El límite superior más fiable para la masa de los neutrinos electrónicos

Los neutrinos tienen una masa en reposo no nula cuyo valor es extremadamente difícil de medir. Se acaba de publicar el límite  experimental más fiable para la masa del neutrino electrónico, m(n_e) < 2 eV con 95% C.L., que ha sido obtenido en experimentos de desintegración beta del tritio. Otros límites previamente publicados presentaban errores sistemáticos demasiado grandes, como discute el nuevo trabajo, que también nos recuerda que la nueva generación de experimentos que estará disponible en un lustro podrá alcanzar una sensibilidad inferior a 0.2 eV. Nos lo cuentan en un interesante y largo artículo E. W. Otten y C. Weinheimar, “Neutrino mass limit from tritium beta decay,” ArXiv, Submitted on 11 Sep 2009.

Los neutrinos (electrónicos) son unas partículas postuladas por Wolfgang Pauli en 1930 para explicar el espectro continuo de la energía de los electrones en la desintegración radioactiva tipo beta. Son partículas neutras muy ligeras, mucho más ligeras que el electrón, originalmente predichas con masa en reposo nula. Descubiertas experimentalmente en 1956 (en realidad se descubrieron los antineutrinos) por Cowans y Reines [3]. Actualmente se conocen 3 tipos de neutrinos asociados a los 3 tipos de electrones, cada uno en cada una de las 3 generaciones de partículas elementales descubiertas experimentalmente.

El Modelo Estándar de partículas elementales se estableció en los 1970 suponiendo que los neutrinos no tienen masa. Sin embargo, el caso de que tuvieran una masa muy pequeña fue también estudiado como posible candidato para la materia oscura caliente, es decir, formada por partículas que se mueven a velocidades ultrarrelativistas (cercanas a la velocidad de la luz). Hoy en día el modelo de materia oscura caliente ha sido descartado en favor de la materia oscura fría (partículas muy masivas que se mueven a velocidades no relativistas).

Se sabe que los neutrinos tienen masa no nula desde 1998, gracias a las observaciones de neutrinos atmosféricos por la instalación japonesa Super-Kamiokande, que observó menos neutrinos electrónicos de los esperados, debido a que durante su trayectoria se transformaron en neutrinos muónicos (la llamada oscilación de los neutrinos que exige que tengan masa en reposo no nula). Este déficit de neutrinos se conocía desde 1968, pero ha sido en los últimos años cuando ha sido definitivamente confirmado (por muchas instalaciones como Gallex, SAGE, SNO, Borexino, KamLAND, MINOS, etc.). Los neutrinos masivos se incorporan al Modelo Estándar de forma muy similar a los quarks utilizando el formalismo de la matriz de Cabbibo-Kobayashi-Maskawa. Los estados electrodébiles de los quarks con masa son una mezcla de sus estados cromodinámicos sin masa gracias a un mecanismo de ruptura de la simetría mediado por el bosón de Higgs.

El problema de la oscilación de los neutrinos es que sólo es sensible a las diferencias entre sus masas y no a sus valores absolutos. Por lo tanto hasta que no se conozca con precisión la masa de al menos un neutrino, no se podrá utilizar este fenómeno para conocer la masa de los demás. ¿Cómo se puede medir la masa de los neutrinos? Hay tres métodos diferentes: (1) mediante observaciones cosmológicas, (2) mediante la desintegración beta doble sin neutrinos, y (3) mediante observación directa de su cinemática en la desintegración beta. Los dos primeros métodos dependen fuertemente del modelo teórico utilizado luego el mejor método es la medida directa por (3). El experimento más utilizado es la desintegración beta del tritio (isótopo del hidrógeno con 3 nucleones, 2 neutrones y un protón), cuyo mejor resultado es m(n_e) < 2 eV con 95% C.L., valor obtenido en la Universidad de Mainz y en el Instituto de Investigación Nuclear de Moscú, que ha sido aceptado recientemente por el Particle Data Group.

Estos experimentos son la tercera generación de experimentos similares que se iniciaron en los 1970. Los interesados en la historia de estos experimentos y las dificultades que presentan debido al difícil control de los errores sistemáticos disfrutarán del artículo de Otten y Weinheimar, que además, resume la estado actual de la teoría sobre los neutrinos y anticipa los nuevos experimentos que se desarrollarán en los próximos años.

Sin palabras: Estudiantes en LIGO le cantan canciones a LIGO

LIGO Laboratory News (el blog para los interesados en LIGO).

Dualidad, ergodicidad y caos en sistemas hamiltonianos infinitamente perturbados

El caos determinista en sistemas hamiltonianos (que conservan la energía) se llama estocasticidad y es muy diferente al caos en sistemas disipativos (como el atractor de Lorenz). Marco Frasca nos presenta un buen ejemplo de esta diferencia. El teorema KAM garantiza que una pequeña perturbación de un sistema hamiltoniano lo modifica muy ligeramente. ¿Qué pasa cuando la perturbación es infinitamente grande? Uno esperaría que el sistema se volviera ergódico y la estocasticidad se mantuviera, sin embargo, pasa todo lo contrario, el sistema se recupera y se comporta como si hubiera sido perturbado ligeramente. Es algo que parece paradójico, pero es una de las claves de la diferencia entre el caos en sistemas disipativos y en sistemas hamiltonianos. La demostración de Frasca utiliza técnicas de dualidad en teoría de perturbaciones, ahora muy de moda en teoría de cuerdas, pero es sencilla (cualquiera que haya estudiado mecánica analítica puede comprenderla). Marco nos lo resume en su blog ”KAM theorem and ergodicity,” The Gauge Connection, June 25th, 2009. El artículo técnico es de fácil lectura para cualquier físico o matemático: Marco Frasca, “Dual Lindstedt series and KAM theorem,” ArXiv, 29 May 2009, aceptado para publicación en el Journal of Mathematical Physics, 9 Sep 2009 ["KAM tori reforming to be published," The Gauge Connection, September 9th, 2009].

Las trayectorias “naturales” de un sistema hamiltoniano integrable son cuasiperiódicas, se descomponen en un conjunto de trayectorias periódicas (se suele decir que el sistema se mueve en toros, es decir, “donuts” multidimensionales). Una perturbación pequeña (extremadamente pequeña en el teorema original de Kolmogorov, probado por Arnold y Moser, llamado teorema KAM) preserva estas trayectorias cuasiperiódicas (preserva los toros). Conforme la perturbación crece, los toros empiezan a destruirse y para una perturbación (suficientemente) grande todos los toros se destruyen y el sistema dinámico recorre gran parte del espacio de fases a su alcance, lo que técnicamente se denomina ergodicidad o, si lo prefieres, caos hamiltoniano.

¿Qué pasa cuando la perturbación no es grande sino infinitamente grande? Es decir, la inversa de la escala de la perturbación es infinitamente pequeña. Uno esperaría que la ergodicidad y el caos completamente desarrollado se mantuviera en este caso. Sin embargo, la sorpresa descubierta por Marco es que ocurre completamente lo contrario. Ha demostrado un teorema KAM dual por el cuál una perturbación infinitamente grande provoca la reaparición de los toros y el retorno a un movimiento cuasiperiódico no caótico. La ergodicidad para perturbaciones grandes desaparece para perturbaciones infinitamente grandes. Si no lo veo, no lo creo.

¿Entonces por qué la mayoría de los sistemas hamiltonianos (p.ej. en mecánica celeste) parecen comportarse de forma ergódica? La respuesta es sencilla, porque están compuestos por un gran número de partículas (o componentes). Su ergodicidad la explica la mecánica estadística y no la presencia de perturbaciones debido a sus interacciones mutuas.

¿Cuál es la importancia de este resultado? La mecánica cuántica no relativista está descrita por un sistema hamiltoniano que cumple la teorema KAM. Según el nuevo teorema KAM dual, la transición entre lo cuántico y lo clásico no hay que buscarla en una constante de Planck infinitamente pequeña, sino en el número de objetos (estados) cuánticos. Cuando el número de constituyentes del sistema cuántico es suficientemente grande, se comportará como un sistema clásico.

Es curioso lo lejos que nos lleva un resultado sencillo en mecánica clásica cuando lo contextualizamos en el marco de la mecánica cuántica. Si no me equivoco, el trabajo de Marco Frasca dará bastante que hablar.

Contraejemplo para la teoría de Maccone sobre la naturaleza de la flecha del tiempo y la memoria cuántica

Lorenzo Maccone no solo publica artículos polémicos en Physical Review Letters.

Las teorías polémicas generan polémica. Hace poco nos hicimos eco de “La solución de la paradoja de Loschmidt sobre la flecha del tiempo mediante la entropía cuántica de von Neumann,” publicada en PRL por Lorenzo Maccone. Según él, la memoria (cuántica) del registro de sucesos que violan la segunda ley de la termodinámica se pierde gracias a los postulados de la mecánica cuántica. Esta amnesia es la responsable última de la flecha del tiempo. David Jennings, Terry Rudolph, en “Comment on `Quantum resolution to the arrow of time dilemma’,” ArXiv, Submitted on 9 Sep 2009, nos muestran que las ideas de Maccone son incompletas y que se puede encontrar un contraejemplo que nos obliga a calificarlas de incorrectas. En sus palabras “Instead of quantum mechanics providing a resolution in the manner suggested, it allows enhanced classical memory records of entropy-decreasing events.”

Técnicamente, Maccone asume sin prueba que siempre una reducción de la información mutua cuántica (IMQ) implica necesariamente una reducción de la información mutua clásica (IMC). Jennings y Rudolph encuentran un contraejemplo a esta afirmación utilizando un sistema con 3 cubits para el que la reducción de IMQ implica un incremento de IMC. Las ideas de Maccone no son generales y por tanto carecen de todo valor. La paradoja de Loschmidt sigue tan abierta como siempre.

El artículo enviado Jennings y Rudolph, de solo una página, incluye en su versión preprint un apéndice que aclara sus argumentos (no sólo para el beneficio de los revisores, sino de todos sus lectores). La clave de su contraejemplo es el hecho de que mecánica cuántica permite un borrado de la información (amnesia) parcial, en lugar de total, como afirmaba Maccone. La mecánica cuántica siempre más sutil de lo que a muchos gustaría.

El fracaso escolar en la universidad norteamericana

El Proceso de Bolonia y el Espacio Europeo de Educación Superior parecen encaminados a llevar a Europa y a España a lograr los éxitos del sistema universitario norteamericano. Sin embargo, mucho olvidan que dicho sistema también tiene sus fracasos. Desde mediados de los 1970 en las universidades norteamericanas más del 40% de los alumnos no completa sus estudios (en la actualidad, más del 44%). EEUU se encuentra en la cola de los 30 países de la OCDE. El problema es tan importante que en la revista Science llegaron a afirmar que deberían imitarse el Proceso de Bolonia de los europeos. Paradojas del destino. A cada lado del charco, el otro lado parece gloria bendita. Nos lo cuentan Richard C. Atkinson y Saul Geiser, en “Higher Education: Addressing the Graduation Gap,” Science 325: 1343-1344, 11 September 2009, aprovechando que les han invitado a revisar el libro de William G. Bowen, Matthew M. Chingos, y Michael S. McPherson, “Crossing the Finish Line Completing College at America’s Public Universities,” Princeton University Press, 2009 (ISBN 9780691137483).

Decidibilidad, calculabilidad y complejidad computacional en la teoría de cuerdas (Turing’s landscape)

Hay artículos con un título que nos obliga a leerlos sin excusa. Aunque sabemos que poco podremos aprender, nadie puede resistir la tentación. Ese es el caso de Abhijnan Rej, “Turing’s Landscape: decidability, computability and complexity in string theory,” ArXiv, Submitted on 10 Sep 2009, artículo enviado al 2º FQXI Essay Contest, cuyo foco es “What is Ultimately Possible in Physics?” Muchos se preguntarán “¿qué tiene que ver la informática teórica con el problema del vacío en teoría de cuerdas?” Poco quizás, pero el autor conjetura una conexión íntima entre ambas y trata de argumentarla de manera que sea “fácil” de leer para todos. Permitidme que os abra la boca al respecto.

La teoría de cuerdas proclama la unificación a alta energía (en la escala de Planck) de la mecánica cuántica y de la gravedad, sin embargo, a baja energía nadie ha sido capaz de obtener el modelo estándar, la realidad que conocemos. El mayor problema de la teoría de cuerdas es que permite prácticamente cualquier cosa a baja energía. A este problema se le llama “el problema del vacío” (string landscape problem). Os recuerdo que el vacío es el universo sin cuerdas, es decir, no está vacío, está relleno de las partículas elementales (puntuales) que constituyen la materia y la energía que observamos. El espacio de configuraciones para el vacío en teoría de cuerdas tiene una cardinalidad estimada de 10⁵⁰⁰ (un número inmenso e inimaginable). Como lo predice todo, la teoría de cuerdas  no predice nada. Es por lo que algunos afirman que es una teoría no falsable.

¿Se podrá determinar alguna vez el vacío correcto de la teoría de cuerdas? El autor siguiendo ideas previas de Nabutovsky, Weinberger y otros, propone que el espacio de configuración de los posibles vacíos tiene una estructura fractal discreta, lo que le lleva a considerar el problema de su calculabilidad (o computabilidad). ¿Es calculable el vacío correcto? Dados dos puntos del espacio de configuración, ¿se puede decidir si corresponden a la misma física? El autor argumenta que estos problemas son computacionalmente intratables.

El modelo estándar utiliza simetrías gauge descritas mediante grupos de Lie (en concreto, SU(3)×SU(2)×U(1) módulo Z/6Z) para describir todas las partículas elementales mediante las representaciones de sus álgebras de Lie (generadores del grupo) asociadas. El autor recuerda que la descomposición de un grupo de Lie en sus subgrupos es un problema NP-completo (resultado un teorema clásico de la teoría de la complejidad computacional). Por lo que saber si el modelo estándar está incluido en el grupo de simetrías de un vacío dado es computacionalmente muy costoso.

¿Es continuo o discreto el espacio de configuración para los posibles vacíos en teoría de cuerdas? Un artículo de Acharya y Douglas en 2006 argumentó en base a la teoría M que es discreto, por lo que existiría una distancia mínima en el espacio de configuración entre cada par de vacíos que representan física diferente. Sin embargo, el problema de determinar si entre dos vacíos hay una distancia mínima es no decidible, en base a un teorema de Novikov que afirma que en más de 5 dimensiones es imposible decidir si dos variedades diferenciables son difeomorfas (“iguales” entre sí).

Cada posible vacío en el espacio de configuración corresponde a una compactificación (una variedad de Calabi-Yau) que está caracterizada por unos números llamados periodos. ¿Qué números reales pueden ser periodos de una variedad de Calabi-Yau? Un artículo de Yoshinaga ha demostrado que todos los periodos (reales) son números calculables en el sentido de Turing. ¿Se puede determinar si dos conjuntos de periodos corresponden a la misma variedad de Calabi-Yau, o sea, son equivalentes entre sí? Este problema, según el autor del artículo, tiene visos de ser computacionalmente intratable, aunque no hay resultados matemáticos concluyentes al respecto. En su caso, decidir computacionalmente cuál es el vacío correcto resultará prácticamente imposible.

En resumen, un artículo curioso que nos recuerda lo profundo de las matemáticas en la física moderna.

Titulares divulgativos que falsean la noticia científica original

El número de agosto de 2009 de la revista “Popular Science” nos ofrece un listado de 9 noticias científicas en los medios que han buscado un titular que podríamos calificar de “amarillista” que falsea los resultados científicos publicados en los correspondientes artículos técnicos. Es un error que podemos cometer muchos divulgadores científicos, dejarnos llevar por el titular y afirmar más de lo que realmente se afirma en los correspondientes artículos técnicos. Permitidme que presente 5 ejemplos de lo que podéis encontrar en el artículo de Jason Daley, “Overhyped Health Headlines Revealed.”

“Pensar te puede hacer engordar” (“Thinking can make you fat, study shows. Too much thinking could make you fat, according to a study,” U.K. Daily Telegraph, 11 Sep 2008; Menéame). El periodista se hacía eco del artículo técnico de Jean-Philippe Chaput et al. “Glycemic Instability and Spontaneous Energy Intake: Association With Knowledge-Based Work,” Psychosomatic Medicine 70: 797-804 (2008), que mostraba que las personas que leen o trabajan con la computadora toman en media 200 calorías más que los que un grupo de control que no lo hace. Sin embargo, los resultados de este estudio son muy criticables ya que sólo usaron una muestra de 14 mujeres de menos de 30 años. Estadísticamente el estudio no tiene ningún tipo de validez.

“El azúcar es tan adictivo como la cocaína o la heroína” (“Sugar as addictive as cocaine, heroin, studies suggest,” New York Daily News, December 12th 2008). La periodista se hacía eco del artículo técnico de Nicole M. Avena et al. “Evidence for sugar addiction: Behavioral and neurochemical effects of intermittent, excessive sugar intake,” Neuroscience & Biobehavioral Reviews 32: 20-39 (2008), que mostraba que ratas alimentadas con un dieta con azúcar en exceso muestran desórdenes neurológicos similares a los que muestran las ratas drogadas con cocaína o heroína. Sin embargo, este estudio no puede ser extrapolado a humanos y es muy discutible ya que se basa en los comportamientos observados sin un estudio neuroquímico riguroso que las soporte.

“Los sujetadores provocan cáncer de mama” (“Bras Shown to Cause Cancer,” Natural News, January 14, 2009). La periodista se hacía eco del artículo técnico de C.-C. Hsieh, D. Trichopoulos, “Breast size, handedness and breast cancer risk,” European journal of cancer 27: 131-135 (1991), que afirmaba que el tamaño de la mama estaba relacionado con el riesgo a padecer cáncer y sugería además, sin pruebas, que el sujetador bloquea los vasos linfáticos provocando la acumulación de toxinas que provocan cáncer de mama. Sin embargo, el artículo es muy discutible y no se ha encontrado ninguna evidencia científica de este último efecto en estudios posteriores.

“Beber alcohol en buena compañía es mejor para tu salud” (“Cheers! Drinking with friends good for you. Social support enhances heart benefits of moderate drinking, study finds,” MSNBC.com, Reuters, March 19, 2009). El artículo de Satoyo Ikehara et al., “Alcohol Consumption, Social Support, and Risk of Stroke and Coronary Heart Disease Among Japanese Men: The JPHC Study,” Alcoholism Clinical and Experimental Research 33: 1025-1032 (2009), estudia 19000 japoneses entre 40 y 69 años, demostrando que tomar alcohol moderadamente es bueno para la salud cardiovascular, tener amigos y buenas relaciones sociales también lo es, pero que no existe ninguna conexión entre ambos (la última frase del resumen es “There was no interaction between alcohol consumption and social support in relation to risk of coronary heart disease“). Sin embargo, parece que los periodistas de Reuters decidieron inventarse su propia conclusión.

“La comida basura durante el embarazo conduce a hijos obesos” (“Junk food in pregnancy leaves children fat for life,” U.K. Daily Mirror, 1/07/2008). El artículo de S.A. Bayol et al., “Offspring from mothers fed a ‘junk food’ diet in pregnancy and lactation exhibit exacerbated adiposity that is more pronounced in females,” The Journal of Physiology 586: 3219–3230 (2008), estudia ratas y sus conclusiones no son extrapolables a humanos, como los propios autores afirman. La nutrición materna en humanos se ha asociado a ciertas enfermedades, pero todavía no a la obesidad.

La energía oscura como resultado de las ondas gravitatorias de la inflación primordial

Explicar la energía oscura es un gran problema. ¿Se requiere nueva física para explicarla? No necesariamente. Un nuevo artículo muestra que la ecuación de estado de la energía oscura podría ser el resultado de ondas gravitatorias primordiales producidas durante la fase inflacionaria en los primeros instantes de la Gran Explosión. Los autores estudian la retroalimentación (backreaction) de las perturbaciones tensoriales (ondas gravitatorias) de un universo estándar tipo Friedmann-LeMaître-Robertson-Walker (FLRW) y muestran que actúan acelerando el universo con una ecuación de estado similar a la obtenida al añadir una constante cosmológica. En concreto la ecuación de estado de la energía oscura pasa de un valor w_E=1/3 en la época dominada por la radiación a un valor w_E=-8/9 en la época dominada por la materia (cercano al valor w_E=-1 que se obtiene con la constante cosmológica y compatible con todos los límites experimentales actuales, como muestra la figura de la izquierda). El artículo técnico es I. A. Brown, L. Schrempp, K. Ananda, “Accelerating the Universe with Gravitational Waves,” ArXiv, Submitted on 10 Sep 2009.

No todo es maravilloso en la nueva propuesta, ya que la densidad de energía oscura que se obtiene es varios órdenes de magnitud menor que la que se observa experimentalmente. El análisis todavía es muy provisional y los autores creen que estudios posteriores podrán determinar si existe algún mecanismo de amplificación de esta densidad de energía oscura hasta alcanzar los valores que se observan experimentalmente. El 73% del universo parece ser energía oscura, por lo que hay que amplificar muchísimo las ondas gravitatorias primordiales para alcanzar un valor tan enorme. Aún así, a mí, que no soy experto, me parece un gran éxito que un modelo tan sencillo conduzca a la ecuación de estado correcta. Habrá que estar al tanto de futuros avances en esta línea.

La Mula Francis lo ha dicho en reiteradas ocasiones en este blog. Que hace 10 años pasáramos de entender muy bien el 100% el universo (materia + materia oscura) a ignorar el 73% (ni idea de lo que es la energía oscura ni qué la causa) ha sido un duro golpe para todos. Me recuerda, salvando las distancias, al caso del éter para las ondas electromagnéticas. Más de medio siglo buscando el éter, cuyas propiedades eran muy antiintuitivas, hasta que Michelson y Morley observaron experimentalmente que no había pruebas de su existencia (hasta entonces todo el mundo consideraba obvio su existencia ya que era y es obvio que las ondas electromagnéticas, propagarse, se propagan). Finalmente, el concepto fue desterrado y ya nadie se acuerda de él. ¿Pasará lo mismo con la energía oscura? A mí así me lo parece. La explicación más sencilla de la energía oscura es una constante cosmológica con un valor de 10^-120 en unidades de la escala de Planck, aunque tendría que tener un valor del orden de 1 en unidades de Planck según las cuentas de los físicos teóricos en cosmología y partículas elementales. Un error “garrafal” de 120 órdenes de magnitud parece muy garrafal. Digo yo. Dice la Mula Francis, que no es experto en estas lides.

El antes y el después del telescopio espacial Hubble

Según la BBC el Hubble ha renacido. Lo han reparado y le han sustituido entre otras su cámara de campo ancho, WFC2, por una nueva, WFC3. Las nuevas imágenes (aquí las 10 primeras, visto en Menéame) son tan espectaculares como las anteriores. Pero todos nos preguntamos, ¿son de mejor calidad ahora? Tommaso Dorigo, también se lo pregunta aquí. No hay respuesta técnica oficial, así que Tommaso ha utilizado la vía empírica y ha comparado dos fotos de la misma estrella, una tomada antes de la reparación y otra despúes de ella (las tenéis a la derecha, reescaladas a ojo por la Mula Francis). Se ve que la imagen es de mejor calidad. ¿Mucha mejora calidad? Dejémoslo en mejor calidad solamente. ¿Te parece espectacular la mejora? ¿Se debe a la nueva óptica o a un nuevo procesamiento software de las imágenes? No lo sé. Si algún lector experto en estos temas es lector de este blog sería todo un placer que nos hiciera un breve comentario al respecto.

Para disfrutar de verdad de las fotos de Hubble hay que verlas a la máxima resolución posible (unos 6000 por 7000 píxeles, dependiendo de la imagen, en las nuevas fotos). Lo mejor, acceder directamente a la web oficial.

¡Larga vida al Hubble!

Se espera que esta reparación del telescopio espacial Hubble (HST) le mantenga en funcionamiento óptimo hasta 2014. El telescopio espacial James Webb (JWST), el sucesor del HST, será lanzado en 2013 según ha anunciado la NASA (publicado por BBC News, visto en Menéame, merece la pena ver las fotos que acompañan a esta noticia). Los problemas económicos de la NASA nos permiten predecir que dicho lanzamiento se retrasará por lo menos hasta 2014. Afortunadamente, un lustro pasa rápido.

Cierran la puerta trasera para publicar en la prestigiosa revista PNAS

Se ha hecho, pero ya no se podrá hacer. 390 de los 3133 artículos publicados en 2009 en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) no han pasado por revisores (revisión por pares o peer review). Ha bastado con la aprobación de un académico que ha “comunicado” el artículo al editor quien lo ha aceptado sin ninguna revisión adicional. El coladero ideal para los “amigos” de los académicos. El envío de artículos mediante “Track One” será deshabilitado (a partir del 1 de julio de 2010). A partir de ese momento ya no se publicarán más artículos sin revisión por pares. Los que se aprovecharon, que se aprovechen de nuevo ahora mismo, que pronto ya no podrán hacerlo. ¿Por qué el cambio de política? ¿Algunos académicos se han sonrojado al ver lo que han “comunicado” sin leer? PNAS está bajando poquito a poco su índice de impacto (de 10,5 a 9,4 desde 2004 a 2008). Nos lo cuenta Sam Kean, “The Academy’s Journal Becomes Less Friendly to the Academy Members,” ScienceNOW Daily News, September 9, 2009.

El editor principal de PNAS, Randy Schekman, y su panel editorial consideran que el cambio era necesario, sin embargo, lo han sometido a votación a los miembros de la academia. El 80% ha votado este verano a favor de eliminar “Track One.” Los académicos que se encuentran en contra de la medida podrán recomendar a sus “amigos” que les seleccionen como revisores. Algo más fácil lo tendrán, pero no tanto como ahora.

PS (16 sep. 2009): Randy Schekman, Editor-in-Chief, “PNAS will eliminate Communicated submissions in July 2010,” PNAS 106: 15518, September 15, 2009. Hasta 1995 la mayoría de los artículos de PNAS eran “comunicados” por un académico. Artículos tan importantes como el de John Nash de 1950 que introducía el concepto de equilibrio de Nash (el de la película “Una mente maravillosa”). Como se ve en la figura de abajo, el número de artículos que no pasa por revisores es pequeño y su eliminación no afectará significativamente a la calidad global de esta revista.

La regla de oro de la computación cuántica: la ganancia en el algoritmo se pierde en la entrada/salida y en el montaje de los circuitos de puertas lógicas

Conjecture: “Golden rule” of quantum-classic information. A gain in quantum algorithms is outweighed by losses in classical I/O and programing.

Los algoritmos cuánticos son sólo una parte de los ordenadores cuánticos. Además se requiere la entrada de datos (preparación de los cubits en el estado adecuado), programar (construir) la secuencia de puertas cuánticas que ejecuta el algoritmo y la salida de datos (lectura del estado final de los cubits). Estos procesos, hoy en día, son clásicos y requieren un alto costo en tiempo. Lo que se gana por un lado, se pierde por otro. Kisil conjetura que teniendo en cuenta el tiempo total los computadores cuánticos nunca serán más eficientes que los clásicos. Quizás se equivoque, quizás no. Nos lo cuenta en Vladimir V. Kisil, “Computation and Dynamics: Classical and Quantum,” ArXiv, Submitted on 8 Sep 2009.

Kisil nos recuerda que toda implementación física del algoritmo de factorización de Peter Shor requiere que reensamblar un circuito cuántico cada vez que en la entrada del algoritmo se introduce un número (pseudo)aletario. El coste de este reensamblaje (programación en palabras de Kisil) debe ser incluido en el coste total y en la práctica es muy alto. Lo mismo nos recuerda para el algoritmo de Grover para la búsqueda de números que requiere múltiples repeticiones en cada una de las cuales se destruye el contenido de la base de datos (cuando se mide, el estado cuántico colapsa). El resultado es que reescribir la base de datos (volver a preparar su estado cuántico) múltiples veces, con un costo mucho mayor que la ventaja obtenida con el algoritmo cuántico.

¿Podrán ser superadas estas barreras algún día? ¿Se podrán construir ordenadores cuánticos que no requieren de la intervención constante de procesos clásicos para su ejecución? Kisil es pesimista al respecto, de ahí su conjetura. La Mula Francis, por el contrario, se encuentra entre los optimistas.

La importancia de la topología de una red eléctrica de alto voltaje

Los biólogos tienen problemas para obtener los parámetros exactos para las redes génicas, de transcripción y metabólicas que estudian. Para ellos, la topología de la red está relacionada con su función. Un estudio teórico de la topología de la red eléctrica de alto voltaje de Italia muestra que lo mismo pasa con las redes de transporte eléctrico. Los autores han introducido un parámetro de calidad de servicio (QoS), calculable topológicamente, que permite determinar las subredes más vulnerables a fallos así como las que son más relevantes para el funcionamiento global de la red de transporte. Curioso para los interesados en matemáticas aplicadas. El artículo, que es fácil de leer para cualquier ingeniero eléctrico, es V. Rosato, L. Issacharoff, G. Gianese, S. Bologna, “Influence of the topology on the power flux of the Italian high-voltage electrical network,” ArXiv, Submitted on 9 Sep 2009.

Evidencias científicas y geológicas del diluvio bíblico de Noé

Nuevos datos apoyan a los sensacionalistas de National Geographic. Un análisis de las espeleotemas en una cueva kárstica búlgara cerca del Mar Negro muestra que 5500 años antes de Cristo las lluvias fueron 53 veces más intensas que la media de la época. ¿Durante cuánto tiempo? No se sabe bien, el registro geológico tiene una resolución de solo 120 años. Si dichas lluvias hubieran ocurrido en uno o dos años podrían ser el famoso diluvio de Noé: se estima que el nivel del agua del Mar Negro creció unos 150 metros. Estos resultados son similares a los ya observados por dos expediciones patrocinadas por National Geographic. ¿Qué pudo provocar este diluvio? Los autores del estudio proponen, sin pruebas científicas, que fue el resultado de la colisión de un gran asteroide o cometa contra el Sol, lo que provocó un rápido incremento de la radiación solar. Yo soy escéptico ante este tipo de artículos, pero seguro que a alguno de vosotros le resulta curioso. Para ellos, el artículo técnico es Y. Y. Shopov et al. “Noah’s Flood and the Associated Tremendous Rainfall as a Possible Result of Collision of a Big Asteroid with the Sun,” ArXiv, Submitted on 9 Sep 2009 (aunque el artículo original es de 1997).

Didier Sornette explica cómo acertó su predicción sobre la burbuja financiera china este verano

Los lectores de este blog saben el aprecio que le tengo a ciertos investigadores, como Didier Sornette. El 13 de julio de 2009 me hice eco en “El mercado de valores chino presenta una burbuja financiera que estallará este verano según un análisis matemático,” de su predicción de que el índice Shanghai Composite caería a principios de agosto. Muchos criticaron esta predicción (como “Econophysicist Predicts Date of Chinese Stock Market Collapse,” ArXiv Blog, July 14, 2009, y Droblo en Euribor.Com). Sin embargo, la predicción se cumplió y algunos tuvieron que dar su brazo a torcer, como ”Econophysicist Predicts Date of Chinese Stock Market Collapse–Part II,” ArXiv Blog, August 21, 2009, aunque no del todo, les quedó la coletilla del “¿mera casualidad?” Se acaba de publicar un nuevo artículo de Sornette, como ya prometió en el anterior, que explica en detalle el análisis de los mercados financieros chinos que le llevaron a su predicción. La econofísica es así, no siempre acierta, pero descubre tendencias, y cuando acierta, hay que quitarse el sombrero. Y a Francis no le disgusta quitarse el sombrero ante Didier. El artículo técnico es Zhi-Qiang Jiang et al. “Bubble Diagnosis and Prediction of the 2005-2007 and 2008-2009 Chinese stock market bubbles,” ArXiv, Submitted on 7 Sep 2009. La honra obliga y nos comentan dicho artículo en “Econophysicist Predicts Date of Chinese Stock Market Collapse–Part III,” ArXiv Blog, September 09, 2009, nos le queda otra remedio que enmendar su inicial entuerto.

Sin entrar en detalles técnicos lo importante es recordar que una predicción acertada, incluso dos o tres, son sólo eso, predicciones acertadas, y no se pueden utilizar para justificar que una teoría matemática (modelo de una realidad) sea correcta. Sin embargo, si el modelo es plausible a partir de una teoría subyacente (la teoría económica de las burbujas financieras basada en expectativas racionales), estas predicciones acertadas pueden ser argumentadas como validación del modelo. El modelo de burbujas de Sornette basado en la detección de crecimiento más que exponencial (una ley de potencia con una singularidad en tiempo finito), llamado modelo LLPL, se nos muestra como una herramienta de gran utilidad práctica a la predecir la explosión de burbujas, al menos con unas semanas de antelación. Los economistas lectores de este blog e interesados en las burbujas harían bien en estudiar los últimos cuatro artículos de Sornette. Francis, por su parte, seguirá atento a las nuevas predicciones de Sornette y os mantendrá al tanto de las mismas. En estos tiempos de crisis suena muy bien “la teoría de las catástrofes aplicada a las burbujas financieras.”

Qué fue de Penny Smith, las ecuaciones de Navier-Stokes y el millón de dólares

Una amiga, lectora de este blog, me comentó hace casi diez años que por qué no me dedicaba a resolver el problema del milenio sobre la regularidad de las soluciones de las ecuaciones de Navier-Stokes. Obviamente es imposible que con mis parcos conocimientos en matemáticas puras pudiera lograrlo. En 2006 le comenté a pie de pasillo que una mujer matemática, Penny Smith, tras 30 años de investigación, podría haber resuelto dicho problema. Más tarde se descubrió que había un error en su demostración. Retractó su artículo. El artículo era Penny Smith, “Immortal Smooth Solution of the Three Space Dimensional Navier-Stokes System,” ArXiv, Submitted on 26 Sep 2006, secuela de “Eternal Continuous Viscosity Solutions of the Einstein Cauchy Problem,” ArXiv, Submitted on 13 May 2006 (ambos artículos retractados en 8 Oct 2006; el segundo contiene un error propagado al primero). ¿Un buen momento para recordar su historia? ¿Y por qué no? Nos cuentan muchos detalles de esta historia tanto Peter Woit, “Navier-Stokes Equation Progress?,” Not Even Wrong, October 5th, 2006, como Jenny Hogan, “Has famous maths problem been solved, and in only a month? Has $1 million maths problem been cracked using novel techniques?,” Nature, News, 9 October 2006. Los interesados en los detalles de la demostración disfrutarán con Brooks Moses, “Penny Smith’s Proof on the Navier-Stokes Equations,” Brooks Moses: Notes on Divergent Simulations, 10 June 2006.

Penelope (Penny) Smith, de la Lehigh University, en Bethlehem, Pennsylvania, EEUU, envió un artículo al servidor ArXiv y a la revista Journal of Mathematical Analysis and Applications proponiendo una solución a uno de los problemas del milenio del Instituto Clay de Matemáticas, dotado con un premio de un millón de dólares. Creyó haber demostrado que existe una solución suave eterna (que no explota o produce singularidades en tiempo finito) de las ecuaciones de Navier-Stokes en 3 dimensiones. La idea de la demostración era escribir estas ecuaciones como el límite en un un sistema hiperbólico cuasilineal cuando cierto parámetro tendía a cero. Este tipo de problemas encajaba en el marco teórico que ella misma había publicado con anterioridad y sólo bastaba demostrar que el límite existía, lo que le requirió sólo 9 páginas en su preprint. Sus artículos anteriores eran Penelope Smith, “Perron’s method for quasilinear hyperbolic systems: Part I,” Journal of Mathematical Analysis and Applications 316: 357-368, 1 April 2006, y “Perron’s method for quasilinear hyperbolic systems, Part II,” JMAA 316: 483-494, 15 April 2006 (ver también “Corrigendum to “Perron’s method for quasilinear hyperbolic systems, Part II” [J. Math. Anal. Appl. 316 (2006) 483–494],” JMAA 329: 1484, 15 May 2007).

La polémica con el trabajo de Smith comenzó pronto. Por un lado, afirmaba que sólo necesitó un mes para su demostración (basada en su trabajo previo de 30 años). Por otro lado, su artículo sólo tenía 9 páginas y se basaba mucho en sus artículos anteriores, algunos de los cuales no estaban en ArXiv y no se podían leer (aunque estaban aceptados para publicación en JMAA). Más aún, Penny recibió ofertas de trabajo, por ejemplo, del prestigioso Institute for Advanced Study en Princeton, EEUU. Y la gente ya se sabe que es envidiosa.

Penny Smith lo pasó mal. Muchas voces clamaron en su contra. “I can mostly fix the paper (except for Navier Stokes) if people would stop beating me up for makeing a subtle error. It is not as if I have been dishonest. [...] Please don’t beat the shit out of me.” Ella tuvo que recordar sus grandes éxitos “My first paper solved a major problem in compressible gas dynamics including three dimensions. My second Paper gave a smooth family of transonic flows in a plane exterior problem disproving a famous and incorrect theorem.” Bueno, no hay que exagerar, que estos primeros artículos de Penny prácticamente no han sido citados, luego tan importantes no serán (“According to Mathscinet, during 1982–2006 Penelope Smith has published 18 papers which were cited 11 times by 8 authors“). Estos extractos están sacados de los comentarios del artículo de Woit en Not Even Wrong. Penny era habitual lectora y comentadora en dicho blog (ahora no sé si seguirá siéndolo).

Penelope tuvo que recordarnos que ”Doing mathematics is 99.9% grueling labor and approximately 0.1% brilliant ideas.”

El error en el artículo de Penny era sutil, muy sutil, extremadamente sutil… no se encontraba en el propio artículo. ¿Dónde entonces? Se encontraba en su preprint anterior sobre el problema de Cauchy de las ecuaciones de Einstein. El teorema 4 de dicho artículo contenía un error (según Penny, muy sutil) a la hora de extender la validez de un teorema de comparación de soluciones de un espacio en el que es difícil demostrarlo a otro en el que ahora resulta claro que es imposible lograrlo (hay un contraeejemplo). Sin dicho teorema, el trabajo de Penny sobre las ecuaciones de Einstein y Navier-Stokes se cae por su propio peso.

Penny sigue trabajando, como buena matemática, como buena hormiguita, poquito a poco, publicando sus cositas.

Albert Einstein según su nieta Evelyn: “Era un mujeriego y un libertino”

Sobre Einstein se ha escrito mucho. Con motivo del año internacional de la Física la FECYT publicó la Unidad Didáctica “La Huella de Einstein,” Ramón Núñez et al., 2005 [PDF descarga gratuita 4,64 MB]. La he releído y me ha parecido interesante extraer algunos párrafos.

“La gente cree que soy un santo o un huevo sin cáscara y no soy ninguna de las dos cosas, gracias a Dios”, Einstein.

Einstein demostró su afición a la compañía femenina, desde bien temprano, gozando de cierto éxito entre las jovencitas de su entorno, pero la gran eclosión del Einstein mujeriego y libertino se produjo a sus cuarenta años, cuando la fama mundial le convirtió en una superestrella mediática tan conocida como cualquier actor de Hollywood y, por consiguiente, en el objeto del deseo de muchas féminas, primero en Berlín y luego en EEUU. Todo ello para desgracia de Elsa, ya convertida en su segunda esposa, con quien inició un romance en 1912, a los 33 años, cuando su primer matrimonio con Mileva ya estaba condenado. Elsa tuvo que soportar las numerosas infidelidades de su marido, quien ni siquiera se molestaba en disimular sus aventuras y no se privaba de acudir a conciertos o pasear con alguna de sus numerosas amigas. Esta actitud dio lugar a situaciones tan “incómodas” como la que tuvo lugar en 1928, cuando a punto de cumplir 50 años y para recuperarse de sus problemas de salud, Einstein acudió a un balneario acompañado de su esposa, su hijastra, su secretaria y la que en aquella época era su amante: una rica viuda judía berlinesa llamada Toni Mendel.

Einstein dejó un reguero de aventuras casuales y algunas pocas más duraderas, aunque intermitentes, pero siempre evitó comprometerse, fiel a su filosofía de que los lazos afectivos no se interpusiesen entre él y su amante más fiel: la física. Para Einstein “el matrimonio es un intento fracasado de hacer algo duradero de un incidente”, “el matrimonio es la esclavitud con vestimenta cultural”, y “seguramente el matrimonio fue inventado por un cerdo antipático”.

¿Por qué Einstein se casó por segunda vez con su prima Elsa? Por su talento para cuidarle y proporcionarle la paz y tranquilidad que necesitaba para desarrollar su trabajo, lo que le convenció de las ventajas que le reportaría contar con ella a tiempo completo. Einstein consiguió el divorcio de Mileva, que había solicitado en 1916 y en cuyo proceso tuvo que confesar infidelidades y peleas, en febrero de 1919, y en junio contraía segundas nupcias con Elsa. Junto a Elsa se sentía cómodo y, sobre todo, muy bien cuidado; lo que no le impidió salvaguardar su independencia, disponiendo de un espacio propio al que ella no podía acceder y manteniendo habitaciones separadas. Elsa aceptó esta situación y el matrimonio resultó mucho más tranquilo, y en cierto sentido feliz, que el primero. Su unión duraría hasta la muerte de Elsa, en 1936.

¿Qué tipo de mujeres atraían a Einstein? Para responder a esta cuestión, nada mejor que preguntar a sus allegados. Según Janos Plesch, médico y amigo íntimo de Einstein: “En la elección de sus amantes no hacía grandes distinciones, pero se sentía más atraído por una rotunda hija de la naturaleza que por una sutil mujer de sociedad”. Peter, hijo de Janos, todavía es más descriptivo y posiblemente algo exagerado: “A Einstein le chiflaban las mujeres y cuanto más vulgares, sudorosas y malolientes eran, mejor”.

Os animo a todos a leer la Unidad Didáctica sobre Einstein coordinada por Ramón Núñez. Para abriros más aún la boca, aquí os presento la foto original (no recortada) de Einstein sacando la lengua (en un coche junto a Elsa y el director del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton).

El estado actual del problema P distinto de NP

El estado actual del problema P versus NP se resume en que el problema sigue abierto. Aunque se han hecho grandes avances, no se atisba que una demostración vaya a ser obtenida en las próximas décadas. ¿Pueden los computadores cuánticos resolver los problemas NP completos en tiempo polinomial? Nadie lo sabe, pero la respuesta oficial es que parece que no pueden. El millón de dólares para quien demuestre que P≠NP seguirá generando intereses. ¿Qué pasaría si alguien demuestra que P=NP? Según los estatutos del Premio del Milenio, no recibirá ni un solo dólar, aunque sí fama mundial. Bueno, en serio, recibiría 5 millones de dólares ya que podría resolver el resto de los 7 problemas del Milenio en un tiempo razonable con un demostrador automático si las correspondientes demostraciones tienen, digamos, 100 páginas de longitud. Nos lo cuenta Lance Fortnow, “Review article. The Status of the P Versus NP Problem,” Communications of the ACM 52: 78-86, 2009 [versión gratis html]. Un resumen breve en la presentación PowerPoint de la reciente charla de Scott Aaronson del MIT en “Has There Been Progress on the P vs. NP Question?” (visto en su blog ”Barriers to snarky blogging,” Shtetl-Optimized, August 27th, 2009).

¿Qué es el problema P versus NP? Un algoritmo para resolver un problema es eficiente si su coste en tiempo es un polinomio dado en el tamaño de los datos de entrada. La clase de problemas para los que existen algoritmos que los resuelven de forma eficiente se denomina clase P (problemas resolubles en tiempo polinómico). Hay problemas para los que una posible solución se puede verificar en tiempo polinomial (hay un algoritmo en P que decide la validez de una solución). Este tipo de problemas se encuentran en la clase NP (problemas resolubles de forma no determinista en tiempo polinómico). El problema P versus NP trata de estudiar si es cierto o no que P=NP, es decir, que todo problema para el que se puede verificar eficientemente su solución es un problema para el que se puede calcular su solución de forma eficiente.

La clase de problemas NP completos (NP-c) es una clase de problemas que son equivalentes entre sí de tal manera que si alguien encuentra un algoritmo eficiente para uno de ellos, automáticamente obtiene una algoritmo eficiente para todos los demás problemas en NP-c, más aún, también lo será para todos los problemas en NP. Es decir, un algoritmo eficiente para un problema NP-c automáticamente implica que P=NP. Hoy en día se conocen cientos de problemas NP-c (y cientos de demostraciones falsas (“fake“) de que se encuentran en P).

La mayoría de los investigadores en informática teórica cree que P≠NP, pero desde 1972 múltiples intentos de demostrar esta conjetura han sido infructuosos. En el año 2000, uno de los problemas del milenio del Instituto Clay de Matemáticas donará un millón de dólares a quien demuestre que P≠NP, aunque ni un solo dólar a quien demuestre que P=NP. En un mundo donde P=NP muchos estarían contentos, habría algoritmos eficientes (“rápidos”) para muchos problemas, sin embargo, muchos otros estarían tristes, la criptografía (cifrado) de clave pública sería inútil (habría algoritmos que desvelarían las claves secretas “rápidamente”). La mayoría de los expertos en teoría de la complejidad creen que P≠NP y que su demostración sólo es cuestión de tiempo.

¿Cómo se puede demostrar que P≠NP? Se han estudiado muchísimos caminos prometedores en los que se ha llegado a un callejón sin salida. Se ha avanzado mucho, pero todavía no se ve la luz al final del camino. Por ejemplo, si alguien encontrara un algoritmo en NP capaz de simular todos los problemas en P, entonces se podría utilizar un argumento de diagonalización (similar al usado por Turing para el Problema de la Parada) para demostrar que P≠NP. Los avances más importantes en los últimos años vienen en la línea que utiliza la geometría algebraica y la computación con números reales. Más detalles en el artículo de Fortnow, que se lee fácil para cualquier informático.

¿Pueden los ordenadores cuánticos resolver problemas NP completos? Peter Shor demostró que el problema de factorizar números enteros en factores primos y el problema de calcular logaritmos discretos se pueden resolver en tiempo polinómico con un algoritmo cuántico. Sin embargo, nadie sabe si estos problemas se encuentran en NP-c. De hecho, los expertos creen que el trabajo de Shor apunta a una demostración de que no lo están. Más aún, los trabajos de Grover parecen indicar que los algoritmos cuánticos (salvo excepciones como el algoritmo de Shor) sólo pueden lograr un speed-up cuadrático.

Para acabar, ¿en qué se ha avanzado en el problema P versus NP las últimas décadas? Básicamente se han obtenido resultados particulares (algunos con demostraciones muy complicadas), que según los expertos deberán estar incluidos en cualquier demostración del resultado general. Estos resultados permiten saber rápidamente si cualquier nueva “demostración” es correcta o no sólo echándole un vistazo. Si no incluye estos resultados particulares, debe ser incorrecta y los expertos “pasan” de prestarle más atención. Según Scott Aaranson es como el problema de la gravedad cuántica, cualquier propuesta debe demostrar que incluye la mecánica cuántica y la gravedad de Einstein, si no lo hace, nadie creerá que es la respuesta correcta.

El algoritmo cuántico de Shor implementado en un chip cuántico con tecnologías fotónicas

Factorizar el número 15 parece una trivialidad. Factorizar el número 15 con un ordenador cuántico que implemente el algoritmo de Peter Shor no es fácil, pero se ha logrado con un gran número de tecnologías. En la mayoría de los casos, dichas tecnologías no son fácilmente escalables a la factorización por dicho algoritmo de números más grandes. Alberto Politi et al. han logrado hacerlo utilizando un chip (circuito integrado) con tecnologías fotónicas. En esta implementación, la mayor limitación es que el algoritmo de Shor ha de ser “compilado” (según los autores), yo diría que “expandido” (desarrollando todos su bucles de forma explícita), lo que para números con un mayor número de cubits requiere un coste muy alto. Sin embargo, las tecnologías fotónicas utilizadas parece que ofrecen una nueva vía para la escalabilidad de los ordenadores cuánticos. El artículo técnico es Alberto Politi, Jonathan C. F. Matthews, Jeremy L. O’Brien, “Shor’s Quantum Factoring Algorithm on a Photonic Chip,” Science 325: 1221, 4 September 2009.

Para los que sepáis algo de computación cuántica, la figura que abre esta entrada es autoexplicativa. Para los demás, no entraré en más detalles. Sólo quisiera recordar que a mí se me antoja que las tecnologías de computadores cuánticos basados en redes de guías de ondas (chips fotónicos) tienen un futuro muy alagüeño, sobre todo porque permiten realizar computadores cuánticos a temperatura ambiente, y nos ofrecerán sorpresas importantes en los próximos años. Abajo os dejo la foto del chip fotónico utilizado, para los curiosos.

PS (11 nov 2009): El artículo ya está disponible gratis en ArXiv para los que no tengan acceso a Science.

La amígdala cerebral es la responsable de que no borremos las huellas de nuestros traumas infantiles

 

¿Por qué los traumas y miedos infantiles se graban en nuestra memoria y reaparecen espontáneamente durante nuestra vida como adultos? Un problema clínico de gran magnitud, cuya única solución parecer ser la terapia psicoanalista. En un futuro puede cambiar. Gogolla et al. publican en Science un artículo en el que han encontrado una razón fisiológica para que los traumas resistan la huella del olvido: el entorno extracelular de las neuronas de la amígdala cerebral. Lo han descubierto en ratones de laboratorio estudiando los proteoglicanos de condroitín sulfato de la matriz extracelular. Adultos que carecen de ellos recuerdan miedos y traumas cual si fueran jóvenes infantes. Nos lo cuenta Tommaso Pizzorusso, “Neuroscience: Erasing Fear Memories,” Science 325: 1214-1215, 4 September 2009, haciéndose eco del artículo de Nadine Gogolla et al., “Perineuronal Nets Protect Fear Memories from Erasure,” Science 325: 1258-1261, 4 September 2009.

La incapacidad para borrar los miedos y traumas “infantiles” en los ratones de laboratorio se observan durante sus primeros días de vida, en especial durante los primeros 17 días de vida. A partir de los 23 días del nacimiento, esta incapacidad desaparece y los mecanismo de borrado de la memoria estos miedos actúan con normalidad. Se sabía que la amígdala cerebral era importante en este proceso, pero se desconocían los detalles. El nuevo estudio abre una ventana para entenderlos. En la amígdala cerebral, uno de los componentes más importantes de la matriz extracelular de las neuronas corticales son los proteoglicanos de condroitín sulfato. El estudio de Gogolla et al. ha determindo que la maduración de esta matriz extracelular es la responsable de la finalización del periodo en el que los miedos “infantiles” no pueden borrarse de la memoria de los ratones. Más aún, han inyectado en ratones adultos condroitinasas ABC, capaces de eliminar los proteoglicanos de condroitín sulfato, y han observado que pueden provocarles miedos y traumas que permanecen en su memoria durante toda su vida.

Por supuesto, este estudio es un primer paso y se requieren futuros estudios para determinar los detalles bioquímicos y moleculares de la acción de estas substancias en la amígdala cerebral, que podrían llevar a vías terapéuticas farmacológicas para evitar y/o minimizar los traumas infantiles en humanos.

El origen de los cometas de periodo largo está mucho más cerca del Sol de lo que se creía

Se pensaba que el origen de los cometas de periodo largo, que producen bellas colas cuando se aproximan al Sol a una distancia menor que la órbita terrestre, una unidad astronómica (UA), se encontraba entre 20.000 y 100.000 UA. Sin embargo, Kaib y Quinn publican en Science un estudio que demuestra que es mucho más cercano, entre 3.000 y 10.000 UA, gracias a simulaciones por ordenador. Estos cometas se originan en la nube de Oort (descubierta por Jan Oort en 1950) donde se encuentran más de un billón de objetos. El nuevo resultado científico indica que la gran mayoría de los cometas que se acercan al Sol corresponden a objetos que se encuentran en la parte interior de la nube de Oort, la más cercana al Sol. Un resultado sorprendente para muchos ya que implica que la gravedad del plano de nuestra galaxia, la Vía Láctea, influye significativamente en los cometas de periodo largo y es clave para explicar el resultado observado. Nos lo cuenta Martin Duncan, “Re-viewing an Old Comet Reservoir,” Science 325: 1211-1212, 4 September 2009, haciéndose eco del artículo técnico Nathan A. Kaib, Thomas Quinn, “Reassessing the Source of Long-Period Comets,” Science 325: 1234-1236, 4 September 2009.

Se creía que el origen de los cometas de periodo largo no podía estar en la parte más cercana de la nube de Oort por la siguiente razón. Si el Sol fuera el único cuerpo masivo del universo, cada cometa lo orbitaría una vez por periodo en una órbita elíptica fija, moviéndose desde el mismo perihelio (punto más cercano al Sol) al mismo afelio (punto más alejado al Sol). Sin embargo, la gravedad del plano de nuestra galaxia ejerce una influencia importante en los cometas cuando estos se encuentran cerca de su afelio, aunque prácticamente su efecto es nulo cerca del perihelio. Se sabe que el perihelio de los cometas de periodo larga cambia de un periodo a otro debido a la influencia de Júpiter y Saturno cuando se encuentran entre 15 UA y 1 UA. Al casar esta reducción tan rápida del perihelio con las perturbaciones galácticas cerca del afelio resulta que el afelio de estos cometas debería estar a unas 40.0000 UA, es decir, las cometas pasarían la mayor parte de su vida en la parte más externa de la nube de Oort, la más alejada del Sol.

El estudio de Kaib y Quinn ha descubierto un nuevo mecanismo por el cual los cometas de periodo largo podrían comportarse como se observa experimentalmente pero pasando la mayor parte de vida en la parte más interna de la nube de Oort. Los cometas pasarían por tres etapas de su vida. En la primera, los cometas de la parte más interna de la nube de Oort por influencia gravitatoria del plano galáctico reducirían su perihelio hasta una órbita próxima a Saturno. En la segunda, la influencia gravitatoria de este planeta catapultaría al cometa hasta una afelio en la parte más externa de la nube de Oort. Y en la tercera y última fase, la influencia del plano galáctico reduciría el perihelio hasta una distancia cercana a la órbita de la Tierra. Las simulaciones por ordenador parecen indicar que este mecanismo es mucho más probable de lo podría pensarse y la gran mayoría de los cometas de periodo largo deben haberlo sufrido. Por ejemplo el planeta enano o plutoniano llamado Sedna (perihelio cerca de 80 UA y afelio cerca de 1.000 UA) sigue una órbita que indica que está sufriendo el mecanismo que acabamos de describir.

Ahora es el turno de los astrónomos observacionales (como Pan Starrs y Large Synoptic Survey Telescope) que tendrán que confirmar o rebatir esta nueva propuesta teórica. Los límites del sistema solar todavía ofrecen muchos secretos y darán mucho que hablar en los próximos años.