Archivo del sitio

El detector AMS

Hace unos días leí la noticia de que el detector AMS (Espectrómetro Magnético Alfa) abandonó la sede del CERN en Ginebra camino de su destino final, la Estación Espacial Internacional (ISS).

Ahora mismo debe estar en el ESTEC, el centro de investigación y tecnología de la Agencia Espacial Europea (ESA) en Nordwijk, Países Bajos, en donde se estarán haciendo pruebas para comprobar su capacidad para soportar un despegue del transbordador espacial y su funcionamiento en el espacio.

En el ESTEC, el AMS se colocará en la cámara de termo-vacío de la ESA, que simula el vacío espacial, para hacer pruebas sobre la capacidad del detector de intercambiar calor, manteniendo su equilibrio térmico, esencial para el funcionamiento de la electrónica del detector y especialmente de su singular imán superconductor, el primero de su especie que se lanza al espacio.Será la primera vez que se va a probar en vacío. Después del test, puede que el AMS vuelva al CERN para una comprobación final y después saldrá hacia el Centro Espacial Kennedy para su lanzamiento. El despegue a bordo del transbordador espacial Discovery está previsto para julio de 2010.

La pregunta es qué es el AMS y para qué lo van a enviar a la ISS.

El AMS es un detector de rayos cósmicos valorado en más de mil millones de Euros, y será llevado hasta la ISS por el transbordador espacial, su misión será detectar galaxias lejanas formadas completamente por antimateria. El AMS también buscará positrones y electrones en el espacio, como posibles marcadores de materia oscura, poniendo a prueba las teorías más aceptadas sobre dicha materia. Asimismo, buscará strangelets, una forma de materia, aún teórica, que es ultra-masiva porque contiene los famosos quarks extraños. Un mejor entendimiento de los strangelets ayudará a los científicos a estudiar los microquásares y también los diminutos agujeros negros primordiales, a medida que se evaporan, lo que probaría la existencia de estos diminutos agujeros negros.

Todos estos fenómenos exóticos pueden hacerse notar por los rayos cósmicos que emiten  ultra-alta energía, que es el tipo de partículas que constituyen la especialidad del AMS.

El AMS se puede comparar con los aceleradores de partículas de elevada potencia, como el LHC.  Más que detectar rayos cósmicos de alta velocidad que provienen de todas partes de la galaxia, estos aceleradores crean sus propias partículas, usando enormes cantidades de energía. Para estudiar dichas partículas, la CERN y el AMS usan el mismo truco: ambos utilizan poderosos campos magnéticos para desviar las trayectorias de las partículas, y con detectores hechos con placas de silicio y otros sensores colocados en el interior de los detectores, trazan las trayectorias curvas de las partículas.

Los sensores generan muchos terabits de datos y las supercomputadoras se encargarán de reducir todos esos datos para de ellos inferir la masa de cada partícula, su energía y su carga eléctrica. La supercomputadora es, en parte, la razón principal por la cual el AMS debe montarse en la ISS en vez de ser un satélite independiente. El AMS produce datos en cantidades tan grandes que no pueden ser enviados a la Tierra desde el espacio, así que se deberá llevar a bordo una supercomputadora para hacer la reducción de los datos en órbita.

Sin embargo, hay dos diferencias importantes entre el AMS y los aceleradores como el LHC. En primer lugar, el AMS detectará partículas tales como núcleos pesados que poseen muchísima más energía que la que los aceleradores de partículas pueden reunir. Los rayos cósmicos pueden tener energías de 100 millones de TeV o más, contra los cerca de 7 TeV que se pueden obtener en el LHC. La otra diferencia importante es que los aceleradores pueden hacer chocar las partículas unas contra otras para aprender algo sobre las partículas mismas, mientras que el AMS tomará muestras de partículas de alta energía que provienen del espacio profundo con el fin de conocer algo más sobre el cosmos.

Los trabajos en los que se va a utilizar el AMS será, por ejemplo, en resolver uno de los  misterios más intrigantes de la cosmología, como es el caso de la antimateria perdida. Como ya traté en la entrada Quarks, gluones y antimateria existe unas grandes incógnitas acerca del misterio de la antimateria-materia producida después del Big Bang. Puede ser que algunas galaxias lejanas estén hechas enteramente de antimateria en vez de materia. Debido a que la antimateria no es nada diferente de la materia común, los astrónomos no podrían distinguir si una galaxia lejana está hecha de materia o de antimateria sólo observándola. Sin embargo, el AMS hallaría fuertes evidencias de las galaxias de antimateria si detectara tan sólo un núcleo de anti-helio o de algún elemento de antimateria más pesado. El AMS posee alrededor de 200 veces más poder de recolección de partículas que ningún otro detector que se haya enviado antes al espacio. Si el AMS no detecta núcleos de anti-helio, se supone que los científicos sabrán que no hay galaxias de antimateria en aproximadamente la frontera del universo observable.

Se cree que el AMS también ayudará a resolver la naturaleza de la materia oscura. Los científicos saben que la gran mayoría del universo esta compuesta por una materia oscura que aún no ha podido ser vista directamente. No se sabe que es realmente, hay una teoría que dice que está formada por una partícula llamada neutralino. Las colisiones entre éstos deberían de producir una gran cantidad de positrones de alta energía, de modo que el AMS, buscando entre el exceso de esos positrones podría probar que la materia oscura está hecha de ellos.

Estos experimentos son complementarios de los que se realizarán en el LHC y con ellos se pretende tanto entender el origen del universo, como su funcionamiento.

Materia Oscura

Hace un par de días se batió en el LHC el record de energía alcanzado en un acelerador de partículas.  El haber alcanzado una energía de 1,8 TeV (Teraelectrón-Voltio), superando así el record del Tevatrón del laboratorio Fermi de los Estados Unidos es un logro tremendo. Pero no hay que olvidar que el objetivo del LHC es que por cada haz del colisionador circule una energía de 3,5 TeV a finales de 2010. Así pues, se espera que circule una energía del 7 TeV (3,5 TeV x 2) , siete veces más energía que en el laboratorio Americano. Aprovechando este hito me gustaría seguir aproximándome al conocimiento del universo que nos rodea, en concreto a una parte de la masa/energía tan escurridiza casi como el ya famoso Bosón de Higgs; la llamada Materia Oscura.

En instantes inmediatamente posteriores al Big Bang el universo era liso, sin rasgos. Según fue pasando el tiempo se organizó hasta el punto que lo conocemos hoy. Sabemos que nuestro sistema solar está organizado y los planetas (incluida la tierra) giran en órbitas alrededor del Sol. En una escala mucho mayor que el sistema solar (alrededor de 100 millones de veces más grande) las estrellas se organizan en galaxias. Nuestro Sol es una estrella media en una galaxia media llamada La Vía Láctea. La Vía Láctea contiene cerca de 100 mil millones de estrellas. Sí, eso es 100000000000 estrellas. En las escalas aún más grandes, las galaxias individuales son concentrada en grupos, o lo que los astrónomos llaman grupos de galaxias.

El grupo incluye las galaxias y todo el material que está en el espacio entre las galaxias. La fuerza que tiene el grupo en conjunto es la gravedad – la atracción mutua de todo en el Universo con respecto a todo lo demás. El espacio entre las galaxias en los cúmulos se llena con un gas caliente. De hecho, el gas es tan caliente (decenas de millones de grados) que brilla. Mediante el estudio de la distribución y la temperatura del gas caliente que podemos medir, permite a los científicos determinar la cantidad total de materiales que hay en esa parte del espacio.

Sorprendentemente, resulta que hay cinco veces más material en los grupos de las galaxias del que podemos esperar de las propias galaxias y gas caliente. La mayoría de la materia en los cúmulos de galaxias es invisible y, puesto que estos son las estructuras más grandes del Universo se mantienen unidas por la gravedad, los científicos han llegado a la conclusión de que la mayoría de lo que existe en todo el Universo es invisible. Estas cosas invisibles se denominan Materia Oscura. En la actualidad los científicos están  tratando de descubrir exactamente que es esa Materia Oscura y cuánta hay, amén de qué efecto puede tener sobre el futuro del Universo.

La Materia Oscura representa alrededor del 26% del Universo. El primer indicio de su existencia llegó en 1933, cuando las observaciones astronómicas y cálculos de los efectos gravitacionales revelaron que debe haber más ‘cosas’ en el universo que los telescopios pueden ver.

Los investigadores ahora creen que el efecto gravitacional de la Materia Oscura hace que las galaxias giren más rápido de lo esperado, y que su campo gravitacional desvíe la luz de los objetos que hay detrás. Las mediciones de estos efectos muestran que la Materia Oscura existe, y pueden ser utilizados para estimar la densidad de la Materia Oscura a pesar de que no se puede observar directamente.

La cuestión es qué es la Materia Oscura. Una idea es que podría contener “partículas supersimétricas”,  hipótesis de partículas que son asociadas a las ya conocidas en el Modelo Estándar. Los científicos esperan que en los experimentos ligados al detector ATLAS del LCH se puedan detectar los rastros de la misteriosa Materia Oscura.