¿Cuál es la naturaleza de la Materia Oscura? ¿Qué es la Energía Oscura que acelera la expansión del universo? ¿Cuál es la masa de los neutrinos? La teoría del Big Bang supuso una herramienta para entender la historia del Universo, pero aún surgen cuestiones sobre la evolución de la materia a todas las escalas. Las Astropartículas son probablemente una de las claves en todos estos misterios. Una mejor comprensión de estos nuevos mensajeros ofrecerá una marea de nuevos conocimientos. Pero surge otra pregunta: ¿encajarán estos descubrimientos en nuestras teorías actuales o nos obligarán a desarrollar una nueva física, revolucionando una vez más nuestra visión del mundo?

Debido a la Materia Oscura, la estructura del Universo se asemeja a una gran tela de araña. ¿Aceleradores? ¿Experimentos de Astropartículas? Sea de donde sea que lleguen nuevas revoluciones, cambiarán seguro nuestra concepción de la materia, el Universo y su historia. Por otro lado, proyectos como LAGUNA pueden arrojar luz sobre los secretos de los neutrinos y sus extrañas propiedades. ¿Abrirán una nueva era en la Física más allá del Modelo Estándar?

Me gustó mucho hablar algo sobre los premios Nobel científicos (Química, Física y Medicina) el año pasado. Por eso quería hacer algo similar con los premiados en 2009, aunque sólo sea por no discriminarlos. Y además lo prometido es deuda. La verdad es que las líneas de investigación galardonadas son muy interesantes.

Medicina

Los tres premiados descubrieron cómo los cromosomas están protegidos en sus extremos (que bautizaron como telómeros de “parte final”, en griego) por una cadena repetitiva de bases que estabiliza la estructura. También descubrieron la enzima telomerasa, encargada de añadir dichas bases (TTAGGG) al final de cada cadena de DNA de los eucariotas para formar los telómeros. La importancia de este descubrimiento radica en la relación de los telómeros con la muerte celular. Cuando las células se dividen, los telómeros se acortan en cada replicación. Así pues, el DNA está cada vez menos protegido y las células son más vulnerables a daños en su código genético. Se ha podido estudiar también que muchas células cancerosas tienen altos niveles de telomerasa, lo que hace que su DNA esté aún más protegido y, por tanto, sean más longevas (de ahí que sean más difíciles de eliminar completamente).

Física

Aquí el premio se divide en dos líneas primas hermanas y por tanto se reparte en dos mitades. La primera para Charles K. Kao y la otra para William S. Boyle y George E. Smith.

Kao se lleva el premio por sus investigaciones en fibra óptica y en la transmisión de la luz a través de éste material. Hoy en día las telecomunicaciones no serían nada sin fibra. De esto sabe mucho un asiduo lector del blog, ¿verdad Nacho? Igual se anima y nos escribe un artículo sobre el tema.

Boyle y Smith han sido galardonados por inventar el detector CCD. Seguro que todos vosotros tenéis uno o más de uno en casa. Los CCD son responsables de que ahora las cámaras de fotos ya no lleven carrete. Están formados por millones de diminutas células fotoeléctricas que trasforman la luz que les llega en pulsos eléctricos que luego interpreta un software para “revelar” la fotografía. Además de en las cámaras de fotos, los chips CCD se utilizan en multitud de aparatos de análisis avanzado.

Química

Este premio es, como el de Medicina, compartido entre los tres. Y es también bastante bioquímico. Se les ha otorgado el premio por sus estudios de la estructura y funciones de los ribosomas. Los ribosomas son unos pequeños traductores que viven en las células. Son los encargados de pasar del lenguaje del DNA (de cuatro “letras” que son las bases nitrogenadas) al idioma de las proteínas (de veinte “letras”, los aminoácidos). Se valen para ello del código genético; cada codón (secuencia de tres bases) es convertido en un aminoácido y enlazado con el siguiente, y así sucesivamente hasta que se llega a la señal de “terminación” (una combinación de bases que no corresponde con ningún aminoácido). La proteína resultante (una proteína es una cadena de aminoácidos) está lista para realizar su función. Podéis ver una animación del proceso de traducción en Youtube.

Imágenes: Web oficial de los premios Nobel

Lee también sobre los Nobel científicos 2008.

Los retos tecnológicos de los físicos estimulan a los científicos e ingenieros. Los aparatos desarrollados para estas investigaciones básicas encuentran otras aplicaciones y algunos permiten por ejemplo explorar el interior de los volcanes, el cuerpo humano, la corteza terrestre, monitorizar la atmósfera y los océanos…

Para detectar las señales inducidas por los hipotéticos WIMPs, partículas masivas postuladas como posibles constituyentes de la materia oscura, algunos experimentos alojados en laboratorios subterráneos utilizan detectores que trabajan a temperaturas cercanas al cero absoluto y sensibles a variaciones de temperatura de millonésimas de grado. Los laboratorios subterráneos ofrecen también el entorno ideal para medidas de bajas contaminaciones y otras aplicaciones.  Por otro lado, los detectores de rayos cósmicos pueden utilizarse para inspeccionar el interior de volcanes o pirámides, como observatorios oceánicos para estudiar los fondos abisales.

Imagen: El volcán Sarychev en erupción (NASA).

En la oscuridad de laboratorios subterráneos, bajo el mar o en el espacio, los científicos inventan nuevos instrumentos, mejoran la sensibilidad de sus detectores y reducen el ruido de fondo para seguir extendiendo los límites de nuestra comprensión de la materia y el Universo, de lo infinitamente pequeño y lo infinitamente grande.

Para comprender la materia es necesario desentrañar su estructura íntima y las reglas de ensamblaje de sus distintos componentes, por ejemplo descomponiéndola. Los físicos observan el resultado de las colisiones de partículas aceleradas a gran velocidad. En el CERN, el LHC, con sus 27 kilómetros de circunferencia es la última joya de estos aceleradores. Acelerará protones al 99.9999991% de la velocidad de la luz, dando 11245 vueltas al acelerador por segundo. Los experimentos alojados a lo largo del anillo estudiarán la materia buscando el bosón de Higgs, antimateria o materia oscura, es decir, algunas de las cuestiones más excitantes actualmente en la Física.

Durante un siglo, el origen de los rayos cósmicos más energéticos ha constituido un misterio. Desde todas las direcciones del espacio, partículas de energías extremas atraviesan el espacio casi a la velocidad de la luz. Identificar las fuentes capaces de acelerar estas partículas a energías millones de veces superiores a las producidas en los mayores aceleradores de la Tierra es uno de los retos de la nueva generación de grandes observatorios.

Los rayos cósmicos colisionan en la alta atmósfera provocando flujos de partículas secundarias llamados ‘cascadas’ o ‘lluvias’ de partículas, que pueden extenderse en superficie a lo largo de decenas de kilómetros cuadrados. Los rayos cósmicos más energéticos se cree que son producidos en los chorros emitidos por los núcleos activos de algunas galaxias y son cazados en observatorios que cubren enormes extensiones de superficie, ya que son muy escasos: uno por kilómetro cuadrado por siglo! En la pampa argentina un bosque de 1600 detectores registra estas partículas secundarias, es el observatorio Pierre Auger. Este nuevo tipo de instrumentación estudia la física de los rayos cósmicos analizando sus interacciones e identificando las direcciones de las que proceden. La misión espacial JEM-EUSO es una colaboración internacional de doce países, liderada por Japón y donde siete países son europeos, que permitirá desde la Estación Espacial Internacional detectar la radiación cósmica a las más extremas energías jamás observadas, en el rango del ZeV (10²¹ electronvoltios).

Imagen: Astronomy Picture of the Day #608 (NASA)