31 de julio de 2012

Diez curiosidades sobre Curiosity (5)

Curiosidad 5: El aterrizaje 
Día -6

Para el aterrizaje de los predecesores del Curiosity, el Spirit y el Opportunity, se desarrolló un sistema de airbags que amortiguarían la caída del rover en la superficie de Marte. Pero Curiosity es tan grande que esa posibilidad es inviable.

Para este aterrizaje se ha desarrollado un sistema de grúas y retrocohetes que parecen sacados de una película de ciencia ficción. La NASA ha bautizado a la maniobra de aterrizaje como "los siete minutos de terror". Y no es para menos.

La estabilización por parte de los retrocohetes será la fase crítica del aterrizaje. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

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30 de julio de 2012

Diez curiosidades sobre Curiosity (4)

Curiosidad 4: La velocidad 
Día -7

En su viaje a Marte, el Curiosity recorrerá un total de 570 millones de Km. en 255 días a una velocidad media de 93000 Km/h (26 Km/s). A esa velocidad daría una vuelta a la Tierra en 25 minutos y llegaría a la Luna en 4 horas.

Sin embargo, cuando esté sobre suelo marciano el rover no superará la velocidad de 0.090 Km/h. Será comparable a la velocidad de una hormiga.

El Curiosity en su fase crucero viajó a una velocidad media de 26 Km/s. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

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29 de julio de 2012

Diez curiosidades sobre Curiosity (3)

Curiosidad 3: El más grande
Día -8

El rover Curiosity fue lanzado mediante un cohete Atlas V. La masa total en el momento del lanzamiento es de 531000 Kg, incluyendo el cohete. Una vez el rover se haya posado sobre la superficie de Marte, su masa será de 899 Kg. De toda ella, la instrumentación científica supone 80 Kg.

El rover Curiosity es el rover más grande enviado hasta ahora a Marte. Tiene una altura de 3 metros, un ancho de 2.2 metros y un largo de 2.7 metros. Es comparable a un pequeño vehículo utilitario.
El rover Curiosity y su comparación con el tamaño de una persona. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

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28 de julio de 2012

Diez curiosidades sobre Curiosity (2)

Curiosidad 2: El lanzamiento
Día -9

La primera idea para lanzar el Curiosity fue en octubre de 2009 pero por el retraso acumulado en varios elementos de la misión la NASA decidió retrasarlo hasta la siguiente ventana de lanzamiento.

En esta nueva ventana, el lanzamiento se esperaba para el 25 de noviembre de 2011, pero tras un retraso, sería al día siguiente, el 26 de noviembre de 2011 a las 16:02 (hora local peninsular española,) cuando el rover Curiosity fue puesto rumbo a Marte.

Lanzamiento de la misión MSL con el rover Curiosity a bordo el 26 de noviembre de 2011. Créditos: NASA/George Roberts.

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27 de julio de 2012

Diez curiosidades sobre Curiosity (1)

Faltan 10 días para que el rover Curiosity llegue a Marte y para realizar una cuenta atrás en mi blog una cuenta atrás os ofreceré 10 curiosidades sobre Curiosity, pero no os las pondré todas hoy, sino una cada día, hasta llegar al día anterior del aterrizaje.

Comenzamos con la primera y cada día, una más:

Curiosidad 1: ¿Por qué Curiosity?
Día -10

Para ponerle nombre al rover de la misión MSL se organizó un concurso entre alumnos estadounidenses. Podían enviar sus textos y el que más se identificara con la misión sería el elegido. El texto ganador fue escrito por la alumna Clara Ma. A continuación podéis leer un fragmento:

"La curiosidad es increíblemente fuerte. Sin ella, no seríamos lo que somos hoy. La curiosidad es la pasión que nos lleva a través de nuestras vidas. Nos hemos convertido en exploradores y científicos con nuestra necesidad de hacer preguntas y ser curiosos."

El rover Curiosity. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

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17 de julio de 2012

Llegando a Marte, paso a paso

El pasado 26 de noviembre de 2011 comenzó el viaje que puso a la misión Mars Science Laboratory (MSL) rumbo a Marte en un cohete Atlas V-541. A partir de ahí, el rover Curiosity inició un larguísimo viaje de 567 millones de kilómetros.

Lanzamiento de la misión MSL desde Cabo Cañaveral el 26 de noviembre de 2011. Créditos: United Launch Alliance.

Maniobras programadas

La primera maniobra programada fue el 11 de enero de 2012 haciendo un ligero cambio de rumbo y velocidad para dirigirse al punto donde se encontrará Marte el 6 de agosto de 2012. Inicialmente se lanzó el rover ligeramente desviado para después cambiar su trayectoria. Así se evita que la última fase del Atlas V, el propulsor Centaur, colisione con la superficie de Marte.

La segunda de las maniobras tuvo lugar el 26 de marzo y consistió en un ajuste de la velocidad de crucero para que el Curiosity aterrice en el lugar adecuado en el momento adecuado.

La última de las maniobras sucedió el 26 de junio. Consistió en variar la inclinación de la fase de crucero para una óptima aproximación.

Y el día en el que llegará el Curiosity será el 6 de agosto a las 05:31 TU (07:31 hora local peninsular española). Y esta llegada parece algo sacado de una película de ciencia ficción, pero no, será algo real. A continuación os describo los procesos:

T = -17 minutos (05:14 TU): Pérdida de la fase crucero

Aquí será cuando la etapa de crucero se desprenda, quedando la cápsula de descenso lista para hacer la entrada atmosférica. En esos momentos el instrumento MEDLI (MSL Entry, Descent and Landing Instrumentation) se pondrá en funcionamiento para medir los parámetros atmosféricos durante el proceso de descenso.

Representación artística de la cápsula de descenso todavía unida a la etapa de crucero. Créditos: NASA / JPL-Caltech.

T = -16 minutos (05:15 TU): "Turn to entry"

Dos pequeños propulsores eliminarán el giro de 2 rotaciones por minuto que ha acompañado al Curiosity durante gran parte de su viaje interplanetario. Una vez eliminado el giro, estos mismos propulsores cambiarán la orientación de la cápsula para situar el escudo térmico en la posición adecuada para la entrada atmosférica, maniobra conocida como "Turn to entry".

Representación artística de los propulsores eliminando el giro de la cápsula de descenso. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

Una vez orientada, dos pesos de 75 Kg cada uno se desprenderán de la cápsula. Son los conocidos como "dispositivos de balance de masa", que cambiarán el centro de gravedad de la cápsula y ayudarán a mantener el correcto ángulo de entrada.

T = -7 minutos (05:24 TU): Comienzan los "siete minutos de terror"

La sonda alcanzará la parte superior de la atmósfera marciana. Comenzará la fase EDL (Entry, descent and landing - Entrada, descenso y aterrizaje), y lo hará a una velocidad bastante elevada: más de 21000 Km/h. El escudo térmico se encargará de proteger al Curiosity del aumento de temperatura provocado por la fricción atmosférica.

Representación artística de la cápsula de descenso entrando en la atmósfera. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

El escudo alcanzará una temperatura de unos 2100º C, pero también frenará la velocidad de la cápsula en más de un 90% alcanzando valores de frenado de entre 10 y 15 veces la fuerza de la gravedad.

T = -3 minutos (05:28 TU): El paracaídas

Tras el frenado atmosférico la velocidad de la cápsula será de unos 1400 Km/h y estará situada a unos 11 Km de la superficie. Se desprenderán 6 pesos de 25 Kg cada uno para volver a cambiar el centro de gravedad de la cápsula.

Será entonces cuando el paracaídas se abra. Y no es un paracaídas cualquiera: hablamos de un paracaídas supersónico de 50 metros de largo y 16 metros de diámetro.

Pasados 24 segundos de la apertura del paracaídas el escudo térmico se desprenderá de la cápsula. La velocidad de la cápsula se habrá reducido hasta los 450 Km/h y habrá descendido 3 Km de altura.

Representación artística del paracaídas de la cápsula de descenso una vez desprendido el escudo térmico. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

El instrumento MARDI (Mars Descent Imager), situado en la parte baja del rover, comenzará a grabar y enviar imágenes del descenso. Serán las primeras imágenes enviadas por el Curiosity.

T = -1 minuto (05:30 TU): Los retrocohetes

Cuando el rover esté a 1600 metros sobre el suelo su velocidad estará por debajo de 300 Km/h. Entonces, de la parte superior de la cápsula se desprenderá una grúa dotada con retrocohetes y el rover acoplado en ella.

Representación artística de la grúa y el rover acoplado justo después de desprenderse de la parte superior de la cápsula. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

La misión de los retrocohetes será la de reducir la velocidad y posteriormente estabilizar la grúa en el aire a 20 metros sobre el suelo reduciendo totalmente la velocidad.

La parte superior de la cápsula y el paracaídas caerán en algún punto de la superficie de Marte alejado de la zona de trabajo del Curiosity.

T = 0 minutos (05:31 TU): El descenso

Cuando la grúa esté a 20 metros sobre el suelo y durante 20 segundos, los retrocohetes perderán potencia para descender a la vez que unos cables descuelgan al Curiosity. En el momento que el rover toque la superficie de Marte se activarán unas cargas explosivas que cortarán estos cables y el rover quedará posado en la superficie de Marte, concretamente en el cráter Gale.

Representación artística del rover Curiosity tocando la superficie de Marte. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

La grúa, al haber perdido los 899 Kg de masa del rover, saldrá disparada hacia un lado, estrellándose en algún lugar de Marte a varios kilometros de la zona de trabajo.

Lo mejor de todo

Como siempre, lo mejor para el final: La maniobra que os he descrito dura un total de 17 minutos, pero Marte no está aquí al lado: está muy lejos. Y las señales que recibamos, aunque viajan a la velocidad de la luz, tardan en llegar 13.8 minutos.

Por lo tanto si el Curiosity nos envía una señal de error, tardará esos 13.8 minutos en llegar más otros 13.8 minutos que tarde en recibir la respuesta. En total habrán pasado 27.6 minutos y el rover no recibirá la señal porque estará estrellado en el suelo marciano.

Por lo tanto la maniobra de aterrizaje no se ejecutará "en directo", sino que estará debidamente programada y preparada para reaccionar ante posibles errores.

Representación artística del rover Curiosity "en acción". Créditos: NASA/JPL-Caltech.

Pero seguro que todo sucede tal y como está previsto. No obstante, cruzaremos los dedos.
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4 de julio de 2012

El Higgs ya está aquí

En primer lugar, os adelanto que en este post podréis leer si la partícula que encajaría con el modelo del bosón de Higgs se ha descubierto o no y en qué condiciones, aunque por el título del post ya podéis intuir algo. El que no pueda esperar, puede irse al último apartado titulado "El descubrimiento" y allí lo podréis leer. Para los más pacientes, os iré recopilando lo que ha sucedido en estos últimos días, así que, podéis leer el post en el orden que queráis.

Los precedentes

Días antes de que el CERN ofreciese noticias concluyentes sobre el bosón de Higgs, mucho se especuló en torno a filtraciones. Pero antes de nada me gustaría poneros en situación.

El bosón de Higgs se predijo hace casi 50 años. Según el modelo estándar es una partícula que mediante su campo dota de masa a la materia y es el eslabón perdido entre la fuerza nuclear débil y la electromagnética para tener así una única "interacción electrodébil".

Peter Higgs junto a las ecuaciones que predicen la existencia del bosón que lleva su nombre.

Un inciso: el GeV o gigaelectronvoltio 

En algunos post anteriores he nombrado en varias ocaciones al GeV o gigaelectronvoltio. ¿Qué es esto? Ni más ni menos que una medida de energía:

1eV = 1.6021 × 10-19 J

Por lo tanto, un GeV son 1,6021 × 10-10 J y si sustituimos este valor de energía en la famosa ecuación y despejamos la masa obtenemos:

E = mc2 --> m = E / c2

Y estaríamos hablando de una masa de:

m = 1.6021 × 10-10 / (2.9979 × 108)2 = 1.7825 × 10-27 Kg

Masa de 125 GeV

Parece ser que la filtración (o una de las filtraciones) de la que echaron mano diferentes medios se centró en una supuesta señal de desintegración de una partícula consistente con el modelo teórico del Higgs. Esta desintegración tuvo lugar en dos fotones de alta energía, esto es, una de las formas más limpias que se tiene para detectar al bosón entre los cientos de miles de millones de colisiones registradas en el LHC del CERN.

Y todo esto parece que sucedió a una masa de 125 GeV, tal y como se especuló el año pasado. Según las ecuaciones de arriba ese valor de energía correspondería a una masa de:

m = 2.2281 × 10-25 Kg 

o lo que es lo mismo, 133.2177 veces la masa del protón.

El problema es que los experimentos ATLAS Y CMS obtuvieron este valor de masa con una precisión entre 4.5 y 5 sigmas y los científicos de los diferentes experimentos mantenían que no anunciarán el hallazgo del Higgs hasta que su precisión no superase el 5 sigma, esto es, una probabilidad menor de 0.00006% de error y este valor es el mínimo para que un descubrimiento pueda ser tratado como tal.

Representación del LHC y la localización de los experimentos CMS y ATLAS.

Desde el Tevatrón (Laboratorio Fermilab en EE.UU.) también se hicieron investigaciones para capturar la escurridiza partícula y, a pesar de que cerró en 2011, todavía se analizan los datos. Según este laboratorio el Higgs se encontraría entre las masas de 115 y 135 GeV con una certeza de 2.9 sigma.

La opinión de los investigadores

Martinus Veltman, premio Nobel de Física en 1999 por su trabajo en el modelo estándar afirmó que "hay algo, hay una resonancia. Ahora tenemos que averiguar si cumple todas las propiedades que se supone que tiene el bosón de Higgs".

Carmen García, investigadora del experimento ATLAS, que no pudo hablar del descubrimiento hasta el día de hoy, afirmó unos días antes que “su descubrimiento supondría una mejor comprensión del universo (...) Sería el comienzo de una nueva fase en la física de partículas”.

Teresa Rodrigo, investigadora del experimento CMS, al igual que su compañera no pudo hablar de los resultados pero comentó que “si hay excesos de datos en una región de masa dada la estadística actual será insuficiente para concluir firmemente que este exceso de deba sin lugar a dudas a su existencia".

Martinus Veltman, ganador del Premio Nobel de Física en 1999 junto a Gerardus 't Hooft por elucidar la estructura cuántica de la interacción electrodébil en física.

Las "filtraciones"

     - El comunicado del CSIC

El 2 de julio, Emilio Lora Tamayo, director del CSIC envió un comunicado para hacernos partícipes de "la inminente noticia que se anuncia para esta semana en relación al descubrimiento de la evidencia experimental del bosón de Higgs".

Según este comunicado la evidencia de la existencia del Higgs se produciría "con masa 125 GeV". Este afinamiento en los resultados se debe a todos los resultados obtenidos en 2012 que han sido muy superiores a los tomados en 2011, por lo tanto la precisión con la que se ofrecería la evidencia sería mucho mayor. Para Lora Tamayo, "estamos ante un momento histórico de la ciencia" si el hallazgo se llegase a confirmar.

     - Revista Nature

Según la prestigiosa revista Nature, se presentaría la evidencia de una partícula nueva, pero serán necesarios más datos para confirmar que sea el bosón de Higgs. Un científico del CERN que quiso permanecer en el anonimato comentó que "sin lugar a dudas tenemos un descubrimiento".

Mi apuesta

En el post que titulé "acorralado", del pasado 26 de junio, me aventuré a hacer mi propia predicción en base una rueda de prensa que ofreció Rolf Heuer, director general del CERN:

"El 4 de julio saldremos de dudas, aunque bajo mi punto de vista, escuchando a Heuer lo primero que me viene a la cabeza es que han encontrado algo que no les encaja con las predicciones teóricas."

El descubrimiento

"Hoy es un día especial porque vamos a actualizar los datos de ATLAS y CMS para buscar una partícula. Me he olvidado del nombre de esta partícula", bromea Rolf Heuer al comienzo de su discurso en la sala de conferencias del CERN.

     - Turno de Incandela (CMS)

Tras la introducción de Heuer, Joe Incandela, portavoz del CMS comienza su discurso. Se muestra nervioso y lo reconoce. En sus transparencias presenta todas las partículas del modelo estándar conocidas para después mostrar los supuestos modos de desintegración del Higgs.

Incandela explica cómo funciona el experimento CMS y algunos resultados de 2011 sobre la búsqueda de este bosón. Estos resultados que se muestran como buenas noticias para confirmar el Higgs ya que los datos encajan con gran exactitud en el modelo teórico.

Esquema del experimento CMS. Créditos: CMS / CERN.

Finalmente, mostró unos resultados de dos canales con una fiabilidad entre 4.7 y 5.0 sigma a una masa de 125.5 GeV. Aplausos en la sala al oir la noticia. Ahora Incandela habla de los otros canales, esperemos que la sigma no decaiga.

La combinación de todos los canales (no es tarea fácil, según los expertos), ofrece una precisión de 4.9 sigma, dando la localización de una nueva partícula en una masa de 125.3 +/- 0.6 GeV.

"Se trata de un resultado todavía preliminar, pero creemos que es muy fuerte y muy sólido", afirmaba Incandela.

     - Turno de Fabiola Gianotti (ATLAS)
Turno de Fabiola Gianotti, portavoz del ATLAS. Gianotti alaba el perfecto funcionamiento tanto del LHC como del ATLAS y uestra resultados de varias colisiones, pero sin entrar en detalles.
Los canales de desintegración utilizados para encontrar el bosón de Higgs son introducidos por Gianotti para a continuación presentar los datos, aunque como en el caso anterior, comienza por los datos de años anteriores. Gianotti adelanta que el análisis se ha mejorado y se ha aplicado a los datos de 2012.

Esquema del experimiento ATLAS. Créditos: ATLAS / CERN.

De momento en el canal fotón-fotón Gianotti muestra resultados con un 4.5 sigma en 126 GeV. Los resultados que muestra son muy esperanzadores y parecen ser compatibles con los del CMS. Mientras tanto, a Gianotti le entra una risa nerviosa para dar paso a las últimas diapositivas de su presentación.

"¿Sólo me quedan 7 minutos?" Exclama Gianotti mientras le comunican que tiene que ir terminando. A la vista está que todavía tiene mucho que contar. Pasa a hablar de la combinación de los distintos canales y ofrece la gran noticia: Han encontrado una nueva partícula entorno a una masa de 126.5 GeV  con una precisión de 5.0 sigma.

"Observamos en nuestros datos claros signos de una nueva partícula con un nivel de confianza estadística de 5 sigma (99.9994%) entorno a 126.5 GeV", concluyó Gianotti.

Resumiendo

Una partícula ha sido descubierta. Por parte del CMS ha sido a una masa de 125.3 +/- 0.6 GeV a 4.9 sigma. ATLAS la ha descubierto a una masa entorno a 126.5 GeV con 5.0 sigma de evidencia local. Y esta nueva partícula descubierta por los dos experimentos es consistente con la teoría del bosón de Higgs.

"Lo tenemos. Es un hito histórico pero es sólo el principio", dice Heuer mientras la sala se llena de aplausos y gritos.

Un Peter Higgs, visiblemente emocionado incapaz de contener las lágrimas, pone el punto final a esta conferencia. "Es lo más increíble que me ha pasado en la vida", dijo.

Peter Higgs emocionado en los momentos finales de la conferencia.

Ahora la misión es recabar más datos para que esta nueva partícula consistente con la teoría del bosón de Higgs pueda confirmarse al 100%.

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