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Einstein, una vez más, tenía razón. Las ondas gravitacionales, cuya existencia predijo hace cien años, han sido observadas por primera vez con los dos detectores del experimento LIGO, ambos instalados en Estados Unidos. El equipo científico que las ha identificado ha conseguido ubicar el origen de las ondas en la violenta fusión de dos agujeros negros ocurrida a 1.300 millones de años luz de distancia del sistema solar.
“Hemos detectado ondas gravitacionales. Lo hemos conseguido”, ha anunciado David Reitze, director ejecutivo del consorcio LIGO en una rueda de prensa que ha sido seguida por streaming desde 90.000 ordenadores en todo el mundo. Los investigadores han calculado que, de los dos agujeros negros, uno tenía una masa equivalente a 29 soles y el otro a 36.
En la fusión, nació un nuevo agujero negro aún mayor. Pero no llegaba a las 65 masas solares sino sólo a 62. La masa restante, equivalente a tres soles, se convirtió en energía y se disipó en ondas gravitatorias. “Fue una tormenta muy violenta y muy breve. Durante 20 milisegundos emitió más energía que todas las estrellas del Universo juntas”, ha declarado Kip Thorne, investigador del Instituto de Tecnología de California y cofundador del experimento LIGO.
El descubrimiento supone “el inicio de una nueva era en la astronomía”, afirma Alicia Sintes, astrofísica de la Universitat de les Illes Balears y coautora de la investigación. El estudio del Universo se ha basado históricamente en ondas electromagnéticas –como la luz de estrellas próximas y la radiación infrarroja de galaxias lejanas-. Acceder a las ondas gravitacionales permitirá observar aspectos del cosmos hasta ahora desconocidos –en particular, permitirá escrutar qué ocurrió en la primera fracción de segundo después del big bang.
Las ondas gravitacionales son una consecuencia inevitable de la teoría de la relatividad general. Si la teoría es correcta, entonces estas ondas tienen que existir. Sin embargo, son extremadamente débiles, por lo que son necesarios instrumentos de muy alta precisión para detectarlas.
Con este objetivo, científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y del de California (Caltech) unieron fuerzas en 1992 para construir el Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser (LIGO, por sus iniciales en inglés).
Una prueba de la importancia de la investigación es que, veinticuatro años después, trabajan en el proyecto más de mil científicos de todo el mundo –entre ellos, un equipo de la Universitat de les Illes Balears liderado por Alicia Sintes-. Con una inversión hasta la fecha de 620 millones de dólares (550 millones de euros al cambio actual), se trata del mayor proyecto que ha financiado en su historia la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos. También contribuyen de manera importante a LIGO instituciones del Reino Unido, Alemania y Australia.
Los científicos observan por primera vez un fenómeno que Einstein predijo hace cien años
Estas aportaciones han permitido construir dos sofisticados detectores de ondas gravitacionales, uno en Hanford (en el estado de Washington) y el otro en Livingston (en Louisiana). Los detectores comparan el tiempo que tardan dos haces de luz en recorrer ocho kilómetros en el interior de sendos tubos. Si una onda gravitacional distorsiona el espacio en el interior de uno de los tubos, de modo que el espacio se alarga o se acorta, las señales de los dos haces de luz dejan de coincidir.
Hasta ahora, sin embargo, y pese a todos los recursos invertidos, la búsqueda había sido infructuosa. Los detectores LIGO iniciaron las observaciones en el 2002 y durante ocho años escucharon pacientemente el Universo esperando señales de ondas gravitacionales. Cuando terminó la primera fase de observaciones en el 2010, no habían detectado ni una sola onda.
En lugar de dar por concluida la búsqueda, el consorcio LIGO decidió mejorar el detector para poder captar señales más tenues. Tras cinco años de parada y 200 millones de dólares de inversión (unos 180 millones de euros), en septiembre del 2015 se reanudaron las observaciones. Con los detectores renovados, el experimento ha sido rebautizado Advanced LIGO (o LIGO Avanzado).
En este segundo intento el Universo ha sido generoso con los astrónomos. Según los resultados presentados en la rueda de prensa, y publicados en la revista Physical Review Letters, la primera onda gravitacional se detectó el 14 de setiembre de 2015 a las 09:51 UTC. Una señal idéntica llegó con siete milisegundos de diferencia a los dos detectores gemelos de LIGO, situados a 3.000 kilómetros de distancia, lo que indica que la señal era de origen cósmica.
La onda gravitacional procedía de la dirección de las Nubes de Magallanes, las galaxias satélite de la Vía Láctea. Aunque el hecho de que se produjera a 1.300 millones de años luz de distancia implica que ocurrió mucho más allá, en la profundidad del espacio.
El consorcio LIGO ha detectado las ondas generadas por la fusión de dos agujeros negros
Estas señales serán, previsiblemente, las primeras de una larga serie de observaciones que cambiarán, o completarán, la visión actual del Universo. A partir de ahora,”vamos a poder escuchar el Universo y no sólo verlo”, afirma Gabriela González,coordinadora del consorcio LIGO.
De acuerdo con el calendario de trabajo previsto, los detectores de LIGO se apagaron el 12 de enero después de 106 días de actividad. Está previsto volverlos a poner en marcha en octubre después de introducirles varias mejoras que triplicarán su sensibilidad.
“Escuchar al Universo”
El hecho de que, en los primeros tres meses y medio de funcionamiento, se hayan detectado ya las primeras ondas gravitacionales hace prever que en el futuro este tipo de ondas se detectarán con regularidad.
Según el plan de trabajo del consorcio LIGO, los detectores seguirán perfeccionándose en los próximos años hasta alcanzar su rendimiento máximo en el 2019. Sus observaciones se complementarán con las del detector Virgo, que se pondrá en marcha el año próximo en Italia y en el que se han invertido 200 millones de euros. Asimismo, está previsto instalar detectores de ondas gravitacionales en India y en Japón en los próximos años. Y, más a largo plazo, la Agencia Espacial Europea tiene programado para el 2034 el lanzamiento de la misión eLISA para detectar ondas gravitacionales desde encima de la atmósfera.
“Ha sido un largo camino. Esto es solo el comienzo. Es el primer resultado de muchos que vendrán”, afirma Gabriela González, astrofísica argentina de la Universidad del Estado de Lousiana (EE.UU.).
“Ahora podemos escuchar el Universo”
Aunque los resultados de LIGO suponen la primera observación directa de ondas gravitacionales, su existencia se daba por descontada desde en 1974 se encontró una prueba indirecta de su existencia. En aquella ocasión, se descubrió que un sistema de dos estrellas de neutrones de tipo púlsar se comportaba exactamente cómo predecía la teoría de la relatividad. La velocidad de los púlsares variaba de un modo que sólo podía explicarse por la emisión de ondas gravitacionales, aunque dichas ondas no llegaron a detectarse. Los autores del descubrimiento fueron reconocidos con el premio Nobel de Física en 1993. Los nuevos resultados de LIGO, de acuerdo con la coherencia habitual de la Academia de Ciencias Sueca, también serán reconocidos previsiblemente con un Nobel.
El grupo de Relatividad y Gravitación (GRG) de la Universidad de las Islas Baleares (UIB) es el único grupo de investigación en España que ha participado en este histórico éxito científico a través de la colaboración científica LIGO y GEO. Alicia Sintes, profesora del Departamento de Física, lleva más de 20 años dedicada al estudio de estas ondas y fue una de las investigadoras que intervino en la puesta en marcha de este grupo de científicos en 1997. La doctora Sintes y el doctor Sascha Husa, también profesor de la UIB y miembro del GRG, forman parte del Consejo de LIGO.
Todos los miembros de la colaboración LIGO en la UIB han trabajado sin cesar durante estos últimos meses analizando los datos del primer periodo de observación de Advanced LIGO y los datos relacionados con este evento en particular.
Con el fin de discernir el origen cósmico de una señal de onda gravitacional, o para calcular las masas de los objetos implicados, hay que resolver las ecuaciones de Einstein, que son el núcleo de la teoría de la relatividad general, y entender cómo las propiedades de la señal de las ondas gravitacionales dependerán de las propiedades de la fuente a través de las posibles señales.
Sascha Husa nos lo explica: “La idea básica es muy similar a la de aplicaciones de teléfonos inteligentes para identificar música, como Shazam. Si escuchas una canción en un bar ruidoso, la aplicación puede consultar una base de datos de posibles señales, y usando algoritmos matemáticos para compensar el ruido, te dirá cuál se ajusta mejor. Mi trabajo consiste en hacer un catálogo de todas las posibles señales de ondas gravitacionales procedentes de la fusión de agujeros negros, para que los que analizan los datos puedan compararlas con las señales inmersas en ruido que son registrada por LIGO”.
El desarrollo de este tipo de catálogos de canciones de agujeros negros ha sido el centro de la investigación de Sascha Husa durante la última década. Junto con sus colegas en la UIB, en la Universidad de Cardiff y el Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Potsdam, el doctor Husa ha desarrollado modelos que no sólo describen la fusión de dos agujeros negros de forma precisa, sino que sus fórmulas también pueden calcularse rápidamente con los grandes ordenadores utilizados en el análisis de los datos de LIGO. Esta rapidez fue esencial en los últimos meses para identificar rápidamente el origen de la señal.
Article estret de:
La Vanguardia (12/2/2016)
ELABORADO A PARTIR DE MATERIAL DE LA UNIVERSIDAD DE LAS ISLAS BALEARES
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| DISSABTES DE LA FÍSICA 2015-1616a. edicióDel 6 de febrer al 5 de març de 2015 LA FÍSICA: UNA AVENTURA APASSIONANT01. PER A QUÈ LA FÍSICA? Rebem els beneficis de la física a la nostra vida quotidiana de forma tan contínua i permanent que no en som plenament conscients. Escalfem la llet de l’esmorzar en el microones i torrem el pa a la torradora elèctrica. Després agafem la bici portant l’MP3 connectat i orientant-nos amb el GPS del nostre telèfon. En acabar, mirem el correu electrònic i parlem pel mòbil; més tard, el dentista ens fa una radiografia per detectar una càries. Tornant de cal dentista, fem fotocòpies d’uns apunts.Tot això pot passar en un matí qualsevol d’un dia qualsevol quan, després de dinar (en un local amb aire condicionat), haurem d’acabar aquell treball d’anglès que queda per entregar. Hi treballem unes horetes amb el portàtil i el passem a un llapis de memòria; ha quedat impecable gràcies a la impressora làser. Mentre esperem l’hora de sopar, veurem una pel•lícula en DVD i, havent sopat, una mica de televisió. Al telenotícies ens diuen que han mesurat la distància a la galàxia coneguda més llunyana a la Terra (13.1 bilions d’anys-llum) i que els últims avenços en imatge per ressonància magnètica tenen resolucions d’uns 10 nanòmetres, cosa que podria ser especialment útil en la visualització de mostres biològiques.Una part de les nostres vides, com podeu veure, està lligada amb la tecnologia derivada dels principis de la física. No serà hora, doncs, de conèixer aquests principis? En es “Dissabtes de la Física” us volen ajudar a aquest objectiu. Hem programat una sèrie de cinc conferències que tracten de temes ben diferents. Volem oferir-vos una panoràmica de l’ampli i apassionant món de la física, que completarem amb visites als diferents laboratoris de docència i de recerca de la UAB. Com també s’ha fet els últims anys, hem programat l’últim dissabte, el del dia 5 de març, de manera conjunta amb els “Dissabtes de les Matemàtiques”, celebrant l’excel•lent acollida que segueix tenint a la nostra UAB el doble “Grau en Física i Matemàtiques”. 02. A QUI VA ADREÇAT? A estudiants de batxillerat que tinguin interès pels temes científics, especialment per la física. Els professors també hi són benvinguts. 03. COM APUNTAR-SE? Cal inscriure’s omplint el formulari a la pàgina web. 04. DIPLOMA D’ASSISTÈNCIA Es lliurarà un diploma d’assistència a qui hagi assistit a tres o més conferències. 05. HORARI 09:00 – 09:50 Recepció 06. CONFERÈNCIES Dissabte, 6 de FEBRER de 2016 a les 10:00h Dissabte, 13 de FEBRER de 2016 a les 10:00h Dissabte, 20 de FEBRER de 2016 a les 10:00h Dissabte, 27 de FEBRER de 2016 a les 10:00h Dissabte 5 de MARÇ de 2016 a les 10:00h 07. COM ARRIBAR-HI TREN Ferrocarrils de la Generalitat de Catalunya: RENFE: BUS |
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Secretaria
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Direcció
direccio.d.fisica@uab.cat
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La Societat Catalana de Física anuncia la celebració de la fase catalana de la XXVII Olimpíada Internacional de Física.
Com cada any, aquesta fase se celebrarà a començaments de febrer. Enguany es farà el divendres 5 de febrer a Barcelona, Tarragona, Lleida i Girona, i permetrà escollir la vintena d’estudiants de batxillerat que formaran la delegació catalana que participarà en la fase espanyola, on sortiran els participants en les Olimpíades Internacional i Iberoamericana.
També enguany volem fer una crida especial a la participació. Ens calen els millors estudiants per intentar igualar o superar els resultats dels anys passats. Pràcticament en totes les edicions, la delegació catalana ha obtingut sempre un índex de premiats superior al 80% i tres cops en els darrers quatre anys, el guanyador absolut també ha estat un dels seus membres.
La inscripció ja està oberta, i ho estarà fins el dia 4 de febrer, el dia abans de la realització de les proves.
La informació actualitzada es podrà trobar en aquesta mateixa adreça: http://scfis.iec.cat/olimpiada/
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Investigadores del Grupo de Óptica Extrema de la Universidad de Salamanca (USAL) y el Centro de Láseres Pulsados de la misma ciudad publican un artículo en la revista Science que abre la puerta a generar rayos X a partir de radiación ultravioleta, algo totalmente inesperado hasta ahora por los científicos.
Este hallazgo, realizado en colaboración con la Universidad de Colorado y otros centros de Estados Unidos y Taiwán, se suma a otras recientes publicaciones de este equipo para mejorar las características de los láseres de rayos X, una de las quimeras de la óptica, con importantes aplicaciones tecnológicas.
Los rayos X son radiación electromagnética de alta energía y, como tal, son capaces de atravesar tejidos y proporcionar imágenes de alta resolución para fines médicos, por ejemplo, comprobar si hay una fractura de huesos. Los láseres, por otro lado, son dispositivos capaces de producir luz de forma extraordinariamente ordenada, permitiendo usar su regularidad para aplicaciones de gran precisión, como la medida de distancias de alta resolución, el almacenamiento compacto de la información, la identificación de materiales a distancia o la observación de fenómenos ultrarrápidos de la naturaleza, entre otras.
La construcción de láseres de rayos X permitiría mejorar estos aspectos de forma drástica, aumentando en más de mil veces las prestaciones actuales de resolución, tanto en el espacio como en el tiempo.
Dentro de las diferentes estrategias que a día de hoy se siguen para el desarrollo de los láseres de rayos X, las investigaciones desarrolladas por este equipo internacional persiguen métodos que permitan convertir la radiación de un láser habitual de luz infrarroja en rayos X, mediante un proceso de multiplicación de frecuencia. La clave consiste en inducir la absorción de muchos fotones de baja energía (infrarrojos) en un material, para que posteriormente emita un solo fotón de mucha mayor energía (rayos X).
“Hasta ahora parecía demostrado que el proceso más eficiente pasaba por convertir un número muy elevado de fotones infrarrojos en uno de rayos X”, explica a Luis Plaja, investigador de la USAL, «pero hemos demostrado que no siempre es así, y que la absorción de un menor número de fotones de energía mayor, ultravioleta, puede ser incluso más eficiente».
Para ello los autores de este trabajo proponen iluminar un gas con un láser ultravioleta de alta intensidad (en lugar del infrarrojo), de manera que los átomos que lo componen se vean despojados prácticamente de todos sus electrones de su capa externa. El gas altamente ionizado resulta ser muy transparente, de forma que permite que la multiplicación de frecuencia se lleve a cabo en un volumen de material mucho mayor.
En los experimentos que realizó con láseres ultravioleta el Joint Institute for Laboratory Astrophysics (JILA) de la Universidad de Colorado en Boulder, los físicos “vieron que se producían rayos X de demasiada energía, era inexplicable”. Carlos Hernández García, investigador de la USAL que ha trabajado allí durante dos años, realizó las simulaciones teóricas que permitieron comprenderlo.
Un hallazgo en contra de la intuición
Este hallazgo parece ir en contra de la intuición, así que constituye una auténtica sorpresa, tal y como expresa el título del artículo del artículo (Ultraviolet Surprise: Efficient Soft X-ray High Harmonic Generation in Multiply-Ionized Plasmas). “Se pensaba que la mejor forma de lograr rayos X coherentes era con láseres infrarrojos y ahora demostramos que también es muy bueno utilizar láseres intensos de radiación ultravioleta, donde los fotones son más energéticos y más numerosos, de manera que el proceso también es eficiente”, comenta el investigador.
Es el camino para generar por láser rayos X duros, los de mayor energía, que son los que tienen potenciales aplicaciones biomédicas. En cualquier caso, el dominio del láser como nueva fuente de esta radiación tiene prometedoras aplicaciones, como la medición de moléculas extremadamente pequeñas.
Pero este importante avance no es el único que ha logrado recientemente este grupo internacional. Recientemente, la revista Nature Photonics ha publicado los resultados de una nueva colaboración, que ha demostrado que el proceso de multiplicación de frecuencia permite el control de la polarización de la luz de alta energía. Generalmente la polarización, la dirección en la que la vibración electromagnética de la luz oscila, no tiene por qué estar bien definida.
Existen materiales, como los cristales de las gafas polarizadas, que son capaces de filtrar la luz seleccionando sólo aquellos fotones cuya vibración electromagnética asociada tiene una dirección bien definida. Entre las diferentes posibilidades de polarización, existe aquella en la que la dirección de la vibración gira en el tiempo, como si fuera una aguja de un reloj.
Este tipo de polarización del campo electromagnético se denomina circular, y se utiliza, entre otras cosas, para identificar simetrías en las moléculas de los materiales. Estas simetrías conllevan un comportamiento químico diferente en moléculas que, por lo demás, tienen la misma composición. Por su naturaleza penetrante, es difícil diseñar filtros ópticos capaces de cambiar la polarización de los rayos X. En lugar de ello, el equipo de investigadores ha diseñado y demostrado experimentalmente la posibilidad de generar radiación láser de alta frecuencia (cercana a los rayos X) que posea directamente polarización circular.
Para ello, es necesario combinar varios haces de luz láser que, tras multiplicar su frecuencia en el blanco gaseoso, resultan en un solo haz de alta energía y de polarización circular. Al igual que la investigación anterior, Carlos Hernández García participó en el diseño de este experimento y realizó las simulaciones cuando estaba en JILA y los resultados fueron corroborados por los experimentos.
“Otra manera de ver la materia”
Disponer de rayos X polarizados circularmente puede servir para caracterizar materiales magnéticos que no se han podido analizar hasta ahora. Existen materiales denominados dicroicos cuyas propiedades dependen del estado de polarización de la luz que interacciona con ellos y mediante rayos X polarizados linealmente no se pueden estudiar. Aunque en los grandes aceleradores de partículas conocidos como sincrotrones sí es posible generar radiación X polarizada circularmente, hacerlo con láser permite observar lo que pasa en la materia a velocidades ultrarrápidas.
Será “otra manera de ver materia” que afectará, por ejemplo, al estudio de las moléculas quirales, que no se diferencian en su composición química pero cuyas estructuras están invertidas especularmente, como las imágenes en los espejos. El primer paso será observar y el siguiente será controlar y “el control es el primer paso hacia la tecnología”, asegura Luis Plaja.
En cualquier caso, el tipo de haz de luz que genera un láser determina la posibilidad de manipular materiales. Una opción aún más compleja son los vórtices o remolinos de luz, así que los científicos del grupo ALF-USAL se han preguntado cómo se generarían rayos X en estas circunstancias y también han publicado hace pocas semanas los resultados, en la revista New Journal of Physics.
Es la primera vez que se analiza este proceso y se ha hecho desde un punto de vista muy parecido al de la polarización de la luz: actuar en la generación para que el haz de luz tenga la estructura deseada. Los vórtices tienen un enorme atractivo en varias disciplinas de la física y en el caso de la óptica, pueden servir para atrapar partículas dentro de un haz de luz e incluso codificar información.
Comentaris RSS RetroenllaçAmb aquesta pràctica podrem determinar quan val el valor de l’acceleració de la gravetat en les proximitats de la superfície terrestre.
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CONCURS D’IMATGES DE FÍSICA
Segona convocatòria
Amb l’objectiu de fomentar l’interès per la física en la nostra societat i donar suport al sorgiment de vocacions en aquest camp, la Societat Catalana de Física convoca per segona vegada el Concurs d’Imatges de Física. Enguany la convocatòria va dirigida als estudiants de física de segon curs de batxillerat.
Les bases de la convocatòria són les següents:
1.- Poden participar-hi els estudiants que, durant el termini d’aquesta convocatòria, cursin l’assignatura de física de segon curs de batxillerat en els centres d’ensenyament, públics o privats, d’Andorra, Catalunya, les Illes Balears i el País Valencià.
2.- Les imatges presentades hauran de tenir relació amb algun fenomen físic.
3.- Cada imatge haurà de venir acompanyada d’un text, redactat en català, que expliqui breument el fenomen físic relacionat amb la imatge (aproximadament una quartilla).
4.- Les imatges han de ser originals, inèdites i no haver estat premiades anteriorment en cap concurs similar. Els participants cedeixen els seus drets sobre les imatges a l’efecte de difondre-les a través de la web de la Societat Catalana de Física i poder- les utilitzar, si s’escau, en l’elaboració del calendari de la Societat Catalana de Física de l’any 2016 (Vegeu punt 13).
5.- Les imatges les han de presentar els Centres d’Ensenyament, amb un màxim de dues per centre. El Centre nomenarà un professor representant a efectes de la presentació de les imatges i posteriors comunicacions amb la Societat.
6.- Les imatges es presentaran en format digital JPEG amb una mida mínima de 2600 píxels x 2000 píxels (aproximadament 5 megabytes).
7.- Les imatges s’enviaran per correu electrònic a l’adreça electrònica del concurs: scfiec@gmail.com amb l’assumpte “Concurs imatges de física”. En el missatge es farà constar el nom del Centre d’Ensenyament, el nom i l’adreça de correu electrònic del professor representant del Centre, el nom dels autors de les imatges i les seves dades de contacte (número de telèfon i adreça de correu electrònic).
8.- Les imatges presentades es posaran a la web de la Societat Catalana de Física per tal de poder ser visualitzades per al Premi Popular.
http://blogs.iec.cat/scfis/
9.- El jurat serà nomenat per la Junta de la Societat Catalana de Física.
10.- El termini d’admissió de les imatges finalitza el dimecres 16 de desembre de 2015.
11.- Hi haurà un primer premi dotat amb 600 euros i un segon premi de 400 euros. També es podran atorgar accèssits amb una dotació de 200 euros.
12.- Premi Popular. La imatge escollida per votació popular mitjançant la pàgina web del concurs tindrà un premi de 300 euros.
13.- Les imatges guanyadores, així com una selecció entre les altres imatges enviades al concurs, seran emprades per a l’elaboració del calendari de la Societat Catalana de Física de l’any 2016.

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