Por qué el LHC del CERN se diseñó para colisionar dos haces de protones de 7 TeV

Los protones son partículas compuestas de quarks y gluones (partones). Cuando dos protones colisionan entre sí en realidad colisionan los quarks y gluones que los constituyen. La energía de cada quark es aproximadamente 1/6 de la energía total del protón. Si queremos colisiones de dos quarks cada uno con 1 TeV debemos usar protones con una energía como mínimo de 6 TeV. Por si acaso, se decidió diseñar el LHC para colisionar protones con una energía un poco mayor, 7 TeV. Por ello, a máxima energía, en el LHC del CERN se colisionarán protones contra protones con una energía en el centro de masas de 14 TeV, lo que significa que en realidad colisionarán partones (quark-quark, gluón-gluón) con una energía en el centro de masas menor de 2’33 TeV, en el mejor caso. En la práctica la mayoría de las colisiones de partones tendrán una energía del orden de 1 TeV en el centro de masas. Por qué conformarse con colisiones de partones hasta de 1 TeV. Porque el objetivo fundamental del LHC del CERN es estudiar en detalle la escala de la ruptura espontánea de la simetría electrodébil, es decir, energías hasta 1 TeV (y un poco mayores). Como en las colisiones protón-protón en realidad colisionan los partones (quarks y gluones), no importa si colisionan protones contra protones o protones contra antiprotones, siendo  la primera opción mucho más barata. La figura muestra una colisión típica en el LHC que produzca un bosón de Higgs, pp → qq → WW→ H → ZZ, donde la colisión protón-protón, en realidad es un colisión quark-quark, que en realidad es una colisión entre bosones W, que produce un Higgs que se desintegra en un par de bosones Z que a su vez se desintegrarán en chorros (jets) de partículas. En resumen, dos protones colisionan y observamos dos chorros de partículas aunque han ocurrido muchas cosas en el intríngulis. Más detalles de carácter divulgativo sobre estos asuntos en Rohini M. Godbole, “Story of a journey: Rutherford to the Large Hadron Collider and onwards,” ArXiv, Submitted on 6 Jul 2010. Más información técnica sobre el diseño el LHC en Lyndon Evans y Philip Bryant, “LHC Machine. The CERN Large Hadron Collider: Accelerator and Experiments,” Journal of Instrumentation 3: S08001, August 2008 [165 páginas, artículo gratuito].

Resumen de los resultados del último año del experimento CDF del Tevatrón en el Fermilab

Para ayudar a los miembros de la colaboración o experimento CDF del Tevatrón en el Fermilab a la hora de enviar artículos a conferencias internacionales se ha publicado una página web que resume todos los resultados obtenidos por CDF en el último año (desde julio del año pasado): “CDF Results for 2010 Winter Conferences (only new results since the 2009 Summer Conferences are listed),” 2 July 2010. Os resumo algunos de estos resultados. Los interesados en más resultados y en los detalles pueden consultar dicha página web.

• La masa del quark top obtenida con 4’8/fb de colisiones es mt = 172’8 ± 0’7 (stat.) ± 0’6 (JES) ± 0’8 (syst.) GeV/c² = 172’8 ± 1’3 (total) GeV/c².
• La anchura de la resonancia asociada al quark top (con 4’3/fb) es Γt < 7’5 GeV (al 95% de confianza) y 0’4 GeV<Γt < 4’4 GeV (al 68%).
• La sección eficaz para la producción de par de quarks top-antitop obtenida (con 4’3/fb) es de 6’88 ± 0’29 (stat) ± 0’83 (sys)  ± 0’42 (lumi) pb (picobarns).
• Se excluye la existencia de un quark t’ de cuarta generación  (con 4’6/fb) con una masa inferior a 335 GeV/c² (al 95% CL).
• La combinación de observaciones de CDF y DØ con una luminosidad total de 2’0-5’4 /fb excluye la masa del bosón de Higgs entre 163 y 166 GeV/c² (al 95% CL).
• La masa del bosón de Higgs según CDF con 4’8 /fb de colisiones se encuentra en el intervalo entre 115 y 165 GeV/c² (al 95% CL).
• La vida media obtenida (con 4’3/fb) paras los mesones B⁺ = 1’639 ± 0’009(stat.) ± 0’009 (syst.) ps (picosegundos) y B⁰ = 1’507 ± 0’010(stat.) ± 0.008 (syst.) ps.

¡Ah!, por cierto, los amantes de la rumurología disfrutarán con la última entrada de Tommaso Dorigo que afirma que en el Tevatrón se ha logrado obtener una evidencia de 3 sigma de la existencia de un bosón de Higgs de baja masa en “Rumors About A Light Higgs,” A Quantum Diaries Survivor, July 8th 2010 (obviamente Lubos Motl se hace eco). A Tommaso le encanta lanzar rumores al vuelo. Pero no hay que repicar las campanas, la evidencia de un bosón de Higgs con una masa baja (unos 115 GeV/c²) en el extinto LEP2, hace casi 10 años, era también de casi 3 sigma. Así que, incluso si se confirma el rumor, el nuevo dato aporta poco a lo que ya sabíamos hace 10 años… más allá de una noticia en blogs como este y un artículo publicado en una revista internacional.

La historia de los quarks y Murray Gell-Mann

Es todo un placer leer la historia de la ciencia de manos de sus propios autores. Como nos dice George Zweig, nadie es consciente de que asiste a una revolución en primera persona, se necesitan muchos años para comprender la importancia y el significado de los hechos que modelan la historia. Recomiendo la lectura de George Zweig, “Memories of Murray and the Quark Model,” ArXiv, 3 Jul 2010. Permitidme extraer algunas frases para iros abriendo boca.

En 1949, Fermi y Yang publicaron un artículo que sugería que el pión no era una partícula elemental, sino un estado ligado de un nucleón y un antinucleón. Un nucleón es un protón o un neutrón. Sakata extendió dicho modelo a mesones y bariones suponiendo que estaban formados por el protón (p), el neutrón (n) y la partícula lambda (Λ). En 1963 se sabía que el modelo de Sakata no era correcto, pero la idea de que los hadrones (mesones y bariones) estaban formados por constituyentes más pequeños estaba en el aire. Zweig reemplazó los tres constituyentes del modelo de Sakata por nuevas partículas desconocidas, denotadas p₀, n₀ y Λ₀, a las que llamó “ases” (aces). Se conocían 4 leptones (electrón, muón y sus neutrinos) y Zweig pensó que tendría que haber cuatro “ases” como en la baraja, aunque su modelo explicaba todos los hadrones utilizando solo 3. Zweig asignó a sus “ases” un número bariónico 1/3 (lo que implica una carga fraccionaria). El ”as” Λ₀ sería más pesado que los otros dos “ases” y explicaría la vía óctuple de Gell-Mann, la simetría SU(3) accidental de la fuerza nuclear fuerte. ¿Existían los “ases”? No podían existir porque la partícula Ω¯, que estaría formada por tres  Λ₀, violaba el principio de exclusión de Pauli (que la QCD evitó gracias a la carga de color). Cuando Zweig le expuso sus ideas a Gell-Mann el pensó que los “ases” eran un mero juguete formal.

Gell-Mann había introducido la vía óctuple, la simetría SU(3) y los quarks que constituyen los mesones y los bariones, en 1961 como una extensión del modelo de Sakata. Afirma en dicho artículo que ”no le atribuimos ningún significado físico a las (nuevas) partículas (teóricas) que constituyen los bariones. La discusión por el momento se reduce a una introducción matemática a las propiedades del espín unitario.” Más adelante, gracias a una idea de Serber, en la primavera de 1963, Gell-Mann volvió a especular sobre la idea de que los quarks fueran partículas en un artículo publicado en febrero de 1964. Dicho artículo acaba afirmando que “sería divertido especular sobre si los quarks fueran partículas físicas con una masa finita (en lugar de entidades puramente matemáticas en el límite de masa infinita). [...] Una búsqueda de los quarks con carga -1/3 y 2/3 en los aceleradores más energéticos serviría para corroborar que no existen los quarks reales.” Cinco meses más tarde afirmaba Gell-Mann en otro artículo que “hemos construido una teoría matemática de partículas con interacción fuerte, que puede tener o no algo que ver con la realidad, hemos encontrado las relaciones algebraicas que cumple el modelo, hemos postulado su validez, y hemos expuesto el modelo resultante. Este proceso se parece a lo que se hace en la cocina francesa: se cocina un filete de faisán entre dos filetes de ternera y luego estos últimos se desechan.”

En una charla que Gell-Mann impartió en 1972 titulada “Quarks” presentó su modelo de “corrientes de quarks” mencionando solo de pasada los quarks como constituyentes de los hadrones: “la idea es que los hadrones se comportan como si estuvieran formados por quarks, pero los quarks no son reales. Los quarks violan las leyes estadísticas del espín luego no pueden ser partículas reales. [...] La idea de las “corrientes de quarks” es que los quarks son partículas ficticias que nunca serán descubiertas experimentalmente. [...] Los quarks son solo una construcción matemática útil para describir la fuerza fuerte y no tienen existencia independiente.” En octubre de 1972 todo cambió con el descubrimiento de la partícula ψ/J que convenció a todo el mundo de que la existencia de los quarks como partículas reales era obvia. En 1977 Feynman nominó al Premio Nobel a Gell-Mann (ya lo era) y a Zweig (ver figura más abajo). Los “ases” de Zweig ya eran parte integral del modelo estándar gracias a la idea de la carga de color (la cromodinámica cuántica).

Manuel Yuste Llandrés recibe el premio de enseñanza universitaria de la física de la RSEF

Manuel Yuste Llandrés, catedrático en el departamento de física de materiales de la UNED, que fue mi profesor en Óptica de Fourier y en Física Atómica y Molecular, ha recibido el Premio de Enseñanza Universitaria de la Física que la Real Sociedad Española de Física y la Fundación BBVA entregan todos los años. Se premia su labor en el diseño y desarrollo de experimentos para cursos de Mecánica, de Termodinámica, de Electricidad y Magnetismo y de Óptica, que Manuel ha publicado en muchos artículos y que ha resumido en su libro junto a Carmen Carreras Béjar, “Experimentos caseros para un curso de Física General,” Cuadernos de la UNED, 130, Madrid, 1994. Un libro que desde aquí recomiendo a todos los profesores de física general. Nos lo han contado en ”Premios de la Real Sociedad Española de Física para la investigación en partículas y en nuevos materiales. Los galardones se otorgan, en colaboración con la Fundación BBVA, en ciencia básica y aplicada, así como a jóvenes promesas,” El País, 06/07/2010, y en Ana Luz Díaz, “Dos mujeres, premios de Física por primera vez en 52 años,” El Mundo, 06/07/2010.

“Desde hace 58 años la Real Sociedad Española de Física (RSEF) viene premiando a los científicos y docentes más destacados en su disciplina. La protagonista de esta edición es la Dra. Elvira Moya que recibió la medalla de honor por su carrera investigadora especializada en Física Nuclear. Una mujer atípica para su época que consiguió investigar en los centros más prestigiosos del mundo como el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), que ha recibido el galardón de la mano de la primera mujer presidente de la RSEF en sus 107 años de historia, M. Rosario Heras. También ha sido galardonada la Dra. María Amparo Tórtola, una joven promesa autora del artículo más citado de la comunidad española de física de partículas de los últimos cinco años. Tórtola es investigadora del Instituto de Física Corpuscular (IFIC) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y de la Universitat de València cuya tesis doctoral bajo la dirección de José Valle sobre la caracterización de la oscilación de los neutrinos ha generado 18 publicaciones científicas, una de las cuales se ha convertido en referente en este campo con más de 700 citas.”

Por cierto, el artículo de Tórtola que ha recibido tantas citas es Michele Maltoni, Thomas Schwetz, Mariam Tórtola, José W F Valle, “Status of global fits to neutrino oscillations,” New Journal of Physics 6: 122 (37 pp), 2004 [gratis en ArXiv]. Un artículo de revisión que analiza el estado actual (en 2004) de los ajustes experimentales y teóricos de los parámetros de oscilación de los neutrinos (que oscilan porque tienen masa en reposo no nula). Es un artículo muy bien ilustrado y que se lee fácil (lo digo por si alguno se atreve).

Un modelo excepcionalmente simple capaz de incorporar los efectos de la turbulencia de pared

Simulación de turbulencia de pared de Sergio Hoyas y Javier Jiménez (http://torroja.dmt.upm.es/).

La turbulencia creada por el flujo de un fluidos cerca de una superficie a altos números de Reynolds se denomina turbulencia de pared. Su importancia es enorme en muchas aplicaciones (por ejemplo, da cuenta del 50% de la resistencia aerodinámica del ala de un avión), pero su cálculo es difícil porque se concentra en una capa muy delgada cercana a la pared. En esta capa está la región donde los efectos de los mecanismos de transporte molecular, tales como la viscosidad, se oponen al transporte de momento, calor y/o masa entre la pared y el fluido. Las simulaciones numéricas de la turbulencia de pared (como las de Sergio Hoyas y Javier Jiménez) requieren supercomputadores (como Mare Nostrum). Para el diseño industrial de muchos sistemas se requiere el uso de un modelo simple que modele las propiedades promedio de la capa turbulenta de pared. Marusic et al. presentan hoy en Science un modelo no lineal sencillo que da cuenta de estas propiedades y que puede ser incorporado fácilmente a los simuladores de física de fluidos actuales con un coste muy bajo. El modelo considera solo las componentes de la velocidad paralelas a la superficie y tiene dos parámetros cuyos valores se pueden obtener empíricamente (gracias a las simulaciones en supercomputadores). Sorprende que un modelo de capa límite tan sencillo sea capaz de predecir las propiedades globales del movimiento turbulento cerca de la pared. Nos lo cuenta Ronald J. Adrian, “Closing In on Models of Wall Turbulence,” Perspectives, Science 329: 155-156, 9 July 2010, haciéndose eco del artículo técnico de I. Marusic, R. Mathis, N. Hutchins, “Predictive Model for Wall-Bounded Turbulent Flow,” Science 329: 193-1969, July 2010.

Un fluido viscoso cerca de una pared ha de cambiar su velocidad hasta que justo en la pared sea idéntica a la de esta. Esta variación tan rápida induce esfuerzos tangenciales en la superficie que conduce a grandes pérdidas de energía (de gran importancia en las aplicaciones prácticas). Se estima que el 50% del consumo de combustible de un avión durante su vuelo se gasta en superar la tracción debida a las capas límites turbulentas de pared en su fuselaje. Números similares se observan en el movimiento de grandes barcos y submarinos. La turbulencia de pared también es importante en la física de la atmósfera con importantes consecuencias meteorológicas y climatológicas.

Uno de los grandes desafíos de la física de fluidos actual es comprender y predecir el comportamiento de la turbulencia de pared. Gracias a las simulaciones en supercomputadores se ha descubierto que las capas límite turbulentas poseen ciertas características recurrentes (patrones coherentes ) muy difíciles de observar mediante técnicas experimentales. Estas simulaciones son complicadas porque requieren resolver escalas muy grandes y muy pequeñas simultáneamente. Para el fuselaje de un avión las escalas van de cientos de metros a menos de un milímetro. En general , las capas límite turbulentas se caracterizanpor un número adimensional denominado número de Reynolds(Re), que es esencialmente el cociente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas. Incluso en los mayores supercomputadores solo se pueden resolver numéricos flujos a números de Re muchos órdenes de magnitud por debajo de los observados en problemas prácticos. Números del orden de mil en las simulaciones que hay que comparar con valores de hasta cien mil en las aplicaciones.

Estudios recientes a  altos de Re han mostrado que en la turbulencia de pared se mezclan movimientos de muy gran escala (VLSM, llamados “superestructuras”) y movimientos a escalas muy bajas. Los primeros se superponen y modulan el comportamiento de los segundos. El nuevo modelo matemático se basa en acoplar ambos tipos de movimientos de forma que permite una predicción estadística de las fluctuaciones de la velocidad en la región cercana a la pared. Sin entrar en detalles matemáticos, el nuevo modelo ofrece una expresión algebraica sencilla que utiliza únicamente la información a gran escala del campo de velocidades en la región exterior a la capa turbulenta y permite determinar el comportamiento promedio del fluido en un escala logarítmica asociada a la propia capa turbulente. La comparación entre resultados experimentales en túneles de viento a altos números de Reynolds indican que el modelo tiene un poder predictivo más allá de lo que se podría esperar debido a su simplicidad, de ahí que se haya publicado en la prestigiosa revista Science.

Lubos Motl, las teorías GraviGUT y la renormalizabilidad de la rotura espontánea de la simetría

Una teoría GraviGUT es una teoría de gran unificación (GUT) basada en un grupo de simetría tan grande que tiene como subgrupos a los grupos de simetría del modelo estándar, SU(3)×SU(2)×U(1), y al grupo de Poincaré de la relatividad general, SO(3,1). Hay muchos ejemplos publicados, como la teoría del físico surfero Garrett Lisi. En una teoría GraviGUT la simetría está rota de tal forma que a baja energía se recuperan el modelo estándar y la gravedad. Por qué es muy difícil construir una teoría GraviGUT correcta. Porque romper la simetría de forma explícita (artificial) es muy fácil, pero romperla de forma espontánea (dinámica) es muy difícil y dicha ruptura tiene que cumplir que sea compatible con todos los experimentos de física partículas conocidos hasta el momento (renormalizable), algo que no es nada fácil. Nos lo cuenta Lubos Motl en  ”Why there is no GraviGUT symmetry,” The Reference Frame, July 08, 2010. Me ha gustado como lo presenta así que permitidme, sin que sirva de precedente, un resumen breve. Los interesados en más detalles pueden recurrir al original.

Supongamos que el grupo SU(390) describe una teoría GUT con una carga de color que tiene 390 valores diferentes. A baja energía la realidad muestra que los quarks tienen solo 3 colores y cumplen la simetría SU(3). No hay ningún problema, SU(390) incluye como subgrupo a SU(3). Si rompemos la simetría SU(390) de forma explícita para que a baja energía resulte SU(3), la física compatible con SU(390) a alta energía será indistinguible a baja energía de la física de SU(3). Una teoría renormalizable es una teoría que a cierta energía no se ve influida por lo que pase a una energía más alta. El problema es que necesitamos una rotura espontánea de la simetría. Un mecanismo dinámico (no un mecanismo ad hoc) de rotura de la simetría. La física es algo más que teoría de grupos. El mecanismo de ruptura espontánea de la simetría conducirá a la aparición (predicción) de un conjunto de bosones de Higgs que serán observables a energía intermedia (asociada a la escala de la ruptura de la simetría). ¿Es fácil construir una rotura dinámica de la simetría SU(390) que conduzca a SU(3) a baja energía? No, no es nada fácil y hay que hacerlo de tal forma que el resultado sea una teoría renormalizable libre de anomalías (como partículas de masa nula que no han sido observadas).

Con una teoría GraviGUT pasa exactamente lo mismo. Se trata de una teoría GUT que en lugar de usar un grupo como SU(5) o E6 que incluyen a las simetrías del modelo estándar  como subgrupos, utilizan un grupo más grande como SO(10) o E8 que además incluyen como subgrupo a SO(3,1). Pero el problema vuelve a ser si es posible romper espontáneamente estas simetrías de forma dinámica y obtener a baja energía la física quiral del modelo estándar. Hay teoremas (como el de Coleman-Mandula y el Haag–Lopuszanski–Sohnius) que afirman que es imposible hacerlo si no se incorpora la supersimetría (SUSY). El problema es que respetar la SUSY no es nada fácil, por ejemplo, la teoría de Garrett Lisi basada en E8 no la respeta. La teoría de cuerdas heteróticas basada en E8×E8 sí es capaz de respectar la SUSY, pero las teorías de cuerdas no respetan simetrías tipo GraviGUT y por tanto no incluyen una GraviGUT en su seno.

Una teoría renormalizable es una teoría en la que se puede introducir una escala de energía y se pueden realizar cálculos teniendo en cuenta la física hasta dicha escala sin importar lo que pase a energías más altas. Es una propiedad muy importante en una teoría cuántica de campos porque sin esta propiedad cualquier cálculo requiere tener en  cuenta un número infinito de fenómenos lo que conduce a resultados sin sentido físico (valores infinitos). La razón es sencilla. El principio de incertidumbre de Heisenberg para la duración y la energía involucrada en un proceso afirma que en tiempos muy cortos puede haber fenómenos con escalas de energía enormes. En un tiempo suficientemente corto puede pasar cualquier cosa. Pero como no podemos tener en cuenta en nuestros cálculos que pase cualquier cosa, tiene que haber un umbral, una escala de energía a partir de la cual lo que pueda pasar no importe para nada en los cálculos. Solo en las teorías renormalizables se pueden redefinir los parámetros de la teoría para que tengan en cuenta el efecto de todo lo que puede llegar a pasar, incluso si no sabemos calcularlo. El problema es que construir una teoría renormalizable no es nada fácil (por ejemplo no sabemos hacerlo con la teoría de la gravedad cuántica). Y construir una teoría renormalizable con mecanismo de ruptura espontánea de la simetría es aún más difícil, casi imposible. Construir una teoría GraviGUT renormalizable es mucho más difícil que construir una teoría de la gravedad cuántica renormalizable, de hecho, de la primera se obtendría automáticamente la segunda. Para renormalizar una teoría cuántica de la gravedad hay que buscar puertas traseras, retrueques argumentales, como la teoría de cuerdas, la teoría cuántica de bucles o las teorías con invarianza de escala (que no respetan la relatividad especial a alta energía).

La medida más precisa del radio de un protón en un hidrógeno muónico arroja un valor un 5% más pequeño de lo obtenido con hidrógeno electrónico

La mejor medida del diámetro de un protón utilizando el efecto Lamb en el hidrógeno muónico (en el que un muón sustituye al electrón) arroja un valor que es un 5% más pequeño de lo esperado. El muón es más pesado que el electrón por lo que el hidrógeno muónico es más pequeño y permite estudiar mejor el tamaño de su núcleo (un protón) si se mide con un haz de muones. La electrodinámica cuántica (QED) predice el corrimiento Lamb teórico en este átomo exótico con gran precisión. Sorprende que el valor experimental sea mucho más pequeño de lo predicho. Y como muestra la figura, sorprende que una banda de error muy pequeña implique un corrimiento de la media de un 5%. O las bandas de error de las otras medidas son incorrectas o pasa algo desconocido con la electrodinámica cuántica aplicada al hidrógeno muónico. Un error de tanto bulto como el encontrado por Pohl et al. en el nuevo artículo en Nature parece muy difícil de explicar. Solo el estudio de otros átomos exóticos, como el deuterio muónico, permitirá decidir si la discrepancia apunta a un error experimental o a un error en el cálculo teórico. Todo físico teórico cuando acaba la carrera domina el cálculo de diagramas de Feynman en QED. Cuando un resultado experimental de alta precisión contradice los cálculos de la QED hay dos opciones. El experimento está mal o los cálculos que todo el mundo sabe hacer están mal hechos. Parece imposible que en 2010 ocurra esta segunda posibilidad. Pero no se puede descartar. ¿Cómo es posible que en 60 años de QED todavía los físicos teóricos cometan este tipo de errores? La física cuántica es sutil y la QED más aún. Nos lo ha contado Jeff Flowers, “Quantum electrodynamics: A chink in the armour?,” Nature 466: 195–196, 08 July 2010, haciéndose eco del artículo técnico de Randolf Pohl et al., “The size of the proton,” Nature 466: 213–216, 08 July 2010.

En números, el corrimiento Lamb medido en el hidrógeno muónico ha sido de 49881’88(76) GHz, lo que implica, utilizando la QED un radio para el protón de 0’84184(67) fm (femtometros), que difiere en 5 desviaciones estándares del mejor valor conocido, obtenido por el expeirmento CODATA, que arrojó un valor de 0’8768(69) fm. Hay dos opciones. O el valor de la constante de Rydberg ha de ser desplazado en un valor −110 kHz/c (unas 4’9 desviaciones estándares), o el cálculo teórico de las correcciones de la QED para el hidrógeno y el hidrógeno muónico son insuficientes para describir el corrimiento de Lamb en dichos átomos.

PS: Recomendable la lectura de Geoff Brumfiel, “The proton shrinks in size. Tiny change in radius has huge implications,” News, Nature, Published online 7 July 2010 (traducido en Ciencia Kanija al español). Como muy bien traduce Kanijo y afirma Brumfiel “El protón parece ser 0’000 000 000 000 03 milímetros más pequeño de los que los investigadores habían pensado anteriormente, de acuerdo con un trabajo publicado en el ejemplar de Nature de hoy.” Visto en “¿Golpe para QED?,” Resumidero de Física, 8 Julio 2010, donde ponen el foco en la última frase del Abstract del artículo técnico : “Or the calculations of the QED effects in atomic hydrogen or muonic hydrogen atoms are insufficient” y comentan que “el último enunciado menciona como posibilidad de la discrepancia observada que los cálculos de los efectos producidos por QED sean insuficientes. ¿Alguna idea?“

Yo también me apunto a su: ¿algún físico lector de este blog tiene alguna idea? Obviamente, necesitaréis ayuda. Una buena revisión del estado de conocimientos teóricos y experimentales sobre el corrimiento Lamb en el hidrógeno muónico se presenta en la tesis doctoral del segundo autor del artículo Aldo Sady Antognini, “The Lamb Shift Experiment in Muonic Hydrogen,” November 2005. El cálculo teórico clásico es el de Krzysztof Pachucki, “Theory of the Lamb shift in muonic hydrogen,” Phys. Rev. A 53: 2092–2100, 1996.

PS 2: Una noticia como esta no podía pasar desapercibida a Adrian Cho, “The Incredible Shrinking Proton?,” Science NOW, July 7, 2010. ¿Falla la QED? No creo, afirma Rudolf Faustov (físico teórico de la Academia de Ciencias de Moscú). Un protón es un amasijo de quarks y gluones lo que hace difícil determinar la fuerza electromagnética efectiva que hay que incluir en los cálculos de la QED para un hidrógeno muónico. Sin embargo, Krzysztof Pachucki (físico teórico de la Universidad de Varsovia) afirma que quizás haya nueva física involucrada en este experimento. Si debido a fluctuaciones cuánticos el protón contuviera pares electrón-positrón virtuales crecería la polarización del espacio en el hidrógeno muónico y se podría corregir la discrepancia en el corrimiento de Lamb sin necesidad de revisar el radio del protón en los libros de texto. Según Pachucki ese efecto sería el primero que él estudiaría a nivel teórico. ¿Recogerá el guante? Nada afirma al respecto.

PS 3 (14 julio 2010): Me ha gustado como ha contado esta noticia Christine Nattrass, “The size of the proton,” US LHC Blog, 12 Jul 2010. ¿Qué es el corrimiento de Lamb? Básicamente el electrón en un átomo no orbita el núcleo sino que su función de onda se distribuye alrededor del núcleo formando orbitales. Los orbitales de menor energía son el S (esférico) y el P (dos lóbulos). Estos orbitales tendrían la misma energía si el núcleo (protón en el hidrógeno) fuera puntual. Pero como el protón tiene radio finito, el electrón pasa más tiempo cerca del protón en el orbital S que en el P con lo que los niveles de energía se desplazan un poquito, muy poquito, el corrimiento de Lamb (depende de la masa del electrón y del radio del protón). En la nueva medida, el muón, 200 veces más pesado que el electrón, pasa más tiempo cerca del núcleo que el electrón, por lo que es más sensible al corrimiento de Lamb. O el cálculo teórico es erróneo (el protón es un objeto complicado), o hay un error experimental sistemático no considerado, o lo más excitante, el modelo estándar es erróneo. Seguramente la primera posibilidad es la solución y un nuevo cálculo teórico teniendo en cuenta algún efecto sutil que ahora se nos escapa acabará concordando con el experimento (así ha pasado muchas veces ya con la cromodinámica cuántica).

Las citas a un solo artículo hacen que el índice de impacto de una revista crezca de 2’38 a 49’93

Parece imposible, pero las medidas estadísticas no robustas son así, sufren los espurios. La revista Acta Crystallographica A tiene 5966 citas en 2009 a sus 72 artículos publicados en 2008. Todos, excepto uno, tienen menos de 4 citas. Pero uno tiene 5624 citas (el artículo de G. M. Sheldrick titulado “A short history of SHELX,” Acta Crystallogr. A 64: 112–122, 2008, por cierto, artículo de acceso gratis). Este artículo es responsable de que el índice de impacto de esta revista haya pasado de 2’38 a 49’93. Sí, lo has leído bien, casi 50. Obviamente una fluctuación sin ningún valor. Esta revista sigue teniendo el mismo prestigio que tenía antes. Cuando una medida estadística no es robusta ante espurios pasan estas cosas. No creo que sea el caso, pero la ingeniería del índice de impacto tiene estas cosas. Un editor malintencionado (haberlos los hay) puede lograr índices de impacto muy altos gracias a un número muy reducido de artículos. Lo han descubierto Jordan D. Dimitrov, Srini V. Kaveri, Jagadeesh Bayry, “Metrics: journal’s impact factor skewed by a single paper,” Correspondence, Nature 466: 179, 08 July 2010.

El índice de impacto no mide el prestigio. Una revista con prestigio y un índice de impacto bajo tiene que hacer algo para mejorar su situación. La revista de ecología más antigua de América del Norte, la revista canadiense “The Canadian Field-Naturalist” ya no tiene índice de impacto en el año 2009. En 2008 estaba en la cola de las dos categorías a las que pertenecía. El editor nos pide a todos que no nos olvidemos de su revista. Que su revista existe y que su revista tiene prestigio. Pero sonrojado el editor no sabe donde esconderse. No sabe qué hacer. Pero algo tiene que hacer. Los editores han decidido cambiar el sistema de gestión editorial de la revista, agilizar las respuestas a los autores y cambiar los contenidos del Aims & Scope. No saben si será una buena idea, pero lo van a intentar. También han discutido la posibilidad de eliminar la sección “Notes” que presenta observaciones de naturalistas curiosas sobre comportamientos animales previamente no publicados. Esta sección contribuye negativamente al índice de impacto de la revista ya que contribuye al denominador (número de artículos publicados) pero rara vez reciben citas. Sin embargo, el editor le tiene mucho cariño a dicha sección y ha decidido que la ciencia tiene que estar por encima del índice de impacto. No va a suprimir dicha sección. Seguramente el año 2010 tampoco tenga índice de impacto. Hay que recordar que muchas grandes editoriales apalabran con el ISI qué secciones de sus revistas incluyen artículos que deben ser contados en denominador y qué secciones contienen artículos que deben ser contados como citas. Esta ingeniería del índice de impacto entre editoriales y el ISI solo está disponible para las grandes editoriales. El pobre editor de  ”The Canadian Field-Naturalist” parece que está fuera de estos tejemanejes. Nos lo cuentan Jay M. Fitzsimmons, Jeffrey H. Skevington, “Metrics: don’t dismiss journals with a low impact factor,” Correspondence, Nature 466: 179, 08 July 2010.

Publicado en Nature: La unión europea desviará mil millones de euros del FP7 hacia el reactor de fusión ITER

Hay que reconocer que era una verguenza que la Unión Europea se negara a financiar su parte en el reactor de fusión experimental ITER. Pero cuando no hay dinero hay que sacarlo de algún sitio y los peor parados siempre pagan el pato. La Unión Europea ha decidido redigirir 1000 M€ (millones de euros) destinados a financiar proyectos de investigación del Séptimo Programa Marco (FP7) para compensar el déficit presupuestario de la construcción del reactor de fusión experimental ITER. Todavía es una propuesta que tiene que ser aprobada. Los científicos europeos están alarmados. Afirman que les van a robar fondos de importancia vital para mantener el nivel de la investigación europea, justo ahora, en un momento en el que los gobiernos nacionales están apretando el cinturón a los científicos como respuesta a la recesión económica mundial. El Séptimo Programa Marco de la Unión Europea tenía asignados 50700 M€ para el periodo 2007-2013 y todavía quedan por gastar 20000 M€. Los 1000 M€ para ITER reducirán el número de proyectos que se podrán financiar en los próximos tres años. Helga Nowotny, presidente del Consejo Europeo de Investigación, que financia la investigación en toda Europa, lo dice muy claro “creo que es una pequeña catástrofe en la situación actual.” Nos lo cuenta Geoff Brumfiel, “EU research funds to be diverted to fusion reactor. Ailing ITER may get bailout from framework programme,” News, Nature 466: 171, 8 July 2010.

En el sur de Francia, ITER es la esperanza más firme hacia la fusión nuclear como fuente de energía. Salvo que el coste del proyecto lo impida, los primeros experimentos de ITER se realizarán en 2019. En 2006 se pensaba que costaría 5000 M€ (millones de euros). Ahora fuentes no oficiales estiman que costará unos 15000 M€. Estas estimaciones son siempre optimistas. La Unión Europea es el mayor inversor del proyecto pero en plena crisis no se ve capaz de aportar tanto dinero. La financiación del FP7 sufrirá si tiene que asumir los gastos de ITER y lo peor es que puede servir de precedente. Si una vez te quité y no protestaste, te seguiré quitando. La ciencia a lo grande (Big Science) necesita pensar a largo plazo. Pero el largo plazo a costa de muchos proyectos de investigación a corto y medio plazo para muchos científicos europeos que cada día sienten más la crisis en sus espaldas, quizás no sea la solución.

Publicado en Nature: La cruzada contra el plagio inicia su primera campaña gracias a CrossCheck

“Cuidado plagiadores, os estamos vigilando,” advierten desde Nature. Las editoriales científicas más importantes se han unido contra el plagio (Elsevier, Springer, Taylor & Francis, Nature Publishing Group, etc.). Un software llamado CrossCheck, que utiliza una base de datos con más de 25 millones de artículos, se encargará de localizar a los plagiadores. Porque el plagio, existir, existe. Taylor & Francis ha aplicado CrossCheck durante 6 meses a todos los artículos enviados a 3 de sus revistas científicas; en la primera de ellas 21 de 216 envíos, casi el 10%, han sido rechazados por contener plagio;  en la segunda casi el 6%; peor en la tercera en la que fueron 13 de 56 artículos (el 23%) los rechazados tras la aplicación de CrossCheck; estos números no son representativos, como ha indicado Rachael Lammey, gestora de publicaciones de Taylor & Francis, ya que eran revistas en las que previamente se habían detectado plagios. Una primera aplicación de CrossCheck a los artículos publicados por 9 editoriales ha encontrado que del 7% de los artículos publicados en la actualidad son plagios y deberían ser retractados por los editores principales de las revistas. CrossCheck es un software de CrossRef que vio la luz en junio de 2008. CrossRef es una asociación sin ánimo de lucro que congrega a 3108 editoriales de revistas (tanto comerciales como de sociedades científicas). El núcleo de CrossCheck es el software de detección de plagio llamado iThenticate, desarrollado por la compañía californiana iParadigms. La gran diferencia entre iThenticate y CrossCheck es que este último incluye una base de datos con más de 25’5 millones de artículos de 48517 revistas y libros de 83 editoriales. Nos lo cuenta Declan Butler, “Journals step up plagiarism policing. Cut-and-paste culture tackled by CrossCheck software,” News, Nature 466: 167, 08 July 2010, y el Editorial, “Plagiarism pinioned,” Nature 466: 159–160, 08 July 2010.

CrossCheck tiene un coste extra en el procesado de cada artículo, pero las editoriales creen que merece la pena utilizarlo. El coste ronda 0’75 dólares por artículo comprobado, coste que se espera que decrezca conforme el volumen de artículos comprobados crezca. Obviamente, el software no tiene la última palabra. Ofrece una estimación del porcentaje de semejanza entre dos artículos y se requiere la interpretación de un experto para asegurar con precisión si el plagio existe realmente. Por ejemplo, muchos autores se autoplagian, sobre todo en ciertas secciones de sus artículos, como la introducción y la exposición del problema. Solo un experto puede tomar la decisión sobre si este tipo de autoplagio es aceptable o no. Esta labor supone una sobrecarga para los editores. Pero todo el mundo tiene claro que dicha sobrecarga es necesaria como parte de la cruzada contra el plagio.

El editorial de Nature nos recuerda que por mucho que se utilice un programa de ordenador, la labor fundamental antiplagio la tienen que asumir los propios editores de las revistas. El plagio existe, pero no hay que exagerar. Estudios anteriores sobre plagio han obtenido porcentajes bajos. Por ejemplo, un 0’2% en ArXiv y un 0’04% en PubMed. Aún así, la cruzada contra el plagio merece el esfuerzo. Una cuestión importante que nos destacan desde el Editorial de Nature es que hay diferentes grados de plagio, unos más severos y otros más leves. El autoplagio es quizás el ejemplo más claro. Otro ejemplo son los investigadores que no son anglófonos cuyo inglés es malo y parafrasean otros artículos. También nos aclaran que las revistas de Nature han utilizado CrossCheck para todos los artículos recibidos durante varios meses y han encontrado ciertas trazas de plagio, sobre todo en la información suplementaria y en los artículos de revisión, pero estos plagios no alcanzan ni el 1% de los artículos y la mayoría corresponden a autoplagios. Aunque en palabras del editor de Nature que se puede esperar… no dicen que “dime de lo que presumes y te diré de lo que careces.”

La corriente crítica de los superconductores y sus limitaciones en los de alta temperatura

En las aplicaciones prácticas, la característica más importante de un material superconductor es la máxima corriente eléctrica que puede soportar. Los superconductores convencionales (a baja temperatura) soportan corrientes muchos órdenes de magnitud mayores que los de alta temperatura crítica (a alta temperatura). Se sabía que la razón eran los “bordes granulados” que separan capas atómicas en el material, pero no había una explicación teórica convincente. “Peter Hirschfeld, un profesor de física de la Universidad de Florida y otros cinco investigadores, describen con precisión por primera vez cómo los elementos estructurales a nivel atómico de los superconductores cerámicos de alta temperatura actúan dificultando la corriente eléctrica. Su explicación de cómo los “bordes granulados” que separan las filas de átomos en los superconductores dificultan la corriente es la primera en adaptarse a un fenómeno que ha ayudado a mantener los superconductores lejos de su alardeado potencial y ha desconcertado a los físicos experimentales durante más de dos décadas.” Los superconductores de alta temperatura no permiten corrientes muy altas porque presentan defectos estructurales en forma de bordes “dentados” entre microcristales de orientación diferente. La corriente crítica decrece exponencialmente en función del ángulo de desorientación entre estos microcristales. El nuevo trabajo utiliza simulaciones por ordenador de dinámica molecular de un cuprato superconductor llamado YBCO (en concreto YBa₂Cu₃O_7−δ). Comprender el mecanismo dominante en el límite crítico de la densidad de corriente permitirá diseñar estos materiales para maximizar su valor, como ya ocurrió en el pasado con los superconductores convencionales. Más información divulgativa [fuente del entrecomillado] en Nicolás Pérez, “Los físicos explican por qué los superconductores no producen supercorrientes,” Ciencia Kanija, 07 julio 2010 [original en inglés]. El artículo técnico es S. Graser, P. J. Hirschfeld, T. Kopp, R. Gutser, B. M. Andersen & J. Mannhart, “How grain boundaries limit supercurrents in high-temperature superconductors,” Nature Physics advance online publication, Published online: 27 June 2010 [gratis en “What limits supercurrents in high temperature superconductors? A microscopic model of cuprate grain boundaries,” ArXiv, 21 Dec 2009].

La característica más importante de un superconductor, desde el punto de vista de las aplicaciones prácticas, es la máxima densidad de corriente que el superconductor es capaz de transportar sin resistencia. La más importante tanto para las aplicaciones a gran escala, como líneas de transmisión eléctrica, electroimanes, transformadores y motores, como para aplicaciones electrónicas de pequeña escala, tales como dispositivos pasivos de microondas y dispositivos activos basados en el efecto Josephson. La superconductividad fue descubierta en 1911 por Onnes, quien descubrió la existencia de una corriente crítica máxima. Sin embargo, las corrientes críticas alcanzables hasta 1960 no lo permitían. Por ello las aplicaciones comerciales tuvieron que esperar al descubrimiento de los factores que controlan el valor de estas corrientes críticas (y al desarrollo de técnicas para la fabricación flexible de superconductores a precios económicos). El descubrimiento de los superconductores de alta temperatura presenta una decepción similar. Los cupratos son superconductores de alta temperatura con que no pueden alcanzar densidades de corriente de magnitud suficiente para la mayoría de las aplicaciones prácticas. 

La densidad de corriente crítica (Jc) depende del campo magnético crítico (Hc) y del diámetro del conductor (a) según la hipótesis de Silsbee como Jc=2Hc/a. El primer factor (Hc) es una propiedad intrínseca del superconductor y depende del material utilizado. El segundo facto (a) depende de las tecnologías de fabricación de hilos superconductores. Por ejemplo, en un superconductor convencional de niobio de gran uso comercial, como el Nb-Ti o el Nb₃Sn, se pueden alcanzar valores de Jc = 10¹² A/m² (en la práctica son unas cien veces menores debido a defectos estructurales de fabricación). Los superconductores de alta temperatura, paradójicamente, a baja temperatura soportan corrientes críticas mayores que los convencionales, pero a alta temperatura solo pueden alcanzar valores de Jc = 10⁸ A/m². Los pnicturos (superconductores basados en el hierro en lugar del cobre) alcanza valores críticos aún más bajos, del orden de Jc = 10⁶ A/m². Los interesados en más información disfrutarán de D. Dew-Hughes, “The critical current of superconductors: an historical review,” Low Temperature Physics 27: 713-722, September 2001 [versión gratis].

Finalizado El Niño y tras la gota fría en otoño, se espera que en agosto empiece La Niña

Hace un año, en julio de 2009, recordábamos que oficialmente “El Niño” había llegado, y nos preguntábamos si ¿habría durante otoño “gota fría” en la costa mediterránea? Como todos ya sabéis, sobre todo los alicantinos, el año pasado sí hubo gota fría. En septiembre de 2009, Alicante sufrió la mayor “gota fría” de los últimos 12 años. Eso sí, los 80 litros por metro cuadrado registrados en la ciudad de Alicante durante cuatro horas fueron una minucia comparados con los 270 caídos en doce horas en septiembre de 1997, en unas inundaciones que causaron cinco muertos y cuantiosos daños materiales en la ciudad. “La DANA (Depresión Aislada en altos Niveles Atmosféricos) consiste en una borrasca cuya región central se encuentra sensiblemente más fría que la periferia. Las borrascas, en general, se forman al nivel del mar y, poco a poco, se van desarrollando en niveles más altos pero el proceso en las DANA (gotas frías) no es el mismo. Estas se originan en alturas comprendidas entre los 5000 y los 9000 m, aproximadamente, (en niveles en los que la presión oscila entre los 500 y los 300 mb) y se van desplazando hacia abajo hasta alcanzar, aunque no siempre, el nivel del mar.” Más información en el blog de José Antonio Maldonado, “La DANA o gota fría,” El Blog de Maldonado, 14 sep. 2009. Como todo buen hombre del tiempo, Maldonado afirmaba que “existe actualmente riesgo potencial” y el 15 de septiembre “La DANA (o “gota fría”) se ha ido desplazando desde Francia hacia el suroeste; ni que decir tiene que es complicado saber con certeza como se va a comportar, pero el riesgo de chubascos intensos existe.”

El último informe semanal sobre el estado de ENSO (visto aquí) parece indicar que el episodio de El Niño del año pasado está en sus fases finales y va a comenzar un episodio de La Niña (la anomalía térmica está en -0.6 °C esta semana y la pasada estuvo en -0.5 °C, el umbral para las condiciones de La Niña). La media del trimestre abril, mayo y junio ha sido de +0.3 °C, por debajo del umbral que define las condiciones para El Niño, +0.5 °C. Por ello, todo indica que el último episodio de El Niño que empezó en el trimestre mayo-junio-julio de 2009 ha finalizado en el trimestre marzo-abril-mayo de 2010. El anuncio oficial del inicio de La Niña de este año, si no revierte la situación, que todo es posible, se hará a principios de septiembre, una vez el trimestre junio-julio-agosto haya finalizado con una media por debajo del umbral de La Niña.

Physical Review Letters agradece a los autores porque envían menos artículos y los revisores porque aceptan menos artículos

Los editores de Physical Review Letters (PRL) presumen de que este último año han recibido un 10% menos de artículos. Presumen de que este último año han publicado un 20% menos de artículos. ¿Será porque los editores seleccionan mejor lo que envían a revisores? No, ni mucho menos, porque la fracción de artículos que los editores descartan sin revisión externa ha bajado del 30% a solo el 20%. Los editores no lo están haciendo mejor. ¿Entonces de que presumen? Según ellos son los autores y los revisores los que lo están haciendo mejor. Así que se lo agradencen. En inglés lo podéis leer en “Editorial: PRL Standards Update, and Thanks,” Published 1 July 2010.

Agradecer a los revisores me recuerda una reciente entrada de Tommaso Dorigo. Para motivar a los revisores lo mejor es darles un premio: “si se acepta un artículo, el nombre de los revisores debería aparecer en el artículo, justo debajo del de los autores; algo así como Reviewed by T. Dorigo.” Algo tan sencillo “motivaría a los revisores logrando que la revisión por pares se conviritiera en algo más respetable y reconocido, algo en lo que merece gastar nuestro tiempo dedicado a la investigación; además, así las revisiones serían más rápidas.” Más información en “Two Ideas For Publishers,” A Quantum Diaries Survivor, July 1st 2010.

Carta abierta a la Sra. Garmendia: Gracias, no sé lo que la ciencia española podría hacer sin usted

Gracias, Sra. Garmendia, gracias. No sé lo que la ciencia española podría hacer sin usted. Un artículo en Nature vuelve a ponerle el punto sobre la “i” a su nombre. José Luis Rodríguez quizás reorganice los ministerios de su gobierno, pero el suyo, el icáreo MICINN, gracias a su gran labor, cual Dédalo, se salvará del sofocante calor estival. A mí, como a muchos, nos apena que la ciencia española aparezca en Nature, otra vez más gracias a su labor, de esta guisa: Lucas Laursen, “Spanish science spending lockdown. Young researchers and new projects will take brunt of cuts,” News, Nature, Published online 5 July 2010.

Muchos científicos jóvenes del CSIC van a tener que abandonar. “El CSIC no renovará los contratos de investigación ni contratará nuevo personal ni en 2011 ni en 2012, aunque esto debería cambiar en 2013.” Son palabras de su buen amigo Rafael Rodrigo Montero, presidente del CSIC. Por qué. Porque “vamos a tratar de mantener nuestra investigación a nivel internacional.” ¿Mande? Hay dinero para las grandes mentes pensantes, pero no para los curritos. Ellos serán los que pagarán el recorte del 20% en el presupuesto del CSIC. Sra. Garmendia tan pronto se ha olvidado usted que también fue currita. Tan pronto ha olvidado lo que le costó a su directora de tesis, la Excma. Margarita Salas, lograr la financiación para que usted completara su tesis doctoral con ella. Una buena tamborrada es lo que usted merece (con el Tambor de Oro que inmerecidamente recibió).

Sra. Garmendia, el presupuesto en I+D en España está en pleno declive. Nos lo recuerdan hasta en Nature para verguenza de nuestro País. Su amada “i” no, faltaría más. No la “i” de su nombre, sino la de I+D+i. Ya sabemos que usted respeta a su hija Genetrix. Ya sabemos que prevaricar para todos no es prevaricar. Pero le recuerdo que a nivel internacional no existen las siglas R&D+i, a nadie se le ocurre esta españolada. A nivel internacional solo se usa R&D, porque a nivel intercional todo el mundo sabe, todo el mundo acepta que R&D implica innovación. Y lo obvio no requiere retórica. Solo en España se disfruta del culteranismo institucional.

Sra. Garmendia nos tiene cegados a todos con su belleza, que eclipsa la mente de nuestros mejores bioquímicos. ”Lo importante es seguir enviando el mensaje al resto del mundo de que España es un buen lugar para hacer investigación y de que es un país que está apostando por el talento,” como afirma sin glosa el bioquímico Joan Guinovart, presidente de la Confederación Española de Sociedades Científicas (COSCE) y bioquímico en el Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona. Guinovart, qué precio tendrá su amistad, dice que “los recortes presupuestarios en el Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN) no se están notando en la comunidad investigadora española ni se notarán.” Para Guinovart “la crisis obligó a una reforma financiera y una reforma laboral, tal vez lo próximo que necesitemos es una reforma en la producción de conocimiento.”

Sra. Garmendia, la prometida Ley de la Ciencia, promesa del Sr. Rodríguez, que usted parece que no sabe articular, cada día es más una contrautopía cervantina. Parece que está escogiendo a moco de candil cada uno de los artículos. Pero todos sabemos que nada va a cambiar. Minuta rubricada que acabará siendo pecata minuta. Otra oportunidad perdida. Cosas pasadas, llevadas por el viento. Como nos recuerda Luis Goméz Ullate, ya a punto de jubilarse, optimista como un niño, “hemos pasado por tiempos muy malos y el cambio ha sido grande, sobre todo por la entrada de gente nueva, jóvenes con más formación, con más capacidad.” Las palabras de un físico del CSIC especialista en acústica quizás sean el mejor epitafio sordo a su ministerio.

PS (7 jul. 2010): Alguno se preguntará, pero qué te ha hecho la Sra. Garmendia, Francis, si el culpable es el Sr. Rodríguez. No tengo respuesta. Solo puedo recordar las palabras del genial matemático ovetense Juan Luis Vázquez en Javier Neira, “El otoño de Garmendia,” La Nueva España, 9 junio 2010.

“Intentamos hacer un informe sobre la nueva Ley de Ciencia y echar una mano al Ministerio (MICINN). Lo terminamos de redactar en mayo de 2009 y lo presentamos en el consejo consultivo de junio. No supimos nada hasta diciembre en que Carlos Martínez, secretario de Estado, dimitió. El otro día en un periódico se mostraba partidario de hacer cambios importantes, profundos y de calado. En enero dijeron que iban a retomar el proyecto de ley. En febrero nos dieron un borrador, muy pobre; en marzo presentamos un informe, pero no nos hicieron caso. Tenían, por lo visto, en su agenda una prioridad, los sindicatos obreros, que decían al respecto cosas inadecuadas. Divergimos con el Ministerio y no se nos ha tenido en cuenta. Tiré la toalla, para hacer política científica hace falta un interlocutor.” Juan Luis Vázquez, catedrático de Matemática Aplicada en la Universidad Autónoma de Madrid, miembro de la Junta Directiva (hasta 2009 incluido) de la Confederación de Sociedades Científicas de España (COSCE), que representa a la mitad de los científicos de España (unos 30000 miembros) y que colaboró con el departamento de Garmendia. Os recuerdo que Joan Josep Guinovart es el actual Presidente de la COSCE.

Entrevista a Juan Luis Vázquez, Presidente de la Comisión de la COSCE para el Estudio de la Ley de Ciencia: “A hombros de gigantes,” RTVE.es, 12 marzo 2010.

“La Ley de la Ciencia no aborda los problemas que tenemos. España ha pasado de ser irrelevante a nivel a internacional (en los 1960s) a ser la novena potencia mundial en producción científica, pero solo la décimonovena en calidad científica. El árbol de la ciencia española ha crecido, pero está mal cultivado. España por su tamaño e importancia en el mundo debe competir por los Premios Nobel. 

Los científicos españoles, estadísticamente hablando, se han vuelto muy cómodos, porque el sistema es muy permanente y no existe una carrera que promocione a los mejores, que les haga asumir riesgos, que si salen bien te dan más posibilidades y si no te recortan la financiación. No hay posibilidad de tomar riesgos. Hay que imitar a Europa (cuya ciencia tiene 300 años) porque nos llevan ventaja (imitar a Francia, Gran Bretaña, Alemania, Suecia, etc.). Tiene que haber un sistema de asunción de responsabilidades que permita que la gente que funciona bien tenga más libertad de acción.

No se trata de invertir más. Si no de invertir mejor. Queremos instituciones modélicas como las que hay Francia, Gran Bretaña y Alemania. Queremos una carrera científica como la norteamericana (que ha funcionado muy bien en los últimos 100 años). Se trata de que uno haga la tesis (doctoral) en una muy buena universidad con un muy buen director de tesis. Después de lo cual la Universidad le dice a uno que no se puede quedar en dicha Universidad bajo ningún concepto. Uno entra en una etapa postdoctoral, aún no permanente, pero tiene un contrato para hacer una estancia entre 2 y 4 años en un centro distinto, en el cual uno termina su formación como investigador capaz de llevar una vida intelectual autónoma, que es de lo que se trata. Formar científicos y formar innovadores como Steve Jobs o Bill Gates. En todos los países donde la ciencia funciona hay un periodo de formación predoctoral, que suele durar entre 3 o 4 años, y un periodo de formación postdoctoral, otros 3 o 4 años, pero no más. La situación en España en la que hay personas con 41 años con un buen rendimiento que ni están en el sistema ni fuera de él es una situación anómala. En EEUU un buen postdoc antes de 2 años recibe un contrato permanente, pero no antes. Tiene que demostrar que es bueno y que lo merece. Pero en su caso, tiene trabajo sin problemas. La idea de los sindicatos en España de que los investigadores en formación reciban un contrato (casi) permanente es sencillamente absurda.

Hay que luchar contra la endogamia, no promoverla. La endogamia es la palabra tabú de la ley de la Ciencia (ni siquiera es mencionada en la ley). La movilidad es una palabra maravillosa en la ley, pero, ¿qué zanahoria ofrece la ley para favorecer la movibilidad? La endogamia se produce porque los beneficios de romperla son bajos. Las personas en España no quieren moverse, España es un país de baja movilidad laboral. Si tu te tienes que mover y tienes que mover a tu familia, será por algo. ¿Qué ofrece la ley para favorecer la movibilidad?“

Primera imagen completa del cielo del satélite Planck (censurada, como era de esperar)

El satélite Planck de la ESA necesita casi 6 meses para obtener un mapa completo del cielo. El primer mapa se inició en agosto de 2009. Ahora debe estar a punto de acabar el segundo mapa completo del cielo. Mucha gente se había olvidado de que Planck existía así que la ESA ha decidido publicar la primera foto (censurada) del primer mapa del cielo obtenido. Seguramente han estado pensando durante un par de meses cómo presentar esta imagen para que no comunique absolutamente nada pero que parezca un logro que merece el eco de los medios. Aún así, hay que tener paciencia, la madre de la ciencia. Como muy pronto se publicarán los primeros datos científicos de Planck en diciembre de 2012, con suerte, aunque yo apuesto más por justo antes del verano de 2013. El análisis de los datos recabados por Planck es muy difícil y requiere gran número de alardes técnicos. Aún así, un satélite que ha costado unos 600 M€ (con un coste total de la misión que ronda 700 M€) requiere que aceptemos la censura como parte indispensable de la ciencia. Visto en Menéame. Me niego a escribir más sobre este asunto, el que leer algo más puede recurrir, por ejemplo, a “Primer mapa cósmico de la ESA. El telescopio Planck escanea los confines del Universo,” El Mundo, 5 jul. 2010.

Ahora…

… y antes.

Qué pasó con los dos WIMP observados por CDMS en diciembre de 2009 (han sido descartados por XENON100 en mayo)

Jodi Cooley del CDMS nos mantuvo atentos a su charla el 17 de diciembre de 2009 en la que presentaba la observación de dos eventos tipo WIMP con una masa de 100 GeV. En la misma charla nos informó que el experimento XENON100 confirmaría (o refutaría) la evidencia de partículas WIMP con esta masa, ya que se esperaba que observara antes del presente verano 5 o 6 eventos nuevos de este tipo y para después del verano unos 10 eventos. ¿Qué ha pasado? XENON100 no ha observado ningún evento, lo que se puede interpretar como una refutación del anuncio de CDMS. Las partículas de materia oscura siguen fuera del alcance de los experimentos. Elena Aprile, portavoz del experimento XENON100, anunció el 1 de mayo de 2010 que su experimento no había encontrado muestras de partículas WIMP con una masa de 100 GeV y debería haberlas encontrado si dichas partículas existen. Por tanto, los resultados de XENON100 ponen en duda los resultados de CDMS. El artículo técnico, enviado a PRL, es The XENON100 Collaboration (E. Aprile et al), “First Dark Matter Results from the XENON100 Experiment,” ArXiv, Submitted on 3 May 2010. Habrá que esperar a nuevos resultados a finales del verano, pero todo indica que el resultado de CDMS fue una falsa alarma. Por cierto, ya hablé en este blog de este artículo en XENON100 versus DAMA, guerra de cifras sobre la masa de las partículas WIMP de materia oscura, pero puse el énfasis en la comparación con DAMA y CoGENT. Hoy me han preguntado qué pasó con los dos WIMP observados por CDMS y he recordado que no había dicho nada al respecto. Por cierto, la figura está extraída de “Highly Sensitive Dark Matter Experiment Disproves Earlier Findings,” Columbia News, May 6, 2010.

Las iniciales “SH” de Stephen Hawking aparecen en el análisis de WMAP-7 del fondo cósmico de microondas

Los mapas del fondo cósmico de microondas (CMB) están surcados por la radiación producida por nuestra propia galaxia. Dicha componente se puede reducir al mínimo aplicando un algoritmo que combina linealmente varias bandas con frecuencias independients (mapa ILC o Internal Linear Combination). El resultado de dicho algoritmo es que aparecen mágicamente las iniciales “SH” de Stephen Hawking. Ambas iniciales “S” y “H” están aproximadamente en la misma fuente de texto, tamaño y estilo, y las letras se alinean ordenadamente a lo largo de una línea de latitud fija Galáctica. La probabilidad de que esto ocurra en particular es infinitamente pequeña. Lo que no quita que un suceso tan raro pueda darse. Aún así, este tipo de “ilusiones ópticas” son muy comunes entre todos (vemos lo que no hay, haciendo familiar una señal sin mayor significado), incluso entre los científicos. El artículo técnico que presentaba dicha imagen del CMB es Bennett, C., et.al., “Seven-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Are There Cosmic Microwave Background Anomalies?,” ArXiv, 26 Jan. 2010. Los 7 artículos publicados con los resultados de los 7 primeros años de WMAP los tenéis aquí. WMAP-7 está lleno de sorpresas a la espera de los resultados de Planck.

Lo interesante de este artículo técnico, más allá de la curiosidad que supone comprobar que los científicos también son chistosos, es comprobar que el fondo cósmico de microondas se ha formado por un proceso aleatorio isótropo de tipo gaussiano (en primera aproximación) lo que no quita que presente anomalías (anisotropías). Los datos tras 7 años de observación permiten eliminar gran parte de los errores sistemáticos en las medidas, pero la estadística no impide que aparezcan estas fluctuaciones estadísticas en las que con un poco de imaginación podemos llegar a ver hasta “letras ocultas.” Y si vemos letras también veremos efectos debidos a paredes de dominio, cuerdas cósmicas, etc. Muchos sólo hay que buscarlos. La curva blanca en la figura abajo-izquierda se denomina Punto Frío I (Cold Spot I) y la elipse roja en la figura abajo-derecha Punto Frío II (Cold Spot II). Las curvas alargadas frías en la figura abajo-derecha se denominan Dedos Fríos (Cold Fingers). Estos puntos y dedos fríos han dado lugar a varias interpretaciones. Parecen claramente visibles en los datos pero pueden ser meras fluctuaciones estadísticas sin mayor significado físico y así se interpretan de forma oficial en el artículo del que he extraído estas imágenes.

Esta entrada viene a colación por mi anterior entrada sobre la explicación de Antonio Alfonso-Faus del fondo cósmico de microondas (CMB) como la radiación de Hawking the agujeros negros primordiales submilimétricos. Explicar los patrones estadísticos que se observan en el CMB utilizando una distribución de agujeros negros asociada a la distribución de la materia oscura en el universo no parece fácil. Más aún, la presencia de agujeros negros primordiales dejaría marcas (señales) en el fondo cósmico de microondas que hasta donde yo sé no han sido observadas. Un análisis de este tipo de señales aparece en el artículo de Massimo Ricotti, Jeremiah P. Ostriker, Katherine J. Mack, “Effect of Primordial Black Holes on the Cosmic Microwave Background and Cosmological Parameter Estimates,” The Astrophysical Journal 680: 829-845, 2008 [es de acceso gratis]. Sin embargo, hasta donde yo sé, nadie ha analizado en detalle los efectos sobre el CMB de agujeros negros primordiales de masa sublunar, como los propuestos por Antonio. Un análisis similar a este sería de gran interés para sus ideas: B.J. Carr, Kazunori Kohri, Yuuiti Sendouda, Jun’ichi Yokoyama, “New cosmological constraints on primordial black holes,” Phys. Rev.D 81: 104019, 2010 [ArXiv].

PS: Por cierto, las iniciales “SH” en el CMB ya han aparecido en muchos blogs en español. Por ejemplo, Carlos Perla Hernández, “Tras 7 años de trabajo en el Fondo Cósmico de Microondas se descartan todas las anomalías,” Globedia, 7 feb. 2010, del que extraigo este párrafo.

Muchos de los informes de anomalías del fondo cósmico de WMAP serían un buen material para la enseñanza, puesto que ilustran bien en cuantas trampas caemos fácilmente cuando hacemos un análisis estadístico a posteriori. O, como el equipo considera el tema de las iniciales de Hawking: “está claro que la selección combinada en la búsqueda de iniciales, éstas en particular, y el claro alineamiento y situación son todas elecciones a posteriori. Cuando tenemos un rico conjunto de datos (como es el caso de WMAP) existen muchos datos y muchas formas de analizar los datos.”

Alfonso-Faus y la materia oscura como agujeros negros milimétricos cuya radiación de Hawking es el fondo cósmico de microondas

Nuestro lector Antonio Alfonso-Faus ha propuesto que la materia oscura del universo está formada por agujeros negros primordiales (PBH) con un tamaño (radio) submilimétrico (0’0635 mm), es decir, una masa (4’28×10²⁵ gramos) similar a la mitad de la masa de la Luna [1]. Esta masa está justo fuera de lo que se puede medir en la actualidad con técnicas de microlentes gravitatorias y similares [2]: los MACHO sublunares en halos y cúmulos galácticos no están restringidos en el rango sublunar, entre 10²⁰-10²⁶ gramos (MACHO = Massive Astronomical Compact Halo Object) [3]. Además, estos PBH sublunares emiten radiación de Hawking con una temperatura de 2’725 Kelvin, la temperatura de la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB). Por un lado, esto impide observar la radiación de Hawking de estos PBH que queda oculta en el CMB. Por otro lado, quizás matando dos pájaros de un solo tiro, Antonio propone que el CMB en realidad está generado por esta radiación y la interpretación estándar del CMB es incorrecta. Para ello se requiere la evaporación parcial de unos ~10³⁰ PBH que deben emitir y absorber al mismo ritmo con objeto de sostener un CMB constante como el observado, según ha calculado Antonio. Un problema que ha de resolver Antonio es como explicar la distribución de las pequeñas perturbaciones en la temperatura del CMB, que explica fácil el modelo cosmológico estándar, utilizando su nueva propuesta para la materia oscura.

Los agujeros negros primordiales de masa sublunar se deberían haber generado en la gran explosión justo antes de la ruptura espontánea de la simetría electrodébil, en la llamada época de la unificación electrodébil (cuando el universo tenía solo 1 año de vida). Otro problema para Antonio es tratar de explicar de alguna forma por qué se generaron PBH en dicha época. Otros expertos que han estudiado la posibilidad de que los agujeros negros primordiales con una masa sublunar sean la materia oscura prefieren una masa un poco más pequeña, que permite que estos PBH se hayan generado justo después de la fase de la gran explosión dominada por la cromodinámica cuántica, es decir, PBH con masas entre 10²⁰-10²¹ gramos [4]. Por cierto, tampoco tienen una buena explicación para la generación de estos PBH en dicha época.

En resumen, la idea de Antonio es una idea curiosa que hay que seguir explorando con objeto de ratificarla (o refutarla) mediante datos experimentales. Seguramente los primeros resultados del satélite Planck aportaran información bastante relevante sobre la impronta en la radiación de fondo cósmico de microondas debida a la materia oscura que nos permitirá ratificar o refutar a los agujeros negros primordiales sublunares como buen candidato a materia oscura.

[1] Antonio Alfonso-Faus, Màrius Josep Fullana i Alfonso, “Sources of cosmic microwave radiation and dark matter identified: millimeter black holes (m.b.h.),” ArXiv, April 9, 2010.

[2] David Blais, Torsten Bringmann, Claus Kiefer, David Polarski, “Accurate results for primordial black holes from spectra with a distinguished scale,” Phys. Rev. D 67: 024024, 2003 [gratis en ArXiv]. 

[3] B. J. Carr, “Primordial Black Holes: Do They Exist and Are They Useful?,” ArXiv, Submitted on 26 Nov 2005. 

[4] David Blais, Claus Kiefer, David Polarski, “Can Primordial Black Holes be a Significant Part of Dark Matter?,” Phys. Lett. B 535: 11-16, 2002 [gratis en ArXiv].

VI Carnaval de Matemáticas: Cómo recordar la fórmula para las 3 raíces de un polinomio cúbico

Todo el mundo conoce la fórmula para las dos raíces de un polinomio cuadrático. Casi todo el mundo ignora la fórmula para las tres raíces de un polinomio cúbico. Hace años, yo adjuntaba ciertos exámenes con dicha fórmula (y la del polinomio cuártico) para que los alumnos pudieran usarla, caso necesario, sin recordarla de memoria. Pocos alumnos se atrevían con el problema (si lo había) que requería su uso. Obviamente, ya dejé de hacerlo hace años. Hoy en día cualquiera puede recurrir a Mathematica, Maple, Matlab, etc. que la recuerda por nosotros.

Ahora bien, también hay frikis (o geeks) a los que les gustaría presumir de que recuerdan dicha fórmula. Hay varias reglas nemotécnicas, pero quizás la mejor que yo conozco ha sido obtenida por Andreas Caicedo. Una regla nemotécnica que desarrollada conduce a la fórmula usual que aparece en todos los libros de tablas matemáticas. La he visto en Alexandre Borovik, “Andreas Caicedo: the best way of remembering the cubic formula,” Mathematics under the Microscope, May 4, 2010.

Al grano que estarás impaciente (si no has abandonado el blog o has pasado a otra entrada).

Mediante una traslación el polinomio

,

se puede transformar en el polinomio

,

que podemos reescalar para que tome la forma

,

que será verdad cuando

si y sólo si 

.

La fórmula de Euler permite obtener la solución ya que 

, con ,

es raíz de la ecuación cuadrática

,

por lo que 

es la raíz cúbica

,

y finalmente

.

That’s all folks!

Esta entrada iba a ser mi participación en la V Edición del Carnaval de Matemáticas, cuyo anfitrión era el blog Ciencia por Barcedavid. Pero al final se me pasó el deadline. No sé si se organizará la VI Edición del Carnaval de Matemáticas. En su caso, quien la organice que tome esta entrada como mi participación en el mismo.

Qué hacemos con la universidad

Andrés Ollero Tassara, aparte de Catedrático de Filosofía del Derecho de la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid (desde 1999, hasta entonces lo era de la Universidad de Granada), escribió al cumplir 25 años de experiencia universitaria, en 1985, recién aprobada la LRU (Ley Orgánica de Reforma Universitaria) un libro titulado “Qué hacemos con la Universidad,” editado por el Instituto de Estudios Económicos. Permitidme unos extractos, sesgados, como no, con la idea de generar polémica y de oir vuestra opinión en los comentarios.

1. “¿Cabe concebir una sociedad en la que todos “sepan” leer, escribir e incluso hablar?”

2. ”¿Todo universitario debe “saber” leer, escribir e incluso hablar?”

3. “¿Debe un alumno “perder el tiempo en mejorar la Universidad”? El recelo hacia la participación, endémico en no pocos universitarios, traiciona uno de los aspectos decisivos de una formación que merezca el nombre de universitaria.”

4. “¿Debe un profesor organizar seminarios para alumnos escogidos entre los que asisten a sus clases? La libertad goza hoy de mala prensa en nuestra sociedad… si un profesor logra convencer a sus alumnos de que sólo aspira a contagiar su gusto y familiaridad con los problemas de la asignatura a un grupo de alumnos libremente interesados en compartir sus manías, tendrá que explicar qué inconfesables motivos se ocultan bajo tan absurda iniciativa. Organizar un “seminario” entre los alumnos de un curso masificado no es dedicarse al sospechoso cultivo de las semillas selectas, destinadas a no se sabe qué artero guiso, sino intentar que, al menos una parte de los alumnos, puedan experimentar la dimensión humana de su trabajo, antes de lanzarse al abordaje de un título a codazos con la masa.”