Atención, pregunta: ¿Fue el siglo XX el más sangriento de toda la historia de la humanidad?

Mucha gente afirma, muy a la ligera, que el siglo XX fue el más sangriento de toda la historia. La realidad es que los números afirman todo lo contrario. Somos propensos a pensar que la vida moderna es más violenta porque los registros históricos de épocas recientes son más completos y porque nos preocupa más la violencia reciente que la pasada. Los estudios arqueológicos y etnográficos sugieren que el 15% de la población de sociedades humanas sin un Estado mueren de forma violenta. La mortalidad durante el s. XX debida a guerras, genocidios y hambrunas no supera el 5% de la población. En Europa, las tasas de homicidios han disminuido unas 30 veces desde la Edad Media, pasando de unos 40 por cada 100 mil personas por año en el siglo XIV, hasta 1,3 a finales del s. XX. Prácticas comunes durante milenios, como los sacrificios humanos, la persecución de brujas y herejes, la esclavitud, los deportes sanguinarios, la tortura y la mutilación punitiva, las ejecuciones sádicas (como quemar, romper los huesos, la crucifixión, el destripamiento o el empalamiento) y la ejecución por cometer crímenes sin víctimas han sido abolidas en la mayor parte del mundo. ¿Por qué ha disminuido la violencia? Según Steven Pinker, “Decline of violence: Taming the devil within us,” Nature 478: 309–311, 20 October 2011, la causa es una combinación de la empatía, la educación y la inteligencia, es decir, las fuerzas de la razón, la razón pura. Si tienes acceso al artículo y te interesa este tema, disfrutarás con su lectura. ¿Qué opinas? ¿Fue el siglo XX el menos sangriento de toda la historia de la humanidad?

Se publica en Nature el primer ejemplo de herencia epigenética de la longevidad durante tres generaciones

La epigenética estudia los rasgos que se heredan pero que no están codificados en los genes; estos rasgos afectan a la cromatina nuclear, tanto a la metilación del ADN como a ciertas marcas en las histonas que indican cómo se pliega el ADN en los cromosomas. Todas las células de nuestro cuerpo comparten el mismo genoma, pero su epigenoma, que especifica qué genes se expresan, es muy diferente. Muchos rasgos epigenéticos se borran entre generaciones, debido a su reprogramación en las células germinales, pero no todos. El nuevo artículo en Nature muestra que ciertas marcas epigenéticas asociadas a la longevidad son heredadas hasta durante tres generacions en el nemátodo Caenorhabditis elegans. En concreto, ciertas marcas epigenéticas en el complejo H3K4me3 (agregado de tres grupos metilo a la lisina 4 en la cola de la histona H3). Además, se ha observado que la expresión de los genes responsables del borrado y de la reprogramación de estas marcas está controlada por un complejo formado por las enzimas ASH-2, WDR-5 y SET-2 (o sus correspondientes genes). A partir de este estudio se concluye que la manipulación controlada de ciertos modificadores de la cromatina en los padres permite inducir una memoria epigenética de la longevidad en sus descendientes hasta durante tres generaciones (hijos, nietos y bisnietos). Los autores del estudio van más allá y sugieren que las modificaciones del complejo H3K4me3 de los padres podrían afectar a alguna enzima (proteína) o ribozima (ARN) aún no identificada que sean heredados y provoquen los cambios observados en la longevidad. La importancia de este estudio es que el sistema de regulación del complejo H3K4me3 está bien conservado desde los nemátodos hasta los humanos, luego estos resultados podrían tener repercusiones en el estudio de la longevidad en mamíferos (y quizás en humanos). El artículo técnico es Eric L. Greer et al., “Transgenerational epigenetic inheritance of longevity in Caenorhabditis elegans,” Nature, Published online 19 October 2011.

Los resultados experimentales apuntan a la existencia de cinco tipos de neutrinos, tres activos y dos estériles

Los neutrinos son la segunda partícula más abundante del universo, tras los fotones, pero desconocemos su masa en reposo y si son idénticos o no a sus antipartículas. Hay al menos tres tipos diferentes de neutrinos, pero podría haber hasta cinco tipos, además del neutrino electrónico, el muónico y el tipo tau, podrían existir dos neutrinos estériles, como sugiere el análisis de todas las pruebas experimentales actuales sobre los neutrinos publicado por Kopp et al. publicado en Physical Review Letters. Los neutrinos estériles no interaccionan con el resto de la materia mediante la interacción, solo mediante la gravedad (de ahí el término estéril). La existencia de estos neutrinos tendría importantes consecuencias astrofísicas y cosmológicas. Nos lo cuenta William C. Louis, “Particle physics: Sterile neutrinos,” Nature 478: 328–329, 20 October 2011, que se hace eco de Joachim Kopp, Michele Maltoni, Thomas Schwetz, “Are There Sterile Neutrinos at the eV Scale?,” Phys. Rev. Lett. 107: 091801, 2011. Ya que está de moda hablar de neutrinos, en Nature han decidido hablar de neutrinos estériles en lugar de superlumínicos. Buena elección, sin lugar a dudas. 

Sabemos que hay tres familias de neutrinos que interaccionan débilmente gracias al estudio del bosón Z desarrollado en el colisionador LEP (Large Electron–Positron Collider) que funcionó en el CERN (cerca de Ginebra) en el mismo túnel del LHC. El colisionador LEP era una fábrica de bosones Z y estudió con precisión sus propiedades. Los bosones Z se pueden desintegrar en quarks y leptones, y su vida media depende del número de familias de neutrinos que existen; el análisis de los resultados experimentales indicó que había solo 3 familias de neutrinos. Louis no lo cuenta pero este resultado tiene varias hipótesis, entre ellas que los neutrinos tengan una masa menor que la mitad de la masa del bosón Z (los tres neutrinos que conocemos tienen una masa miles de millones de veces más pequeña). La existencia de neutrinos estériles, incluso de baja masa, no afecta a la vida media del bosón Z y es compatible con los resultados de LEP.

La detección de neutrinos estériles en los experimentos en la Tierra es casi imposible (si un neutrino interacciona poco con la materia y es muy difícil de detectar, un neutrino estéril es incluso aún más difícil). Las pruebas de la existencia de neutrinos estériles deben venir a partir de sus efectos gravitatorios en la formación de galaxias y en la evolución del universo. El problema es que este tipo de estudios requiere asumir un modelo (son estudios que dependen del modelo), luego es posible encontrar una explicación alternativa sin neutrinos estériles.

La vía más prometedora para detectar los neutrinos estériles es aprovechar la oscilación entre neutrinos, la transmutación de la identidad (tipo) de un neutrino en otro. Este proceso ocurre porque los estados cuánticos a alta energía (estados sin masa) y a baja energía (estados masivos) no coinciden y están relacionados por una combinación lineal (mediante una matriz unitaria). El caso más sencillo es la mezcla de solo dos estados de neutrinos, por ejemplo, los neutrinos electrónicos y los muónicos. La probabilidad (P) de que un neutrino muónico (ν_μ) oscile en uno electrónico (ν_e) está dada por P(ν_μ → ν_e) = sin²(2θ) sin²(1,27Δm²L/E), donde θ, medido en radianes, describe (con un ángulo) la mezcla entre el neutrino muónico y el electrónico; Δm² es la diferencia entre las masas al cuadrado de ambos neutrinos, mediada en eV² (electrónvoltios al cuadrado); L es la distancia recorrida por el neutrino muónico, medida en km; y E es la energía del neutrino muónico, medida en GeV (gigaelectrónvoltios). Si hay tres neutrinos masivos mezclados habrá tres parámetros para cada una de sus masas y dos valores Δm² diferentes, pero si hubiera cinco neutrinos masivos, además de las cinco masas habría cuatro valores Δm² diferentes. ¿Cuántos valores diferentes de las diferencias Δm² se han observado en los experimentos?

Las oscilaciones de los neutrinos que nos llegan del Sol y de reactores nucleares indican que Δm² ≅ 7 × 10⁻⁵ eV². Los neutrinos atmosféricos y los de alta energía producidos en aceleradores de partículas medidos en distancias grandes indican que Δm² ≅ 2 × 10⁻³ eV². Sin embargo, los producidos en aceleradores de partículas pero medidos en distancias cortas apuntan a un valor Δm²  ≅ 1 eV². Tres valores diferentes no pueden ser explicados con solo tres tipos de neutrinos, tendrían que existir al menos cuatro tipos de neutrinos. Kopp et al. han ajustado estos datos experimentales a modelos teóricos con cuatro (3+1, tres neutrinos activos y uno estéril) y cinco (3+2, tres activos y dos estériles). Su estudio indica que no basta con un solo neutrino estéril, el mejor ajuste de los datos experimentales requiere dos neutrinos estériles. Los cinco tipos de neutrinos masivos ν1, ν2, ν3, ν4, y ν5, serían combinaciones (mezclas) de los tres neutrinos activos y dos neutrinos estériles. En la figura que abre esta entrada se ha dibujado en gris, azul y rojo la proporción en cada neutrino masivo de las componentes electrónica, muónica y tipo tau, y en amarillo y blanco las proporciones de neutrinos estériles. Resultados similares a los de Kopp et al. han sido obtenidos por un buen número de artículos previos (aunque con mejor confianza estadística en sus ajustes).

Un modelo 3+2 para los neutrinos tiene varias ventajas teóricas, destacando que permite la violación de la simetría CP (carga-paridad) en los leptones. Esta simetría afirma que las partículas y las antipartículas se comportan como la imagen en un espejo unas de otras. La violación de esta simetría implicaría la existencia de diferencias entre la oscilación de los neutrinos y la oscilación de los antineutrinos. Además, esta violación de la simetría CP podría ser suficiente para explicar la asimetría entre materia y antimateria en el universo.

¿Significa todo esto que los neutrinos estériles existen? No cantemos victoria tan pronto, todavía no podemos  afirmar nada al respecto con rotundidad. Hay que tener en cuenta que algunos experimentos que estudian la oscilación de los neutrinos miden la desaparición de los neutrinos y otros su aparición. Quizás hay alguna diferencia. Por otro lado, los datos cosmológicos apuntan a que la masa total de los neutrinos está entre 0,7 y 1,5 eV, mientras que el mejor ajuste de Kopp y sus colegas ofrece un valor de 1,7 eV. Además, los datos del fondo cósmico de microondas obtenidos por WMAP 7 indican que hay entre 3 y 4 tipos diferentes de neutrinos, descartando la posibilidad de que haya 5 como muy poco probable.

La física de los neutrinos está en la frontera de nuestro conocimiento y hay muchos experimentos en curso (y en construcción9 que obtendrán resultados que nos permitirán conocer mejor esta frontera. Si los neutrinos estériles existen tendrán un gran impacto en la física nuclear, la física de partículas, la astrofísica y la cosmología. Como acaba su artículo Louis, es irónico que unas partículas que interaccionan tan débilmente con el resto puedan afectar tanto al universo en su conjunto.

PS: Transparencias de una charla reciente de Joachim Kopp, “Phenomenology with sterile neutrinos,” IDS-NF Plenary Meeting, Arlington, VA, Oct 17–19, 2011.

Lo siento, ICARUS no refuta a OPERA en relación a los neutrinos superlumínicos

Gracis a César (@Edocet) me he enterado del último artículo del experimento ICARUS sobre los neutrinos superlumínicos observados por OPERA en Gran Sasso que se comenta en Hamish Johnston, “Subluminal neutrino news from Italy,” PhysicsWorld.com, Oct 19, 2011. Permíteme explicar por qué la noticia no es interesante y no aporta mucho sobre el asunto de si los neutrinos son superlumínicos o no lo son.

Lo primero es lo primero. El nuevo artículo técnico es ICARUS Collaboration, “A search for the analogue to Cherenkov radiation by high energy neutrinos at superluminal speeds in ICARUS,” ArXiv 17 Oct 2011, quienes han tratado de encontrar la radiación predicha por Andrew G. Cohen, Sheldon L. Glashow, “New Constraints on Neutrino Velocities,” ArXiv 29 Sep 2011, si los neutrinos muónicos fueran superlumínicos como se observó en OPERA Collaboraton, “Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam,” ArXiv, 22 Sep 2011.

A estas alturas todo el mundo sabe que el experimento OPERA observó que los neutrinos son partículas superlumínicas. En ArXiv se han publicado cientos de artículos teóricos sobre este tema, incluyendo muchas explicaciones sobre por qué son superlumínicos y muchas otras en contra de que lo sean. La mayoría de estas últimas son “chorradas” sin pies ni cabeza escritas por físicos sin una formación en física de partículas suficiente para creerse lo que están contando (pido perdón si alguno se siente aludido, pero es increíble la cantidad de chorradas que se han dicho). Por ejemplo, la chorrada de que los científicos de OPERA no tienen ni idea de sincronizar relojes mediante GPS y que han cometido un error trivial de 64 ns al no considerar los efectos de la relatividad especial en el movimiento de los satélites (Ronald A.J. van Elburg, “Time-of-flight between a Source and a Detector observed from a Satellite,” ArXiv 12 Oct 2011; en español podéis leer la traducción de Kanijo, “El misterio de los neutrinos más rápidos que la luz resuelto por la Relatividad Especial,” Ciencia Kanija 15 oct 2011, del artículo de KFC, “Faster-than-Light Neutrino Puzzle Claimed Solved by Special Relativity,” ArXiv Blog 10 oct 2011). Como es obvio, van Elburg no es experto en GPS (es físico pero trabaja en inteligencia artificial), los expertos en GPS de la colaboración OPERA no son “imbéciles” y no han podido cometer un error tan trivial (se han defendido dos tesis doctorales, que yo sepa, sobre esta tema en la colaboración OPERA y se lleva trabajando casi 20 años en este asunto, incluso antes de que se formara la colaboración OPERA). Creo que no hay más que decir… Me esto yendo por las ramas. Al grano.

Entre las propuestas teóricas más famosas en contra del resultado de OPERA se encuentra el artículo de un Premio Nobel, Sheldon Lee Cooper, perdón, S. L. Glashow. Si los neutrinos muónicos son superlumínicos tienen que radiar pares electrón-positrón sublumínicos de manera similar a la radiación de Cherenkov que se emite cuando una partícula se mueve en un medio más rápido que la velocidad de la luz en dicho medio. Si Cohen y Glashow tienen razón es imposible que se hubiera observado ningún neutrino en Gran Sasso [con una energía superior a 12,5 GeV], todos [los que tienen una energía superior a 12,5 GeV habrían perdido energía por radiación] por el camino. Pero no ha sido así, con lo que Cohen y Glashow afirman que el experimento OPERA tiene que tener un error sistemático sutil que cuando sea descubierto demostrará que los neutrinos son partículas sublumínicas.

¿Qué es lo que han hecho en el experimento ICARUS? Han pensado algo curioso. Imaginemos que los neutrinos superlumínicos radian por Cherenkov como predice Cohen y Glashow, entonces pierden energía durante los 730 km de trayecto entre el CERN y Gran Sasso. El resultado sería que el espectro de energías para estos neutrinos observado en Gran Sasso sería deficiente en neutrinos de alta energía (según Cohen y Glashow no habría casi ningún neutrino por encima de los 12,5 GeV). OPERA ha observado muchos neutrinos por encima de esta energía (la mayoría de los 16111 que han observado). Lo que ha hecho ICARUS, que también puede detectar neutrinos muónicos, es analizar el espectro de energía de estos neutrinos. La figura de arriba muestra el resultado de analizar dicho espectro para los neutrinos que han observado durante 2010 provenientes del CERN. Como se observa estos neutrinos tienen una energía media de 26 GeV, muy por encima de los 12,5 GeV. ICARUS es un experimento diferente de OPERA y utiliza dos piscinas de argón líquido de 3,6 x 3,9 x 19,9 metros cúbicos. Su medida indica que hay neutrinos de alta energía, luego está en contra de la predicción teórica de Cohen y Glashow. Además, el espector observado es muy similar al esperado según las simulaciones de Montecarlo y al observado por OPERA. La pena es que ICARUS no puede medir los tiempos de llegada ni la velocidad de los neutrinos. Por tanto, ICARUS no puede ni confirmar ni refutar el resultado de OPERA. Lo único que concluyen en su artículo es que, o bien la teoría del Premio Nobel es incorrecta, o bien los neutrinos no son superlumínicos (que es lo que ya concluía el Premio Nobel en su artículo). Maravilloso. Gran noticia. Pero a mí no me sorprende.

¿Por qué no me sorprende esta noticia? Porque ya se sabía lo que concluyen. Si Cohen y Glashow tienen razón no habrían sido detectados prácticamente ningún neutrino superlumínico por OPERA (con energías mayores de 12,5 GeV). Pero estos neutrinos muónicos han sido detectados tanto por OPERA como por ICARUS. Repito lo dicho, aunque resulte pesado, o Cohen y Glashow no tienen razón, o los neutrinos son sublumínicos. ICARUS no aporta ninguna información nueva a lo que ya se sabía.

Lo siento, ICARUS no refuta los resultados de OPERA (o no los refuta más allá de que ya lo hizo el Premio Nobel Sheldon Lee Cooper, perdón, qué dezliz de nuevo, Glashow).

Perdonad el tono jocoso de esta entrada, pero me hace gracia cuán de moda están los neutrinos hoy en día. Por cierto, esta noche, los interesados en estos asuntos tenéis que estar atentos a las 20:30 (hora española) ya que la BBC 2 emite un programa presentado por el genial Marcus du Sautoy sobre los neutrinos superlumínicos titulado “Faster Than the Speed of Light?,” Today, 21:00 on BBC Two. Yo trataré de verlo en directo, pero sé que no me va a ser fácil (espero que se pueda ver en diferido en la progamación a la carta de la BBC 2).

PS: He editado esta entrada, añadiendo una figura de ICARUS y volviendo a redactar el párrafo principal. No tengo disculpa pero empecé a escribir esta entrada una hora antes de irme a dar clases y la hora de clase se acercaba peligrosamente…

PS: Recomiendo (gracias Pedro, Ecos del futuro) leer a Ethan Siegel, “Game Over for Faster-Than-Light Neutrinos?,” October 18, 2011 [la parte final habla con un poco más de detalle que yo sobre el resultado de ICARUS, incluyendo el espectro de muones (falta el de hadrones), y añadiendo al espectro de neutrinos la energía de corte de 12,5 GeV predicha por Cohen-Glashow).

Por supuesto, hay quien afirma con rotundidad que Cohen y Glashow no pueden errar y que por tanto ICARUS ha refutado a OPERA. Entre ellos nuestro físico experimental favorito (me encanta su trabajo) Tommaso Dorigo, “ICARUS Refutes Opera’s Superluminal Neutrinos,” A Quantum Diaries Survivor, October 18th 2011. En mi opinión (y no soy el único) Tommaso aquí ha pecado de rotundo y poco científico; él está seguro, igual que yo, que los neutrinos no son superlumínicos, pero decir que ICARUS lo demuestra ya es cuestión de fe.

Por cierto, en español (y habiendo publicado la entrada antes que Tommaso y creo que yo), también defiende esta postura uno de los grandes divulgadores de física en España, sino el más grande, MiGUi, “ICARUS, el experimento “gemelo” de OPERA descarta los neutrinos superlumínicos,” 19 de octubre de 2011. En mi opinión, tanto MiGUi como Tommaso, como incluso la prensa, han disparado demasiado rápido contra de OPERA.