¿El neutrino es su propia antipartícula? El origen del universo

Un equipo interdisciplinar de científicos ha logrado demostrar que es posible construir un sensor ultrasensible basado en una nueva molécula fluorescente capaz de detectar la clase de desintegración nuclear que nos indicaría si un neutrino es su propia antipartícula.

Los resultados de este estudio, publicado en Nature, tienen un gran potencial para determinar la naturaleza del neutrino y poder responder así a preguntas fundamentales sobre el origen del universo.

Para responder a la pregunta "¿Por qué el universo está hecho de materia?", y así, por consiguiente, poder explicar la misteriosa asimetría cósmica entre materia y antimateria, como dijo en su día el físico Mejorana, "la clave está en la propia naturaleza del neutrino".

Para demostrar que el neutrino es su propia antipartícula hace falta observar un tipo raro de proceso nuclear llamado desintegración beta sin neutrinos, en el que simultáneamente dos neutrones (n) del núcleo se transforman en protones (p), mientra que dos electrones (e) se emiten fuera del átomo. Tal proceso puede ocurrir en algunos isótopos como Xenon-136, que tiene un núcleo de 54 p y 82 n, además de 54 e cuando es neutro. En el experimento NEXT del laboratorio de Canfranc (LSC) se buscan estas desintegraciones utilizando cámaras de gas de alta presión.

Cuando un Xe-136 decae espontáneamente, el resultado del proceso es la producción de un ion doblemente cargado de bario-136; con 54 e y un núcleo formado por 56 p y 80 n; y dos electrones.

Hasta ahora el experimento se ha centrado en observar estos dos electrones, cuya señal es muy característica del proceso, pero la señal es muy débil y por consiguiente difícil de observar, es decir, técnicamente inviable. Pues bien, con el estudio publicado en Nature, se apunta a que la hazaña puede ser factible después de todo.

La posibilidad se basa en la idea aportada por el prestigioso científico Nygren en 2016, que propuso la factibilidad de capturar el bario-136 con una molécula capaz de formar un complejo supramolecular con él y proporcionar una señal clara cuando esto ocurre, produciendo así un indicador molecular adecuado.

Sin embargo, el grupo liderado por el investigador FP Cossío, profesor de la Universidad del País Vasco y JJ Gómez- Cárdenas del Centro  Internacional de Física de Donostia, ha seguido un camino diferente, diseñando un indicador bicolor fluorescente (FBI) que combina una mejora de gran intensidad y un cambio de color dramático cuando la molécula captura bario-136.

Si una molécula del FBI sin bario se ilumina con luz ultravioleta, emite fluorescencia en el rango de luz verde, con un espectro de emisión estrecho de unos 550 nm. Sin embargo, cuando esta molécula captura el bario, su espectro de emisión cambia hacia azul (420 nm). La combinación de ambas características da como resultado una mejora espectacular de la señal, lo que es muy adecuado para futuros detectores de bario.

Una vez se haya construido el detector basado en FBI se podrán identificar los electrones y el átomo de bario producido en la reacción, es decir, el experimento tendrá un gran potencial para abordar si el neutrino es su propia antipartícula, lo que podría llevar a responder preguntas fundamentales sobre el origen del universo.

Leer el interesante artículo completo en Phys.org.

Los rayos cósmicos y su posible huella en la vida temprana

¿Conexión entre la física fundamental y el origen de la vida?

Antes del desarrollo de la propia vida (animales, bacterias, etcétera) las moléculas autorreplicantes evolucionaban lentamente de la materia simple a la vida bajo una lluvia constante de partículas energéticas desde el espacio.

Pues, en un nuevo artículo, un profesor de Stanford y un ex erudito postdoctoral especulan que esta interacción entre los protoorganismos antiguos y los rayos cósmicos puede ser responsable de una preferencia estructural crucial, llamada quiralidad, en las moléculas biológicas. Si su idea es correcta, sugiere que toda la vida en todo el universo podría compartir la misma preferencia quiral. La quiralidad es la existencia de versiones de moléculas de imagen especular. Como la mano izquierda y derecha, las formas quirales de una sola molécula se reflejan entre sí en forma, pero no se alinean si se apilan. En cada biomolécula principal (aminoácios, ADN, ARN) la vida solo usa una forma de mano molecular. Si la versión espejo de una molécula se sustituye por la versión regular dentro de un sistema biológico, el sistema a menudo fallará, o dejará de funcionar por completo. Por ejemplo, en el caso del ADN, un solo azúcar equivocado interrumpiría la estructura helicoidal estable de la molécula.

Fue Pasteur, en el año 1848, quien descubrió por primera vez esta homoquiralidad biológica, y desde entonces se ha debatido si la manejabilidad de la vida se debió al azar o a alguna influencia determinista desconocida. Y ya Pasteur planteó la hipótesis de que, si la vida es asimétrica, puede deberse a una asimetría en las interacciones fundamentales de la física que existe en todo el cosmos.

Ahora, los científicos aludidos al principio, proponen que la mano biológica que presenciamos en la Tierra se debe a la evolución en medio de la radiación polarizada magnéticamente, donde una pequeña diferencia en la tasa de mutación puede haber promovido la evolución de la vida basada en el ADN, en lugar de su imagen especular, detallando en su artículo su argumento a favor de los rayos cósmicos como el origen de la homoquiralidad, y discutiendo experimentos potenciales para probar su hipótesis.

Los rayos cósmicos que se originan en varias fuentes en todo el universo y que son de alta energía, golpean la atmósfera de la Tierra, degradándose eventualmente en partículas fundamentales que, a nivel del suelo, existen solo como partículas conocidas como muones, que son inestables, existiendo por solo 2 millonésimas de segundo, pero por su velocidad cercana a la de la luz (que alarga relativísticamente el tiempo), se detectan hasta más de 700 metros debajo de la superficie de la Tierra. Al estar polarizados magnéticamente, en promedio, todos los muones comportan la misma orientación magnética y, a su vez, se descomponen produciendo electrones con la misma polarización magnética. Pues, los investigadores creen que la capacidad de penetración del muón y estos electrones hijos afectan potencialmente a las moléculas quirales en la Tierra y en cualquier otro lugar del universo.

En su hipótesis, se sugiere que al comienzo de la vida en la Tierra, esa radiación constante afectaría a la evolución de las dos formas de vida espejo de diferentes formas, ayudando a una sobre la otra, y tales pequeñas diferencias en la tasa de mutación habían sido más significativas cuando la vida comenzaba y las moléculas eran muy simples y más frágiles, así que esa actuación durante miles de millones de generaciones de evolución produjeron la sola mano biológica que vemos hoy.

Esta idea "conecta la física fundamental y el origen de la vida". "Independientemente de si es correcto o no, unir estos campos muy diferentes es emocionante y un experimento exitoso debería ser interesante".

Leer el artículo completo en Phys.org.

Probabilidades de vida e inteligencia extraterrestres: nuevo estudio

En un artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, David Kipping, profesor asistente en el Departamento de Astronomía de Columbia, muestra cómo un análisis que utiliza una técnica estadística llamada inferencia bayesiana, puede arrojar luz sobre cómo podría evolucionar la vida extraterrestre compleja.

Para el estudio, Kipping utilizó la cronología de las primeras pruebas de la vida y la evolución de la humanidad. Preguntó con qué frecuencia esperaríamos que la vida y la inteligencia volvieran a surgir si la historia de la Tierra se repitiera, volviendo  a ejecutar el reloj una y otra vez.

Enmarcó el problema en términos de cuatro respuestas posibles: la vida es común y a menudo desarrolla inteligencia, la vida es rara pero a menudo desarrolla inteligencia, la vida es común y rara vez desarrolla inteligencia y, finalmente, la vida es rara y rara vez desarrolla inteligencia.

El método de inferencia  estadística bayesiana se utiliza para actualizar la probabilidad de una hipótesis a medida que se dispone de evidencia o información, estableciendo creencias previas sobre el sistema que se está modelando, que luego se combina con datos para emitir probabilidades de resultados.

A partir de las cuatro hipótesis anteriores, Kipping utilizó fórmulas matemáticas bayesianas para sopesar las medidas entre sí.

Según Kipping: "Cuando uno compara los escenarios de vida rara versus los de vida común, el escenario de vida común siempre es al menos nueve veces más probable que el raro".

El análisis se basa en la evidencia de que la vida surgió dentro de los 300 millones de años de la formación de los océanos de la Tierra como se encuentra en los depósitos de circón empobrecido en carbono 13, un comienzo muy rápido en el contexto de la Tierra.

Concluye Kipping que si los planetas con condiciones similares y líneas de tiempo evolutivas a la Tierra son comunes, entonces el análisis sugiere que la vida debería tener pocos problemas para emerger espontáneamente en otros planetas. Ahora, para que dichas vidas extraterrestres puedan ser complejas, diferenciadas e inteligentes, solo se encuentra 3:2 probabilidades a favor de la vida inteligente.

Tal resultado proviene de la aparición relativamente tardía de la humanidad en la ventana habitable de la Tierra, lo que sugiere que su desarrollo no fue un proceso fácil ni garantizado. En su opinión: "Si volvemos a jugar la historia de la Tierra, la aparición de inteligencia es en realidad algo improbable".

Referencia de la noticia: Phys.org.

Los fluidos moleculares más antiguos del sistema solar, claves para la vida temprana

Al estudiar el icónico meteorito Tagish Lake del Royal Ontario Museum (ROM), un grupo internacional de científicos, utilizando técnicas de última generación (tomografía con sonda atómica) para mapear átomos individuales en minerales formados en fluidos hace 4.500 millones de años, han encontrado la primera evidencia de fluidos ricos en sodio (y alcalinos) en los que se formaron los "framboides" de magnetita que probablemente se constituyeron en la corteza del asteroide, y estas condiciones de fluidos son preferenciales para la síntesis de aminoácidos, abriendo la puerta para que se forme vida microbiana desde hace esos 4.500 millones de años.

Mediante el uso de tales nuevas técnicas, como la citada tomografía por sonda atómica, los científicos esperan desarrollar método analíticos para los materiales planetarios devueltos a la Tierra por naves espaciales, como la misión OSIRIS-REx de la NASA, en  un futuro próximo.

Referencia de la noticia: Phys.org.

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PRESENTACIÓN DEL BLOG

Este Blog encierra los pensamientos y obras del autor, que se circunscriben tanto al ámbito de la Filosofía como de la Ciencia en general; yo diría, no exactamente a la rama de la filosofía científica, sino algo más amplio, más cerca en ocasiones a una metafísica de la vida, en una búsqueda constante de la verdad. La verdad "de los otros", aunque pasada por el tamiz de mi individualidad, lo que le da la validez o autenticidad perseguida.Creo, así me lo propongo, que la sinceridad brille en el mismo y exprese sin tapujos mi verdad, por descarnada que esta sea.