Tras la conferencia de ayer, hoy se imparte otra para público más reducido y selecto, orientada a físicos. Se repetirá la conferencia que dió al recibir el premio nobel describiendo su trabajo. the early days as seen by a theorist
¿Se pueden hacer experimentos relacionados con partícula subatómicas sin mucho presupuesto? Pues parece que si. Como resultado de cursos de verano en el CERN, un grupo de profesores de instituto, coordinado por Francisco Barradas Solas ha realizado varios montajes experimentales muy interesantes.
Entre ellos, la construcción de una cámara de niebla para detectar el paso de partículas.
En el sitio web recomendado, te cuentan cómo hacer la cámara y cómo usarla para hacer física. Es decir, como medir la carga de la partícula detectada, el momento, masa, etc...
Incluso incluyen resultados, como esta curiosa imagen:
El sitio web se llama Viaje al Corazón de la Materia.
Uso este manido título porque realmente es lo que está sucediendo ahora. Para estudiar el origen del universo, los procesos que tuvieron lugar cerca del BigBang, cómo se formaron las grandes estructuras del universo; es necesario conocer cada vez más cosas sobre cómo funcionan las partículas.
Conociendo parámetros concretos de energías, masas, procesos de desintegración o creación, etc podemos deducir cómo serían los universos según los diferentes modelos a gran escala, y de ahí comparar con lo que estamos observando y deducir si el modelo es incorrecto. Por ejemplo, si usando un determinado modelo, y usando o que sabemos osbre las partículas, deducimos una tasa de nucleosíntesis (o la proporción entre protones y neutrones, por ejemplo), y lo que se deduce no se corresponde con lo observado, sabremos que el modelo es erróneo.
Cada vez recogemos más información del universo usando partículas, o haces de fotones resultado de ciertos procesos que se producen en el nivel fundamental, por lo que debemos conocer muy bien cómo se producen esos fenómenos. Otro caso parecido es el estudio de las ondas gravitacionales, la búsqueda de materia oscura, etc.
Por eso se dice que muchas veces se estudia el origen del universo en los aceleradores de partículas.
¿Qué se está haciendo en Europa? He encontrado un sitio de éstos de Web2.0, en el que se pretende hacer ciencia colaborativa. Se ponen a disposición de los miembros de los grupos particippntes herramientas de videoconferencia, documentos, etc.
De uno de esos documentos, bastante interesante, he sacado el mapa d elo que intersa ahora mismo en Europa respecto a partículas, cosmología y astrofísica:
Lo interesante del documento, es que repasa lo que se está investigando, en qué situación está la comunidad científica, cuánto sabemos de cada rama y qué se está haciendo para saber más. Es un resumen bastante interesante.
Por ejemplo, en la búsqueda de materia oscura quieren montar un par de detectores. En el análisis del proceso de decaimiento del protón y su relación con el neutrino también...
Otro tipo de investigación es lo que se puede deducir del momento multipolar de la radiación de fondo. de la que ya hablamos.
Libros gratuitos:
INSTRUMENTATION AND CONTROL. The handbook includes information on temperature, pressure, flow, and level detection systems; position indication systems; process control systems; and radiation detection principles. This information will provide personnel with an understanding of the basic operation of various types of DOE nuclear facility instrumentation and control systems. 1/2 , 2/2
THERMODYNAMICS, HEAT TRANSFER, AND FLUID FLOW. The handbook includes information on thermodynamics and the properties of fluids; the three modes of heat transfer - conduction, convection, and radiation; and fluid flow, and the energy relationships in fluid systems. This information will provide personnel with a foundation for understanding the basic operation of various types of DOE nuclear facility fluid systems. 1/3, 2/3 ,3/3
NUCLEAR PHYSICS AND REACTOR THEORY. The handbook includes information on atomic and nuclear physics; neutron characteristics; reactor theory and nuclear parameters; and the theory of reactor operation. This information will provide personnel with a foundation for understanding the scientific principles that are associated with various DOE nuclear facility operations and maintenance. 1/2 2/2
Diffraction Grating Handbook. Una de las obras de referencia más importantes y empleadas sobre espectroscopia y en especial sobre redes de difracción. Descargar
Fuel Cell Handbook. Manual de celdas de combustible. Documento editado por el Departamento de Energía de USA, de mas de 350, sobre todo tipo de baterías y celdas de combustible para la generación de energía eléctrica. Muy completo y de alto nivel. En ingles y en formato PDF. (Ver)
Introduction to the principles of vacuum physics (Ver PDF)
Mechanical pumps (Ver PDF)
Sputter-ion pumps (Ver PDF)
Molecular surface pumping: the getter pumps (Ver PDF)
Molecular surface pumping: cryopumping (Ver PDF)
Pressure measurement - total pressures (Ver PDF)
Pressure measurement with ionization gauges (Ver PDF)
Partial pressure measurement (Ver PDF)
Physics of outgassing (Ver PDF)
Thermal outgassing (Ver PDF)
Dynamic outgassing (Ver PDF)
Cleaning for vacuum service (Ver PDF)
Beam-residual gas interactions (Ver PDF)
Ion trapping, clearing, beam-ion interactions (Ver PDF)
Leak detection (Ver PDF)
Extreme high vacuum (Ver PDF)
Vacuum control and operation ((Ver PDF)
E. Huttel
Materials for accelerator vacuum systems (Ver PDF)
Engineering (Ver PDF)
The best laid schemes (Ver PDF)
Designing accelerator vacuum systems (Ver PDF)
History of vacuum devices (Ver PDF)
LHC vacuum system (Ver PDF)
Vacuum systems of electron storage rings (Ver PDF)
Quality issues in vacuum (Ver PDF)
Principles of Charged Particle Acceleration. Magnífico libro editado por
Primera parte. Ver PDF.
Quinta Parte. Ver PDF
En el 2004 se lanzó al espacio un satélite cuyo objetivo principal era probar el grado de validez de las ecuaciones de Einstein. ¿Son exactas? ¿Se puede llegar a otro grado de exactitud? Se trata del satélite Gravity Probe B (GP-B).
Éste satélite tenía cuatro requisitos básicos:
Detalle del giróscopo
Hay una presentación bastante interesante y con mucha información, aquí.
El ayuntamiento de Zaragoza, en colaboración con el Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) de la Universidad de Zaragoza y el Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT, ha puesto en marcha el proyecto ZIVIS, cuyo objetivo es la creación de una plataforma ciudadana de Súper Computación basada en la unión de equipos informáticos de los hogares e Instituciones publicas, para dar servicio a los investigadores de nuestra ciudad.
El proyecto está basado en el software del proyecto BOINC Berkeley Open Infrastructure for Network Computing y como aplicación piloto se realizarán cálculos relativos al confinamiento magnético necesario para el reactor fusión que está desarrollando el CIEMAT.
BOINC proporciona un entorno de computación distribuida, herencia del famoso proyecto SETI@Home. Un protector de pantalla ejecuta código por bloques que se baja y actualiza en la red cuando el ordenador no se está usando de manera interactiva.
Dentro de BOINC tenemos los siguientes proyectos http://boinc.berkeley.edu/projects.php
He encontrado un cursito muy básico sobre relatividad especial. Sirva como complemento de la nota anterior.
También hay una guía sencilla, aunque en inglés, en "The Dummies´Guide to Special Relativity".
Si quereis algo un poco más serio, pero también sencillo e interactivo, os recomiendo éste applet sobre órbitas en el espacio curvado.
Adjunto algunos enlaces con seminarios sobre Física teórica con video, pertenecientes al Departamento de Física y de Matemáticas de la Universidad de Duke.
Además del enlace, os pongo una selección, con lo más interesante (para mi, claro). En ésta época del año y en mi situacón actual, lo que más me interesa es lo que está más alejado de cualquier posible aplicación práctica, es decir, os paso enlaces sobre teoría de supercuerdas, Yangs-Mills,
La teoría de la Relatividad (que no tiene nada que ver con los clásicos
La Relatividad Especial ha dado mucho de que hablar acerca de los viajes en el tiempo. Para zanjar la discusión antes de empezar con los detalles resumiré: la Relatividad Especial dice que viajar al futuro es trivial pero viajar al pasado es imposible. En otras palabras, podríamos visitar a nuestros descendientes, pero no podemos volver para contarlo. Veamos por qué y qué ideas dieron origen a la Relatividad Especial.
A finales del siglo XIX, la teoría de Maxwell (de quien ya hablamos en otra ocasión)
del electromagnetismo era firmemente aceptada. En parte por su belleza (Maxwell consiguió unificar la electricidad con el magnetismo como si se tratase de dos caras de la misma manera) pero esencialmente porque proporcionaba una explicación acerca de qué era la luz. Sí, la luz. Algo tan intangible y tan diverso es una solución particular de las ecuaciones de Maxwell
Dichas ecuaciones predecían además el valor de la velocidad de la luz en el vacío, aproximadamente c=300.000 Km/s. Esta predicciómn fue corroborada experimentalmente.
Todo era perfecto...salvo un "pequeño" detalle. Cuando uno habla de velocidad, en realidad se refiere a velocidad respecto a algo. Por ejemplo, cuando nos ponen una multa por exceso de velocidad, esa velocidad es relativa al suelo (porque respecto al copiloto estás quieto). Como los planetas se mueven, así como el sol y las estrellas, a Maxwell y sus contemporáneos se les ocurrió la explicación del "éter". Una sustancia imperceptible e intangible que está en reposo absoluto respecto al universo (sería como el suelo de la carretera en la analogía anterior). Pero, claramente, esta teoría tenía muchos puntos débiles como el propio Maxwell ya sabía.
La explicación del éter terminó de derrumbarse gracias al más famoso experimento fallido de la Historia, el experimento de Michelson-Morley. En este experimento se observó que la velocidad de la luz era siempre la misma, con independencia del sistema de referencia que uno utilice. En otras palabras que por mucho que uno corra, siempre nos parecerá que la luz se aleja de nosotros con la misma velocidad.
Aquí es cuando Einstein entró en escena en 1905. En aquel año Einstein publicó una serie de artículos que revolucionaron la forma de entender la Física y hasta en la forma de concebir el mundo (Filosofía).
Uno de ellos, que podéis descargar gratuitamente en este enlace (está en inglés, el original estaba en alemán), se llamaba "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento". En él, Einstein postula que, tal como demuestran los experimentos, la velocidad de la luz es la misma en cualquier sistema de referencia. El resto del artículo versa sobre las consecuencias físicas de esta conjetura.
Trataré de explicarlo de la manera más sencilla posible. Imaginemos el siguiente experimento mental (así le gustaba a Einstein denominarlos). Estamos en el interior de un tren que pasa por la estación a una cierta velocidad. En un momento dado encendemos una luz que apunte hacia el suelo del tren (ver figura). La luz desciende, se refleja en el suelo y vuelve a subir. Si sostenemos la linterna a un metro del suelo, esto habrá llevado (recordemos, velocidad = espacio /tiempo) un tiempo:
T1=2/c
donde el 2 aparece porque la luz, primero baja y luego sube, es decir recorre el "metro" dos veces.
Veamos qué ve alguien que observe el mismo experimento desde la estación (parte derecha de la figura). La luz desciende pero a la vez avanza puesto que el tren lo hace, se refleja y sube...pero sigue avanzando. No sabemos cuántos metros "L" ha recorrido, pero claramente más que dos, porque además de bajar y subir avanza hacia la derecha. si calculamos el tiempo que ha llevado este experimento para el observador en la estación, será:
T2=L/c
Como el recorrido L es mayor que los dos metros del experimento dentro del tren, esto significa que el tiempo ha pasado más despacio para la persona dentro del tren que para la que está fuera!!!!!
Repetimos, "el tiempo ha pasado más despacio para la persona dentro del tren que para la que está fuera". En definitiva, EL TIEMPO ES RELATIVO. Con esto no me refiero al tiempo "psicológico" que hace que estar con unos amigos se pase rápidamente pero estar en clase se haga eterno. Me refiero al tiempo físico, al que miden los relojes. La contracción del tiempo del observador en movimiento está más acentuada cuanto mayor sea la velocidad del mismo. La teoría también implica que no se puede alcanzar la velocidad de la luz (si uno quiere conservar su masa).
Este fenómeno ha dado lugar a una extensa fenomenología, relacionada generalmente con los viajes espaciales. Por ejemplo si un astronauta viaja en una nave espacial a una velocidad muy elevada (recordemos que a mayor velocidad, mayor es el efecto). Al volver a la Tierra, para él habrá pasado mucho menos tiempo que el que habrá pasado para el resto de los terrícolas.
Así que, ¿viajar al futuro? Fácil, viaja a velocidades muy altas y al volver ya estarás en el futuro. Viajar al pasado no es tan sencillo. La teoría dice que si se puediese hacer, se rompería el principio de causalidad, es decir, los efectos precederían a las causas, lo cual, para la Física actual, es totalmente inaceptable.
Bueno, espero que os haya quedado algo más claro el tema (recordad el experimento del tren que es sencillo de explicar e infalible para convencer al más excéptico) y ya sabéis, cuando alguien os diga eso de "Todo es relativo", podéis añadir en un alarde de snobismo "Sí, pero depende de la velocidad a la que uno se mueva". Mejor no lo hagáis, salvo que ya tengáis pareja y estéis seguro de que no la vais a perder...
 | Ripple Tank (2-D Waves) Applet Ripple tank simulation that demonstrates wave motion, interference, diffraction, refraction, Doppler effect, etc. |
 | 2-D Waves Applet Demonstration of wave motion in 2-D. |
 | 3-D Waves Applet Demonstration of wave motion in 3-D. |
 | Coupled Oscillations Applet Demonstration of longitudinal wave motion in oscillators connected by springs. |
 | Loaded String Applet Simulation of wave motion of a string. |
 | Rectangular Membrane Waves Applet Vibrational modes in a 2-d membrane. |
 | Circular Membrane Waves Applet Vibrational modes in a 2-d circular membrane (drum head). |
 | Bar Waves Applet Bending waves in a bar. |
 | Box Modes Applet Acoustic standing waves in a 3-d box. |
 | Acoustic Interference Applet Generates audio interference between your speakers. |
 | Fourier Series Applet Frequency analysis of periodic functions. |
 | Digital Filters Filters digital signals and plays the output on your speakers. |
 | 2-D Electrostatics Applet Demonstrates static electric fields and steady-state current distributions. |
 | 2-D Electrostatic Fields Applet Demonstrates electric fields in various 2-D situations; also shows Gauss's law. |
 | 3-D Electrostatic Fields Applet Demonstrates electric fields in various 3-D situations. |
 | 3-D Magnetostatic Fields Applet Demonstrates magnetic fields in various situations. |
 | 2-D Electrodynamics Applet (TE) Demonstrates electromagnetic radiation. |
| 2-D Electrodynamics Applet (TM) Demonstrates electromagnetic radiation, induction, and magnetostatics. |
 | Analog Circuit Simulator Applet Demonstrates various electronic circuits. |
 | Cavity Modes Applet Electromagnetic waves in a 3-d rectangular cavity. |
 | Waveguide Modes Applet Electromagnetic waves in a waveguide. |
 | Antenna Applet Generates antenna radiation patterns. |
 | Fresnel Diffraction Applet Generates Fresnel diffraction patterns. |
 | Hydrogen Atom Applet Shows the orbitals (wave functions) of the hydrogen atom. |
 | Molecular Orbitals Applet Shows the orbitals (wave functions) of the hydrogen molecular ion. |
 | 1-D Quantum Mechanics Applet Single-particle quantum mechanics states in one dimension. |
 | 1-D Quantum Crystal Applet  Periodic potentials in one dimension. |
 | 1-D Quantum Transitions Applet Radiative transitions (absorption and stimulated emission) in one dimension. |
 | Atomic Dipole Transitions Applet Radiative transitions (absorption and stimulated emission) in atoms. |
 | 2-D Rectangular Square Well Applet Rectangular square well (particle in a box) in two dimensions. |
 | 2-D Circular Square Well Applet Circular square well in two dimensions. |
 | 2-D Quantum Harmonic Oscillator Applet Harmonic oscillator in two dimensions. |
 | Quantum Rigid Rotator Applet Particle confined to the surface of a sphere. |
 | 3-D Quantum Harmonic Oscillator Applet Harmonic oscillator in three dimensions. |
 | Dot Product Applet Demonstrates the dot product or scalar product of two vectors. |
 | Matrix Applet Demonstrates 2-d transformations using a matrix. |
 | 2-D Vector Fields Applet Demonstrates various properties of vector fields, including divergence and curl, etc. |
 | 3-D Vector Fields Applet Demonstrates vector fields in 3 dimensions. Includes the Lorenz Attractor and Rossler Attractor. |
 | Gas Molecules Simulation Applet Demonstrates the kinetic theory of gases. |
 | Thermal Camera Pictures Some sample pictures taken with a thermal (infrared) camera. (This is not an applet but I thought I'd throw it in here anyway.) |
 | A Sense of Scale Provides a visual comparison of various distances, from very small objects like protons and electrons, to distances between galaxies. (Not an applet, but I thought I'd include it here anyway.) |
 | Ordinary Differential Equations Applet Visual differential equation solver. |
 | Euler's Equation Applet Demonstrates Taylor series expansion of complex exponentials. |
