Download Sin título de diapositiva - Física UC

CATASTROFES COSMICAS,
NEUTRINOS Y GRAVEDAD
CUANTICA
Jorge Alfaro Solís
Facultad de Física
Pontificia Universidad Católica de
Chile
Un viaje al origen del tiempo
• La Expansión del Universo
• Ley de Hubble
El Big Bang
Edad del Universo:
Entre 10000 y 20000
millones de años.
La Radiación de Fondo:t=300000
años después del Big Bang
T=2.735 K. Datos obtenidos
por el satélite COBE
Simetrías y Unificación
Supersimetría:Intercambia
bosones con fermiones
• FERMIONES:
• Espín:1/2,3/2,5/2...
• Obedecen el Principio de
Exclusión de Pauli:Dos
fermiones no pueden
ocupar el mismo estado
cuántico
• Partículas de
materia:electrón,quark,neu
trino...
• BOSONES
• Espín:0,1,2,3..
• No obedecen el Principio
de Exclusión
• Partículas que llevan las
fuerzas:fotón,gluón,Z0,W
+,W-, gravitón...
Evidencia Indirecta de
Supersimetría:Constantes de Acoplamiento
como función de la energía
• Modelo Estándar
• Modelo Estándar
+Susy
Gravedad Cuántica?
• La fuerza de gravedad entre partículas elementales es
despreciable comparada con las otras fuerzas, pero a una
energía de Mp=10^19 Gev (La masa de un protón es
aprox. 1 Gev), llega a ser dominante.
• El Universo para t<10^(-35) segundos después del Big
Bang tenía una energía por partícula del orden de Mp.
• La fuerza de gravedad determina las condiciones iniciales:
contenido de materia.; si hubo otro universo antes...
• En este instante, el Universo tiene dimensiones atómicas.
Se hace imprescindible utilizar la Mecánica Cuántica.
TERMODINAMICA DE
AGUJEROS NEGROS
• Hawking mostró que estudiando la creación de pares cerca del
horizonte, es posible deducir que el agujero negro emite partículas. La
antipartícula cae en el agujero negro, pero la partícula escapa. El efecto
neto es que se detecta radiación proveniente del agujero negro
(RADIACION DE HAWKING).
Dado que todo cuerpo que se calienta hasta una cierta
temperatura diferente de cero, emite radiación,la existencia de la
radiación de Hawking permite asignarle una temperatura al
agujero negro.
Termodinámica DE AN II
• Se encuentra que T=b/M; b es una constante y M es la
masa del agujero negro.
• Además estudiando como se forma un agujero negro, se
puede identificar una cantidad, el área del horizonte, que
siempre crece. Por esto se define la ENTROPIA del
agujero negro como:
• S=a A, donde a es una constante y A es el área del
horizonte.
De esta manera se satisface automáticamente la
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA.
La conservación de la energía garantiza también
la validez de la PRIMERA LEY DE LA
TERMODINAMICA.
MECANICA ESTADISTICA DE
AGUJEROS NEGROS
• Una predicción muy importante de la Mecánica Estadística
consiste en la identificación de la Entropía S de un sistema:
S=Kb* ln(W)
Kb es la constante de Boltzmann
W es el número de estados microscópicos
accesibles al sistema en una dada configuración
macroscópica. Por ejemplo, si el sistema está
aislado, tiene una energía total constante. W es
el número de estados macroscópicos que dan
la energía total constante que tiene el sistema.
Mecánica Estadística de AN II
• Ahora bien, sabemos que existe una entropía asociada a un
agujero negro. Cómo la encontramos usando la Mecánica
Estadística?
• Para hacer esto debemos aprender a contar estados
(configuraciones) microscópicas del agujero negro. Para
distinguir estos debemos inventar ROTULOS que los
identifiquen, pero....
Los agujeros negros no tienen
pelo
•
•
•
•
•
•
SORPRESA:
El agujero negro no acepta más rótulos que no sean:
Su masa: M
Su cantidad de movimiento angular (rotación) L.
Su carga eléctrica:Q
PERO ESTOS CARTELES NO SON SUFICIENTES
PARA CALCULAR LA ENTROPIA.
• SE HACE NECESARIA LA GRAVITACION
CUANTICA.
Está la gravedad cuántica lista
para ser detectada?
• Los efectos predichos son tremendamente pequeños
• Orden de magnitud: E/Mp=10^(-16), para E=1000 Gev
disponible en los asceleradores de partículas.
• PERO PUEDEN ACUMULARSE SI SON
AMPLIFICADOS POR UNA DISTANCIA GRANDE.
Gamma Ray Bursts are
distributed isotropically
Optical Transient of GRB971214
GRB 970228
GRB 970508
X Ray Image of GRB 970226
28/02/97
03/03/97
Fuentes posibles de GRB
• Absorción de un Agujero Negro o Estrella
de Neutrones por otra.
• Supernovas Ib fallidas
• Pulsares jóvenes ultramagnéticos
• Muerte subita de estrellas masivas.
Neutrinos
• El misterio de la pérdida de momentum energía en el decaimiento 
del neutrón:
• n->p+e+ ae
• En los años 30 no se podía detectar el neutrino, porque interactúan
muy debilmente con la materia convencional. Se postuló su existencia
para “salvar”la ley de conservación de energía-momentum. Finalmente
se descubrió en 1956.
• Dado que interactúan muy debilmente con la materia normal son
ideales para llevar información a través de grandes distancias en el
Cosmos, sin distorsionarla.
• No sucede lo mismo con los fotones de mucha energía. Estos son
apantallados por el medio interestelar.
El Espacio Cuántico
Neutrinos y Gravedad Cuántica
Efectos similares a los obtenidos para fotones, se
encuentran para neutrinos, pero los retardos esperados
son mucho mayores(del orden de 10^4 s) porque la
energía espreada de los neutrinos es mayor que la de los
fotones (E del orden de 10^5 Gev).
Ref.: “Quantum Gravity Corrections to Neutrino Propagation”,
J.A., H. Morales-Técotl and L.F. Urrutia, Phys. Rev. Lett.
84(2000)2318.