Investigadores
del Amherst College y la Universidad de Texas, en Austin, han descrito
una nueva técnica que podría, algún día, revelar en mayor detalle que
nunca antes, la composición y características del interior de la Tierra.
Solo
hay un problema: la técnica depende de una quinta fuerza de la
naturaleza (además de la gravedad, las fuerzas nucleares fuerte y débil,
y el electromagnetismo), que aún no ha sido detectada, pero que algunos
físicos de partículas piensan que existe. Los físicos conocen a esta
fuerza como interacción espín-espín de largo alcance. De existir, esta
nueva y exótica fuerza, conectaría la materia en la superficie de la
Tierra con aquella a cientos, o incIuso miles, de kilómetros por debajo,
en las profundidades del manto. En otras palabras, los bloques básicos
de los átomos – electrones, protones y neutrones – separados por enormes
distancias, “sentirían” la presencia de los demás. La forma en que
interactúan estas partículas podría proporcionar nueva información sobre
la composición y características del manto, que se conoce muy poco
debido a su inaccesibilidad.
Corte de la Tierra
“Lo
más gratificante y sorprendente de este proyecto es darnos cuenta de que
la física de partículas realmente podía usarse para estudiar las
profundidades terrestres”, dice Jung-Fu “Afu” Lin, profesor asociado en
la Facultad Jackson de Geociencias de la Universidad de Texas en Austin,
coautor del estudio que aparece en el ejemplar de esta semana de la
revista Science.
Esta
nueva fuerza podría ayudar a zanjar un dilema científico. Cuando los
científicos de la Tierra han tratado de modelar cómo varían con la
profundidad factores tales como la concentración de hierro, o las
propiedades físicas y químicas – por ejemplo, usando el temblor de un
terremoto cuando viaja a través de la Tierra, o mediante experimentos de
laboratorio diseñados para imitar las intensas presiones y temperaturas
de las profundidades terrestres – obtienen distintas respuestas. La
quinta fuerza, suponiendo que exista, podría ayudar a reconciliar estas
distintas pruebas contradictorias.
El
manto de la Tierra es una gruesa capa geológica, entre la fina corteza
exterior y en núcleo central, compuesta mayormente por minerales de
hierro. Los átomos de estos minerales y las partículas subatómicas que
forman los átomos tienen una propiedad que se conoce como espín. El
espín puede verse como una flecha que apunta a una dirección concreta.
Se cree que el campo magnético de la Tierra provoca que algunos
electrones de los minerales del manto queden con su espín polarizado, lo
que significa que las direcciones de sus espines no son completamente
aleatorias, sino que tienen una orientación preferida. Estos electrones
se conocen como geoelectrones.
El
objetivo de este proyecto era ver si los científicos podrían usar la
interacción propuesta, de espín-espín de largo alcance, para detectar la
presencia de estos geoelectrones lejanos.
Los
investigadores, dirigidos por Larry Hunter, profesor de física en el
Amherst College, crearon primero un modelo de ordenador del interior de
la Tierra, para cartografiar las densidades esperadas y direcciones del
espín de los geoelectrones. El modelo se basa, en parte, en el
conocimiento logrado gracias a los experimentos en el laboratorio de
Lin, que miden el espín de los electrones en minerales a las altas
presiones y temperaturas del interior de la Tierra. Este mapa dio a los
investigadores pistas sobre la fuerza y orientación de las interacciones
que podrían esperar detectar en la posición específica de su
laboratorio, en Amherst, Massachusetts.
Segundo,
los investigadores usaron un aparato especialmente diseñado para buscar
interacciones entre los geoelectrones de las profundidades del manto y
las partículas de la superficie terrestre. Los experimentos del equipo,
básicamente, exploraron si los espines de los electrones, neutrones o
protones de distintos laboratorios tenían una energía diferente,
dependiendo de la dirección hacia la que apuntaban con respecto a la
Tierra.
“Sabemos,
por ejemplo, que un imán tiene una energía menor cuando está orientado
en paralelo al campo geomagnético, y se alinea con esta dirección en
particular – así es como funciona una brújula”, explica Hunter.
“Nuestros experimentos eliminaron esta interacción magnética, y miraron
si podría haber alguna otra interacción con nuestros espines
experimentales. Una interpretación de esta “otra” interacción es que
podría ser una interacción a larga distancia entre los espines de
nuestro aparato y los espines de los electrones de la Tierra, que se han
alineado gracias al campo geomagnético. Esta es la interacción
espín-espín de largo alcance que estábamos buscando”
Aunque
el aparato no pudo detectar ninguna de estas interacciones, los
investigadores al menos pudieron deducir que, de existir, deben ser
increíblemente débiles – no más de una millonésima parte de la fuerza de
la atracción gravitatoria entre las partículas. Esta es una información
útil para los científicos, ahora que buscan formas de construir
instrumentos aún más sensibles para buscar la esquiva quinta fuerza.
“Nadie
había recapacitado antes sobre las posibles interacciones que podrían
aparecer entre los electrones con espín polarizado de la Tierra y las
medidas de precisión del espín realizadas en laboratorio”, dice Hunter.
“Si
se descubren las interacciones espín-espín de largo alcance en futuros
experimentos, los geocientíficos pueden usar tal información para
comprender, de una manera fiable, la geoquímica y geofísica del interior
del planeta”, señala Lin.
Fuente: Ciencia Kanija - Universidad de Texas
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