Antimateria en la cocina

agosto 7, 2009

Sabemos que para producir antimateria se requiere de experimentos muy sofisticados y caros ¿verdad?

Hace poco leí algo cotorrón sobre la producción de positrones (anti-electrones) y me puse a verificar a ver si era cierto. El enunciado a verificar es el siguiente: un plátano produce un positrón aproximadamente cada 75 minutos.

Veamos si es cierto:

Todos sabemos (!?!) que los plátanos tienen potasio. El potasio cuenta con una cierta cantidad de isótopos, es decir, potasios a los que se le han agregado o quitado neutrones. El potasio normal tiene en su núcleo 19 protones y 20 neutrones y lo llamamos ^{39}K. Estos átomos son estables, lo que quiere decir que una vez formados son eternos (a menos que algo externo los destruya, por supuesto). Así, si el átomo captura un neutrón obtenemos el isótopo ^{40}K y si captura $2$ neutrones obtenemos ^{41}K, y así hasta llegar a ^{55}K (después de esto ya no puede capturar más neutrones).

Bueno, pues resulta que el isótopo ^{41}K es también estable, mientras que todos los otros isótopos son inestables y tienen semividas  pequeñas (de milisegundos a horas) excepto el isótopo inestable ^{40}K que tiene una semivida de 1.277 \times 10^9 años.

El potasio que podemos encontrar en el planeta Tierra fue formado hace aproximadamente 4500 millones de años, es decir hace 4.5 \times 10^9~años y por lo tanto aún existe ^{40}K de manera natural.

La abundancia relativa de estos tres es (ver aquí):

^{39}K con una abundacia relativa de 93.2581\%

^{41}K con una abundancia relativa de 6.7302\%

^{40}K con una abundancia relativa de 0.0117\%

Bien, entonces si un plátano tiene potasio, lo tiene en estas tres variedades. El ^{40}K es inestable, como hemos mencionado, entonces, es posible que decaiga cuando estamos a punto de comernos el plátano. La siguiente pregunta es en qué decae. Resulta que el 89.28 (13)\% de las veces decae a través del decaimiento \beta^{-}, el 10.72(13)\% de las veces captura un electrón y se convierte en argón. Sólo 1 en 10^{5} decaimientos emiten un positron (ver aquí).

Un plátano (promedio) tiene 467.28 mg de potasio (ver aquí), aproximemos como 0.5 g que corresponden a 7.7\times 10^{21} átomos, de los cuales sólo el 0.0117\% son de ^{40}K, es decir, \approx 9 \times 10^{17} átomos de ^{40}K.

Con esta información podemos calcular el número de positrones emitidos en un año:

Llamemos N_0 al número inicial de átomos de ^{40}K en nuestro plátano:  N_0= 9 \times 10^{17}.

Llamemos a la semivida de ^{40}K t_{1/2} (recordemos que t_{1/2}=1.277\times 10^{9} años).

Entonces, at tiempo t tendremos que el número de átomos restantes (llamado simplemente N(t) es:

N(t)=N_0 2^{-t/t_{1/2}}.

Por lo tanto el número de positrones emitidos, N_{e^{+}}(t), al tiempo t será:

N_{e^{+}}(t) = 10^{-5}(N_0 - N(t)) =10^{-5} N_0 (1- 2^{-t/t_{1/2}}).

En un año obtenemos que N_{e^{+}} \approx 4885.

Por lo tanto nuestro plátano emite un positrón aproximadamente cada 108 minutos.


Alfa Géminis

agosto 2, 2009

El número julio-agosto de Alfa Géminis ya está disponible aquí..


Trompo a la uña

julio 26, 2009

Acabando de hablar sobre cómo el átomo era divisible y cómo se descubrieron los protones y neutrones y a su vez los quarks, un chavo de prepa (creo) me preguntó:

– oiga, entonces si el electrón (por ejemplo en un átomo de hidrógeno) está dando vueltas al protón todo el tiempo, ¿podemos decir que el átomo es un ejemplo de movimiento perpétuo?  ¿No viola ésto la segunda ley de la termodinámica?

Después de mirarlo con incredulidad y cara de no ma..  (me sorprendió que se le ocurriera tan deliciosa pregunta) le respondí.

Tons, ¿cuál es la respuesta? Obviamente con explicación, no un simple si o no!!!


Trompo a la uña

julio 6, 2009

Si tomamos una hoja de papel o un pedazo de cartulina y cortamos una tiras muy delgadas, éstas tienden a enrollarse. ¿Porqué?


Vietnam

mayo 22, 2009

Hace año y medio asistí a un taller sobre física de neutrinos en Aspen Colorado. Ahí conocí a Pham Quang Hung (llamado por todos PQ desde luego), un físico americano de origen Vietnamita que trabaja en la Universidad de Virginia. Yo ya sabía de su existencia pero nunca habíamos coincidido.

Después de platicar un poco de física y de realizar unas caminatas por las Rocky Mountains, terminamos haciendo unos cálculos sobre los decaimientos de Higgses doblemente cargados (Higgses con carga 2 o -2) que aparecen en un modelo para la generación de masa para los neutrinos. Esos cálculos enventualmente fueron publicados y hemos seguido colaborando desde entonces.

En una de las charlas en Aspen, PQ me preguntó que por qué estaba en Colima (es una pregunta bastante estándar de las personas que laboran en otros países). Después de platicarle sobre la facultad y los proyectos de las licenciaturas, a lo cual estuvo muy atento, me comentó que hace unos años en Vietnam (su país de origen) habían organizado una reunión con científicos vietnamitas distribuidos en el mundo. El propósito de dicha reunión era pedirles que propusieran una reforma educativa para que Vietnam pudiera avanzar en el ámbito científico – tecnológico asiático, considerando que países como Corea están avanzando de manera rápida y sólida. El comité de científicos (del cual forma parte PQ) analizó y discutió la situación. Tuvieron varias conclusiones y propuestas. En el ámbito universitario (específicamente en las áreas científicas) determinaron que era necesario cambiar radicalmente la estructura tanto curricular como de profesores (¿qué raro no?). Su propuesta fue, a diferencia de los rollos peda-gógicos (inútiles y des-cerebrados) a los que estamos acostumbrados, la de reemplazar COMPLETAMENTE el sistema universitario existente por uno IGUAL al de universidades consolidadas en Estados Unidos.

Así pues en los últimos dos años los programas de las principales universidades vietnamitas han ido ajustando sus programas y sus profesores a ese nuevo sistema. La idea por supuesto es modificar las estructuras desde el fondo, y por lo tanto la propuesta contiene una fuerte condición para la contratación de nuevos profesores, quienes tendrán ahora que presentar un nivel mínimo en el ámbito científico.

Los cambios no son fáciles. Como primer paso se han cambiado los programas y se han formado cursos de capacitación a los profesores actuales. Esto es difícil ya que no todos pueden participar y sólo algunos han visto con agrado el ponerse a trabajar (otra vez, ¿qué raro no?). Otra de las acciones implementadas es la de invitar a investigadores externos a impartir cursos intensivos. Esta modalidad ha permitido que los estudiantes perciban el nivel internacional requerido y que tengan la oportunidad de conocer de primera mano el sistema en el que eventualmente estarán compitiendo y participando.

PQ no dudó en expresar su beneplácito cuando le comenté que nuestro proyecto en la facultad era prácticamente el mismo (sólo a nivel facultad, no nacional. ¡¡¡Ni lo mande dios!!!). Compartimos algunas anécdotas y experiencias. Nos dimos cuenta de que las problemáticas, a pesar de estar en situaciones completamente distintas, eran demasiado similares. Comentamos sobre lo difícil de establecer un sistema nuevo en un lugar donde existe una fuerte inercia. Comentamos sobre el dificilísimo problema que representa hablar de nivel alto sin ofender ni molestar a las personas que trabajan en el esquema previo. Lo difícil que a veces es convencer tanto a esas personas, como a los mismos estudiantes, de que no por vivir en Colima (Vietnam) no puedan ser excelentes científicos. Y que no por estar en Colima (o Vietnam) no se les pueda brindar una educación del mejor nivel internacional (con las exigencias que ello amerita).  Compartimos también lo agradable de ver cómo se va caminando en esa dirección y de cómo los jóvenes poco a poco van demostrando que sí se puede lograr.

Nuestros resultados en Colima hasta ahora han empezado a repercutir en ciertos círculos. Ya se sabe que en Colima existe investigación en matemáticas y física. Se sabe que hemos implementado un sistema novedoso, único en el país, y que nuestra tirada es diferente. Esto ha permitido que personas en otros lugares volteen a mirar y ver qué está pasando.

Precisamente por esta situación, PQ me propuso ante el consejo universitario en Vietnam para que el próximo mes vaya a dar uno de los cursos intensivos. Ahí estaré y les iré platicando de la experiencia.


Se me había olvidado!!!

mayo 12, 2009

Este jueves 14 de mayo es mi turno en la serie de conferencias de la facultad de ciencias. Si no es por que el latoso de Ricardo me lo recuerda ni cuenta me hubiera dado!

Aprovechando pues la oportunidad (!!) los invito a que asistan a las 15:00 hrs. en el auditorio de la facultad de ciencias. Platicaré algunos detalles sobre un trabajo que hemos estado realizando con Paolo y Lorenzo sobre cómo atacar uno de los problemas fundamentales de la física. Se trata de encontrar una manera de resolver el dilema de que el rompimiento de la simetría electrodébil, es decir la existencia del Higgs, contribuye con una cantidad exagerada a la energía del vacío. Esta contribución se debe de alguna manera esconder debajo del tapete para que no entre en conflicto con el valor medido de la constante cosmológica. Les platicaré algunas ideas medio locas que hemos estado contemplando al respecto.

Ahí nos vemos…..


Ya volvió el que andaba ausente…

abril 16, 2009

No he dispuesto de tiempo para poder escribir algo en el blog (es decir, que he estado huevoneando bien y bonito). La verdad es que estos periodos vacacionales son como un oasis para mi investigación. Puedo dedicar todo el día a ella sin mayores distracciones!!

En este sentido les comento que he estado bien atareado trabajando en unos cuantos temas muy interesantes. Uno de ellos está relacionado con el problema de la materia oscura. Junto con algunos colaboradores hemos estado analizando un modelo que contiene una partícula candidata a materia oscura. Así que en estos últimos días he estado calculando y analizando las propiedades de esta partícula y del modelo para verificar su viabilidad. Espero pronto poder comentarles los resultados finales de esta investigación. En otro proyecto estamos tratando de obtener una clasificación de todos los posibles grupos que se puedan utilizar para formular una teoría electrodébil en 6 dimensiones de manera consistente con los requisitos experimentales. Resulta que no es nada trivial obtener un modelo funcional y sencillo, de hecho, bajo ciertas condiciones «deseables» es imposible lograrlo en 5 dimensiones. Nosotros estamos tratando de obtener, de manera general, todos los posibles grupos que SI funcionen en 6 dimensiones. Este resultado sería de gran utilidad para la creación de modelos específicos. Cuando tengamos resultado concluyentes escribiré una página con todos los detalles e información mas desmenuzada sobre este tema. Por último les comento que también estoy estudiando algo sobre anomalías fermio-gravitacionales y está muy interesante. Apenas estoy aprendiendo de que se trata y prometo que en el futuro cercano escribiré más sobre ésto.

Algunos otros temas que tengo en la mente y que quiero comentar en este espacio (eventualmente) son:

  • Política de contrataciones de las Universidades mexicanas (y en concreto de las contrataciones en el área de física).
  • Algunos pasos a seguir si quieres estudiar un posgrado en el extranjero.
  • Algunos comentarios sobre cómo se detectan y se estudian las partículas elementales producidas en los aceleradores como el LHC
  • Incluir una sección de perfiles en la que me gustaría presentar de manera personal a algunos de los científicos locales.

Bueno, pues en algún momento será…..


Leutwyler

abril 1, 2009

Los pasados días estuvo de visita en Colima Heinrich Leutwyler, físico suizo que participara en la creación de QCD (entre otras cosas). Durante su visita estuvo colaborando con Christoph Hofmann (físico de Colima, quien fue estudiante de Leutwyler durante su doctorado) y también dio una charla a los estudiantes de la facultad de ciencias en la que brevemente describió el desarrollo de la física de partículas en los últimos 50 años.

Paolo, Heinrich, Christoph y fefo

Paolo, Heinrich, Christoph y fefo


Nueva partícula encontrada en CDF

marzo 19, 2009

Un nuevo hadrón ha sido encontrado por la colaboración CDF en el Fermilab. Su nombre es Y(4140) y aún no se determina cómo es que está formado. El 4140 se refiere a la masa (4140 MeV).

Los hadrones son partículas formadas por quarks y gluones. Ejemplos familiares de éstos son el protón y el neutrón. La forma en que los quarks interactúan entre sí a través de los gluones (los intermediarios de la fuerza nuclear fuerte) es descrita por la cromodinámica cuántica, QCD por sus siglas en inglés (Quantum ChromoDynamics). Sin embargo las ecuaciones que se derivan de dicha teoría, y que en principio explicarían cómo exactamente es que los hadrones se forman, aún no han podido ser resueltas. Las técnicas que se tienen no alcanzan para resolver estas ecuaciones las cuales son altamente no-lineales y no-perturbativas. ¡Necesitamos matemáticas nuevas!

No obstante esta situación, si existe un entendimiento básico de la teoría que nos dice que los hadrones pueden estar formados por pares de quark – antiquark (llamados mesones) o de tercias de quarks (los llamados bariones como el protón). No podemos calcular, a partir de QCD, las masas de los hadornes ni otras propiedades importantes, pero al menos podemos entender su composicion de quarks. Bueno, pues no para todos! Existen algunos hadrones descubiertos recientemente que aún desafían este principio organizador. El Y(4140) no es la excepción. No se sabe en este momento si es un semi-estado de dos mesones que se agrupan y viven por un instante en armonía, o si se trata de un estado con cuatro quarks. Puede también tratarse de un sistema molecular de diferentes hadrones (en analogía con los átomos, quienes se pueden combinar con otros para formar moléculas). Aún no sabemos y esperamos que estos resultados generen una amplia discusión en el ámbito científico.

Por si lo dudamos, el día de hoy ya salió un preprint en los arXiv que pretende dar luz sobre el problema. Aún no lo leo, así que no me comprometo a decir nada en este momento. Ya que lo lea, les diré mi opinión.

Pueden encontrar más información sobre este resultado aquí


Entrevista a Alvarez Gaumé y a John Ellis sobre el LHC

marzo 13, 2009

Este video está muy bueno, se los recomiendo.