Por qué el satélite Fermi no ha detectado materia oscura en nuestra galaxia

La figura de arriba muestra los resultados del Fermi LAT (Large Area Telescope) en azul, también llamado GLAST (Gamma-Ray Large Area Space Telescope), de EGRET (Energetic Gamma Ray Experiment Telescope) en rojo, y de los modelos teóricos en línea continua.

El año pasado fue el año de la materia oscura. Globos sonda para medir el flujo de rayos cósmicos (como ATIC) y satélites espaciales (como PAMELA) detectaron un exceso de ciertas partículas de alta energía. La evidencia pilló por sorpresa a muchos (era difícil de explicar). Los resultados provisionales (enero 2009) de Fermi, el telescopio orbital de rayos gamma de la NASA, también llamado LAT (Large Area Telescope), deberían confirmar dicho resultado. Pero no es así (ver figura). Los datos desde agosto/2008 hasta enero/2009 (más de 4 millones de electrones y positones estudiados) no observan ningún tipo de exceso en el rango de energías observado por ATIC (que sólo observó algunos miles) y corroboran los de PAMELA sólo de forma indirecta. ¿Cómo es posible? Todavía es pronto para saberlo, los resultados del Fermi son aún provisionales, pero los físicos de ATIC ya “tienen la mosca en la oreja.” El artículo técnico donde se ha publicado el análisis de la evidencia de materia oscura a partir de los datos (provisionales) del telescopio orbital de rayos gamma Fermi es Marco Regis, Piero Ullio, “Testing the Dark Matter Interpretation of the PAMELA Excess through Measurements of the Galactic Diffuse Emission,” ArXiv, Submitted on 29 Apr 2009 .

¿Cómo interpretar estos resultados? Por ahora es difícil. Para algunos es un duro golpe a las observaciones de ATIC y PAMELA (¡cómo no! Adrian Cho, “Lights Out for Dark Matter Claim?,” ScienceNOW Daily News, 2 May 2009 ). Para otros, aunque hay dudas sobre los datos de ATIC, parece que está claro que se ”confirman” los datos de PAMELA (por ejemplo, el políticamente correcto Ron Cowen, “Another clue in the case for dark matter. The Fermi Gamma-ray Telescope hasn’t ruled out earlier findings,” May 2nd, 2009 ). Por cierto, este último artículo ha sido traducido por Kanijo [si te gusta menéalo]. Los investigadores de ATIC creen que la conclusión obtenida con datos provisionales de Fermi es más provisional aún. Proclaman a cuatro voces que la resolución energética de Fermi es todavía pobre para llegar a dicha conclusión (así lo afirma John Wefel, IP del equipo del ATIC y astrofísico en la Louisiana State University, en Baton Rouge, EEUU).

Hay una explicación muy sencilla de los datos observados: los rayos cósmicos en el rango energético considerado por estas observaciones sufren algún tipo de evolución dinámica estacional (cambian con el tiempo). Dependiendo de la época del año el cociente entre positones y electrones a ciertas energías, el número de protones a otras, el número de electrones a otras, cambian. Por ello experimentos diferentes que miden estos rayos cósmicos en épocas diferentes del año y/o promedian dichos datos en meses sucesivos diferentes obtienen resultados “contradictorios.” Si es así, los datos de Fermi tras el primer año (que tendremos publicados en septiembre de 2009) lo permitirán confirmar o refutar. Quizás la posible evidencia de materia oscura se esfume en el oscuro firmamento. Quizás es nuestra ignorancia de los fenómenos violentos en nuestra galaxia la que nos hace ver materia oscura donde en realidad no la hay. ¿Qué puede producir dicha variación estacional? Que yo sepa [no soy experto] todavía no se tiene ni idea. 

En resumen, la materia oscura sigue tan “oscura” como siempre (ya lo decíamos en este blog). Habrá que esperar a la publicación oficial de los datos de Fermi y a su análisis detallado por parte de los especialistas. Isaac Newton estaba peleado con muchos otros pero tenía claro que sólo los experimentos son los que tienen la razón, aunque han de ser interpretados correctamente.

Más sobre materia oscura en este blog.

PAMELA encuentra pruebas de la existencia de materia oscura supersimétrica en la Vía Láctea (o WIMPS para todos) (Agosto 14, 2008)

Estimación de la materia oscura en el interior del sistema Tierra-Luna (Octubre 12, 2008)

El secreto de la materia oscura, ¿será desvelado antes de que empiece a funcionar el LHC? (Noviembre 22, 2008)

Más sobre la materia oscura y los electrones en los rayos cósmicos (Noviembre 25, 2008)

Sorpresas en el universo oscuro: Cada día explicar la materia oscura es más complicado (Marzo 30, 2009)

Memorias flash rápidas basadas en un memristor nanotecnológico

17 memristores formados al cruzar nanohilos de 50 nanómetros de grosor (C) Jianhua Yang, HP Labs.

El genial Leon O. Chua intuyó en 1971 que faltaba un elemento pasivo para circuitos eléctricos más allá de la resistencia, el condensador y la inductancia. Le llamó memristor (“memory resistor”). Propuso su circuito equivalente con elementos activos pero hasta 2008 no se logró fabricar como elemento pasivo mediante nanotecnología (uno de los 10 avances tecnológicos más importantes del año). El artículo técnico fue Dmitri B. Strukov, Gregory S. Snider, Duncan R. Stewart, R. Stanley Williams (HP Labs), “The missing memristor found,” Nature 453: 80-83, 1 May 2008 . El memristor presenta una histéresis en su curva V/I (tensión corriente) que ha sido observada en el nanodispositivo fabricado en los HP Labs, aunque todavía nadie entiende la nanofísica que explica dicho fenómeno.

Leon O. Chua y sus colaboradores introdujeron (teóricamente) hace sólo unos meses unos nuevos dispositivos con memoria, el memcondensador y la meminductancia, dispositivos pasivos cuyo comportamiento es histérico y depende se su historia pasada. ¿Se encontrarán realizaciones nanotecnológicas de estos nuevos dispositivos algún día? Nadie lo sabe aún. El artículo/preprint es Massimiliano Di Ventra, Yuriy V. Pershin, Leon O. Chua, “Circuit elements with memory: memristors, memcapacitors and meminductors,” ArXiv, Submitted on 23 Jan. 2009 .

¿Para qué sirven los memristores? Aunque pueda parecer “cacofónico” para desarrollar nuevas memorias de estado de sólido: memorias RAM resistivas (RRAM o resistive random-access memory) que si bien no son tan rápidas como las memorias RAM más rápidas si son más rápidas que las memorias Flash de nuestros lápices de memoria (que pronto sustituirán a todos los discos duros magnéticos). Este enorme mercado llevará a los memristores a la calle en poco tiempo. Nos lo contó R. Colin Johnson, “Memristors ready for prime time,” EE Times, 8 July 2008 . Estas estructuras se pueden implementar fácilmente en 3 dimensiones (por ahora sólo varios capas superpuestas) lo que incrementa mucho la densidad de integración y la capacidad de las RRAM. También nos lo contó R. Colin Johnson, “3-D memristor chip debuts,” EE Times, 26 Nov. 2008 , haciéndose eco de una conferencia sobre memresistencia y memresistores organizada por los HP Labs, en la que además, Massimiliano Di Ventra, de la Universidad de California en San Diego, describió cómo la memresistividad podía explicar ciertas pautas de aprendizaje biológico en amebas. Di Ventra presentó evidencia microscópica de elementos biomemresistivos en organismos unicelulares y multicelulares. El artículo técnico es Yuriy V. Pershin, Steven La Fontaine, Massimiliano Di Ventra, “Memristive model of amoeba’s learning,” ArXiv, Submitted on 22 Oct 2008 .

Microfotografías de 2 PLA de nanomemristores y transistores convencionales conectadas entre sí (C) PNAS.

Una PLA (Programmable Logic Array) es un dispositivo programable que permite implementar circuitos lógicos combinacionales (los que utilizan los circuitos integrados de los “cerebros” (CPU) de nuestros ordenadores). Usando (nano)memristores como elmentos pasivos y transistores como elementos activos que amplifiquen la información guardada por los primeros se pueden fabricar PLA que permiten implementar circuitos combinacionales complicados con muy pocos componentes, minimizando el área del chip utilizada y la potencia eléctrica consumida. Estas PLA pueden configurarse, por ejemplo, como celdas de memoria para las futura RRAM. Como muestra la figura de arriba se utiliza una red cruzada de 441 memristores formados al cruzar 21 nanohilos de 40 nm. de ancho cruzados con otros tantos, con dióxido de titanio semiconductor en cada unión (un punto de 20 nm. de ancho). Por ahora las operaciones lógicas que se pueden implementar son sencillas (el artículo muestra el “programa” para la operación lógica A*B+C*D). El logro ha sido obtenido, como no, en los HP Labs (Hewlett-Packard Laboratories) en Palo Alto, California, como nos cuenta  Lisa Zyga, “Self-Programming Hybrid Memristor/Transistor Circuit Could Continue Moore’s Law,” PhysOrg.com, February 26th, 2009 , haciéndose eco del artículo técnico Julien Borghetti, Zhiyong Li, Joseph Straznicky, Xuema Li, Douglas A. A. Ohlberg, Wei Wu, Duncan R. Stewart, R. Stanley Williams, “A hybrid nanomemristor/transistor logic circuit capable of self-programming,” PNAS 106: 1699-1703, February 10, 2009 .

Los memristores están de moda. Se están convirtiendo en un campo candente (“hot topic”) y muchos se han apuntado al carro. No desean desaprovechar su potencial para transformar la industria de semiconductores ya que permiten el desarrollo de circuitos integrados más pequeños, rápidos y baratos para la fabricación de ordenadores. En la Universidad de Michigan han desarrollado un memoria RRAM de 1 Kb compuesta de nanomemristores compatible con la tecnología CMOS actual, con una densidad de integración 10 veces mayor que la tecnología actual basada en silicio y una velocidad de proceso mucho más rápida. Nos lo contaban en “UM Engineer’s Memristor Chip Could Lead To Faster, Cheaper Computers,” WWJ News Radio 950, Tuesday, 17 March 2009 , haciéndose eco del artículo técnico del Dr. Wei Lu y dos de sus doctorandos Sung Hyun Jo, Kuk-Hwan Kim, “High-Density Crossbar Arrays Based on a Si Memristive System,” Nano Letters 9: 870–874, 2009 .

Estos avances en memorias RRAM todavía necesitarán varios años para llegar al mercado, pero la carrera ya ha comenzado. ¿Para cuándo el memristor en todos los cursos sobre circuitos electrónicos?

Duro revés a la hipótesis de que los rayos cósmicos son responsables del cambio climático

“Hypotheses non fingo.” Ya lo decía Newton en vida contra sus detractores (Huygens, Hooke, etc.). El método científico debe estar detrás de cualquier hipótesis sobre la realidad. Una pena que Newton nunca escribiera un libro o artículo metafísico sobre el método científico.

El cambio climático es algo muy importante, no sólo científicamente, también políticamente. La teoría del origen antropológico de los cambios que está experimentando el clima de la Tierra parece claro e indiscutible según las ideas de la corriente estándar en climatología. Sin embargo, hay voces en contra. Una de las teorías más discutidas en la Red de redes es su origen en los rayos cósmiscos, es decir, en la actividad solar. Ya hablamos de dicha posibilidad en este blog “Posible correlación entre rayos cósmicos y cobertura nubosa, ficción o realidad,” Septiembre 5, 2008 .

La actividad solar podría ser responsable de alterar la cobertura nubosa de tal forma que se produjera un efecto invernadero. La actividad solar genera rayos cósmicos que inciden sobre nuestra atmósfera (que nos protege de ellos). A más rayos cósmicos, más nubes y más efecto invernadero (idea de 1997 de los físicos Henrik Svensmark y Eigil Friis-Christensen con origen en los 1950). Sin embargo, un estudio computacional ha demostrado que su efecto sobre la atmósfera es unos 2 órdenes de magnitud más pequeño del necesario para explicar el cambio climático. Nos lo cuenta Richard A. Kerr, “Study Challenges Cosmic Ray–Climate Link,” Science, 324: 576 – 577, 1 May 2009 .

Ya nos lo decían desde el IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). No hay evidencia científica fiable para la correlación sugerida por Svensmark. Pero él y sus seguidores veían una conspiración de los “grandes” contra los ”pequeños,” de las “mayorías” contra las “minorías,” y ya se sabe que la mayoría no siempre tiene la razón.

Los especialistas en modelado computacional del cambio climático Jeffrey Pierce y Peter Adams, de la Universidad de Carnegie Mellon, en Pittsburgh, Pennsylvania, han incorporado a un modelo de cambio climático global los procesos físicos (ionización debida a los rayos cósmicos con formación de cobertura nubosa) sugeridos por Svensmark. Han estudiado los efectos en el clima durante un ciclo solar (11 años) y han encontrado que los cambios introducidos en el clima por la actividad solar son 2 órdenes de magnitud más pequeños de los necesarios para formar nubes [frase repetido en honor al énfasis].  Pierce afirma que es posible que en mis modelos falte algo importante, pero no se le ocurre el qué. Ahora el guante está en la mano de Svensmark y sus seguidores que tendrán que encontrar el fallo en los modelos físicos de Pierce y Adams.

Por cierto, ¿eres seguidor de Svensmark? Pues adelante, a estudiarte el artículo técnico J.R. Pierce, P. J. Adams, “Can cosmic rays affect cloud condensation nuclei by altering new particle formation rates?,” Geophys. Res. Lett., In press, Accepted 13 April 2009 . Desgraciadamente no he podido leer el artículo técnico (mi Universidad no tiene subscripción a dicha revista, una pena). Por cierto, en la wiki ya han añadido una referencia a dicho artículo.

¿Qué dicen los especialistas? El método científico requiere la verificación independiente de cualquier resultado experimental, incluso is es obtenido computacionalmente. Habrá que esperar unos meses, quizás años, para tener claro si se verifica o desmiente el resultado. Por lo pronto, algunos especialistas en el modelado computacional del clima están de acuerdo con Pierce y Adams, como Jan Kazil, de la Universidad de Colorado, Boulder, EEUU, quien ha observado algo parecido en sus propios modelos (aún sin publicar). Otros por el contrario están en contra, como Fangqun Yu, de la Universidad de Albany, New York, EEUU, que “observa” problemas en el modelo usado por los científicos de Carnegie Mellon, que tendrá que ser mejorado.

La Ciencia es la Ciencia, y como nos recuerda Kerr en su última frase “Testing the hypothesis will take more modeling and observations.”