El carbó i la revolució industrial

Abans del s.XVIII les fonts d'energia s'utilitzaven per produir calor, bàsicament per cuinar i escalfar. Els principals combustibles eren la fusta i el carbó. Aquest últim, que era bàsicament lignit, s'utilitzava en menor grau. Per exemple, el lignit no s'utilitzava en la producció d'acer degut a l'alt contingut de sofre. A partir del 1700, però, la fusta com a combustible ja era gairebé inexistent, i el carbó es va convertir en el motor de la industrialització dels països. Ara bé, no tot eren flors i violes. Les mines de carbó d'Anglaterra, la principal potencia mundial, estaven exhaurint les vetes més superficials, i les més profundes s'estaven constantment inundant amb aigua subterrània.

No va ser fins el 1712, que la revolució industrial es va salvar de la ruïna per la manca de carbó. Aleshores es va provar l'invent de Thomas Newcomen, un ferrer i pastor baptista al jaciment més gran de carbó d'Anglaterra (Coneygree Coal Works, situat a Staffordshire). L'invent era una màquina alimentada per carbó que bombejava l'aigua a 50 metres de profunditat que inundava la mina. Aquesta màquina era cara, feia soroll, i era molt ineficient (es perdia el 99% de l'energia calorífica del carbó!). Tot i això, bombejava l'aigua de forma més eficient que l'alternativa d'aleshores ( en què s'utilitzaven 50 caballs) i reduïa els costos d'extracció del carbó un 85%, retornant la productivitat a la mina. Gràcies a aquesta màquina, el 1750, la producció de carbó s'havia doblat i a finals del s.XVIII Anglaterra en produia 10 millons de tonelades, convertint-se en la primera economia energètica del món. 

Màquina de vapor de T.Newcomen

Les conseqüències de l'existència de la màquina de Thomas Newcomen van anar més enllà de la simple producció de carbó, doncs l'invent era una de les primeres màquines del món, que transformava l'energia química del carbó en treball, i ho feia amb molta més eficiència que els homes o els animals a què substituïa. Com més carbó s'obtenia més se'n cremava, i més coses es produïen, i cada desenvolupament tecnològic feia augmentar cada cop més la demanda de carbó. Inevitablement, es va crear una interdependènica entre producció i consum, i entre oferta i demanda.

Anglaterra cap al s.XVIII. Era habitual que les ciutats
estiguessin cobertes d'una boira produïda pel carbó ("smog").

Higgs! or no Higgs.

El dimarts 13 de desembre, en un seminari públic del CERN, es van fer públics els resultats preliminars d'ATLAS i CMS sobre la recerca del bosó de Higgs obtinguts mitjançant gairebé totes les col·lisions protó-protó de l'LHC durant el 2011. Són dades suficients per fer avenços significatius en la recerca del Higgs, però no pas per arribar a una conclusió definitiva sobre la seva existència. Després de les xerrades, la principal conclusió que se'n treu és que si el bosó de Higgs existeix, tal com prediu el model estàndard (SM), tindria molt probablement una massa entre 116-127 GeV. Això millora notablement els resultats obtinguts a l'estiu de 2011.

Els dos experiments van estudiar moltes de les possibles desintegracions (o decaïments) del Higgs, entre les quals destaquen el Higgs a dos fotons (H a γγ), el Higgs a dos W (H a WW, desintegrant-se cada W a leptó neutrí) i el Higgs a dues Z (H a ZZ, desintegrant-se a 2 leptons cada Z). A sota es pot veure un possible esdeveniment d'un Higgs desintegrant-se a Z's (i aquesta a 4 muons):

 

Però com és busca el Higgs? Aquí tenim un exemple: per estudiar el Higgs desintegrant-se en dos fotons, s'intenta reconstruir aquests dos fotons de la informació obtinguda pels detectors. T'has d'assegurar que aquests dos fotons provinguin del mateix punt (que seria el Higgs), i en calcules la massa resultant. Ara bé, com que hi ha moltes partícules que poden decaure a dos fotons, primer has de fer una selecció intentant excloure'n tots els esdeveniments que continguin dos fotons que no provinguin del Higgs (és el que anomenem soroll o background). Per fer-ho, has d'estudiar les propietats del fotó (energia, moment, distribució angular, ...), que són diferents en funció de la partícula de què decauen.

Aquesta reconstrucció es fa per a totes les desintegracions possibles del Higgs. Les tres desintegracions que he mencionat a dalt són molt útils per trobar el Higgs, si la massa d'aquest és molt baixa (100-150 GeV), perquè el background o soroll en aquesta regió és molt baix.

A sota es poden veure els esdeveniments que passen la selecció del Higgs, al detector ATLAS (per CMS hi ha plots similars), pels tres decaïments del Higgs mencionats. S'espera que molts dels esdeveniments seleccionats siguin 'background' (no s'aconsegueix refusar-los tots mitjançant la selecció), i per altra banda es calculen els esdeveniments que es trobarien si hi hagués un Higgs segons el model estàndard (en vermell, per una massa de 130GeV). La gràcia és veure si hi ha més esdeveniments que els esperats que no siguin background. Aquí es pot veure que, efectivament, hi ha un excés d'esdeveniments que no són background en una certa regió (quadrat blau), que és la mateixa per les 3 desintegracions.

Si el Higgs no existís, tots els esdeveniments que trobaríem serien compatibles amb una hipòtesi de tenir només soroll, per això s'estudia la diferència entre els esdeveniments trobats i la hipòtesi de tenir només soroll per cada valor de massa. I es produeixen plots com el produit per CMS:

En aquest 'plot' es mostra la combinació de tots els decaïments estudiats i es pot veure la probabilitat d'excloure el Higgs (SM). S'agafa un nivell de confiança del 95%, així, tots els punts (valors de massa del Higgs) per sota la línia del 95% queden exclosos. La línia discontinua amb les franges verdes i groges, és el que esperariem si no exisits (1 i 2 sigmes), mentre que la línia contínua, feta pels punts negres, és el que s'observa de l'experiment. Així es pot concloure que el Higgs queda exclòs entre 127 i 600 GeV segons CMS. Un plot similar s'obté per ATLAS. Si mirem amb zoom la regió de baixa massa, ara per ATLAS :

Aquí ATLAS exclou el Higgs amb una massa per sota de 115.5GeV i més gran de 131GeV (també se sobreposen els límits trobats anteriorment per altres experiments). Ara bé, l'important és veure com a la regió d'entre 120-130GeV estem molt per sobre del que esperaríem, tant per ATLAS com per CMS, això es degut a un excés d'esdeveniments en aquesta regió, per això es mira com de significant és la senyal respecte al soroll, o sigui, s'intenta veure si el pic trobat és realment un pic o una fluctuació estadística. Un cop fet aquest anàlisi es produeixen plots de l'estil següent:

Aquí CMS mostra com de significant és la senyal (cada color representa una desintegració del Higgs, i la línia negre és la combinació) respecte de només tenir soroll (linia de zero) per totes les masses del Higgs. Es veu que entre 117-126GeV (quadrat blau) la senyal té una significancia de més de 2 sigmes (línia vermella discontínua horitzontal), o sigui una probabilitat de que sigui senyal de debò (i no una fluctuació) de més del 98.5%. De forma similar també es pot obtenir el valor més probable de la massa del Higgs, ATLAS obté 126GeV i CMS 124GeV.

Així doncs, després dels resultats es pot concloure que el Higgs queda exclòs per unes masses per sota de 115.5GeV i per sobre de 127GeV amb un nivell de confiança del 95%. I si el Higgs (SM) existeix (la probabilitat d'existir és >98.5%) el valor més probable és de 124GeV (2.6sigmes) segons CMS i de 126GeV (2.3sigmes) segons ATLAS.

Bardenas Reales

Les Bardenas Reales és un paratge natural situat al sud de Navarra, que des del 2000 forma part de la Reserva de la biosfera de la UNESCO. És un terreny sense cap nucli urbà però on hi ha una zona militar que es fa servir per fer pràctiques de tir (aquesta zona queda exclosa de la reserva de la biosfera). És una zona molt característica, el terreny ha estat fortament erosionat per l'aigua i el vent creant formes geològiques entre les quals destaquen els barrancs, els altiplans d'estructura tabular i els turons solitaris. L'estrucutra més famosa: el 'castildetierra' que es pot veure a sota.

La zona es va començar a formar fa 20.000 milions d'anys quan l'aigua provinent dels Pirineus, la serralada Ibèrica i les Catalànides (molt més prominents al Cretaci) es va començar a estancar. Durant 10.000 milions d'anys, diferents tipus de materials van començar a sedimentar. Degut a un procés de compactació i cimentació natural els dipòsits de sediments es van transformar poc a poc en roca sedimentària. Quan el que avui coneixem com l'Ebre es va obrir al mar, tota l'aigua acumulada es va buidar i els diferents materials es van començar a erosionar. Les formes es deuen a que en la part superior hi havia els materials més resitent (roca dura: gres, pedra calcària o conglomerat) que protegien les zones inferiors formada per una roca més tova (argila o marga). Gràcies a aquest procés d'uns quants milers de milions d'anys tenim aquest meravellós paisatge.

Aquest petit desert és accessible amb cotxe, ja que una pista forestal en rodeja la part central, coneguda com a 'Bardena blanca' pel color de les roques. Des d'aquesta pista hi ha diferents itineraris, en bici o a peu, que ens permeten gaudir d'aquest paratge completament recomanable!

L'LHC s'apaga (de moment)

Després de 180 dies en funcionament, el 30 d'octubre de 2011 a les 17:15h l'accelerador de partícules més gran del món, l'LHC (Large Hadron Collider - Gran Colisionador d'Hadorns), s'apagava. Durant aquest temps s'han arribat a produir 400 trillons de col·lisions protó - protó que han servit per intentar desxifrar els misteris de l'univers. El funcionament de l'LHC ha estat excel·lent, ha superat amb escreix els objectius operacionals que s'havien proposat i els seus experiments (ATLAS, CMS, LHCb i ALICE) han realitzat mesures excepcionals.

Durant aquest dies s'han fet diversos anàlisis per entendre el funcionament de l'univers. S'ha retrobat el model estàndard, i s'han obtingut algunes de les mesures més precises que s'han pres mai. S'han buscat particules supersimètriques, tot i que de moment no se n'ha trobat cap. S'han exclòs els squarks fins a energies molt altes (1TeV) refutant la majoria de teories supersimètriques (conegudes com a SUSY). I en particular, s'ha posat molt d'ènfasi en la cerca del bosó de Higgs, se n'ha descartat l'existència per molts valors de la seva massa i cada vegada sembla més difícil que existeixi.

LHC, però, no s'apaga definitivament: en breu es tornarà a engegar i durant un mes es faran col·lisionar ions de plom. Aquests, en contenir molts protons i neutrons en el seu interior permetran estudiar (mitjançant el detector ALICE principalment) densitats comparables a les del Big Bang, un règim conegut com a 'Quark-Gluon Plasma'. A l'hivern, l'accelerador es tornarà a apagar ja que la despesa econòmica per mantenir la instal·lació és massa gran (el CERN consumeix la mateixa quantitat d'electricitat que la ciutat de Ginebra). El 2012 es tornaran a injectar protons i es prendran dades durant un any, després s'apagarà la màquina per 1-2 anys i se'n farà un 'upgrade' (millora).

A sota es pot veure un 'plot' generat per ATLAS (per CMS hi ha un 'plot' similar). A l'eix X es veu la massa del Higgs, i tots aquells punts de la línia negra contínua per sota de 1 són els valors del bosó de Higgs que queden exclosos amb un nivell de confiança del 95% (146<mH<232 GeV, 256<mH<282 GeV and 296<mH<466 GeV). La línia discontinua (amb els contorns verd i groc) és el que esperariem si el Higgs no existís.

Així doncs, la nova física no estava tant a prop com s'intuïa i sembla que tant el model estàndard (que prediu l'existència del Higgs), com totes les possibles alternatives s'estan quedant en no res. Durant el proper any, o es trobaran noves partícules o se n'exclourà la seva existència donant pas a una època molt interessant en el món de la física de partícules.

Barcelona Montserrat, GR 6

La tradició d’arribar a peu a Montserrat arrenca de l’edat mitjana, quan no hi havia cap altra manera d’acostar-se a venerar la 'Moreneta'. Desde llavors, nombrosos grups de pelegrins (anomenats romeus) pugen a peu a Montserrat i al igual que es feia històricament, amb uns amics vam decidir fer el camí romeu de Barcelona a Montserrat, travessa que actualment està marcada com a GR-6. Després d'aquesta decisió tant espontània, vam buscar informació sobre el GR-6, però vam trobar que hi havia troços mal senyalitzats. A més, depenent de les ressenyes, els recorreguts poden ser d'entre 48 a 62km. Tot i això, no ens vam pas desil·lusionar.

La sortida va ser a les 6h del matí de l'estació de metro Mundet, d'allà cap al Parc del Laberint d'Horta i per la dreta agafàvem el GR6 que ens havia de dur fins a Montserrat. El primer tram, el vam fer amb frontals, Collserola amunt Collserola avall, fins arribar al Pi d'en Xandri i d'allà a Sant Cugat. Tot i que era mig fosc era certament un dels trams més interessants. De Sant Cugat a les Fonts, no està del tot malament. La sortida pel polígon de St. Cugat no és molt agradable però un cop passat l'HP la cosa comença a millorar tot i que les marques del GR comencen a disminuir. Per sort no vam tenir cap problema per arribar a Les Fonts, on cap a les 10h vam fer una paradeta per esmorzar. 

En sortir de Les Fonts vam marxar cap a Olesa. Aquest tram és el més lleig (excepte la riera) i també el menys senyalitzat. Primer, d'urbanització en urbanització fins arribar a la riera de Gaia; un cop allà, el GR sembla desaparèixer, si creues la riera i vas a la dreta trobes el GR97, però teòricament el GR6 segueix riera avall cap a l'esquerra, així que això vam fer. Després de caminar una estoneta sense veure cap senyal, trobem casi al mig de la riera un pal indicador que ens assenyala correctament el camí, així que seguim baixant pel mig molta estona sense trobar cap senyal, fins al punt de plantejar-nos tornar enrera. Seguint riera avall trobem una font i un indicador de l'antic camí ral. Finalment, després de molta estona pel mig de la riera (30min?) veiem 2 ponts de ciment i una mica més enllà un pal indicador del camí de Sant Jaume que va fins a Montserrat, del GR ni rastre. Així que decidim seguir aquest camí, indicat amb fletxes grogues fins a Olesa. En algun punt tallem el GR97 un altre cop, i una mica més enllà, cap a l'urbanització d'Oasis, retrobem el GR. 

Un cop a Olesa, fem una parada per dinar en un bar, on en veure'ns les cares en inviten a unes patates fregides boníssimes. Sort de les patates, perquè jo estava fet caldo de la baixada... Al cap d'una estoneta, xino xano cap a Montserrat. La sortida d'Olesa no està ben indicada (s'ha d'anar direcció Esparraguera) però fàcilment s'arriba per carretera a la falda de la muntanya on al costat d'un pont comença la pujada. D'allà, fins al Monestir! La pujada va ser dura: un primer tram massa ràpid va fer que m'hagués de seure més d'un cop a agafar aire i menjar galetes, però gràcies als ànims del meu amic amb 2 horetes de pujada erem al Monestir de Montserrat. 

Així doncs, després d'encara no sé quants kilometres i 13 horetes (encara no eren les 19h del vespre) vam poder agafar el cremallera i el ferrocarril per tornar cap a casa amb butllofes als peus però molt satisfets! La ruta no està molt ben indicada: en alguns llocs les marques estan molt separades, a la riera de Gaia sembla que desapareixen i també són inexistents a a les sortides d'alguns pobles com Olesa. No és una travessa molt bonica, però tampoc tant horrible com me l'imaginava. Les parts més xul·les: creuar Collserola, la baixada de la riera de Gaia i la pujada a Montserrat. Val la pena!

Surtsey, l'illa que va sortir del no-res

A 7km de l'illa del Hierro, a les Canàries, s'han detectat senyals d'una erupció submarina a 2.000m de profunditat (serà el principi de la creació d'una illa?). Això, tot i que amb diferències, em recorda una història:

Un matí de novembre de 1963, al costat de les illes Westman, al sud d'Islàndia,  la tripulació d'un pesquer va veure una columna de fum que sortia del mig de l'oceà. Pensant-se que era un vaixell amb problemes s'hi van acostar. Un cop allà, la sorpresa va ser seva en trobar-se amb una sèrie d'explosions que sortien del mar i que expulsaven cendres. Era el principi de la creació d'una illa! 

L'erupció volcànica submarina va durar 5 anys i va formar 3 illes, només una de les quals ha resistit el pas del temps, actualment té 1.4 km² i segon els geòlegs, no hi ha perill que desaparegui. Aquesta illa va rebre el nom de Surtsey, en honor al Déu del foc nòrdic. No cada dia sorgeixen illes del fons del mar i ràpidament Surtsey va ser considerada una espècie de 'laboratori natural'. 

L'únic rastre humà és una cabana pels científics que l'estudien, que s'han d'assegurar de no introduir cap tipus de vida (llavors, animals, insectes,..) quan hi van per tasques d'investigació. A l'illa s'hi van fer primer diversos estudis geològics i després es va començar a estudiar la seva colonització. Es va aprofitar l'oportunitat per observar la creació d'un ecosistema del no-res i estudiar-ne la seva evolució. Plantes i animals s'han establert a l'illa. Al registre fet al 2008 s'hi van trobar 69 espècies de plantes, 14 d'ocells, així com petits invertebrats (aranyes, escarabats,..), a més, els seus voltants presenten una abundant vida marina.

Així doncs, Surtsey ha quedat aïllada d'una possible colonització humana, i la vida segueix allà lentament el seu curs. L'illa de Surtsey va ser declarada patrimoni mundial de la humanitat per la Unesco el 2008.

El desglaç a l'àrtic

A principis de Setembre, un estudi de l'IUP-Universitat de Bremen ens tornava a fer memòria sobre el desglaç de l'àrtic. Aquest cop, mostraven dades on es provava que l'extensió de gel a l'àrtic, o sigui, la quantitat de mar cobert per gel, havia arribat a un nou mínim històric, una nova conseqüència de l'escalfament global, sense dubte accelerat per l'ésser humà. A sota podeu veure l'evolució de la quantitat de gel a l'àrtic en funció de l'època de l'any durant els últims 9 anys. A més, es comparen amb la mitjana dels anys 1978-2008 (línia discontínua), on la quantitat de gel era clarament superior a la dels últims anys.

L'IUP de Bremen afirma que l'extensió del gel àrtic a l'estiu s'ha reduït fins a un 50% respecte al 1972, any en que es va començar a estudiar l'àrtic per satèl·lit. També fa un seguiment diari de l'estat del gel produint els seus propis mapes mitjançant un sensor japonès a bord d'una nau de la NASA.

El desglaç a l'àrtic pot tenir conseqüències nefastes per a l'ésser humà, entre d'altres: l'augment del nivell del mar (si es desfà el gel a sobre la superfície) i la desaparició de països, un canvi en la salinitat de l'oceà, que podria provocar canvis en els corrents marítims i amb això un canvi global del clima al planeta... També pot tenir efectes sobre la fauna, com la reducció d'animalons, peixos, mamífers (óssos polars, foques,..) o algues que habiten en aquests hàbitats. Cal destacar que les algues són el primer esglaó de la cadena tròfica de molts animals, per tant, la desaparició podria comportar-ne efectes desastrosos en la fauna àrtica. A més, l'efecte Albedo pot accelerar el procés de desglaç de l'àrtic. Aquest seria degut a que l'aigua provinent del gel desfet absorbeix més radiació (perquè és més fosca que el gel) causant un escalfament addicional.

A baix es pot veure una animació de l'ESA on es mostra l'estat del gel àrtic des de l'1 de Juny fins al 24 d'agost del 2011. Es veu clarament que el pas del nordest (per sobre de Rúsia) i del nordoest (per sobre de Canadà) es troben sense gel, i de forma simultània, cosa que només havia passat anteriorment una sola vegada. Aquests passos havien estat buscats per navegants (Davis, Hudson, Munsk, Barents, Laptev, Bering, Perfiyev, Nordenskiöld, Amundsen,...) durant més de 500 anys per trobar una ruta sense gel que unís l'oceà Atlàntic amb el Pacífic passant per l'oceà glacial àrtic. L'obertura dels passos fa que les companyies comercials puguin transportar per via marítima els materials de forma molt més ràpida a través del globus. Enguany el pas del nordoest s'ha travessat amb només 8 dies.

El desglaç també pot ocasionar problemes geoestratègics i/o territorials, basats en l'aprofitament dels recursos (jaciments de petroli, gas, minerals valuosos,...) de les noves zones accessibles un cop el gel s'ha retirat. Fins i tot els russos van plantar el 2007 una bandera a 4.200m de profunditat sota l'àrtic per reclamar-ne la sobirania.