Nueva base de datos con datos orbitales de todos los exoplanetas

Acaba de aparecer la versión beta del Exoplanet Data Explorer (http://exoplanets.org/), una base de datos con los datos orbitales y espectrométricos de 411 planetas que orbitan 352 estrellas (un número que seguirá creciendo). Se incluyen solo los exoplanetas cuyos datos son robustos y han sido publicados en revistas con revisión por pares. La base de datos permite búsquedas utilizando diferentes parámetros así como la presentación gráfica de los resultados con alta calidad (como el ejemplo que muestro arriba). El único inconveniente es que no es compatible con Internet Explorer (yo he usado Google Chrome). Una página web que promete ser referencia obligado para todos los investigadores e interesados en el estudio de los exoplanetas. Más información en Jason T. Wright et al., “The Exoplanet Orbit Database,” Submitted to PASP, ArXiv, 27 Dec 2010.

Calculadoras gráficas de urgencia

Necesitas dibujar una gráfica o realizar un cálculo científico y no tienes ninguna calculadora a mano, pero siempre llevas el teléfono móvil encima. Podrías haberte descargado una gratis desde Graphing-Calculator. Estas en clase conectado a internet y no tienes ni Matlab ni Mathematica a mano, además la Calculadora de Windows no permite dibujar gráficas. ¿Qué haces? Recurre a Graphing Calculator (que además tiene el tamaño ideal para que se vea bien en el proyector de transparencias).

Nueva demostración de que el hombre pisó la Luna

El vídeo de la NASA que muestra a David Scott, comandante del Apolo 15, dejando caer un martillo y una pluma en la Luna para probar la teoría de Galileo según la cual todos los objetos caen con la misma aceleración sin depender de su masa, nos permite calcular la aceleración de la gravedad en la Luna y con ello demostrar que el vídeo no fue grabado en la Tierra. El cálculo es un experimento muy interesante para que los alumnos de cursos de Física lo hagan como práctica de laboratorio (digital). Para ello, recomiendo usar el fichero .mov (8’3 Mb) de la NASA (vídeo a 15 fps) y un programa open source de análisis (tracking) de vídeos, como Tracker. En los primeros 10 fotogramas se distingue muy bien la posición del martillo y la pluma. El eje vertical de la caída del martillo (inclinado 4º respecto a la vertical del fotograma) permite ajustar los parámetros de la cámara. La altura de la caída es de 1’60 m (recuerda que el traje de astronauta mide unos 2 m). El programa Tracker permite determinar la aceleración del martillo y la pluma, 1’6 (0’3) y 1’6 (0’4) m/s², respectivamente, una buena estimación del valor correcto 1’62 m/s², según la wikipedia. Cuando este experimento lo realiza un alumno, algo menos cuidadoso que el profesor, obtendrá un valor entre 1’3 y 2’2 m/s² (con toda la clase se puede usar un análisis estadístico de los resultados para estimar y reducir su error). En cualquier caso dicho valor es mucho mayor menor que el valor esperado si la filmación hubiera sido realizada en la Tierra. En resumen, un curioso experimento que nos ilustran magistralmente los noruegos J. R. Persson y J. E. Hagen, “Videos determine the Moon’s g,” Physics Education 46: 12-13, Jan. 2011.

Este experimento me ha hecho recordar el estupendo libro de Eugenio Fernández Aguilar, “La Conspiración Lunar ¡Vaya Timo!,” Laetoli, 2009 (un regalo ideal en Navidad para escépticos); el libro lo puedes adquirir fácil en cualquier librería española, o por internet. Por cierto, ayer Eugenio nos presentó en su blog “La prueba irrefutable de que el hombre no estuvo en la Luna,” Ciencia en el XXI, 28 diciembre de 2010.

Atención, preguntas: ¿A qué altura respecto a la superficie terrestre habría que haber grabado el vídeo para que la gravedad diera el valor obtenido en el vídeo? ¿Con qué factor habría que haber acelerado/retardado el vídeo para que el experimento hecho en la Tierra pareciera hecho en la Luna?

Regalo navideño para tus hijos: Un hovercraft casero con un CD y un globo

Las navidades son una época ideal para jugar con tus hijos y hacer manualidades con ellos. Tienen que ser cosas sencillas de hacer y que le piquen la curiosidad. ¿Por qué no te atreves con un hovercraft con un CD y un globo? Como te muestra el vídeo de youtube arriba, hacerlo es muy fácil. El vídeo no necesita explicaciones, aún así, abajo tienes otro vídeo en el que, en inglés, te lo explican. Si eres profesor de física en bachillerato, pregunta a tus alumnos si alguno tiene un aspirador en su casa que esté viejo y lo vayan a tirar, puedes regalarle a tus alumnos un hovercraft capaz de pasear a uno de ellos (cuidado, alguno se puede marear). Si eres profesor de física o de mecánica de fluidos, lo mismo quieres aprovechar para explicarle a tus alumnos la teoría de la lubricación y las ecuaciones de Stokes que explican el funcionamiendo del hovercraft de juguete; si tienes dudas, recurre al artículo de Charles de Izarra y Grégoire de Izarra (Université d’Orléans, Francia), “Stokes equation in a toy CD hovercraft,” European Journal of Physics 32: 89-99, Jan. 2011.

Si te gustan los experimentos de física no puedes dejar de visitar Practical Physics del británico IOP.

El mejor regalo musical para esta navidad: Música desde el experimento ATLAS en el LHC del CERN

“RESONANCE: Music from ATLAS experiment” es una iniciativa musical para recaudar fondos para la construcción de un orfanato en el Nepal. Dos CD con un total de 34 pistas, el primero de música pop/rock, y el segundo de música clásica, y un DVD con las sesiones de grabación, entrevistas y algunos vídeoclips (como el “ATLAS Boogie” de la Canettes Blues Band que abre esta entrada). Lo puedes comprar a través de iTunes, Play.com, Tesco, Amazon, o eMusic, o solicitar que te lo envíen desde el CERN pagando con PayPal  (los envíos a partir del 3 de enero, que ahora están de vacaciones bien merecidas). Os dejo con el vídeo promocional.

La dieta de los neandertales incluía vegetales cocinados, según un estudio publicado en PNAS

Los microfósiles de vegetales (fitolitos y granos de almidón) encontrados en cálculos dentales en siete dientes fósiles de neandertales (Homo neanderthalensis) demuestran que comían plantas (vegetales y legumbres) y que las cocinaban. La primera evidencia de que los neandertales cocinaban sus alimentos se publica en la revista PNAS y ha utilizado los dientes fósiles de tres individuos, Shanidar III (encontrado en Iraq), y Spy I y Spy II (encontrados en Bélgica). Algunas de las plantas encontradas son típicas de la dieta de los humanos modernos, como las palmeras datileras, ciertas leguminosas y pastos del género Triticeae. Un porcentaje alto de los restos de almidón fosilizados muestra marcas que indican que fueron cocinadas. Los autores concluyen que en el paleolítico medio, los neandertales incluían en su dieta los vegetales disponibles en su entorno local y que los cocinaban para digerirlos más fácilmente. El artículo técnico es Amanda G. Henry, Alison S. Brooks, Dolores R. Piperno, “Microfossils in calculus demonstrate consumption of plants and cooked foods in Neanderthal diets (Shanidar III, Iraq; Spy I and II, Belgium),” PNAS Early Edition, Dec. 28, 2010.

Una de las razones esgrimidas por muchos antropólogos para justificar la extinción de los neardentales y la supervivencia del género Homo es la incapacidad de los primeros para aprovechar en su dieta todas las calorías disponibles en su entorno. De hecho, el registro fósil sobre los neandertales mostraba escasas pruebas de que consumieran plantas en su dieta y ninguna de que las cocinaran. El género Homo por el contrario aprovechó la cocina para mejorar la calidad y la variedad de los alimentos vegetales que consumían. Hay que resaltar que se cree que la cocina de los alimentos pudo repercutir en los cambios en la organización social de los grupos de humanos. El nuevo artículo rompe con el mito de que los neandertales no cocinaban gracias al análisis de microfósiles vegetales (fitolitos y granos de almidón) atrapados en el sarro de siete dientes de tres fósiles: tres dientes de Shanidar III, fósil neardental encontrado en la Cueva de Shanidar, Iraq, que muestran un total de 73 microfósiles, 15 de ellos con rastros de haber sido cocinados, y cuatro dientes de Spy I y Spy II, fósiles neardentales de la Cueva Spy, Bélgica, que presentan 136 microfósiles.

Los datos sugieren que los neandertales eran capaces de comportamientos complejos para alimentarse, que incluían tanto la caza de animales de caza mayor como la recolección y procesamiento de alimentos de origen vegetal. La evidencia indica que estas adaptaciones tuvieron lugar en el Paleolítico Medio tardío. La evidencia hasta el momento indicaba que este tipo de explotación alimenticia era propio de los primeros humanos (género Homo) y se dio en el Paleolítico Superior. Los grupos humanos más modernos que se conviertieron más tarde en el los primeros agricultores.

Más información en inglés en Henry et al. in PNAS, “Microfossils in calculus demonstrate consumption of cooked foods in Neanderthal diets”, Francis’ world inside out, December 28, 2010.

Sorprende a tus amigos calculando qué día de la semana será su cumpleaños el año 2011

Si eres capaz de recordar de memoria el número de doce dígitos 5114 6240 3513, serás capaz de saber que el 3 de agosto de 2011 es miércoles, o que el 27 de octubre de 2011 será jueves. Serás la estrella de todas las fiestas. El secreto es la tabla de multiplicar del 7 y la aritmética modular, módulo 7. Asignamos el 0 al domingo, el 1 al lunes, el 2 al martes, el 3 al miércoles, el 4 al jueves, el 5 al viernes y el 6 al sábado. Cada uno de los doce dígitos del número anterior indica la clave para cada mes del año 2011 (corresponde a la del última día del mes anterior). Por ejemplo, la clave para agosto es 0 (dígito octavo), luego el 3 de agosto de 2011 es (0+3) mod 7 = 3, es decir, miércoles. La clave para octubre es 5 (dígito décimo), luego el 27 de octubre de 2011 es (5+27) mod 7 = 32 mod 7 = 4, jueves, ya que 32=7*4+4. Navidad el año que viene caerá en domingo, y así sucesivamente… ¿qué día de la semana será tu cumpleaños?

Un experimento con bebés de 7 meses de edad permite deducir que la evolución modela lo que creemos que creen los demás

Las relaciones humanas dependen de nuestra habilidad para representar las creencias de los demás, incluso si contradicen a nuestras propias creencias.  ¿Es innata esta habilidad? Nuevos experimentos apuestan a que es innata; nos pasa tanto a los adultos y como a los bebés de 7 meses de edad, según muestra el vídeo anterior y un artículo publicado en Science. Los psicólogos le llaman “teoría de la mente” (ToM por theory of mind) a nuestro modelo de lo que los demás creen. Puedo saber que “María cree que Juan está en casa” aun cuando sé que “Juan no está en casa.” Podemos construir en nuestra mente una “teoría” sobre lo que demás creen, contradictoria con lo que nosotros sabemos. ¿Influye ese modelo mental en nuestras respuestas sociales? Sí. ¿La capacidad humana de construir estos modelos mentales es innata? Sí, según los psicólogos evolucionistas y los resultados de los nuevos experimentos que se publican en Science. El artículo técnico es de Ágnes Melinda Kovács, Ernö Téglás, Ansgar Denis Endress, “The Social Sense: Susceptibility to Others’ Beliefs in Human Infants and Adults,” Science 330: 1830-1834, 24 December 2010. Y yo me pregunto, en mi ignorancia, ¿se puede deducir a partir de un experimento psicológico que algo es producto de la historia evolutiva humana?

Un ejemplo de experimento: un niño (Juanito) coloca un juguete en un cajón y sale de la escena. En su ausencia, otro niño cambia de lugar el juguete y lo coloca dentro de una canasta, de donde no sobresale. Los niños de tres años de edad que observan esta escena predicen que cuando Juanito retorne buscará el juguete en la canasta, en lugar de en el cajón, ya que ellos mismos saben que el juguete se encuentra en la canasta. Los niños de tres años de edad no son capaces de tener en cuenta que Juanito no puede saber que el juguete está en la canasta y, por tanto, debe creer (falsamente) que está en el cajón. Niños de mayor edad (y adultos) son conscientes de la creencia falsa de Juan y predicen que volverá a buscar (en vano) en el cajón.

El experimento (el experimento 1 del nuevo estudio en Science) está ilustrado en la figura de arriba y en el vídeo de youtube. Un agente (un pitufo) entra en escena y coloca una pelota encima de una mesa. La bola rueda hasta esconderse detrás de un pantalla que la oculta. A partir de aquí hay cuatro posibles situaciones, como muestra el dibujo de arriba. En presencia del pitufo, la pelota se queda detrás de la pantalla (casos a y c) o sale de la escena (casos b y d). El pitufo se marcha de la escena y la pelota sale de escena (c), retorna a su escondite (d), o permanece inmóvil (a y b). El participante (P) o bien cree que la pelota está escondida (P+ en los casos a y d), o bien que no está en escena (P- en los casos b y c). Al final, el agente vuelve a entrar en escena y se elimina la pantalla mostrando (siempre) la pelota detrás. El agente (pitufo) cree que hay una pelota escondida (A+) o que no hay ninguna pelota (A-). Cuando el participante es adulto debe pulsar un botón justo cuando ve la pelota una vez desaparece la pantalla, justo cuando la ve, ni antes ni después. En el experimento se mide la latencia (el tiempo de reacción) desde el primer fotograma que muestra la pelota hasta el momento de la pulsación.

¿Influye lo que sabe el agente (el pitufo) en el tiempo de reacción? Sorprende, pero sí influye. Los participantes fueron más lentos en el caso P-A- (caso b) que en el resto de los casos. Cuando el participante sabe que la pelota no está y sabe que el agente cree que no está, parece como si la sorpresa al ver la pelota fuera doble, la propia y la del agente. Los investigadores desarrollaron dos experimentos más con adultos (N=24 sujetos), así como cuatro experimentos con bebés de 7 meses de edad (N=56 bebés), como el que muestra el vídeo de youtube, pero omitiré aquí más detalles. En el caso de los bebés, como no pueden pulsar ningún botón, se filmó al bebé y se estudió el tiempo que pasa mirando el vídeo.

Los autores del artículo concluyen que los adultos y los bebés de 7 meses determinan y almacenan las creencias de los demás en su propio cerebro, y que acceden a dicha información de forma similar a como acceden a las propias creencias. El tiempo que requiere la activación de los circuitos cognitivos que calculan las creencias de un agente social externo, tanto en adultos como en bebés de 7 meses de edad, retrasa las respuestas ante eventos que contradicen dichas creencias.

Los autores, no podía ser menos en un artículo publicado en Science, inducen de estos experimentos que los mecanismos que utilizamos para determinar las creencias de los demás forman parte del “sentido social” (social sense) que nos hace humanos. Este “sentido social” es innato y ha evolucionado junto con nuestra especie. La estructura social de los grupos de humanos tiene sus raíces cognitivas modeladas por la propia evolución biológica.

Realmente me resulta curioso como los psicólogos evolucionistas recurren a la evolución darwinista para explicar resultados de experimentos que, se miren como se miren, no parece que tengan nada que ver con la evolución. Mi ignorancia es supina en psicología “evolutiva” (tanto que ignoraba que se llamara psicología evolucionista; la psicología evolutiva es otra cosa bien distinta, como nos ha aclarado nuestro amigo JLPdelaC).

La magia en la que creen los niños

Mi hijo escondió un muñequito de juguete dentro del gorro de Santa Claus que decoraba su cabeza. Me resultó curioso como se tocó en varias ocasiones el gorro, comprobando que el muñequito siguiera donde él lo puso, como si temiese que pudiera llegar a desaparecer. Me preguntó, papá sabes dónde está el muñequito. Le contesté que no lo sabía; mentí a propósito. Se volvió a tocar la cabeza y luego me dijo que lo tenía dentro del gorro. Me pidió que le tocara el gorro para comprobarlo; así lo hice; el muñequito seguía allí. Él volvió a tocarse la cabeza varias veces, mientras jugaba con otros juguetes, hasta que decidió sacar el muñequito de su escondite. Quizás no podía aguantar la inquietud. Mientras el muñequito estuvo dentro del sombrero, encima de su cabeza, mi hijo estuvo inquieto, dudando. Por cierto, el muñequito pesaría casi cien gramos. Es curiosa la magia en la que creen los niños.

De vergüenza… y luego nos quejamos

“Aún está pendiente de la aprobación de las becas por parte del Ministerio de Ciencia e Innovación para que un científico pueda hacer su tesis doctoral con los restos de Pepito,” el cazador jorobado de Cuenca, el dinosaurio bautizado Concavenator corcovatus. “Esperamos que un investigador pueda empezar a trabajar con estos restos en 2011.” Palabras de José Luis Sanz, catedrático de Peleontología de la Universidad Autónoma de Madrid, quien junto a Francisco Ortega y Francisco Escaso “han hecho noticia científica internacional un descubrimiento paleontológico español (publicado en Nature). [José Luis es] un auténtico maestro,” en palabras de Juan Luis Arsuaga, paleóntologo codirector del yacimiento de Atapuerca. “El primer dinosaurio del mundo que presenta una estructura en forma de joroba en el lomo” espera financiación pública para que alguien estudie “para qué le servía la joroba. Una de las opciones más plausibles es que fuese un elemento ornamental para atraer a las hembras.” Un becario tendrá que dar respuesta a la incógnita, porque “una estructura tan llamativa tiene que tener alguna función. Habrá que esperar, como mímimo hasta 2011, cuando un investigador pueda comenzar a trabajar con esta joya de la paleontología española” para desvelar que son los “bultitos situados en la ulna (hueso del antebrazo) que sugieren la presencia de unas estructuras ancestrales de las plumas,” para desvelar el porqué sus pies eran tan pequeños (quizás la joroba era un contrapeso). Nos lo han contado Miguel G. Corral, “‘Pepito’, el jorobado de Cuenca,” Eureka, El Mundo, pág. 5, 26 dic. 2010. Y también Juan Luis Arsuaga, “‘Pepito’ para los amigos,” Investigadores y Pioneros, El País Semanal, nº 1787, pág. 25, 26 dic. 2010.

Os recomiendo la vista al Calentario 2009 “Becarios en Precario. Por una Carrera Investigadora Digna.” Y como estas cosas hay que tomárselas con humor, os recomiendo la página de chistes científicos del microbiólogo José Luis Sanz, porque todo físico sabe que 2+2 son 4’0004 ± 0’0006, y es triste pensar en la cantidad de estudiantes de economía que han suspendido por no saber cosas que han resultado ser falsas.

Todos metemos la pata hasta el fondo alguna vez

Me tengo que tirar un buen tirón de orejas a mí mismo. No para comprobar la teoría del bootstrap, que también, sino porque al leer A.R., “La antimateria triunfa en los diez mejores de la física 2010,” El País, 23 dic. 2010, he descubierto que no he dedicado una entrada en este blog al superfotón. No me lo puedo perdonar, dada la gran cantidad de horas que he dedicado a pensar sobre este tema en el último mes. Aún no me lo puedo creer, aseguraría que escribí dicha entrada, pero no lo hice. Lo debí soñar.

Lo primero es lo primero. El artículo de El País nos enumera los descubrimientos más importantes del año 2010 de según Physicsworld, sitio de noticias del Instituto de Física británico (IOP). Os enumero los descubrimientos: (1) trampa para 38 átomos de antihidrógeno; (2) atmósfera del exoplaneta HR8799;  (3) efectos cuánticos a simple vista en un objeto a escala macroscópica; (4) capa de invisibilidad en el rango de luz visible; (5) láser acústico que emite fonones coherentes; (6) superfotón o un condensado de Bose-Einstein (BEC) de fotones; (7) verificación de la relatividad a distancias y velocidades de escala humana; (8) telepresencia y holografía 3D en tiempo real; (9) el protón en experimentos con hidrógeno muónico es más pequeño de lo esperado; y (10) el LHC del CERN, el acelerador más de moda, ha proporcionado enormes cantidades de datos para su análisis a los científicos.

¿Que nos deparará el año 2011 en ciencia según el IOP y El País? Rusia lanzará (noviembre) la sonda Fobos Grunt a la luna Fobos de Marte para tomar allí un trozo de roca y traerlo a la Tierra; la NASA enviará su cuarto vehículo todoterreno al planeta rojo, el Curiosity, la sonda Juno (agosto) con destino a Júpiter, y el detector de rayos cósmicos AMS que se instalará en la Estación Espacial Internacional. En marzo la sonda Messenger se pondrá en órbita de Mercurio tras seis años y medio de viaje. En 2011 el telescopio Kepler podría encontrar los primeros planetas tipo terrestre, y en Chile empezará a funcionar el nuevo Telescopio de Búsqueda de Energía Oscura, diseñado por físicos de Fermilab.

Así que tendré que dedicarle una entrada al superfotón.

Aclaración, para los que no lo sepan: La teoría del bootstrap es una versión de la teoría de la matriz S (o de scattering) y como ella está en el origen de las teorías de cuerdas. Busca formular la teoría cuántica de campos más general posible compatible con las leyes de la naturaleza con la intención de que esa teoría más general sea la teoría correcta de la realidad. El problema es que a alta o muy alta energía (catástrofe ultravioleta) toda teoría cuántica de campos se vuelve inconsistente. “Bootstrap” significa cordones de las botas y la idea es que “uno podría levantarse del suelo y levitar tirándose de sus propios cordones de las botas,” lo que en física a finales de los 1960 significaba que uno podría construir la teoría física correcta de la realidad solo con matemáticas, sin necesidad de hacer ningún experimento, sin necesidad de conocer en detalle la naturaleza. Obviamente, la idea podría ser buena (y es lo que proclaman algunos teóricos de cuerdas) pero la física sin experimento, no es física.

Atención, la respuesta a la pregunta: ¿Atraerá un imán a una fresa?

La foto ilustra el experimento. Coloca dos fresas en los extremos de una pajilla, haces un agujero en ella (por una sola cara) y colocas la pajilla en equilibrio sobre un perno en posición invertida a través de ese agujero. Ajustas las fresas como contrapesos para lograr una posición de equilibrio. ¿Qué sucede cuando un imán fuerte (de neodimio) se acerca a una de las fresas como se muestra en la imagen? ¿Qué sucede cuando el imán se coloca en una posición fija por encima de una de las fresas? Piensa un poco y luego responde.

¿Qué pasa si utilizas otras frutas? Una uva, una bolita de melón, o una bolita de sandía.

Me ha llamado la atención tanto la pregunta (como la respuesta): David Featonby, “What Happens Next?: How does a magnet make strawberries revolve?,” Phys. Educ. 45: 679-680, 2010.

La respuesta en este blog… el 25 de diciembre, que es Navidad.

Como ya nos ha comentado uno de los lectores de este blog (Julio), el imán repele (no atrae) a la fresa “porque el agua es una sustancia diamagnética.” Más aún, él nos recomienda usar “uvas con un péndulo de torsión colgado del techo, porque tienen más agua.” Aún así, os coloco la respuesta que tenía preparada. Por cierto, he cambiado la fecha de la entrada, no sé cómo se enterarán del cambio los que reciben las entradas vía correo electrónico… ya me contaréis.

RESPUESTA: No, no la atraerá, pero la repelerá. La fresa es repelida por el imán y la pajilla con las dos fresas rota un poquito alejándose del imán. Para mantener el movimiento es necesario mover el imán para que siga el movimiento de la fresa y la pajilla sostenga su rotación. Cuando se coloca el imán sobre una de las fresas, la fuerza de repulsión es suficiente como para desequilibrar la pajilla y que las fresas caigan.

¿POR QUÉ?: Las frutas contienen un alto porcentaje de agua y el agua es diamagnética, por lo que el campo magnético del imán (si es potente) provoca una fuerza de repulsión. Colocando el imán en el otro lado de la fresa se logra que la pajilla se ponga a rotar en el sentido opuesto.

El diamagnetismo es la propiedad que presentan los materiales que son repelidos por los imanes. Corresponde a una forma de magnetismo muy débil que solo se observa en la presencia de un campo magnético externo intenso. Los cambios en el movimiento orbital de los electrones producen un momento magnético inducido en la dirección opuesta a la del campo. El material diamagnético es atraído hacia la región donde el campo magnético es más débil, es decir, es repelido por el imán. Materiales diamagnéticos incluyen el oro, grafito, bismuto y el agua. Por ejemplo, una rebanada delgada de grafito, que es un material diamagnético muy fuerte, puede estar flotando en un campo magnético de forma estable.

Si repites este experimento en clase con tus alumnos debes recordar utilizar un imán intenso. Una posibilidad es una electroimán, pero yo te recomendaría un imán de neodimio. El recurso más interesante para los profesores de física son las tiendas de todo a 1€. ¿Cómo conseguir un imán de este tipo en una tienda de todo a 1€? Por ejemplo, en las linternas que funcionan por inducción magnética, como la de la figura de abajo. Desmontar esta linterna y volverla a montar es muy fácil, por ello, extraer el imán de esta linterna te permitirá utilizar un imán de neodimio en tus experimentos en clase cada vez que lo necesites.

Ya que estamos con ello, quizás alguno se pregunte cómo funciona una linterna de inducción. Cuando agitas la linterna mueves el imán de forma que atraviesa de forma oscilatoria una bobina de hilo, lo que por la ley de la inducción de Faraday produce una corriente eléctrica alterna (oscilatoria) en sus extremos. Abajo tenéis una representación del voltaje típico, con picos de unos 4 voltios de pico positivo y algo menos de pico negativo.

Para iluminar el diodo LED de la linterna se requiere una corriente continua, por lo que hay introducir un puente rectificador y una capacitancia (grande, unos 0’3 F) para que se almacene la energía eléctrica (las linternas más caras tienen una batería de litio o similar en lugar de la capacitancia para garantizar una mayor duración de la carga). Todo el circuito está preparado para que el diodo LED reciba una tensión continua entre 2 y 3 V.

Más información sobre estos asuntos (con datos concretos para la linterna de la foto) en el artículo de Frank Thompson, “The shaking torch: another variation on the inductive force,” Phys. Educ. 45: 575-576, 2010.

CDMS II observa tres nuevos eventos tipo WIMP candidatos a materia oscura

En diciembre de 2009, CDMS anunció a bombo y platillo la observación de dos eventos tipo WIMP con una masa de 100 GeV/c² con una certeza del 77%. Ahora, en diciembre de 2010, a la chita callando, el experimento CDMS II vuelve a ser noticia al publicar la observación de tres nuevos eventos tipo WIMP con un masa de unos 100 GeV/c² con una certeza del 89%. El experimento CDMS (Cryogenic Dark Matter Search), que se encuentra en el Laboratorio Subterráneo de la Mina de Sudán, en Minnesota, estudia la dispersión inelástica de la materia oscura (IDM por Inelastic Dark Matter). Una partícula (χ) de materia oscura tipo WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) se dispersa inelásticamente en un núcleo de un átomo (N) si la partícula WIMP pasa de su estado fundamental a un estado excitado tras la interacción (χ+N→χ*+N); la interacción elástica está fuertemente suprimida en las cinco torres de detectores de CDMS. La IDM produce un retroceso del núcleo (N) y CDMS II busca candidatos a WIMP que provoquen un retroceso con una energía entre 25 keV y 150 keV. Los tres eventos candidatos a WIMP que se han observado en las torres T4Z6, T4Z2 y T1Z2, tienen una energía de retroceso de 37’3 keV, 73’3 keV y 129’5 keV, respectivamente (en la figura que abre esta entrada aparecen los dos más energéticos). El último evento observado no se podría haber observado en CDMS el año pasado.  La probabilidad de que estos tres eventos sean espurios es de solo un 11%. Obviamente, no es un descubrimiento como para lanzar las campanas a vuelo; no obstante, quisiera recordar que el anuncio de diciembre de 2009 se hizo a bombo y platillo (y acabó publicado en Science). Este nuevo resultado de CDMS, creo que puedo afirmar, dará mucho que hablar en los próximos meses. Detalles técnicos en CDMS Collaboration, “Search for inelastic dark matter with the CDMS II experiment,” ArXiv, 22 Dec 2010.

Por cierto, alguno recordará mi entrada “qué pasó con los dos WIMP observados por CDMS en diciembre de 2009 (han sido descartados por XENON100 en mayo),” 5 julio 2010. Los tres nuevos eventos tipo WIMP de CDMS vuelven a poner en liza los dos anteriores. Habrá que estar al tanto de los nuevos resultados de XENON 100 y otros detectores de materia oscura.

Más sobre estos asuntos en este blog: ”Rumore, rumore, … la materia oscura será desvelada el 28 de diciembre, digo el 18,” 10 diciembre 2009; “Última hora sobre la materia oscura: atentos a Jodi Cooley del CDMS el 17 de diciembre,” 11 diciembre 2009; “Jodi Cooley del CDMS: observados dos eventos tipo WIMP de 100 GeV con certeza al 77%,” 17 diciembre 2009; “XENON100 versus DAMA, guerra de cifras sobre la masa de las partículas WIMP de materia oscura,” 10 mayo 2010; y “Qué pasó con los dos WIMP observados por CDMS en diciembre de 2009 (han sido descartados por XENON100 en mayo),” 5 julio 2010.

Prediciendo lo impredecible (o la importancia de las simulaciones de Montecarlo)

Descubrir nueva física más allá del modelo estándar en el LHC del CERN requiere conocer muy bien la física que predice el modelo estándar. Recordarlo parece una tontería, pero en las colisiones protón-protón a 7 TeV c.m. en el LHC, es tal la complejidad de las predicciones del modelo estándar que se requiere utilizar simulaciones de Montecarlo con programas avanzados como PYTHIA y PHOJET. Ahora bien, estos software predicen cosas diferentes entre sí para las colisiones en el LHC del CERN y, aún más grave, diferentes con los resultados experimentales obtenidos este año. Las diferencias no son pequeñas y para estar seguros de que no se escapa ni el más mínimo rastro de nueva física más allá del modelo estándar hay que ajustar/calibrar los parámetros de estos simuladores. Los grandes experimentos del LHC, como ATLAS, tienen equipos de físicos dedicados a ajustar estos parámetros y los modelos que suyacen a estos simuladores con objeto de desarrollar nuevas versiones de los mismos (como PHYTIA ATLAS) capaces de predecir los resultados del modelo estándar observados en cada experimento hasta el más mínimo detalle. Arriba tenéis una figura de ejemplo: PYTHIA 8 predice mucho mejor las colisiones pp a 0’9 TeV en el detector ATLAS que las colisiones a 7 TeV; la última versión de PYTHIA 6 desarrollada por la colaboración ATLAS, llamadas cuya predicción con PYTHIA ATLAS AMBT1 los predice muchísimo mejor, pero no es todavía todo lo perfecta que llegará a ser. Mucha gente ignora el trabajo de estos físicos computacionales, pero sin ellos no será posible descubrir nueva física en el LHC del CERN. Quisiera que esta entrada fuera un homenaje a quienes se esfuerzan en comprender el modelo estándar hasta sus más íntimos detalles. Quizás su trabajo sea menos vistoso para los medios (conocer aún mejor lo ya bien conocido no parece una gran noticia), pero no por ello deja de ser imprescindible. Quien quiera saber más sobre su arduo trabajo puede ojear The ATLAS Collaboration, “Charged-particle multiplicities in pp interactions measured with the ATLAS detector at the LHC,” CERN-PH-EP-2010-079 (Submitted to New J. Phys.), December 24, 2010.

Flaco favor a la ciencia, el premio Nobel Luc Montagnier se apunta a la homeopatía

Luc Montagnier, el virólogo francés que obtuvo el Premio Nobel de Medicina en 2008 por descubrir el virus del SIDA (VIH),  se apunta a la investigación más avanzada en homeopatía, la dilución de moléculas de ADN vírico en agua (diluciones 10-18). Como en Francia todavía recuerdan el caso de Jacques Benveniste y la “memoria del agua,” Montagnier, con 78 años, ha decidido emigrar a Shanghai, China (liderará un nuevo Instituto de Investigación en la Universidad de Jiaotong). Los chinos están más abiertos a investigaciones tan “avanzadas” (ya publicó dos artículos en 2009 sobre este tema). La mejor curación posible para el autismo, que según Montagnier está provocado por las ondas electromagnéticas “almacenadas en la memoria del agua” que alcanza el cerebro tras haber estado en contacto con el ADN de ciertas bacterias intestinales. Estas ondas electromagnéticas pueden ser compensadas con las ondas electromagnéticas “almacenadas en la memoria el agua” en la que se han diluido moléculas de ADN de estas bacterias intestinales (el “medicamento homeopático”). La interferencia destructiva entre estas ondas electromagnéticas, según la hipótesis de Montagnier, destruye el efecto patológico de estas ondas en el cerebro y permitirá curar el autismo, algunos casos de Alzheimer e incluso otras enfermedades neurológicas. Qué “gran pena” que el gobierno francés no quiera financiar investigaciones tan relevantes de un “viejo chocho.” Nos lo ha contado Martin Enserink, “Interview to Luc Montagnier: French Nobelist Escapes “Intellectual Terror” to Pursue Radical Ideas in China,” News of the Week, Science 330: 1732, 24 December 2010. 

Montagnier, como Benveniste, afirma que el agua en contacto con una cierta substancia (en su caso ADN vírico) adquiere una serie de cambios estructurales (la “memoria” del agua) incluso en diluciones muy altas en las que se puede afirmar con rotundidad que ya no queda ninguna molécula en dilución. Afirma Montagnier que estos cambios estructurales se pueden medir gracias a las ondas electromagnéticas que producen y que su grupo de investigación las ha medido en autistas y algunos enfermos de Alzheimer, Parkinson y esclerosis múltiple. ¿Las han medido en bacterias del cerebro de estos enfermos? No, no, … las han medido en bacterias intestinales de estos enfermos. ¿Y cómo llegan del intestino al cerebro estas ondas electromagnéticas para provocar la enfermedad? Pues obvio, gracias a la “memoria del agua” en el plasma sanguíneo que acaba llegando al cerebro. 

Cuando Enserink le ha preguntado a Montagnier por Benveniste ha sido claro “creo que [Benveniste] tenía razón, el problema es que sus resultados no eran reproducibles al 100%.” ¿Homeopatía? Sí, claro, Montagnier afirma que “las diluciones altas de algo no son nada más que agua, son algo más ya que el agua presenta estructuras que “imitan” a las moléculas originales que tenía disueltas.” ¿Pseudociencia? No, “no es pseudociencia, no es charlatanería, se trata de fenómenos “reales” que merece la pena estudiar en más profundidad.”

Sin comentarios.

Por cierto, si algún homeópata es lector de este blog: Luc Montagnier et al., “Electromagnetic signals are produced by aqueous nanostructures derived from bacterial DNA sequences,” Biomedical and Life Sciences Interdisciplinary Sciences: Computational Life Sciences 1: 81-90, 2009; y Luc Montagnier et al., “Electromagnetic detection of HIV DNA in the blood of AIDS patients treated by antiretroviral therapy,” Biomedical and Life Sciences Interdisciplinary Sciences: Computational Life Sciences1: 245-253, 2009.

 Y ya que estamos, para los demás, J.R. Mora, ”Humorpatía,” Amazings.es, 01 Dic. 2010; Eugenio Manuel, “Mi primer suicidio homeopático,” Amazings.es, 27 Nov. 2010; ¿Qué es la homeopatía? ”La pseudomedicina que está más de moda en los últimos tiempos; la creación de una Cátedra de Homeopatía en la Universidad de Zaragoza o la programación por parte de la UNED de tres cursos de máster en los que se enseña esta pseudociencia son pruebas de ello.”

PS: Me recomiendan que os recomiende la lectura de Shora, “Los patinazos de los Nobel de Ciencia (I),” MedTempus, Blog de Medicina, 25 octubre, 2010; “Los patinazos de los Nobel de Ciencia (II),” MedTempus, Blog de Medicina, 2 noviembre, 2010.

¿Es homeopática la propuesta de Luc Montagnier? No, pues usa ondas electromagnéticas, como nos contaron en Harriet Hall, “The Montagnier “Homeopathy” Study,” Science-Based Medicine, Oct 20, 2009.

Biofotónica y biofotones: entre la pseudociencia y la especulación científica

Leo a Kanijo sobre “el desconcertante papel de los biofotones en el cerebro,” a César sobre “cómo el campo eléctrico del cerebro afecta al propio cerebro,” a Pere afirmando que ”las neuronas se comunican con señales eléctricas, químicas… y ondas cerebrales,” y me viene a la cabeza la delgada frontera entre la especulación científica y la ciencia, entre la especulación científica y la pseudociencia. Permitidme algunos retazos sueltos alrededor del concepto de biofotónica y de los biofotones. Ya sé que hoy no es 28 de diciembre … día de los inocentes.

Tengo unos amigos que si bien son físicos ópticos de profesión, trabajan en biología por el proyecto de investigación que les financia, a los que el cerebro les hierve de biofotónica, pero nunca les oí hablar de biofotones. Para ellos la biofotónica es la biología de las fotosíntesis y de la bioluminiscencia. Sus brillantes mentes relucirán mucho más (en su interior) si además de con iones sus neuronas se comunican entre sí con biofotones. Supongo por ello que me pegarán un tirón de orejas por  esta excursión al escabroso mundo creado por el padre del “biofotón,” quien en su época fue candidato por diez veces al Premio Nobel de Biología, pero nunca lo obtuvo, el “radiólogo mitogenético” Alexander Gavrilovich Gurwitsch (1874–1954) [wiki], biólogo ucraniano que “descubrió el biofotón” en un famoso experimento de 1926 utilizando raíces de cebollas. Su trabajo, que dio a luz a la biofotónica, no pudo ser repetido por otros investigadores, pero resurge con fuerza como ave fénix cada pocas décadas para volver de nuevo al oscuro reducto de los entresijos de la biología ortodoxa. Como le decía a Kanijo en un comentario en su blog: Obviamente, toda célula refleja fotones cuando incide luz sobre ella, por lo que diferenciar entre fotones emitidos y reflejados es muy difícil; máxime cuando estamos hablando de pocos (unos cientos de) fotones que muestran propiedades cuánticas. Además, hay que recordar que para observar los biofotones hay que iluminar la célula…

Maricela Yip y Pierre Madl (Universidad de  Salzburgo), “The Light of Life – Biophotonics” afirman que “todos los organismos emiten luz a un ritmo constante desde unos pocos fotones por célula al día hasta varios cientos de fotones por organismo cada segundo. La emisión de biofotones es universal para los organismos vivos y no está asociada con ningún orgánulo específico.” Suponiendo que este campo biofotónico es coherente puede ser “una herramienta fundamental para la comunicación entre células en los organismos multicelulares y para la comunicación de cada célula con su entorno. Los biofotones son, pues, una pieza clave para el estudio de la comunicación biológica.”

Permíteme recordar el famoso experimento de las cebollas de Gurwitsch (1926) (Protoplasma 1: 473-475): Las raíces de dos plantas de cebolla se colocan perpendicularmente de tal forma que la punta de una raíz de una cebolla apunte hacia la punta de otra raíz de la otra cebolla. Gurwitsch descubrió que la tasa de división celular en estas zonas de la raíz es mucho mayor que en otras partes de la raíz ”no irradiadas.” ¿Transmisión química, eléctrica u óptica? Gurwitsch colocó un cristal delgado que dejaba pasar la luz ultravioleta y observó el mismo efecto. Sin embargo, cuando colocó otro cristal delgado opaco a la luz ultravioleta, para su sorpresa, el efecto desapareció. Por tanto, concluye Gurwitsch, las células de la raíces emiten radiación ultravioleta (no visible al ojo humano) que favorece la mitosis celular entre células vecinas. Así se descubrió la radiación mitogenética mediada por biofotones.

El problema con estos experimentos es que muchos biólogos trataron de repetir sus resultados y no fueron capaces, por ello la hipótesis de la radiación mitogenética cayó en el cajón de sastre de las “grandes descubrimientos científicos” que no son ciencia porque no son repetibles. La biología (ortodoxa) no acepta las ideas de Gurwitsch como correctas y la radiación mitogenética huele al tufo del misterio y de la brujería, de la curación milagrosa y de la metafísica. ¿Iker Jiménez dónde te escondes? Seguro que Iker ya ha hablado de esto en su programa… como no lo veo no me entero.

¿Qué es un “biofotón”? En el contexto de las ideas de Gurwitsch y sus revisiones más recientes, un biofotón es un fotón entendido según el prisma de la óptica cuántica, es decir, mostrando propiedades específicas de la física cuántica. Muchos organismos y células emiten o reflejan luz, pero se puede entender este mecanismo desde el punto de vista de la óptica clásica, sin necesidad de recurrir a fenómenos cuánticos. Este conocimiento que forma parte de la biología ortodoxa no tiene nada que ver con los biofotones, aunque se podría llamar biofotónica a su estudio. Hay dos biofotónicas, la ortodoxa (clásica) y la especulativa (cuántica). Cuando hablamos de biofotones nos referimos a unos pocos fotones emitidos por una célula (pongamos 100 fotones por segundo y por centímetro cuadrado), con un espectro óptico ultravioleta, pongamos entre 200 y 400 nm (nanómetros).

Las radiaciones biológicas “biofotónicas” actúan de forma casi milagrosa en las primeras fases del desarrollo embrionario, por eso se califican como radiación mitogenética. Para los “entendidos” esta radiación no es un ningún misterio y tiene un origen físicoquímico en las reacciones bioquímicas del metabolismo celular. Como nos recuerdan Yip y Madl la hipótesis más esgrimida es que “in vivo, al menos el 75% de esta actividad biofotónica celular se origina en el ADN,” aunque también afirman que “in vitro, el ADN es biofotónicamente inactivo.” ¿Comunicación biofotónica cuántica? Claro que sí, “la luz almacenada en la molécula de ADN se comporta de forma coherente como un condensado de Bose-Einstein (BEC); toda la luz en una célula biológica se encuentra en un estado coherente de fotones, todos con la misma frecuencia y con sus fases entrelazadas, que actúa como un objeto cuántico a escala macroscópica. El estado BEC juega un papel esencial en la formación de los campos morfogenéticos que permiten una acción holística sobre el ADN de múltiples células controlando su crecimiento, diferenciación y coordinación.”

En este punto, permitidme una exclamación, no me puedo contener: ¡Madre mía!

Las hipótesis y la especulación son uno de los grandes motores de la ciencia. F. Grass, H. Klima, S. Kasper, “Biophotons, microtubules and CNS, is our brain a “Holographic computer”?,” Medical Hypotheses 62: 169–172, 2004, nos propusieron que “el cerebro funciona como un computador holográfico cuántico” gracias a la comunicación biofotónica interneuronal. Por lo menos se ha publicado en una revista de hipótesis médicas.

La imagen que abre esta entrada está extraída del artículo de Yan Sun et al., “Biophotons as neural communication signals demonstrated by in situ biophoton autography,” Photochem. Photobiol. Sci. 9: 315-322, 2010. Y no tengo más que decir, … y es que dice mi mujer que ¡con lo bueno que está el jamón y tú escribiendo esas cosas! Lo mismo, hasta tiene razón.

"Se buscan donantes de Jamón Ibérico," http://tinyurl.com/2e59vfb .

El Tevatrón del Fermilab logra un nuevo récord de colisiones totales

El Tevatrón del Fermilab, Chicago, ha logrado un nuevo récord: es el primer colisionador de partículas de la historia que ha logrado superar los 10 /fb (inversos de femtobarn) de colisiones, unos 1500 billones de colisiones protón-antiprotón a 1’96 TeV c.m. El LHC del CERN no logrará superar este número de colisiones hasta bien entrado 2014, como pronto. Pero el Tevatrón no para y continúa obteniendo, como muestra la figura, unos 0’055 /fb de datos a la semana. Este número de colisiones por semana está casi estable desde hace varios meses, aunque ha ido creciendo de forma exponencial desde que se inició el Run II del Tevatrón, el 3 de mayo de 2001. Muy lejos quedan ya el primer 1/fb de colisiones alcanzado en junio de 2005 y el primer 0’01 /fb de colisiones alcanzado en julio de 2003. Como el Tevatrón tiene dos detectores, CDF y DZero, 10/fb de colisiones significa un total de 20 /fb de colisiones almacenadas en disco para su análisis posterior. Tantas colisiones como granos de arena hay en una playa de arena de 1 km de largo, 100 m de ancho y 1 m de profundidad (estimación de Tommaso Dorigo). Nos lo han contado Tommaso Dorigo, “10 Inverse Femtobarns: Celebration Time At Fermilab!,” A Quantum Diaries Survivor, December 21st 2010; y Peter Woit, “Short Items,” Not Even Wrong, December 21st, 2010.

Por cierto, ¿cuántos inversos de barn corresponden a una sola colisión protón-antiprotón en el Tevatrón? Las colisiones protón-antiprotón a 2 TeV de energía en el centro de masas tienen un sección eficaz total de 80 mb (milibarns). Por tanto, una colisión corresponde a 1/0’08 = 12’5 /b (inversos de barn).

¿Qué significa 20/fb de colisiones en CDF+DZero del Tevatrón? Como el bosón vectorial Z tiene una sección eficaz de producción de 8 nb, desde 2002 el Tevatrón ha creado en CDF+DZero un total de 8 nb × 20 /fb = 160 millones de bosones Z; de forma similar, se habrán creado unos 160 mil pares de quarks top-antitop. Obviamente, no todo lo que se crea acaba siendo observado. Se han observado muchos menos.

¿Cuántos bosones de Higgs (si existen) se espera que se hayan creado en 20/fb de colisiones en CDF+DZero del Tevatrón? Depende de la masa que tenga el Higgs. Hay que multiplicar los 20/fb de colisiones por la sección eficaz total de producción de un Higgs en una colisión protón-antiprotón a 2 TeV c.m., como la mostrada sumando las columnas 2 a 6 de la tabla 1 del artículo del TEVNPH Working Group (for the CDF and DZero Collaborations), “Combined CDF and D0 Upper Limits on Standard Model Higgs-Boson Production with up to 6.7 fb−1 of Data,” ArXiv, July 26, 2010. Si el bosón de Higgs tiene una masa de 115 GeV/c², obtenemos 1615’4 fb, luego se han producido unos 32307 bosones de Higgs desde 2002 en el Tevatrón. Si el Higgs tiene una masa de 120 GeV/c², obtenemos 1420’3 fb, luego se han producido unos 28406 bosones de Higgs. Y así sucesivamente; si el Higgs tiene una masa de 200 GeV/c², obtenemos 2475’9 fb, luego se habrán producido unos 4952 bosones de Higgs.

¡Unos 32 000 Higgs si tiene una masa de 115 GeV! ¿¡Y aún no se descubierto el Higgs!? No me lo puedo creer…

El problema es que el bosón de Higgs se “esconde” en sus modos de desintegración, que se confunden con otros procesos del modelo estándar; para observarlo hay que recurrir a procesos de desintegración muy raros, lo que hace muy difícil su detección. Los físicos de partículas afirman que el background para la búsqueda del Higgs (el número de colisiones del modelo estándar similares a la desintegración de un Higgs) es tan grande que hace muy difícil la búsqueda de esta “aguja” en su pajar.

 

Pongamos una ejemplo (sigo un comentario de Tommaso Dorigo, [24 dic. 2010] que se ha convertido en entrada). ¿Cuántos eventos de desintegración H → ZZ → µµµµ se han observado en 10/fb de datos en el Tevatrón? El detector CMS del LHC en el CERN ha observado un evento de este tipo (ZZ → µµµµ) con una energía de 201 GeV, que podría ser un candidato a Higgs (si el Higgs tuviera una masa de 201 GeV/c²) [el vídeo de youtube, arriba, muestra este evento en 3D]. En el Tevatrón, la sección eficaz total de producción de un Higgs con esta masa es de 247 fb (femtobarns). Luego en 10/fb se han obtenido unos 2470 bosones de Higgs. La tabla 1 del artículo citado del TEVNPH, muestra que el 25’33% de las desintegraciones de un Higgs con una masa de 200 GeV/c² es del tipo  H → ZZ (produce un par de bosones vectoriales Z). Un bosón Z se desintegra en un par de muones un 3’366% de las veces (ver página 3 del PDG para el Z). Por tanto, el número de eventos  H → ZZ → µµµµ que se espera observar en 10/fb de datos del Tevatrón es de 2470 × 0’2533 × 0’03366 = 0’709 eventos. Menos de un evento.

Ahora bien, los dos detectores CDF y DZero del Tevatrón no son capaces de observar el 100% del ángulo sólido de posibles direcciones de emisión de partículas en la colisión. Hay ángulos muertos en los que no se observa nada. Solo cubren un 80%, más o menos. Más aún, los detectores no son perfectos y su eficacia ronda el 90% (el 10% restante se pierde). Como hay que detectar cuatro muones de forma simultánea, obtenemos una probabilidad de (0’8)⁴ × (0’9)⁴ = 0’27. Por tanto, esperamos que CDF (o DZero) observen 0’709 × 0’27= 0’2 eventos de tipo H → ZZ → µµµµ con una energía de 201 GeV en 10/fb de datos. Ahora mismo no se han analizado los 10/fb de datos, solo se habrán analizado unos 7/fb, con lo que la probabilidad de observar este evento en el Tevatrón es solo de 0’15.

¿Cuál es el background para la producción de un par ZZ en el Tevatrón? Según el modelo estándar la producción de un par ZZ en una colisión protón-antiprotón a 2 TeV es de unos 1’5 pb (picobarns). Unas 25 veces mayor que la producción de un evento H → ZZ (247 fb × 0’2533). Por tanto con unos 7/fb de datos de colisiones, los cálculos de Tommaso predicen unos 25 × 0’15 = 4 eventos de tipo µµµµ (más o menos los que han sido observados) y no podemos esperar que ninguno de estos eventos haya sido debido a la producción de un bosón de Higgs. ¿Cuál es la probabilidad de que un evento tipo H → ZZ → µµµµ se haya observado en CDF o DZero en unos 7/fb de datos? Como esperamos 0’15 eventos en cada experimento, unos 0’30 en total, la probabilidad de observar al menos un evento utilizando la integral de la distribución de Poisson con una media de 0’3 entre 1 y infinito es de 1-exp(-0’3) = 26%. La misma probabilidad de tirar dos veces una moneda y que salga ambas veces cara. No es mucho, pero tampoco es poco.

Estos números se pueden repetir para otros procesos de desintegración del Higgs y para otras masas y nos muestran que incluso después de haber producido miles de bosones de Higgs en el Tevatrón las desintegraciones del Higgs permanecen ocultas en los 10/fb de datos, de tal forma puede que aún no se haya observado ningún evento de Higgs en los datos almacenados en los experimentos CDF o DZero.

El bosón de Higgs es una partícula que se “esconde” muy bien en los datos de las colisiones del Tevatrón. Solo acumulando muchísimas colisiones acabará saliendo a la luz (y caerá el ansiado Premio Nobel por su descubrimiento).

Por cierto, ¿por qué es noticia alcanzar 10/fb y no lo fue alcanzar 9/fb, por ejemplo? Bueno, el diez es un número mágico; tenemos diez dedos en las manos. ”Con diez cañones por banda, viento en popa, a toda vela, no corta el mar, sino vuela un velero bergantín;” Canción del pirata, José de Espronceda.

El 25 aniversario de la primera colisión protón-antiprotón en el Tevatrón del Fermilab

El 13 de octubre de 1985 se produjo la primera colisión protón-antiprotón en el Tevatrón del Fermilab que fue detectada en el experimento CDF (DØ todavía no existía; la primera colisión que detectó fue el 14 de abril de 1992). Fue una colisión con una energía de 800 GeV en el centro de masas. El 17 de diciembre de 2010 se ha celebrado en el Fermilab su 25 aniversario con una miniconferencia de solo medio día : “25th Anniversary of First pp Collisions at the Tevatron,” Friday, December 17, 2010 [página web Indico]. Las charlas no aportan nada nuevo, pero siempre es interesante recordar y celebrar la buena labor que se ha realizado en el último cuarto de siglo en el Fermilab.

Paul Grannis (Stony Brook), “W and Top Physics,” nos habla del primer gran redescubrimiento del Tevatrón, el bosón W, y de su primer y último gran descubrimiento, el quark top. El bosón W fue descubierto en el CERN, pero sus propiedades han sido obtenidas con precisión gracias al Tevatrón. La figura de arriba muestra el primer resultado de CDF con aproximadamente 1700 eventos, obtenido en 1990, junto al resultado publicado por DZero en 2009, con unos 500.000 eventos. El error en la masa del W pasó de 390 MeV en la primera a solo 43 MeV en la segunda. La figura de abajo muestra el descubrimiento del quark top en DZero con 50/pb y unos pocos eventos y el resultado de CDF en 2009 con 4800/pb y unos 1000 eventos.

Los datos experimentales de precisión combinados de LEP2 y Tevatrón para el bosón W y el quark top, junto a la teoría del modelo estándar, permiten estimar la masa del bosón de Higgs (la elipse azul en la figura de abajo). En la actualidad permiten limitar su masa entre 114’4 y 158 GeV/c², debido a que el error en la masa del bosón W es bastante alto. A finales de 2011, cuando el Tevatrón haya recabado unos 10 /fb de datos para CDF y DZero, se reducirá bastante el tamaño de esta elipse (ver barras de error estimadas en la figura de abajo). Si el centro de la elipse no cambia, se podrá descartar la existencia del bosón de Higgs (del modelo estándar). Seguramente el centro de la elipse se moverá, pero los límites de exclusión para la masa del Higgs se reducirán en gran medida.

Sergo Jindariani (Fermilab), “The Search for the Higgs,” nos relata la tortuosa y aún inconclusa búsqueda del bosón de Higgs en el Tevatrón. El Tevatrón obtuvo su primer límite de exclusión para la masa del Higgs en 1989 (apareción en Phys. Rev. D en 1990): excluía el Higgs del modelo estándar en el intervalo de masas de 0’2 a 1’1 GeV con una certeza del 90% (un límite que hoy nos parece ridículo). Tras 21 años de búsqueda del Higgs han logrado excluir el intervalo de masas de 158 a 173 GeV, que unido a la exclusión del LEP2 de un Higgs de menor masa de 114’4 GeV y a los tests de precisión del modelo estándar, nos permite afirmar que el Higgs del modelo estándar, si existe, tiene una masa entre 114’4 y 158 GeV. Para finales de 2011, con unos 10 /fb de datos,  se espera que la combinación de datos de CDF+DZero permita excluir el bosón de Higgs en todo este intervalo de masas. No es un descubrimiento, pero si el bosón existe no se podrá excluir cierta región de dicho intervalo y la evidencia de su existencia será importante. Si el Tevatrón lograra financiación hasta 2014 (Run III) acabaría obteniendo unos 16 /fb y podría proclamar una evidencia a más de 3σ (un descubrimiento requiere 5σ) en todo el rango de masas del Higgs.

Tras 25 años de colisiones el Tevatrón está en buenas condiciones, pero sus días están próximos a finalizar. Si no se prolonga su financiación, 2011 será su último año de vida. Si se prolonga, será 2014. Más allá, con el LHC del CERN, muchísimo más luminoso, no tiene mucho sentido prolongarlo.

Día del escepticismo: Carl Sagan contra Ernst Mayr sobre el éxito del proyecto SETI

Hoy, 20 de diciembre, es el Día del Escepticismo (”Sagan Day”). Ezequiel, autor del blog “Proyecto Sandía” inauguró el día del escepticismo en 2009 y repite la idea este año. Merece la pena leer el artículo en español de Guillermo A. Lemarchand, Ernst Mayr, Carl Sagan, “El debate entre Ernst Mayr y Carl Sagan acerca de la probabilidad de vida inteligente en el universo,” ArXiv, 12 Dec. 2010 [Lemarchand, G.A. y Tancredi, G. (eds.), Astrobiología: del Big Bang a las Civilizaciones, Tópicos Especiales en Ciencias Básicas e Ingeniería, vol. 1, 1 - 22, © 2010 UNESCO-Montevideo]. Permitidme unos extractos, para ir abriendo boca.

“Durante la Segunda Escuela Iberoamericana de Posgrado en Astrobiología, se suscitaron interesantes debates acerca de la probabilidad de existencia de seres inteligentes extraterrestres en el universo, entre los expertos del área biológica y del área física. Por esta razón, resulta apropiado reproducir por primera vez en español un debate sobre el mismo tema desarrollado entre Ernst Mayr y Carl Sagan en el año 1995.”

“Los defensores de SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) argumentan que nuestra galaxia tiene cientos de miles de millones de estrellas, y que vivimos en un universo con miles de millones de galaxias, por lo que la vida debiera ser un acontecimiento común en este ámbito cósmico. Pero debido a que aún no hemos podido encontrar una sola evidencia concreta de inteligencia extraterrestre, ha surgido una batalla filosófica entre los que podrían ser llamados optimistas del contacto con civilizaciones extraterrestres -que por lo general se adhieren a la visión ortodoxa de SETI- y los proponentes de la hipótesis de la singularidad, la cual sugiere que la Tierra es, probablemente, es el único planeta en el cual la vida ha desarrollado una inteligencia superior capaz de desarrollar tecnologías que permitirían la comunicación interestelar. 

Opinión en contra de SETI: Ernst Mayr (1904-2005), del Museo de Zoología Comparada la Universidad de Harvard, uno de los más prominentes especialistas en evolución del siglo XX, presenta los principales argumentos de la hipótesis de unicidad: el mayor problema del proyecto SETI es la improbabilidad del surgimiento de la vida inteligente. Ernst Mayr nos recuerda que la vida en la Tierra se originó hace 3.800 millones de años, pero la inteligencia avanzada no se desarrolló hasta hace cerca de medio millón de años. La elaboración del cerebro de los homínidos comenzó hace menos de 3 millones de años, y la de la corteza del Homo sapiens ocurrió hace solamente 300.000 años. Nada demuestra la improbabilidad del origen de la inteligencia superior mejor que los millones de linajes filogenéticos que no lograron conseguirla. ¿Cuántas especies han existido desde el origen de la vida? Este número es motivo de especulación, tal como lo es el número de planetas en nuestra galaxia. Pero si hay 30 millones de especies vivientes, y si la expectativa de vida de una especie es de cerca de 100.000 años, entonces uno puede postular que ha habido miles de millones, quizás 50.000 millones de especies desde el origen de la vida. Sólo una de éstas adquirió el tipo de inteligencia necesaria para establecer una civilización. ¿Por qué la inteligencia superior es tan poco común? La inteligencia superior se ha originado sólo una vez, [porque] no es favorecida en absoluto por la selección natural, contrariamente a lo que esperaríamos. De hecho, todos los otros tipos de organismos vivos, millones de especies, viven bien sin inteligencia superior. Además, es extraordinariamente difícil adquirirla.  La evolución nunca se mueve en una línea recta hacia un objetivo (“inteligencia”).

Asumamos que existen seres realmente inteligentes en otro planeta en nuestra galaxia. Hace mil millones de años sus astrónomos descubrieron la Tierra y llegaron a la conclusión de que este planeta podría tener las condiciones propicias para producir inteligencia. Para verificar esto, mandaron señales a la Tierra durante mil millones de años sin tener una sola respuesta. Finalmente, en el año 1800 (de nuestro calendario) decidieron mandar señales durante 100 años más. Para el año 1900, no habían obtenido ninguna respuesta, por lo que concluyeron que seguramente no había vida inteligente en la Tierra.

Opinión a favor de SETI: Carl Sagan (1934-1996), profesor del Departamento de Astronomía y Director del Laboratorio de Estudios Planetarios de la Universidad de Cornell: El telescopio espacial Kepler promete detectar gran cantidad de planetas terrestres. Un planeta de masa terrestre, no tiene porqué ser un planeta terrestre. No obstante, la mayoría de la evidencia actual sugiere la existencia de un gran número de planetas distribuidos a través de la Vía Láctea con abundante agua líquida estable durante miles de millones de años. Algunos serán apropiados para la vida –nuestro tipo de vida, de carbono y agua líquida– durante miles de millones de años menos que la Tierra, algunos durante miles de millones de años más. Y, por supuesto, la Vía Láctea es una entre un sinnúmero, quizás cien mil millones, de galaxias.

Por otro lado, la evolución es oportunista y no previsiva. No “planea” desarrollar la inteligencia en unos miles de millones de años en el futuro. Responde a contingencias de corto plazo. Aun así, se puede percibir una tendencia general hacia la inteligencia en los registros fósiles. En algunos mundos, la presión de la selección hacia la inteligencia puede ser más alta; en otros, más baja. Pero la Vía Láctea está atiborrada de estrellas de segunda y tercera generación (es decir, aquellas que poseen elementos pesados) tan antiguas como 10.000 millones de años. El caso más probable es que el proyecto SETI detecte primero una civilización considerablemente más avanzada que la nuestra. La Tierra se encuentra rodeada de una población de asteroides y cometas que hacen que ocasionalmente el planeta se vea golpeado por uno lo suficientemente grande como para provocar daños substanciales. Necesitamos elaborar medios de detección y seguimiento de objetos cercanos a la Tierra, así como los medios para su intercepción y destrucción. Si fallamos en esta tarea, simplemente seremos destruidos. La radiotelemetría, el monitoreo por radar de asteroides, y el concepto del espectro electromagnético es parte fundamental de cualquier tecnología temprana necesaria para lidiar con semejante amenaza. Por ende, cualquier civilización duradera se verá forzada, por selección natural, a desarrollar una tecnología apropiada similar a la utilizada en las observaciones de SETI. Por supuesto que no existe ninguna necesidad de tener órganos sensitivos que “vean” en la región de radio. Simplemente alcanza con la física.

Respuesta de Ernst Mayr: Sagan adopta el principio “más listo es mejor” pero la vida en la Tierra refuta esta afirmación. Entre todas las formas de vida, ni los procariotas ni los protistas, hongos o plantas han necesitado desarrollar la inteligencia, como lo habrían hecho si fuese “mejor”. En los más de 28 filos de animales, la inteligencia evolucionó sólo en uno (cordados) y con ciertas dudas también en los cefalópodos. Y en las miles de subdivisiones de los cordados, la inteligencia superior se desarrolló en un sólo caso, los primates, e incluso allí en una pequeña subdivisión. Esto no demuestra la supuesta inevitabilidad del desarrollo de la inteligencia superior porque “es mejor ser listo”.

Respuesta de Carl Sagan: Donde Mayr y yo discrepamos es en los últimos factores de la ecuación de Drake, especialmente en aquellos que atañen la probabilidad de la evolución de la inteligencia y las civilizaciones tecnológicas. A pesar del gran respeto que le tengo al Profesor Mayr, debo objetar: los procariotas y los protistas son nuestros ancestros. Por lo tanto, han evolucionado hacia la inteligencia, junto con la mayoría del resto de la hermosa diversidad de la vida en la Tierra.

A los interesados en más información, les recomiendo la lectura del documento original (22 páginas).

Día del escepticismo: La diatriba de Juan Alberto Morales contra la transformada de Einstein-Lorentz

Hoy, 20 de diciembre, es el Día del Escepticismo (”Sagan Day”). Ezequiel, autor del blog “Proyecto Sandía” inauguró el día del escepticismo en 2009 y repite la idea este año. El artículo de la historiadora alemana Milena Wazeck, “Einstein’s sceptics: Who were the relativity deniers?,” NewScientist 2786: 54-57, 13 November 2010 [gratis en youkioske], me ha recordado a los negadores de las teorías de Einstein, a los que han criticado a Albert Einstein sin comprenderlo. Me centraré en un autor malagueño. Espero no aburriros.

Hace ya muchos años un amigo me recomendó un breve libro de Juan Alberto Morales (Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos) titulado ”Fallos matemáticos en la transformada de Einstein-Lorentz,” Editado por el propio autor, Málaga, 1985. Un libro que afirmaba en su portada que “la Transformación de Einstein-Lorentz no es más que una chapuza matemática. No existen ni la contracción de los cuerpos en movimiento ni la dilatación del tiempo.” Hace unos 20 años utilicé dicho libro para ejercitar mis conocimientos sobre relatividad especial (aprendidos en detalle gracias al excelente libro de A.P. French, “Relatividad especial,” Curso de Física del M.I.T, Editorial Reverté, 1974). El libro de Morales ya en su primera página metía la pata hasta el fondo… aún así, lo guardé y hace unas semanas me lo encontré por casualidad. Quizás merezca la pena recordar sus argumentos en contra de las transformaciones de Lorentz.

En el capítulo I, Morales demuestra que la dilatación del tiempo está equivocada. Su argumento es sencillo. (A) La velocidad de la luz c es constante para todos los observadores inerciales, luego x=c t, y x’=c t’. (B) Las transformaciones de Lorentz afirman que K x’ = x - v t, y K x = x’ + v t’, donde K²=1-v²/c². (C) Substituyendo (A) en (B) se obtiene una tautología, por tanto, “podemos afirmar de modo rotundo que en las ecuaciones (B) se tienen siempre que cumplir las ecuaciones (A).” (D) La dilatación del tiempo afirma que t’=t/K, pero de (B) se deduce que t’ ² = t² (c-v)/(c+v), una contradicción, por lo que tenemos que “reconocer que no existe la dilatación del tiempo.” (E) Otra demostración es que de vt’ = vt/K, y de (B) se deduce que K=1, luego v=0. (F) Más aún, de (A) se tiene t’/t = x’/x, luego v=0. Tanto (E) como (F) son contradicciones por lo que “queda claramente demostrado que esta fórmula (la dilatación del tiempo) es falsa.”

¿Cuál es el error en estos argumentos? Si eres físico, el razonamiento es trivial. Si no lo eres, piensa un poco (quizás necesites lápiz y papel).

No sé si has pensado al respecto o no. No importa. La respuesta es sencilla. (A) se aplica a cuerpos con masa nula (m=0) como la luz. (B) se aplica a cuerpos con masa no nula (m>0). Obviamente, el límite de (B) es (A), por lo que (C) es una tautología, como 0=0. De una tautología no podemos deducir nada, pero Morales “deduce” que puede aplicar (A) y (B) a su gusto donde quiera y cuando quiera. Obviamente, metiendo la pata hasta el fondo cada vez que lo hace (no existe ningún cuerpo que tenga a la vez m=0 y m>0).

En el capítulo II, Morales demuestra que la fórmula cinemática de adición de velocidades de Einstein es incorrecta. Si la velocidad de un objeto es w (x’=wt’) en un sistema de referencia que se mueve a velocidad v respecto a otro sistema, entonces en dicho sistema x=ut, donde u= (w+v)/(1+wv/c²). Morales aplica (A) de donde deduce que u=c, para w=c, lo que para él demuestra “que la fórmula cinemática de Einstein es falsa.”

¿Cuál es el error en su argumento? Elemental, querido Watson.

En el capítulo III, Morales arremete contra la fórmula m=m₀/K,  donde m₀ es la masa en reposo y m la masa en movimiento (recuerda que K es el factor de contracción de Fitzgerald-Lorentz). Tomemos un volumen V₀ que encierra la masa m₀ y consideremos el volumen V que encierra la masa m. De la fórmula anterior se deduce que V m=V₀ m₀. “Solo hay un cambio de volumen, producido por la contracción de Lorentz, con lo que al reducirse el volumen aumenta la masa contenida. Por tanto no hay incremento alguno de masa: esta se conserva en el volumen V₀ y en el volumen V. En consecuencia la fórmula anterior no puede ser correcta.”

¿Cuál es el error en este argumento?

En el capítulo IV, Morales “demuestra” que la famosa fórmula E=mc², ni es relativista, ni es de Einstein. Según Morales, esta fórmula la obtuvo Wilhem Weber 33 años antes de que naciera Einstein. Más tarde la obtuvieron J.J. Thompson y Henri Poincaré. “Einstein, como un físico culto que era en su época, tenía que conocer estos antecedentes.” Morales nos deduce esta ecuación de m’=m₀/K, E=m₀ v²/2, y m’-m₀=m, de donde se deduce E=m c². Morales considera que cualquier otra derivación de esta fórmula es inadmisible. Más aún, de m c²=m₀ v²/2, se deduce que m/m₀ = (1/2) v²/c², que para v=c conduce a m=m₀/2, que contradice la relatividad que afirma que m→∞ cuando v→c. “Siendo falsa la transformación de Lorentz, no existe límite fijado para la velocidad, y por consiguiente en el futuro los hombres podrán tener naves cósmicas que se muevan a velocidades mayores que la de la luz. ¡Solo es cuestión de tiempo!“

Amén, Dr. Morales. ¡Ciencia ficción en su libro!

El capítulo VII es un divertido juego de frases y símbolos que lleva al Dr. Morales a presentar “pruebas matemáticas de la falsedad de las transformación de Einstein-Lorentz.” Torpes juegos de símbolos que le llevan a concluir que “la transformación e Lorentz es un grupo de ecuaciones de ciencia ficción.”

Para no aburrir más, en el capítulo V, Morales arremete contra el efecto Doppler relativista, en el VI, contra la interpretación “relativista” del experimento de Michelson, y en el VIII presenta un experimento imaginario cuya ejecución verificaría la inexistencia de la contracción de Fitzgerald-Lorentz.

Acaba la obra del Dr. Morales con una frase sacada de contexto. “Einstein mismo dijo en una ocasión lo que en esta obra confirmamos:“

“Quedó claro, desde el comienzo mismo de la presentación de la teoría (de la relatividad) que ésta no era suficientemente sólida (strong enough) como para deducir de ella ecuaciones completamente satisfactorias de los hechos físicos, suficientemente libre de arbitrariedades.“ Alberto Eintein. “Notas Biográficas” Library. “Living Philosophers” Evaston. Ed. P.A. Schilpp, pág. 59.

PS: Ezequiel Del Bianco, “¡Feliz Día del Escepticismo!,” Proyecto Sandía, 20 de diciembre. Recomiendo el podcast del Círculo Escéptico Argentino, “Pienso, luego dudo – Capítulo 0,” 18 dic. 2010, porque la verdad surge de la discusión entre amigos.