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El CERN estudia una desintegración extraordinariamente exótica. Es una gran oportunidad para ir más allá del Modelo Estándar
Desintegración. Radiactividad. Antes de sumergirnos en el hallazgo que ha realizado el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), que es el auténtico protagonista de este artículo, nos interesa afianzar bien estos dos conceptos, así que os propongo que indaguemos un poco en ellos (si ya los conocéis a fondo os sugiero que saltéis a la sección del artículo titulada ‘Ha llegado la hora de los kaones’). La radiactividad es el proceso de origen natural que explica cómo un núcleo atómico inestable pierde energía en el intento de alcanzar un estado más estable. Y para lograrlo emite radiación.
Alrededor del núcleo orbitan una o varias partículas elementales aún mucho más diminutas y con carga eléctrica negativa a las que llamamos electrones. El núcleo, a su vez, está conformado por uno o varios protones, que son partículas con carga eléctrica positiva. El átomo más sencillo que podemos encontrar en la naturaleza es el de protio (hidrógeno-1), un isótopo del hidrógeno que tiene un único protón en su núcleo y un único electrón orbitando en torno a él.
El problema es que la materia no está compuesta únicamente de protio, sino también de muchos otros elementos químicos más complejos y pesados, y que, por tanto, tienen más protones en su núcleo y más electrones orbitando en torno a él. ¿Cómo es posible que haya más de un protón en el núcleo si todos ellos tienen carga eléctrica positiva? Lo razonable es pensar que no podrían estar muy juntos porque al tener la misma carga eléctrica elemental se repelerían. Y sí, esta idea es coherente. Los responsables de resolver este dilema son los neutrones, las partículas que conviven con los protones en el núcleo atómico.
La estabilidad lo es todo
A diferencia de los protones, los neutrones tienen carga eléctrica global neutra, por lo que no «sienten» ni la repulsión ni la atracción electromagnética a la que están expuestos los protones y los electrones. La función de los neutrones no es otra que estabilizar el núcleo, permitiendo que puedan convivir en él varios protones que, de otra forma, se repelerían. Y consiguen hacerlo gracias a la acción de una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: la interacción nuclear fuerte.
Las otras tres fuerzas son la interacción electromagnética, la gravedad y la interacción nuclear débil. Los físicos suelen colocar a este mismo nivel el campo de Higgs, que es otra interacción fundamental que explica cómo las partículas adquieren su masa, pero para facilitar su comprensión los textos suelen recoger como fuerzas fundamentales las cuatro que he mencionado un poco más arriba porque son de alguna manera con las que todos estamos familiarizados.
Un átomo es estable si su núcleo tiene una cantidad precisa de nucleones y el reparto de estos entre protones y neutrones permite que la interacción nuclear fuerte actúe como “pegamento”
Los nucleones, que son los protones y los neutrones del núcleo atómico, consiguen mantenerse juntos y vencer la repulsión natural a la que se enfrentan los protones debido a que la presencia de los neutrones permite que la fuerza nuclear fuerte ejerza como un pegamento capaz de imponerse a la fuerza electromagnética. La interacción nuclear fuerte tiene un alcance muy reducido, pero a cortas distancias su intensidad es enorme. Lo importante de todo esto es que los neutrones, como os adelanté unas líneas más arriba, actúan estabilizando el núcleo atómico, de manera que a medida que un átomo tiene más protones necesitará también que en su núcleo haya más neutrones para que la fuerza fuerte atractiva consiga imponerse a la fuerza electromagnética repulsiva.
Curiosamente, el equilibrio entre la cantidad de protones y neutrones es muy delicado. Un átomo es estable si su núcleo tiene una cantidad precisa de nucleones y el reparto de estos entre protones y neutrones permite que la interacción nuclear fuerte actúe como “pegamento”. Por esta razón en la naturaleza solo podemos encontrar una cantidad finita de elementos químicos: los que recoge la tabla periódica con la que todos estamos en mayor o menor medida familiarizados. Cualquier otra combinación de protones y neutrones no permitiría mantener ese fino equilibrio, dando lugar a un átomo inestable.
Lo que diferencia a un átomo estable de uno inestable es que en el núcleo de estos últimos la interacción nuclear fuerte y la fuerza electromagnética no están en equilibrio, por lo que el átomo necesita modificar su estructura para alcanzar un estado de menor energía que le permita adoptar una configuración más estable. Un átomo estable está «cómodo» con su estructura actual y no necesita hacer nada, pero uno inestable necesita desprenderse de una parte de su energía para alcanzar el estado de menor energía del que acabamos de hablar.
En ese caso ¿cómo consigue el átomo desprenderse de una parte de su energía? La respuesta es sorprendente: recurriendo a un mecanismo cuántico conocido como «efecto túnel» que le permite hacer algo que a priori parece imposible, y que no es otra cosa que superar una barrera de energía. Este efecto cuántico es complejo y muy poco intuitivo, pero, afortunadamente, no es necesario que profundicemos en él para entender con claridad cómo funciona la radiactividad. Lo que sí es importante es que sepamos que un átomo inestable tiene a su disposición cuatro mecanismos diferentes que pueden ayudarle a modificar su estructura para adoptar una configuración estable: la radiación alfa, beta, beta inversa y gamma.
El primero de estos mecanismos, la radiación alfa, permite al átomo deshacerse de una parte de su núcleo emitiendo una partícula alfa, que está constituida por dos protones y dos neutrones. El siguiente mecanismo es la radiación beta, que necesita que un neutrón del núcleo atómico se transforme en un protón, y durante este proceso además emite un electrón y un antineutrino. La radiación beta inversa funciona justo al contrario que la radiación beta: un protón se transforma en un neutrón y este proceso emite un antielectrón y un neutrino, que son las antipartículas del electrón y el antineutrino emitidos por la radiación beta.
Y, por último, la radiación gamma, que es la más energética y la más penetrante de todas, requiere la emisión de un fotón de alta energía, conocido habitualmente como rayo gamma, por lo que el núcleo atómico mantiene su estructura original. Algunos de estos fotones de alta energía son capaces de atravesar muros de hormigón muy gruesos y planchas de plomo, por lo que esta es la forma de radiación más peligrosa de todas.
Como acabamos de ver, la radiactividad permite a los átomos inestables desprenderse de una parte de su energía con el propósito de alcanzar un estado menos energético y más estable, pero ¿qué sucede realmente con esa energía? El principio de conservación de la energía dice que no puede destruirse, así que necesariamente se la llevan las partículas emitidas por el átomo inestable como resultado de cualquiera de las cuatro formas de radiación de las que acabamos de hablar. Esa energía provoca que las partículas emitidas salgan despedidas como diminutas balas que tienen la capacidad de interaccionar con la materia que encuentran a su paso.
Ha llegado la hora de los kaones
Todos los experimentos diseñados por el CERN son interesantes, pero el que llaman NA62, en mi opinión, va un paso más allá. Es apasionante. Y lo es debido a que su propósito es estudiar los procesos de desintegración más extraños con la esperanza de que alguno de ellos permita a los físicos ir más allá de los sólidos muros del Modelo Estándar y elaborar nueva física. Ni más ni menos. Lo curioso es que los kaones interpretan un papel protagonista en el experimento NA62.
Un kaón es una partícula subatómica de la familia de los mesones que está constituida por un quark y un antiquark. Lo que los hace tan especiales es que el quark pertenece a una clase exótica de estas partículas conocida como “extraño” (strange), lo que permite a los kaones diferenciarse claramente de otras partículas, como los protones o los neutrones. En cualquier caso la mayor peculiaridad de los kaones consiste en que tienen una vida extremadamente corta, por lo que poco después de originarse se desintegran y dan lugar a la producción de otras partículas más sencillas en un proceso similar a los que hemos descrito en el apartado anterior de este artículo.
No obstante, esto no es todo. La desintegración de los kaones es muy peculiar. De acuerdo con las predicciones del Modelo Estándar, que es la teoría de la física de partículas más consistente que existe, menos de uno de cada 10.000 millones de kaones se desintegra dando lugar a la producción de un pion y dos neutrinos. Es evidente que se trata de un suceso extremadamente infrecuente. Tanto, de hecho, que el experimento NA62 del CERN ha sido desarrollado ante todo para detectar y estudiar este tan poco frecuente proceso de desintegración del kaón.
Lo sorprendente es que la tasa de desintegración de un kaón en un pion y dos neutrinos que ha medido el experimento NA62 es de aproximadamente 13 ocurrencias por cada 100.000 millones de kaones, lo que representa un valor casi un 50% más alto de lo predicho por el Modelo Estándar. Para los físicos esta discrepancia entre el valor medido experimentalmente y el predicho por la teoría no representa ningún problema. Todo lo contrario. Es una oportunidad.
“Si medimos una desviación del Modelo Estándar estaremos ante una señal clara de la existencia de nueva física”
Cristina Lazzeroni, profesora de Física de Partículas en la Universidad de Birmingham (Inglaterra), lo explica de maravilla: “Esta desintegración está extremadamente bien predicho por el Modelo Estándar y es sensible a una gran variedad de modelos teóricos que predicen la existencia de nueva física más allá del Modelo Estándar. Por esta razón, si medimos una desviación de este modelo estaremos ante una señal clara de la existencia de nueva física”.
Ojalá esta discrepancia se mantenga en el futuro, y, como apunta Lazzeroni, se confirme la presencia de nueva física. De momento el experimento NA62 continúa recopilando más datos, por lo que es probable que los físicos necesiten algunos años más para poder llegar a una conclusión definitiva acerca de la física que se esconde detrás de esta exótica desintegración de los kaones.
Imagen | CERN
Más información | CERN
En Xataka | Hito en física cuántica: el CERN ha observado el entrelazamiento cuántico a un nivel de energía inédito
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Texas hizo la carretera con más carriles del mundo para acabar con el tráfico. Con 26 carriles, sigue siendo una ratonera
El crecimiento demográfico, el desarrollo urbanístico y el gran boom del automóvil cruzaron sus caminos en el siglo XX para dar lugar a algunas de las carreteras más espectaculares de la actualidad: desde la Panamericana que nunca se ha cerrado a la carretera con la recta más larga del mundo. La lógica nos lleva a pensar: si hay más coches, entonces hacen falta más carriles para evitar atascos (spoiler: a partir de un punto, no funciona). Y si hablamos de carreteras con más carriles, hay un sitio que se lleva la palma: la Interestatal 10 en Estados Unidos.
El punto que nos interesa en cuestión está en Houston, Texas: allí una autopista ordinaria de seis carriles de los años 60 se convirtió gracias a una astronómica ampliación en la calzada más ancha del planeta. Es esta autopista estadounidense la que ostenta el récord con 26 carriles y no una autopista china, pese a la fama de los 50 carriles de la G4 Beijing-Hong Kong-Macao.
La carretera con más carriles está en Texas. Dentro de esa autopista que atraviesa Estados Unidos desde Santa Mónica en California hasta Jacksonville en Florida con un trazado de 2.460 kilómetros de longitud total hay un tramo concreto conocido coloquialmente como la Katy Freeway: un segmento de unos 37 kilómetros al oeste de Houston. En su punto más ancho, a la altura de Gessner Road, la vía alcanza los 26 carriles en total: 12 carriles principales (seis en cada dirección), 8 carriles de servicio (cuatro en cada dirección) y 6 carriles centrales de peaje dinámico.
Este corredor es la columna vertebral de la movilidad de todo el oeste de la de Houston, una de las ciudades más grandes de Estados Unidos y extremadamente dependiente del automóvil (incluso para ser EEUU): apenas tiene transporte público, planificación urbana escasa y con décadas de expansión periférica. En ese escenario, la I-10 es más que una autopista: es la arteria de la movilidad y en torno a ella se concentran parques empresariales, centros de logística, hospitales u universidades que dependen del vehículo privado
Un récord oficioso, que no oficial. La Katy Freeway ostenta este récord en la práctica, pero no es oficial (no hay un Guinness para esto) porque nadie se ha puesto de acuerdo en cómo contar los carriles. ¿Cuentas solo los de la calzada principal? Son 14. ¿Añades los carriles de servicio laterales y los de peaje del centro? Llegas a 26. Sin un criterio único y consensuado, Guinness no puede fijar un número y certificarlo.
Breve historia de su construcción y ampliación. La Katy Freeway fue construida en la década de 1960 y tenía de seis a ocho carriles, suficiente para las necesidades de movilidad de la época. Pero entre los 80 y los 90 Houston sufrió un crecimiento urbano espectacular: en el 2000, el tráfico superaba los 200.000 vehículos cuando había sido diseñada para 120.000. En 2004, la American Highway Users Alliance (AHUA) la clasificó como el segundo cuello de botella más grave del país: estimaban que los conductores perdían 25 millones de horas al año.
Así que la Administración planificó una ampliación viaria descomunal: una inversión de 2.800 millones de dólares y una obra de cuatro años entre 2004 y 2008 para incorporar por vez primera carriles de peaje dinámico en el interior de una autopista interestatal. Para hacer espacio demolieron un antiguo corredor ferroviario. Como curiosidad, en 2014 hubo otra pequeña ampliación para añadir un carril auxiliar en cada sentido.
Más carriles y más atascos. Como una imagen dice más que mil palabras, sobre estas líneas hay un gráfico de la organización sin ánimo de lucro City Observatory con datos del organismo oficial de tráfico de Houston. City Observatory recoge que la AHUA calificó en un informe que esta ampliación fue uno de los grandes casos de éxito de la ingeniería de tráfico para aliviar las retenciones y atascos, no fue así: la congestión fue a peor. Apenas dos años después registraron que los tiempos de viaje en ese trayecto de 47 kilómetros desde la periferia hasta el centro de Houston aumentaron 13 minutos en la hora punta por la mañana y 19 minutos por la tarde.
Este fenómeno tiene nombre: demanda inducida. Desarrollada a fondo por Gilles Duranton y Matthew Turner en “The Fundamental Law of Road Congestion: Evidence from US Cities“, ofrece una conclusión clara: los vehículos-kilómetro recorridos aumentan proporcionalmente a los carriles disponibles y las nuevas vías atraen más conductores y más viajes hasta saturar la capacidad añadida.

El peaje de la G4, vista en Street View
Qué pasa con la G4 Beijing-Hong Kong-Macao. Es frecuente encontrar referencias a la G4 como “la autopista de los 50 carriles” adelantando así por la derecha a la Katy Freeway. La realidad es otra historia: según la verificación de Africa Check con Google Maps, la G4 es en la práctica una autopista de cuatro carriles a lo largo de casi toda su extensión de más de 2.000 kilómetros.
La ampliación a decenas de carriles que suele aparecer corresponde exclusivamente a la zona de peaje de Zhuozhou (puede comprobarse con Street View), cerca de Beijing, donde el número de carriles se expande puntualmente para distribuir el flujo a las cabinas de cobro. Apenas medio kilómetro después, vuelve a reducirse a cuatro. En 2015 hubo un atasco terrible durante la semana del Día Nacional de China en ese punto que originó colas de kilómetros y la difusión de esa supuesta “autopista de 50 carriles” cuando en realidad se trata de la infraestructura de peaje de una vía ordinaria de cuatro carriles.
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BTS se presenta en El Paso a días del concierto en México; reportan acoso a la banda y fallas logísticas
Usuarias de redes sociales reportaron haber permanecido por varias horas afuera del recinto donde se presentó BTS en El Paso, Texas durante la primera noche; además denunciaron la presencia de seguidoras afuera de su hotel pese a las restricciones.
BTS presentó dos conciertos completamente sold-out en el Sun Bowl Stadium cuya capacidad es para 51 mil 500 personas.
A través de videos y fotografías publicadas en redes sociales las Army estadounidenses denunciaron una mala organización por parte del personal del estadio quienes más tarde les habrían indicado que la logística había fallado ya que las entradas se encontraban saturadas debido a la alta afluencia de asistentes, según reportan.
En ese sentido, las fanáticas comenzaron a comunicarse a través de la plataforma de X en donde aseguraban que el concierto se encontraba retrasado por la mala distribución en el horario de las entradas.
“Me han dicho que el concierto sigue retrasado porque algunos Armys aún están afuera y otros intentan entrar ya que no hay muchas entradas. Un completo desastre”, denunció una cuenta de la base de fans a nivel internacional del grupo de K-Pop BTS.
En otras publicaciones las Army de El Paso, Texas afirmaron que personal del Sun Bowl Stadium cerró los accesos para personas con discapacidad, complicando aún más el flujo de asistentes.
Hasta el momento el recinto no ha confirmado ni desmentido las denuncias.
Esperan frente a su hotel a BTS
Tras el arribo del grupo de K-pop BTS al Aeropuerto Internacional de El Paso, Texas en un avión no comercial. Algunas de sus fanáticas acudieron al hotel donde se hospedarían pese a las indicaciones de no hacerlo ya que, los integrantes han expresado con anterioridad su incomodidad al respecto.
Los videos publicados en redes sociales mostraban a un grupo de más de 30 personas frente al hotel a la espera de poder conocerlos durante su camino al estadio. El lugar fue resguardado por la seguridad con vallas metálicas que impedían el paso de Army, sin embargo al salir los gritos y empujones ocasionaron la pronta salida de BTS.
Cabe mencionar que Jin, Jimin, J-Hope, Jungkook, Suga, “V” y RM a través de la plataforma de mensajería Weverse han expresado su rechazo a aquellas fanáticas que optan por seguirlos durante sus estadías en los lugares que visitan así como su esperar en hoteles y aeropuertos por lo que han solicitado en reiteradas ocasiones evitar hacerlo.
Army a nivel internacional mediante las fanbases —club de fans—han acordado no realizar este tipo de comportamientos como una muestra de respeto a los idols.
¿Cuándo viene BTS a México?
El próximo jueves BTS pisará tierras mexicanas tras haber permanecido casi cuatro años lejos de los escenarios debido a que los integrantes surcoreanos se encontraban cumpliendo con su servicio militar obligatorio.
Desde el anuncio oficial sobre las tres fechas que brindará BTS en el Foro GNP Seguros Army mexicana encabezó un movimiento de protesta ante los altos precios y tarifa dinámica que la boletera Ticketmaster suele ejecutar en los eventos masivos celebrados en la CDMX.
En respuesta, la Procuraduría Federal del Consumidor (Profeco) tomó medidas para prevenirlo y multó a la boletera.
Sin embargo, pese a la gran demanda que presentó BTS en México, sólo habrá tres fechas —sold-out— para el país los próximos 7,8 y 10 de mayo.
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el secreto para entender de una vez el sentido del olfato
Sabemos desde hace décadas cómo funciona lo que vemos, lo que oímos y lo que tocamos. La ciencia lleva un siglo cartografiando esos sentidos, de modo que cada señal sensorial tiene una dirección conocida, un recorrido trazado desde el órgano hasta el cerebro. Un par de ejemplos: este mapa de la retina o este de la cóclea. Había una asignatura pendiente: el olfato.
No porque nadie lo hubiera buscado sino porque el sistema olfativo tiene una complejidad descomunal: más de mil tipos distintos de receptores y veinte millones de neuronas en la nariz de un ratón. Un caos biológico al que un equipo de investigación de Harvard ha logrado dibujarle un mapa.
Lo que dice el mapa. El equipo científico ha descubierto que las neuronas olfativas no están distribuidas al azar en la cavidad nasal, sino que forman un código espacial basado en franjas solapadas organizadas por el tipo de receptor y que se distribuyen de la parte superior a la inferior de la nariz. Este patrón es prácticamente idéntico en todos los animales estudiados, de modo que se trata de una arquitectura biológica conservada y reproducible.
Lo más sorprendente es que esta disposición en bandas es un espejo del mapa del bulbo olfativo en el cerebro. Es decir, existe una continuidad topográfica: la posición de una neurona en la nariz determina exactamente a qué zona del cerebro enviará su señal. Esto significa que el cerebro “lee” los olores basándose en parte en la ubicación geográfica de la célula que detectó la molécula.
Por qué es importante. Porque es la pieza que faltaba para entender la neuroplasticidad y la regeneración del olfato. En la práctica, porque la pérdida del olfato carece en la actualidad de tratamientos eficaces: al conocer el diseño original del sistema, los investigadores pueden ahora entender por qué fallan las conexiones tras un traumatismo o una infección viral, algo que puso de manifiesto el COVID-19. Si no se entiende la arquitectura del sistema, la regeneración va a ciegas. Como destaca Sandeep Robert Datta, neurobiólogo del Blavatnik Institute de Harvard e investigador principal del paper, sin entender este mapa, los intentos de desarrollar nuevos tratamientos están condenados al fracaso.
Contexto. El olfato de los mamíferos es un sistema complejo. En el caso del ratón, cuenta con 20 millones de neuronas olfativas, cada una expresando uno de más de un millar de tipos de receptores distintos. Para hacernos a la idea, la visión en colores humana apenas se sustenta en tres tipos de fotorreceptores. Esta complejidad hizo que durante décadas la ciencia tendiera a asociar la distribución de los receptores de forma aleatoria.
A Linda Buck y Richard Axel descubrir los receptores olfativos en 1991 les valió el Premio Nobel de medicina en 2004, pero eso nos dijo qué detectaba los olores, no dónde ni cómo se organizaban. La buena noticia es que con los avances de la biología molecular hoy en día es posible analizar células individuales en su posición original mediante técnicas como la transcriptómica espacial.
Cómo lo han hecho. El equipo de Harvard analizó aproximadamente 5,5 millones de neuronas procedentes de más de 300 ratones combinando dos técnicas: la secuenciación unicelular para saber qué receptor expresa cada neurona y la transcriptómica espacial para saber exactamente dónde está situada en el tejido.
El estudio también identificó el mecanismo que construye ese mapa: el ácido retinoico. Al manipular los gradientes químicos de ácido retinoico durante el desarrollo embrionario, observaron que las franjas de estos receptores se desplazaban, confirmando que este ácido funciona como una especie de GPS molecular que indica a cada neurona dónde posicionarse y qué receptor expresar.
Sí, pero. La primera gran limitación del estudio es evidente: se ha hecho en ratones, por lo que como el propio equipo de investigación reconoce, aún no saben si la misma organización aplica en humanos. Aunque el sistema olfativo de los mamíferos se conserva en su mayoría, los seres humanos tenemos significativamente menos receptores funcionales (aproximadamente 350 frente a los más de 1.000 del ratón) y una anatomía nasal distinta, por lo que la existencia de estas franjas en humanos aún debe ser validada experimentalmente.
Además, aunque el mapa explica el dónde, aún no explica totalmente el porqué de ese orden específico. No sabemos si las franjas están agrupadas por la estructura química de los olores o por su relevancia biológica, por ejemplo el olor de la comida frente a olores de peligro. Resolver qué lógica obedece ese orden es el siguiente gran reto.
En Xataka | Las tiras nasales vuelven a estar de moda en el deporte. La ciencia ya dictó sentencia sobre ellas
Portada | Angela Roma y Datta Lab
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