CATASTROFES COSMICAS, NEUTRINOS Y GRAVEDAD CUANTICA

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CATASTROFES COSMICAS, NEUTRINOS Y GRAVEDAD
CUANTICA

• Jorge Alfaro Solís
• Facultad de Física
• Pontificia Universidad Católica de Chile

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Un viaje al origen del tiempo

• La Expansión del Universo
• Ley de Hubble

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El Big Bang
Edad del Universo Entre 10000 y 20000 millones
de años.
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La Radiación de Fondot300000 años después del
Big Bang
T2.735 K. Datos obtenidos por el satélite COBE
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Simetrías y Unificación
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SupersimetríaIntercambia bosones con fermiones

• FERMIONES
• Espín1/2,3/2,5/2...
• Obedecen el Principio de Exclusión de PauliDos
  fermiones no pueden ocupar el mismo estado
  cuántico
• Partículas de materiaelectrón,quark,neutrino...

• BOSONES
• Espín0,1,2,3..
• No obedecen el Principio de Exclusión
• Partículas que llevan las fuerzasfotón,gluón,Z0,W
  ,W-, gravitón...

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Evidencia Indirecta de SupersimetríaConstantes
de Acoplamiento como función de la energía

• Modelo Estándar

• Modelo Estándar Susy

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Gravedad Cuántica?

• La fuerza de gravedad entre partículas
  elementales es despreciable comparada con las
  otras fuerzas, pero a una energía de Mp1019
  Gev (La masa de un protón es aprox. 1 Gev), llega
  a ser dominante.
• El Universo para tlt10(-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.

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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.
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Termodinámica DE AN II

• Se encuentra que Tb/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
• Sa 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.
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MECANICA ESTADISTICA DE AGUJEROS NEGROS

• Una predicción muy importante de la Mecánica
  Estadística consiste en la identificación de la
  Entropía S de un sistema

SKb 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.
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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....

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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 eléctricaQ
• PERO ESTOS CARTELES NO SON SUFICIENTES PARA
  CALCULAR LA ENTROPIA.
• SE HACE NECESARIA LA GRAVITACION CUANTICA.

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Está la gravedad cuántica lista para ser
detectada?

• Los efectos predichos son tremendamente pequeños
• Orden de magnitud E/Mp10(-16), para E1000 Gev
  disponible en los asceleradores de partículas.
• PERO PUEDEN ACUMULARSE SI SON AMPLIFICADOS POR
  UNA DISTANCIA GRANDE.

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Gamma Ray Bursts are distributed isotropically
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Optical Transient of GRB971214
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GRB 970228
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GRB 970508
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X Ray Image of GRB 970226
28/02/97
03/03/97
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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.

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Neutrinos

• El misterio de la pérdida de momentum energía en
  el decaimiento ? del neutrón
• n-gtpe 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
  salvarla 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.

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El Espacio Cuántico
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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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 104 s)
porque la energía espreada de los neutrinos es
mayor que la de los fotones (E del orden de 105
Gev). Ref. Quantum Gravity Corrections to
Neutrino Propagation, J.A., H. Morales-Técotl
and L.F. Urrutia, Phys. Rev. Lett. 84(2000)2318.
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(No Transcript)
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