Es como encontrar caballos de Troya escondidos dentro del Amoebidium ADN«Estas inserciones virales son potencialmente peligrosas, pero Amoebidium parece controlarlas silenciándolas químicamente», explica el Dr. de Mendoza Soler.
El microbio Amoebidium appalachense vive su ciclo de desarrollo en el laboratorio. Los núcleos se dividen dentro de una célula hasta la madurez (~40 h en el video), cuando cada núcleo se convierte en una sola célula y la colonia se rompe dando lugar a la descendencia. Crédito: Álex de Mendoza
Investigación actual e implicaciones.
Luego, los investigadores estudiaron el alcance de este fenómeno. Compararon los genomas de varios aislados de Amoebidium y encontraron una variación significativa en el contenido viral. Esto sugiere que el proceso de integración y silenciamiento viral es continuo y dinámico.
«Estos resultados desafían nuestra comprensión de la relación entre los virus y sus huéspedes», afirma el Dr. de Mendoza Soler. “Tradicionalmente, los virus se consideran invasores, pero este estudio sugiere una historia más compleja. Las inserciones virales pueden haber desempeñado un papel en la evolución de organismos complejos al proporcionarles nuevos genes. Y esto es posible gracias a la domesticación química del ADN de estos intrusos. »
Células de Amoebidium appalachense teñidas para detectar ADN (en azul, que muestra el núcleo) y actina (en verde), resaltando las membranas celulares en la etapa de celularización de la colonia. Crédito: Álex de Mendoza
Además, los descubrimientos realizados sobre Amoebidium ofrecen paralelos intrigantes con la forma en que nuestros propios genomas interactúan con los virus. Al igual que Amoebidium, los humanos y otros mamíferos tienen restos de virus antiguos, llamados retrovirus endógenos, incrustados en su ADN. Si bien estos restos se consideraban anteriormente “ADN basura” inactivo, ahora algunos pueden ser beneficiosos. Sin embargo, a diferencia de los virus gigantes que se encuentran en Amoebidium, los retrovirus endógenos son mucho más pequeños y el genoma humano es significativamente más grande. Investigaciones futuras pueden explorar estas similitudes y diferencias para comprender la compleja interacción entre virus y formas de vida complejas.
Referencia: “La metilación del ADN permite la endogenización recurrente de virus gigantes en un animal relacionado” por Luke A. Sarre, Iana V. Kim, Vladimir Ovchinnikov, Marine Olivetta, Hiroshi Suga, Omaya Dudin, Arnau Sebé-Pedrós y Alex de Mendoza, 12 de julio , 2024, Avances científicos. DOI: 10.1126/sciadv.ado6406
