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Físicos capturan el esquivo 'fantasma' 4D en el acelerador de partículas del CERN: ScienceAlert

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Físicos capturan el esquivo 'fantasma' 4D en el acelerador de partículas del CERN: ScienceAlert

Un espectro ronda los túneles de un acelerador de partículas en el CERN.

En el Sincrotrón de superprotonesLos físicos finalmente han medido y cuantificado una estructura invisible que puede desviar el curso de las partículas en su interior y crear problemas para la investigación de partículas.

Se describe que esto tuvo lugar en espacio de fase, que puede representar uno o más estados de un sistema en movimiento. Dado que se necesitan cuatro estados para representar la estructura, los investigadores la consideran de cuatro dimensiones.

Esta estructura es el resultado de un fenómeno conocido como resonanciay poder cuantificarlo y medirlo nos acerca a resolver un problema universal en los aceleradores de partículas magnéticas.

“Con estas resonancias lo que pasa es que las partículas no siguen exactamente el camino que quieren y luego salen volando y se pierden”, dice el físico Giuliano Franchetti de GSI en Alemania. «Esto provoca la degradación del haz y dificulta alcanzar los parámetros requeridos».

La resonancia ocurre cuando dos sistemas interactúan y se sincronizan. Podría ser una resonancia que está surgiendo entre órbitas planetarias mientras interactúan gravitacionalmente durante su viaje alrededor de una estrella, o un diapasón que comienza a suena comprensivo cuando las ondas sonoras de otro diapasón golpearon sus dientes.

Uso de aceleradores de partículas. imanes potentes que generan campos electromagnéticos para guiar y acelerar los haces de partículas hacia donde los físicos quieren que vayan. Resonancias Puede ocurrir en el acelerador debido a imperfecciones en los imanes, creando una estructura magnética que interactúa con las partículas de maneras problemáticas.

Cuantos más grados de libertad tenga un sistema dinámico, más complejo será describirlo matemáticamente. Las partículas que se mueven en un acelerador de partículas generalmente se describen usando solo dos grados de libertad, lo que refleja las dos coordenadas necesarias para definir un punto en una cuadrícula plana.

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Para describir las estructuras allí, se deben mapear utilizando características adicionales en el espacio de fase más allá de las dimensiones arriba-abajo e izquierda-derecha; es decir, se necesitan cuatro parámetros para mapear cada punto en el espacio.

Este, dicen los investigadoreses algo que muy fácilmente podría “escapar de nuestra intuición geométrica”.

La estructura de resonancia 4D que los investigadores midieron en el Super Proton Synchrotron. (H. Bartosik, G. Franchetti y F. Schmidt, física natural2024)

«En la física de aceleradores, la reflexión se realiza a menudo en un solo plano», Franchetti dice. Sin embargo, para mapear una resonancia, el haz de partículas debe medirse tanto en el plano horizontal como en el vertical.

Parece bastante simple, pero si estás acostumbrado a pensar en algo de una manera específica, puede que requiera un poco de esfuerzo pensar fuera de lo común. Comprender los efectos de la resonancia en un haz de partículas requirió varios años y numerosas simulaciones por computadora.

Sin embargo, esta información permitió a Franchetti, a los físicos Hannes Bartosik y Frank Schmidt del CERN medir finalmente la anomalía magnética.

Utilizando monitores de posición de haces instalados junto al Súper Sincrotrón de Protones, midieron las posiciones de las partículas de aproximadamente 3.000 haces. Al medir cuidadosamente dónde estaban centradas o inclinadas hacia un lado las partículas, pudieron generar un mapa de la resonancia que acecha al acelerador.

«Lo que hace que nuestros recientes hallazgos sean tan especiales es que muestran cómo se comportan las partículas individuales en una resonancia acoplada». Bartosik dice. «Podemos demostrar que los resultados experimentales concuerdan con lo predicho basándose en la teoría y la simulación».

El siguiente paso es desarrollar una teoría que describa el comportamiento de partículas individuales en presencia de la resonancia de un acelerador. Los investigadores dicen que esto les brindará en última instancia una nueva forma de mitigar la degradación del haz y obtener los haces de alta fidelidad necesarios para los experimentos de aceleración de partículas en curso y futuros.

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La investigación del equipo fue publicada en física natural.

Experiencia en periódicos nacionales y periódicos medianos, prensa local, periódicos estudiantiles, revistas especializadas, sitios web y blogs.

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Urano y Neptuno no están hechos de lo que pensábamos, según un nuevo estudio

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Urano y Neptuno no están hechos de lo que pensábamos, según un nuevo estudio

Los astrónomos han creído durante mucho tiempo que los gigantes de hielo Urano y Neptuno son ricos en agua helada. Sin embargo, un nuevo estudio sugiere que también podrían contener toneladas de hielo de metano.

Los resultados podrían ayudar a resolver el enigma sobre cómo se formaron estos mundos helados.

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La NASA dice que los desechos espaciales que se estrellaron contra una casa en Florida provenían de la ISS

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La NASA dice que los desechos espaciales que se estrellaron contra una casa en Florida provenían de la ISS

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Por qué envejecemos más lentamente en el espacio

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Por qué envejecemos más lentamente en el espacio

La idea de que alguien pueda envejecer más lentamente mientras viaja en el espacio parece ciencia ficción, pero es una afirmación respaldada no sólo por la física, sino también por experimentos del mundo real.

En nuestra experiencia diaria, el tiempo siempre pasa al mismo ritmo que regularmente pasamos del pasado al futuro.

Sin embargo, nuestras mejores teorías de la física del tiempo son las teorías gemelas de la relatividad de Einstein: tanto especial como general.

Como sugiere el nombre, el tiempo es relativo: la cantidad de tiempo que pasas en relación con otra persona depende de lo que ambos hacen y de dónde se encuentran exactamente en el Universo.

Las astronautas de la NASA Christina Koch (arriba) y Jessica Meir (abajo). Los astronautas de la Estación Espacial envejecen más lentamente que los de nosotros en la Tierra. Crédito: NASA

Comprender la relatividad del tiempo.

Imagina que tienes un presupuesto para gastar, un presupuesto igual a la velocidad de la luz.

Este presupuesto hay que dividirlo entre viajar en el espacio y viajar en el tiempo.

Cuanto más rápido viajas por el espacio, menos presupuesto dedicas a viajar en el tiempo.

En otras palabras, cuanto menos tiempo pasa, más rápido viajas a la velocidad de la luz en comparación con alguien que viaja más lento.

Lleva a los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional. Orbitan la Tierra a 27.500 kilómetros por hora.

Gastan más presupuesto que nosotros en velocidad y, por lo tanto, tienen menos tiempo libre. Por tanto, envejecen más lentamente.

Los astronautas y los viajes en el tiempo.

El Estudio de Gemelos de la NASA comparó a los gemelos astronautas Scott (izquierda) y Mark (derecha) Kelly, para observar el efecto de los vuelos espaciales en el proceso de envejecimiento.  Crédito: NASA
El Estudio de Gemelos de la NASA comparó a los gemelos astronautas Scott (izquierda) y Mark (derecha) Kelly, para observar el efecto de los vuelos espaciales en el proceso de envejecimiento. Crédito: NASA

Los gemelos Mark y Scott Kelly son un ejemplo fascinante de este efecto, conocido como dilatación del tiempo.

Ambos astronautas viajaron a la ISS, pero Scott pasó aproximadamente diez veces más tiempo en el espacio.

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Mark nació seis minutos antes que su hermano, pero ahora es seis minutos y 5 milisegundos mayor porque Scott envejecía más lentamente cuando viajaba a gran velocidad alrededor de la Tierra.

Esto ha sido estudiado y documentado en Estudio de gemelos de la NASA.

En febrero de 2024, Oleg Kononenko batió el récord de tiempo transcurrido en órbita alrededor de la Tierra, lo que le convirtió en el mayor viajero en el tiempo de la humanidad.

Un astronauta que pasa 1.000 días orbitando la Tierra salta 0,027 segundos hacia el futuro.

Puede que esto no parezca mucho, pero se debe a que la velocidad de la ISS es pequeña en comparación con la velocidad de la luz.

El cosmonauta Oleg Kononenko batió el récord de tiempo transcurrido en órbita alrededor de la Tierra en febrero de 2024. Crédito: Bill Ingalls/NASA/Getty Images
El cosmonauta Oleg Kononenko batió el récord de tiempo transcurrido en órbita alrededor de la Tierra en febrero de 2024. Crédito: Bill Ingalls/NASA/Getty Images

Viajando en el tiempo casi a la velocidad de la luz

Imagínese si pudiera viajar a una velocidad cercana a la de la luz en un gran circuito a través del espacio que lo llevaría de regreso a la Tierra.

Para ti habrán pasado diez años durante tu viaje, pero en la Tierra –donde una parte considerable de nuestro presupuesto se ha gastado en tiempo– habrían pasado 7.000 años.

Habrías negociado el día 21.calle siglo para el 91calle – un verdadero viaje en el tiempo según cualquier libro.

Hay otra manera de lograr la misma hazaña. El tiempo también pasa más lentamente cuanto más te acercas a objetos masivos.

En otras palabras, una fuerte gravedad alarga el tiempo.

Si te quedaras cerca de un agujero negro supermasivo, por ejemplo, y luego regresaras a la Tierra, también podrías saltar miles de años hacia el futuro de la Tierra.

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Los astronautas se ven afectados por ambas formas de dilatación del tiempo, pero en la Estación Espacial Internacional su velocidad supera el efecto de estar más lejos de la Tierra y, por lo tanto, en general envejecen más lentamente.

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