Sin ttulo de diapositiva

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Premio Nobel de Física 2006
John C. Mather
George Smoot
COBE
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La predicción
George Gamow, junto a sus colaboradores Alpher y
Hermann, predijo en 1947 que debía existir un
fondo cósmico de radiación con una temperatura
de alrededor de 1 K.
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Durante la era dominada por la radiación, cuando
la temperatura se encuentra entre 1 y 0.01 MeV (o
sea, entre 1s y 1 hora después del Big Bang) el
Universo se comporta como un reactor nuclear,
produciendo cantidades significativas de los
elementos livianos (hasta 7Li).
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Los datos observacionales son que el 24 de la
masa total de bariones en el Universo está en
forma de núcleos de Helio. La densidad numérica
de núcleos de deuterio y litio es de 10-5 y
10-10 veces la del hidrógeno, respectivamente.
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La síntesis de elementos livianos comienza cuando
el Universo está lo suficientemente frío como
para que la fotodisociación del deuterio sea
improbable.
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Por otro lado, para que la reacción sea eficaz,
la velocidad típica de una partícula debe ser
mayor que la velocidad de recesión de dos
partículas separadas por un camino libre medio
(criterio de Gamow)
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Criterio de Gamow
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Criterio de Gamow
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Criterio de Gamow
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Criterio de Gamow
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Criterio de Gamow
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El hecho de que no todo el deuterio es convertido
en helio cuando el Universo se enfría por debajo
de 0.1 MeV sugiere que muy poco después la
reacción de captura de un nuevo nucleón deja de
satisfacer el criterio de Gamow. Esta observación
nos permite vincular la densidad de bariones y la
de fotones
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El número de fotones por barión permanece
constante a lo largo de la expansión del
Universo. Como hoy hay aproximadamente 1 barión
por metro cúbico, se deduce que la radiación
cósmica de fondo tiene una temperatura
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El descubrimiento
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Penzias y Wilson habían construído una antena
especialmente adaptada para el estudio de las
emisiones de radio de la galaxia.
Sin embargo, se encontraron con una señal cuya
amplitud era independiente de la orientación de
la antena.
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Luego de descartar un ruido de origen local, y
tras consultar con Dicke y su grupo, llegaron a
la conclusión de que la señal en cuestión era de
origen cósmico.
Cleaning the Antenna
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COBE
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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COBE tenía poca resolución angular
La resolución de COBE era de unos 7 grados la
teoría predice que las cosas interesantes ocurren
en escalas de 1 grado o menos.
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Luego de COBE, se realizaron un gran número de
experimentos, el más ambicioso de los cuales fue
el satélite WMAP
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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La física
Durante sus primeras etapas, el Universo era
demasiado caliente como para que atomos neutros
pudieran existir de manera estable. En
consecuencia, el camino libre de un fotón era muy
corto, y el Universo era opaco.
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Cuando la temperatura cae por debajo de 1 eV
(unos 300.000 años después de la Gran Explosión),
protones y electrones se combinan en átomos de
hidrógeno. El Universo se vuelve transparente. La
radiación cósmica de fondo es la radiación
existente en ese momento, corrida al rojo por la
expansión del Universo desde entonces. Puesto que
no ha sido dispersada nuevamente, preserva la
imagen del Universo tal como era en el momento de
emisión.
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Resultados qué se mide y para qué
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Los mapas de la radiación de fondo son muy
lindos, pero...
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Para extraer información cuantitativa, se
desarrolla el mapa de fluctuaciones en la
temperatura en armónicos esféricos
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La teoría no predice el valor de los
coeficientes éstos son una variable aleatoria
gaussiana, con media cero y autocorrelación
La teoría predice los Cl
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(No Transcript)
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Cada característica de esta curva se correlaciona
con una propiedad del Universo
Espectro primordial
Reionización
?(rad)/?(mat)
?(rad)/?(bar)
?
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Además de amplitud, es posible medir polarización.
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La dispersión de la radiación por materia
ionizada produce polarización, siempre y cuando
la radiación incidente sea anisótropa en el marco
de referencia de los electrones.
electrón
isótropo
radiación natural
anisótropo
polarización
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Un fondo primordial de ondas gravitatorias
también produce polarización.
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La polarización puede descomponerse en modos E
(pares frente a paridad) y modos B (impares). La
dispersión de Thomson sólo genera modos E, y en
contrafase respecto de las fluctuaciones en la
densidad. Ondas gravitatorias generan ambos tipos
de modos.
Tambien se produce polarización E por dispersión
en nubes de gas caliente (zlt10), y polarización E
y B por efectos de lente gravitatoria
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Se ha medido la polarización E y su correlación
con la temperatura. No se han detectado todavía
modos B
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El futuro Planck
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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No hay dos sin tres?
?
Matías Zaldarriaga, Beca Mac Arthur 2006