El futuro de la financiación de ITER

ITER es un pozo sin fondo. ITER es un futuro sin fondos. En 2006, se proyectó ITER para que costara 5000 millones de euros. A finales de 2011 se estima que costará 15000 millones de euros. El presupuesto de investigación de la Unión Europea no puede soportar este gasto. Se necesita una partida específica. Los 2700 millones de euros que tendrá que aportar la UE durante los años 2014-2020 tendrán una partida presupuestaria específica. Aún así, no hay que ser optimistas, hay que ser cautos. Michel Claessens, portavoz de ITER, prevee que habrá “retrasos significativos” en la construcción de “casi todos los edificios en el laboratorio ITER.” Una pena. Nos lo cuenta Declan Butler, “Outcry over EU budget plan. Costly Earth-monitoring and fusion-energy projects could be stripped from main budget,” Nature 480: 19–20, 01 December 2011.

Por qué el 99,9999% de las colisiones del LHC se pierden para siempre

La mayoría de las colisiones protón-protón en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN se pierden para siempre, van directas a la basura. Tú ya lo sabes, son demasiadas y no se pueden almacenar todas en disco. Pero quizás convenga recordar que no se pierde el 75%, ni el 95%, ni el 99% de las colisiones. Durante 2011 se ha perdido más del 99,99% de las colisiones y con los incrementos de luminosidad instantánea del último mes se llegaron a perder hasta un 99,9999% de los datos. Una máquina de miles de millones de euros que estudia las colisiones protón contra protón más energéticas del planeta, pero en la que la mayor parte de dichas colisiones se pierden porque es imposible almacenarlas todas; tanto el ancho de banda de las redes de datos necesarias para transferir estos datos en disco como el espacio de disco necesario impiden almacenar todas las colisiones. En todos los experimentos del CERN se utilizan unos mecanismos automáticos de selección de las colisiones que serán almacenadas en disco (o cuáles serán descartadas y se perderán para siempre). Estos mecanismos se llaman “disparadores” (triggers) y sus parámetros han de ajustarse al tipo de colisiones que interese estudiar. Ahora mismo tanto ATLAS como CMS están centrados en la verificación del modelo estándar, la búsqueda del Higgs y ciertos tipos de búsqueda de la supersimetría (SUSY); en el LHCb están centrados en el estudio de la física de los mesones B (con quarks b o bottom), aunque se aceptan cierto número de colisiones con mesones encantados (con quarks c o charm). En los próximos años serán ajustados a otras búsquedas conforme vaya siendo necesario en función de lo que se vaya descubriendo. Nos lo ha recordado Matt Strassler en ”Dumping Data Overboard: The Trigger at an LHC Experiment,” Of Particular Significance, Nov. 4, 2011, y en “The Trigger: Discarding All But the Gold,” Of Particular Significance, Nov. 4, 2011. En las Jornadas de CPAN en Barcelona estuve hablando con un joven doctorando, ya casi doctor pues había depositado la tesis, que trabajó en el ajuste de los triggers de LHCb y me comentó los porcentajes de ancho de banda que dedicaban a cada tipo de análisis (no recuerdo las cifras). La charla fue muy interesante. En su entrada, Matt Strassler describe de forma breve los sistemas de disparo de ATLAS y CMS, los dos grandes experimentos de propósito general del LHC.

El 99% de las colisiones protón-protón en el LHC no producen nada de interés, son “elásticas” (hay que recordar que un protón es una partícula compuesta de quarks que está “hueco” y puede atravesar otro protón casi sin notarlo). El 0,99% de las colisiones restantes son “inelásticas” pero producen unos cuantos hadrones y unos cuantos chorros de baja energía; todo bien conocido, sin ningún interés para un físico de hoy en día. Lo interesante se oculta en el 0,01% restante. Pero lo realmente interesante, la frontera de nuestro conocimiento, son procesos muy raros, extremadamente raros. Por ejemplo, las colisiones que producen un bosón de Higgs son rarísimas, menos de una en cada 100 mil millones, y quizás incluso más raras aún, menos de una en cada billón de colisiones (todavía no se ha descubierto al Higgs así que no lo sabemos con seguridad).

Las colisiones interesantes son muy raras y para poder observarlas hay que lograr producir muchísimas colisiones. Aquí no hay alternativa posible, si algo es tan raro que aparece una vez cada 10 billones de colisiones (10 veces menos que para el Higgs en el mejor caso), la única posibilidad de observarlo es produciendo unos 1000 billones de colisiones al año; he puesto unas 100 veces más para que haya una garantía razonable de que se observen unas decenas de eventos de lo que queremos observar.  Basta una simple división para saber que en este caso necesitamos unos 100 millones de colisiones por segundo. Si los físicos quisieran almacenar los datos de todas y cada una de estas colisiones se necesitaría una memoria en disco mayor que toda la disponible en el mundo entero. ¡Y no hablemos del presupuesto que tendría que tener el LHC!

La única opción práctica es distinguir y separar, en tiempo real, qué colisiones parecen interesantes y deben ser almacenadas en disco para su análisis posterior y cuales no lo son y deben ser descartadas de forma automática. Estas se perderán para siempre. Actualmente, tanto en ATLAS como en CMS se almacenan para su análisis posterior unas 500 colisiones por segundo. ¿Cómo saber qué colisiones almacenar y cuáles descartar? Hay que buscar ciertas “rarezas” en las colisiones que nos indiquen que merece la pena almacenarlas. Este proceso lo realizan los disparadores (triggers) que se ajustan en función de lo que se quiere buscar, es decir, en función de las “rarezas” que caracterizan y distinguen las colisiones que podrían contener lo que estamos buscando, solo esas colisiones serán almacenadas en disco.

Los triggers combinan cierto hardware fijo con cierto software programable que permite ajustar su funcionamiento a las búsquedas que interesen. Pero hay que recordar que los triggers funcionan de forma automática y que si no están programados a la perfección pueden, accidentalmente, descartar alguna colisión muy interesante. La programación de los triggers requiere un compromiso entre los falsos positivos seleccionados y los falsos negativos descartados para siempre. La programación de los triggers depende de los modelos de los físicos teóricos. Las colisiones simuladas por ordenador a partir de cierto modelo teórico permite determinar las “rarezas” que caracterizarán las colisiones de interés y permitirán ajustar los triggers para buscarlas. Si los modelos teóricos utilizados no son apropiados, el funcionamiento de los triggers será decepcionante.

¿Qué características de las colisiones se están buscando actualmente? En líneas generales se buscan colisiones con electrones (o positrones, su antipartícula), muones (o antimuones) y fotones de baja, media y alta energía; también se buscan colisiones con leptones tau (o antileptones), con chorros con quarks bottom (b) y con múltiples chorros de media y alta energía; y finalmente se buscan chorros de muy alta energía. También se buscan colisiones en las que parezca que falta energía (señal de la existencia de neutrinos y/o partículas supersimétricas). Una colisión protón-protón típica (que sea inelástica) produce dos o tres chorros de baja energía, o una pléyade de hadrones de baja energía; estas colisiones no interesan porque la física que las explica es bien conocida y ha sido estudiada con detalle en el pasado.  

El sistema de triggers de los grandes experimentos del LHC, tanto de ATLAS como de CMS y LHCb, es una pieza clave en el “engranaje” de esta máquina colosal. ¿Cuántas colisiones se almacenan en disco? Se estima que unos miles de millones de colisiones al año con unos 10 megabytes de datos por colisión, que en número de DVD de datos totalizan unos 100 000 DVD ¡al año! Todas estas colisiones son analizadas a posteriori mediante una red de computación distribuida (grid computing). La red Worldwide LHC Computing Grid integra miles de ordenadores distribuidos por todo el emundo que almacenan y analizan de forma automática los datos de todas las colisiones seleccionadas por los triggers. La infraestructura Grid desarrollada para esta tarea se extenderá más allá e las fronteras de la física de partículas y será también utilizada en aplicaciones biomédicas y geológicas, por ejemplo. La web nació en el CERN y la grid, en gran parte, también.

Las dos óperas neutrínicas de OPERA, siguiendo a Matt Strassler

Me ha gustado como discute Matt Strassler, autor del blog Of Particular Significance, la diferencia que hay entre lo publicado por OPERA en septiembre (sea OPERA-1) y lo publicado en noviembre (sea OPERA-2). He de confesar que me encanta leer a Strassler, tiene un estilo a la hora de escribir que realmente me gusta, sobre todo cuando explica cosas difíciles sin opinar (sus opiniones me gustan menos y están sesgadas de forma sutil hacia la teoría de cuerdas). Aún así no puedo leer todo lo que escriben todos los blogueros que me gustan (ni todos los artículos técnicos que escriben; lo sé, he prometido leerlo, lo leeré, dame tiempo…). Por ello no había leído su entrada “OPERA: Comparing the Two Versions,” OPS 19 Nov. 2011, hasta que uno de mis lectores habituales, Planck, me la recomendó. Y yo he de recomendártela a tí también. Merece la pena. Permíteme un resumen de su entrada para ir abriendo boca (pero recuerda que lo “bueno” de Strassler es su estilo a la hora de escribir que en mi resumen se pierde completamente).

Los neutrinos producidos en el CERN (Ginebra) recorren unos 730 km de roca hasta llegar al laboratorio de Gran Sasso (Italia), donde son detectados si colisionan con algún átomo del detector. Estas colisiones son muy raras. Strassler estima que solo 1 de cada 1.000.000.000.000.000 neutrinos (uno en mil billones) de los producidos en el CERN son detectados por OPERA (este número es una aproximación de Strassler). En OPERA-2, entre el 22 de octubre y el 6 de noviembre, se han enviado desde el CERN a Gran Sasso unos 40.000.000.000.000.000 (40 mil billones de) neutrinos. Según Strassler son unos 100.000 pulsos cortos de unos 300.000.000.000 (300 mil millones de) neutrinos cada uno. Durante los 16 días que estado en funcionamiento del experimento OPERA-2 se han detectado 35 neutrinos; solo 20 cumplen con los estrictos requisitos de precisión que requiere la medida de su velocidad, por lo que 15 han sido descartados. Strassler destaca que en la mayoría de los pulsos de neutrinos enviados desde el CERN a OPERA no han sido detectado ningún neutrino.

El experimento OPERA-1 medió la velocidad de unos 15.000 neutrinos. ¿Por qué OPERA-1 necesitó tantos neutrinos? Porque su manera de medir la velocidad de los neutrinos es diferente y más complicada que la de OPERA-2. En el experimento OPERA-1 se enviaban pulsos largos de neutrinos con una duración de unos 10.000 nanosegundos pero ello no garantiza que algún neutrino sea detectado en cada pulso. Solo se han detectado 15.000 neutrinos en 15.000 pulsos largos. En la mayoría de dichos pulsos (tras recorrer en 2,4 milisegundos los 730 km de distancia) no se ha detectado nada, absolutamente nada. Los 15.000 neutrinos han sido detectados uno a uno durante los 3 años que ha durado el experimento OPERA-1. Los pocos neutrinos que son detectados son identificados como pertenecientes a un pulso largo, pero su velocidad individual es imposible de medir con una precisión de 60 ns porque la incertidumbre en su lugar de “nacimiento” en el CERN es de 10500 ns.

¿Cómo ha medido OPERA-1 la velocidad de los neutrinos con una precisión de 60 ns? El truco es considerar muchísimos neutrinos (más de 15.000) y estudiar la distribución estadística de sus tiempos de llegada, como ilustra la figura de arriba de M. Strassler (una versión simplifica de la figura original del artículo que ya he publicado en este blog antes). Un ajuste estadístico de esta distribución de neutrinos con la distribución de los protones medida en el CERN (los neutrinos en el CERN no pueden ser detectados) ha permitido determinar que los neutrinos llegan 60 ns antes de tiempo. El ajuste estadístico se basa en ciertos picos que aparecen dentro de la distribución de protones que se parecen a picos que también aparecen en la distribución de neutrinos. Esta medida ha generado cierta polémica pues se basa en la hipótesis de que estos picos no han cambiado durante el trayecto de los neutrinos entre el CERN y Gran Sasso.

En el experimento OPERA-2 se han utilizado pulsos cortos de solo 3 nanosegundos, mucho más cortos que los 60 ns de adelanto medidos, que se han separado unos 524 nanosegundos, mucho más que los 60 ns de adelanto. Con pulsos tan cortos y tan bien separados, cuando se detecta un neutrino se sabe perfectamente qué pulso corto lo generó en el CERN. Como ilustra la figura de Matt Strassler, OPERA-2 ha podido medir la velocidad individual de cada neutrino detectado. Estos neutrinos han llegado entre 40 ns y 90 ns antes de lo esperado, con una media de unos 62 ns. Este resultado está fuera de toda duda. Cada uno de los neutrinos ha llegado antes de tiempo con toda seguridad. Con el experimento OPERA-1 no se podía estar tan seguro, pero ahora la seguridad es absoluta.

El análisis estadístico de los 20 neutrinos detectados en Gran Sasso por OPERA-2 es mucho más fiable que el de OPERA-1, como muestra la figura de arriba de Matt Strassler. ¿Por qué no llegan todos los neutrinos con el mismo retraso? La razón es debida a la incertidumbre experimental en el momento de llegada. ¿Qué conclusiones podemos extraer de la comparación entre OPERA-1 y OPERA-2? Strassler nos las aclara de forma inmejorable.

PRIMERO. Los resultados de OPERA-2 no confirman que OPERA-1 haya medido correctamente la velocidad de los neutrinos. Todas las fuentes de error a la hora de medir las distancias y los tiempos en OPERA-1 siguen estando en las medidas de OPERA-2. Lo que ha confirmado OPERA-2 es que las posibles fuentes de error afectan a cada neutrino por separado y no están relacionadas con la forma de los pulsos de neutrinos que utilizó OPERA-1. La fuente más obvia de error en OPERA-1 ha sido descartada, pero podría haber muchas otras fuentes de error.

SEGUNDO. Que haya un cierto error en el momento de llegada de los neutrinos (de unos 25 ns por arriba y por abajo) no significa que los neutrinos se muevan con velocidades diferentes. El resultado de OPERA-2 es consistente con que todos los neutrinos se propagan a la misma velocidad. Sin embargo, OPERA-2 no demuestra que todos los neutrinos se hayan propagado a la misma velocidad, solo podemos afirmar que OPERA-2 no demuestra que los neutrinos no se propagan a la misma velocidad (os dejo la frase original con sus negritas “OPERA-2 doesn’t prove the neutrinos are all traveling at the same speed, only that OPERA-2′s result does not prove that the neutrinos are not traveling at the same speed”).

TERCERO. Por qué ha costado solo 2 semanas realizar el experimento OPERA-2 mucho más preciso que OPERA-1 que necesitó 3 años. Por qué no se diseñó desde el principio OPERA-2. La razón es sencilla, el objetivo científico de OPERA no era medir la velocidad de los neutrinos muónicos, sino estudiar la oscilación de los neutrinos muónicos en neutrinos tau. La medida de la velocidad era un experimento colateral, de menor importancia (pues de pensaba que sería difícil obtener un resultado tan preciso como el que se ha obtenido). Un experimento de cara a la galería que se convertido en el experimento estrella de la colaboración OPERA. El patito feo se ha convertido en un espléndido cisne blanco.

CUARTO. Por qué no se hizo el experimento OPERA-2 antes de realizar el anuncio de los resultados de OPERA-1 si solo se han necesitado dos semanas. La verdad es que la razón por la que se podido hacer este experimento en solo dos semanas ha sido por el gran revuelo mediático provocado por OPERA-1. Lo normal hubiera sido que este segundo experimento hubiera requerido una petición formal de OPERA al CERN que de ser tramitada por los cauces usuales hubiera requerido varios meses. La petición ha sido tramitada por la vía de urgencia y por eso, incluso para la propio sorpresa de los físicos de OPERA, se ha podido desarrollar OPERA-2 justo en unas pocas semanas (las últimas con protones en el LHC antes de iniciar las colisiones con iones pesados). Además, OPERA se ha aprovechado de unas pruebas que se hicieron para estudiar colisiones protón contra ión, que también han sido adelantadas con la excusa de apoyar a OPERA. Dos pájaros matados de un solo tiro. 

QUINTO. A partir de ahora qué podemos esperar de OPERA. En los próximos seis meses OPERA-2 podrá observar unos cientos de neutrinos mejorando la estadística de su experimento. Ello le permitirá estudiar con detalle la dependencia con la energía y con la velocidad de los neutrinos que se observan. Esta dependencia con la energía es la clave del futuro próximo de los neutrinos superlumínicos de OPERA. Los neutrinos observados en explosiones de supernovas tienen una energía entre 0,01 y 0,04 GeV, y su velocidad aparente es la velocidad de la luz. Los neutrinos de OPERA tienen energías 1000 veces mayores, entre 10 y 40 GeV, y su velocidad aparente es mayor que la velocidad de la luz. Los físicos teóricos necesitan saber cómo depende dicha velocidad con la energía. Si los neutrinos de OPERA no presentaran una dependencia inversa con la energía, todo apunta a que hay un error en el experimento. La figura de arriba muestra las dos posibilidades razonables.

Y SEXTO. Hay muchos detalles técnicos complicados en el experimento OPERA que deberán ser comprobados con sumo cuidado, en especial en el contexto del experimento OPERA-2. Hay mucho trabajo pendiente para los físicos de OPERA durante los próximos meses y seguiremos informando de todo lo que se vaya publicando. La verificación independiente del resultado de OPERA mediante MINOS (en EE.UU.) no se publicará hasta el verano próximo (y el error experimental será alto); una verficación fiable requerirá algo más de tiempo (entre uno y dos años). La verificación en T2K (en Japón) será aún más complicada y quizás no llegue a ser muy fiable en los próximos dos años. El experimento OPERA, cual conejito de Duracell, dará “cola” por muchos años.

Si te gastaras 208 millones de dólares en un superordenador, ¿cuánto te gastarías en el edificio que lo albergará?

La Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.) se gastó 100 millones de dólares en el edificio que tenía que albergar un nuevo superordenador llamado Blue Waters que iba a fabricar IBM por unos 208 millones de dólares capaz de superar un petaflop. Pero IBM se ha retirado del proyecto y el proyecto ha peligrado hasta que Cray Inc. ha recogido el guante. El nuevo superordenador financiado por la National Science Foundation (NSF) iba a estar formado por unos 40 mil procesadores POWER7 de 8 núcleos (por comparación Jeopardy! tiene 2880 POWER7). IBM se retiró del proyecto porque se consideró incapaz de cumplir con los requisitos tecnológicos de la red de datos que comunicará a dichos procesadores entre sí. IBM estima que el coste de la red sería mayor del estimado inicialmente. Cray participó en el concurso inicial para la concesión de la máquina, pero perdió ante IBM (su propuesta inicial utilizaba procesadores AMD Opteron 6200 y procesadores gráficos NVIDIA Tesla GPU). ¿Logrará Cray fabricar su máquina con el presupuesto inicial? Nos lo ha contado Robert F. Service, “Supercomputing: Skies Clear for Troubled Machine Being Built at Illinois Center,” Science 334: 1044, 25 November 2011. Más información en “NCSA, Cray partner on sustained-petascale Blue Waters supercomputer,” NCSA Media, Nov. 14th 2011.

Y yo me pregunto, ¿por qué se dieron tanta prisa en gastarse 100 millones de dólares en construir el edificio para albergar el ordenador?

Y yo me pregunto, ¿qué pasará con el edificio si al final resulta imposible construir este ordenador con solo 208 millones de dólares?

“El tejido del cosmos” con Brian Greene como presentador

Tres horas de física presentadas por Brian Greene, ilustradas con gráficos espectaculares y con entrevistas a físicos muy famosos. Merece la pena dedicar unas horas a disfrutar con estos vídeos. ¡Qué los disfrutéis!

Atención, pregunta: Si fueras revisor de JHEP, ¿aceptarías el artículo de OPERA sobre los neutrinos superlumínicos?

El 17 de noviembre la colaboración OPERA ha enviado su famoso artículo del 23 de septiembre (con ciertos cambios) a la revista internacional Journal of High Energy Physics (JHEP), una revista italiana de Springer con un índice de impacto de 6,05 (ISI JCR 2010), que la coloca en el cuarto puesto en la categoría de Física de Partículas y Campos del ISI WOS, por delante de Physical Review D (PRD) y Nuclear Physics B; puedes consultar el artículo en Inspire y en Arxiv. Dada la polémica alrededor de este artículo y del procedimiento experimental utilizado, si fueras revisor de dicho artículo, ¿lo aceptarías como está? ¿Exigirías que verificaran el protocolo experimental? La respuesta la sabremos dentro de unas semanas, ya que un artículo “tan importante” será aceptado o rechazado con rapidez. Más información en CERN News, “OPERA experiment reports anomaly in flight time of neutrinos from CERN to Gran Sasso,” UPDATE 18 November 2011, y en Eugenie Samuel Reich, “Neutrino experiment replicates faster-than-light finding. Latest data show the subatomic particles continue to break the speed limit,” Nature News, 18 Nov. 2011.

La cuestión parece baladí, pues muchos dirán que la revista aceptará el artículo sin dilación, porque dicho artículo será muy citado en los próximos meses, incluso años. El artículo es una ganga para cualquier editor. Pero recuerda, el nuevo artículo elimina un posible error sistemático en la primera medida, pero puede haber otros. Además, hay algunos defectos de forma en el artículo que todos los revisores que lo reciban y evaluén deberían sopesar. Permíteme que enumere algunos (quizás seas uno de los revisores), por si aún no los conoces.

1) En la primera versión del artículo se analizaron 16 111 neutrinos detectados en OPERA entre 2009 y 2011. Pero en la segunda versión solo se analizan 15 223. ¿Qué ha pasado con los otros 888 neutrinos detectados? ¿Por qué han sido eliminados del nuevo análisis? El nuevo artículo técnico no dice nada al respecto. Si yo fuera revisor exigiría que se incluyera un párrafo explicando por qué han sido eliminados y qué criterio ha sido utilizado para ello. Las figuras 11 y 12 de la primera versión y sus correspondientes 13 y 14 de la segunda no coinciden exactamente (las he superpuesto en un programa de dibujo y la diferencia en los datos es pequeña pero existe).

2) En la primera versión del artículo se afirma que los neutrinos llegaron 60,7 ± 6,9 (stat.) ns antes de lo esperado. Pero en la nueva versión se afirma que llegaron 57,8 ± 7,8 (stat.) ns; no hay ningún comentario explícito sobre el porqué de esta diferencia. Yo creo que es debida a que en el nuevo artículo se ha tenido en cuenta el efecto de la rotación de la Tierra (2,2 ns); pero todavía quedan 0,7 ns por explicar que no veo bien de dónde salen (podría ser debido a que se han eliminado 888 neutrinos del análisis). En mi opinión los revisores deberían exigir una explicación detallada.

3) La nueva figura del artículo (aquí en formato original) muestra que los neutrinos siguen una distribución estadística uniforme con una anchura de unos 50 ns, ¿por qué este valor? El artículo aclara que “the jitter of ± 25 ns [is] related to the tagging of the external GPS signal by the OPERA master clock.” El “reloj” que “marca” los tiempos tiene una resolución de 50 nanosegundos (o una frecuencia de 20 MHz). Este detalle, que puede parecer poco importante, fue omitido en la primera versión del artículo y explica el porqué agruparon sus datos (binning) en bloques de 50 ns (y por qué no pueden agruparlos en un intervalo más pequeño). En mi opinión los revisores deberían exigir que se discutiera en detalle este punto (quizás en un apéndice al artículo). ¿Por qué afirman que el error es menor de 10 ns si el “jitter” es de 25 ns?

De hecho, varios blogueros creen que en esos 20 MHz se “esconde” el error sistemático “sutil” del experimento. Por ejemplo, Ethan Siegel, “The New OPERA faster-than-light Neutrino Test: Results!,” Starts With a Bang!, Nov. 18, 2011; Sascha Vongehr, “OPERA Confirms Faster Than Light Neutrinos And Indicates Ultra Superluminal Small Initial Jumps,” Alpha Meme, Nov. 18th 2011; Tommaso Dorigo, “A Few Additional Technicalities On The Opera Measurement,” A Quantum Diaries Survivor, Nov. 18th 2011; y otros.

Más aún, Tommaso Dorigo se pregunta qué pasaría si hubiera un error de “un solo tick” en la cuenta de reloj de 50 MHz (por ejemplo, por culpa de un error en el software de procesado). En dicho caso la medida del tiempo de llegada podría ser 8 ± 10 ns (compatible con que los neutrinos viajan a la velocidad de la luz). Todo revisor debería exigir una copia de dicho software (sólo de la rutina relevante) así como un análisis detallado que garantice que este error no se ha cometido. Una aclaración al respecto en el artículo también debería ser exigida.

4) Utilizando pulsos largos de protones (o de neutrinos) se ha medido una diferencia de tiempos de 57,8 ± 7,8 (stat.) ns, pero utilizando pulsos cortos se ha obtenido un valor de 62,1 ± 3,7 ns. El artículo no discute en detalle el porqué con más neutrinos (15 223 en lugar de 20) se ha obenido un error estadístico más grande; obviamente la razón es que el análisis estadístico es diferente, pero si el resultado más fiable es este último, por qué no aparece en el resumen (abstract) del artículo. Además, en el artículo no se indica el error sistemático en la nueva medida utilizando pulsos cortos. ¿Por qué no? Los revisores deberían exigir un comentario al respecto y una estimación.

4) Como los experimentos (tanto en CERN como en Gran Sasso) son subterráneos, la sincronización mediante GPS requiere el uso de fibras ópticas muy bien calibradas que conecten la superficie de la Tierra con los laboratorios. En el CERN se utilizando unos 2 km de fibra óptica (en una configuración de doble fibra, una de ida y otra de vuelta) que están monitorizadas de forma continua; los efectos de la temperatura sobre estas fibras introducen un error de unos 0,4 ns en la medida de tiempos en el CERN. Sin embargo, en Gran Sasso se utiliza una fibra óptica doble con un total de 8,3 km; esta fibra no es monitorizada de forma continua. En julio de 2006 se midió que su error es de 1 ns; valor que se confirmó en abril de 2008; OPERA ha prometido volverlo a verificar en los próximos meses. Un revisor podría (yo diría incluso que debería) exigir que esta nueva verificación sea incluida en el artículo que se publique en la revista. Aunque haya que esperar un par de meses, esta verificación del buen estado de la fibra óptica doble en Gran Sasso es necesaria y debería ser discutida en un párrafo específico en el artículo.

De hecho, el centro de Italia, donde se encuentra Gran Sasso, es una zona de alto riesgo sísmico, mientras que Ginebra es de bajo riesgo, lo que puede someter a los 8 km de fibra óptica en Gran Sasso a tensiones mecánicas mayores que las que sufren los 2 km de fibra en el CERN. Aunque mucha gente opina que esta fuente de error sistemático es despreciable y la verificación que realizará OPERA será todo un éxito, en mi opinión, la publicación del artículo en una revista internacional (lo que implica un retraso de varios meses) debería incluir una confirmación/verificación del buen estado de estas fibras ópticas.

Hay más cosas, pero por ahora lo dejo aquí.

Rankings de Universidades Españolas

Twitter tiene cosas buenas, a veces. Gracias a @EDocet, que ha defendido con sabiduría su alma mater granatensis (“cuando te MATRIculas adoptas a tu universidad como madre nutricia o alma MÁTER”), me he enterado que existe una web con los ”Rankings ISI de las Universidades Españolas según Campos y Disciplinas Científicas (2ª Ed. 2011). Se trata de un ranking de las universidades españolas públicas y privadas basado en la investigación publicada en las revistas internacionales de mayor impacto y visibilidad.” Obviamente, he buscado la Universidad de Málaga, que no queda bien parada. ¡Busca tu universidad!

La tabla que abre esta entrada está extraída del “Informe resumen de los Rankings ISI 2011.” El número de artículos publicados por españoles (NDOC) se ha duplicado entre 2001 y 2010. El número de artículos publicados en revistas del primer cuartil (Nº 1Q) se ha multiplicado por 2,25 y ya supera el 51% de todos los artículos. El número de artículos publicados en revistas situadas en los tres primeros puestos  (Nº T3), el top del top, tampoco está mal y se mantiene alrededor del 10%.

Comparar mi universidad, la Universidad de Málaga, con las grandes universidades españolas nos deja en clara evidencia. Pero ahora que estamos en campaña electoral para el rectorado creo que es bueno que sepamos dónde estamos y a qué aspiramos. Nuestro mejor puesto, #8 en TIC (Tecnologías de la Información y la Comunicación), seguido de un #15 en PSI (Psicología y Educación). Un honroso #20 en MAT (Matemáticas) me recuerda lo que me dijo hace poco un amigo que le había dicho un catedrático de matemáticas de mi universidad (también amigo pero que no se atreve a realizar estas afirmaciones delante mía): “somos una potencia a nivel internacional en matemáticas.” Siendo los #20 a nivel nacional…

Por cierto, yo conocía el Ranking Web of World Universities, aquí tenéis las universidades españolas (la UMA es la 414 de 12000 en el año 2011). Por supuesto, también conocía el THE World University Rankings 2010-11, que pone como mejor universidad española, puesto #142, a la Univ. Barcelona; este ranking es muy discutido por algunos porque pone como segunda mejor universidad española, en el puesto #155, a la Univ. Pompeu Fabra. También hay otros rankings pero, ¿para qué sirven los rankings? Ningún candidato a rector en mi universidad ha hablado de rankings (que yo haya leído o escuchado).

La crítica de John Ellis al artículo de David Toms sobre los efectos de la gravedad en la electrodinámica cuántica

¿Afecta la gravedad clásica de Einstein a la electrodinámica cuántica a alta energía? Según David J. Toms, en distancias ultracortas la carga eléctrica se anula debido a efectos gravitatorios (la QED presenta libertad asintótica). Una idea revolucionaria que Toms publicó en Nature en noviembre de 2010. La idea recibió muchas críticas. Hoy, John Ellis y Nick E. Mavromatos presentan en Nature la última y más rotunda. Según estos autores las ideas de Toms violan el principio de equivalencia de Einstein, por tanto son erróneas. Por supuesto, Toms contesta que Ellis y Mavromatos no han entendido su artículo y que su crítica no es aplicable. Más claro agua. ¿Qué pasará en el futuro con las ideas de Toms, basadas en ideas previas Robinson y Wilczek? En mi opinión, todo profesor de física teórica y teoría cuántica de campos debería recomendar a sus alumnos la lectura de estos artículos, que tienen bastante materia para discutir en clase. Pues la electrodinámica cuántica (QED) también es materia que ha de ser discutida aunque prediga resultados con más de 11 dígitos de precisión. La crítica de John Ellis y Nick E. Mavromatos, ”Does gravity correct gauge couplings?,” Nature 479: E5–E6, 24 November 2011, la respuesta de D. J. Toms, “Toms replies,” Nature 479: E6, 24 November 2011, y por supuesto David J. Toms, “Quantum gravitational contributions to quantum electrodynamics,” Nature 468: 56–59, 04 November 2010.

Os recuerdo lo que ya contamos: “El sueño de Einstein es el sueño de la física teórica moderna: unificar la gravedad con las otras interacciones fundamentales de la naturaleza. El comportamiento de la gravedad a distancias ultracortas, en el rango entre 10^-32 m y 10^-35 m, influye o afecta a las constantes de acoplamiento incluso aunque no se conoce la teoría cuántica correcta de la gravedad, ya que dicha teoría solo es necesaria a distancias menores de 10^-35 m. El nuevo análisis indica que el efecto de la gravedad sobre las otras interacciones fundamentales podría ser observado a distancias entre 10^-33 m y 10^-35m; en concreto se observaría  un cambio en el fenómeno llamado libertad asintótica de las constantes de acoplamiento.”  Leer más en este blog en “El efecto de la gravedad (clásica) sobre la libertad asintótica en las teorías gauge.”

El experimento OPERA y los pulsos cortos de neutrinos superlumínicos

La figura no deja lugar a dudas. Los 20 neutrinos generados en el CERN que han sido detectados en Gran Sasso por el experimento OPERA han llegado antes de tiempo, una media de 62,10 ± 3,7 ns antes de tiempo (la desviación estándar del error es de 16,38 ns). OPERA ha confirmado que los neutrinos viajan más rápido que la luz (el resultado publicado en septiembre indicaba una media de 57,8 ± 7,8 ns). El experimento se ha repetido entre el 22 de octubre y el 6 de noviembre utilizando pulsos de protones  muy cortos de solo unos pocos nanosegundos. Con pulsos tan cortos los neutrinos se detectan uno a uno en Gran Sasso, con lo que OPERA afirma haber determinado la velocidad de cada uno de los neutrinos por separado. Para los interesados en los detalles, en lugar de enviar pulsos largos (o trenes) de protones de 10 500 ns contra un blanco de grafito (carbono) se han enviado 35 paquetes de 4 pulsos cortos de unos 3 ns separados entre sí por 524 ns (parece poco, pero cada paquete tiene un total de unos 1,1 billones de protones). De los 140 pulsos cortos que se han enviado durante 16 días se han detectado solo 20 neutrinos (en realidad han sido 35, pero 15 de ellos se han descartado por diferentes razones). La figura de abajo muestra los trenes de 4 pulsos cortos y la forma de cada uno de estos pulsos de protones. El nuevo análisis se ha añadido como nueva sección (número 9, páginas 26-25) al artículo de OPERA que ya apareció como borrador (nuevo artículo en ArXiv; antiguo artículo en ArXiv).  

Por curiosidad (utilizando Excel) he comparado los autores del nuevo artículo en ArXiv con los del antiguo artículo en ArXiv; se apuntan 9 nuevos firmantes: A. Anokhina, R. Brugnera, B. Carlus, D. Golubkov, C. Hagner, E. Kiritsis, F. Nitti, F. Riguzzi, y L. Stanco (destaca la alemana C. Hagner); pero abandonan 3 firmantes: D. Naumov, A. Schembri, y P. Strolin (por cierto, en el artículo antiguo aparece dos veces F. Cavanna; si son dos autores diferentes, uno de ellos ha abandonado). Yo había leído que eran 15 los “nuevos” autores, pero las cuentas no salen (o no me salen).

¿Qué opino del nuevo artículo? Obviamente solo puedo opinar que la nueva medida de la velocidad de los neutrinos parece indicar que hay un posible error en la sincronización y/o en la medida de los tiempos.

Por cierto, se espera para el 24 de noviembre un artículo de L. Bruno, I. Efthymiopoulos, “CNGS target – explained,” OPERA public note 138 (2011). Además, los interesados en posibles efectos relativistas en la medida de OPERA conviene que salgan de dudas leyendo a Elias Kiritsis, Fransesco Nitti, “Special and General Relativity corrections to the OPERA neutrino velocity measurement,” OPERA public note 136 (2011). Los que quieran conocer detalles de la medida de la distancia entre el punto de salida de los protones y el punto de llegada de los neutrinos (730 534,61 ± 0,20 metros) pueden consultar Gabriele Colosimo et al., “Determination of the CNGS global geodesy,” OPERA public note 132 (2011).

Recomiendo la lectura de la noticia ”“Hemos eliminado la principal crítica”, dicen los científicos de OPERA,” CPAN News, 22 nov. 2011. ”Pasquale Migliozzi, portavoz adjunto de OPERA, ofreció una conferencia en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València, donde explicó los nuevos resultados hechos públicos el 18 de noviembre. Los científicos de OPERA han dispuesto de haces de partículas más cortos y más espaciados en el tiempo (paquetes de partículas de 3 nanosegundos de duración separados por más de 500 nanosegundos) que en las mediciones anteriores, lo que según el físico italiano, ha permitido al experimento ganar en precisión. Según Migliozzi, tras los nuevos resultados obtenidos por OPERA, “hemos eliminado la principal crítica” que se le ha hecho al experimento. Sin embargo, hay otras fuentes de error que la colaboración quiere mejorar en el próximo año. Una de ellas es usar un sistema de sincronización del sistema independiente al GPS, aunque “pensamos que el error no está en el GPS.” Otra de las modificaciones importantes que quiere hacer OPERA es mejorar el conocimiento de la distribución de los protones que producen los neutrinos en el CERN. Esto se pretende hacer mediante un detector cercano que mida de la distribución de muones, otro tipo de partícula que se produce a la vez que los neutrinos.

Richard Gran, investigador de la Universidad de Minnesota-Duluth en MINOS, explicó en una conferencia impartida la semana pasada en el IFIC que “MINOS obtuvo un resultado similar a OPERA en 2007.” Sus resultados eran mayores (detectaban neutrinos 126 nanosegundos antes de lo debido por los 60 nanosegundos reportados por OPERA), pero también sus porcentajes de error, por lo que los científicos de MINOS no se centraron en este efecto. Ahora trabajan para reducir algunas fuentes de error sistemático en el experimento, con lo que el plazo “de seis meses a un año” esperan tener nuevos resultados sobre la velocidad de vuelo de los neutrinos. Ahora tienen cuatro veces más datos que en 2007 y los científicos de MINOS esperan poder mejorar cuestiones relativas a la electrónica del experimento, lo que, unido a la utilización de un detector cercano que funcione más rápido, aumentará la precisión hasta alcanzar “prácticamente la misma resolución que OPERA”. Así, para mediados del próximo año podrían coincidir nuevas medidas de OPERA, MINOS y T2K que ayuden a aclarar más si realmente los neutrinos son más rápidos que la luz o Einstein sigue en lo cierto y nada puede viajar más rápido.”

Por cierto, ¿tienen los físicos “miedo” a aceptar un resultado como el de OPERA? Nos lo cuenta John Rennie, “Foot-dragging on faster-than-light particles?,” SmartPlanet, November 22, 2011.

Conferencia Amazings en la Universidad de Sevilla: Las Matemáticas de la Vida (gracias a la Química)

Como anuncia este cartel, estaré en Sevilla el próximo viernes 25 de noviembre a las 17:00 horas en el Aula Magna de la Facultad de Química. Invitado por Tito (Eliatron) impartiré una conferencia titulada “Las matemáticas de la vida (gracias a la química).” La conferencia será retransmitida en directo vía streaming en Amazings.es y luego estará disponible en diferido. Más información en Eliatron, “Conferencias Amazings-Sevilla 2011/2012,” Amazings, 28/10/2011; ver también los carteles y toda la información acerca del ciclo de conferencias en la web Amatiqui.

“Esta charla se enmarca dentro del proyecto de innovación docente La divulgación como herramienta de aprendizaje, que los profesores de la asignatura Matemáticas del Grado en Química de la Universidad de Sevilla (Tito entre ellos) están llevando a cabo. Este proyecto está financiado gracias al I Plan Propio de Docencia (en su edición 2011/2012) de la Universidad de Sevilla. Y se trata de la segunda conferencia de este ciclo de divulgación, tras la charla “El universo matemático de los cuasicristales” que el pasado 11 de noviembre dio César Tomé, autor del blog Experientia Docet y también colaborador de Amazings.

Aunque la charla esté especialmente enfocada a los alumnos de nuestra asignatura, creemos que por su marcado carácter interdisciplinar y divulgativo y dado que en el año 2011 celebramos el Año Internacional de la Química, la asistencia será abierta a todo el mundo. Así, si ese viernes estás en Sevilla y quieres oír hablar de Química, de Matemáticas y de cómo ambas intervienen en los procesos claves para la vida, ya sabes, te esperamos en el Aula Magna de la Facultad de Química.”

En cuanto a la calidad del streaming quiero advertir algunas cosas. Hemos intentado por todos los medios que se encargara la propia universidad, a través del servicio TV US, pero nos pidieron demasiado dinero por la emisión, ante lo cual nos negamos rotundamente. Por ello, el streaming los realizarán @Raven_Neo y @maculamorbida (como venía siendo habitual) y que lo harán de forma desinteresada. Así que tenedlo en cuenta, si la calidad del streaming (en particular del sonido) no es todo lo buena que podría ser, ya que lo hacen con medios propios.”

Conferencias en Málaga: IX Encuentros con la Ciencia, hoy lunes 21 “Querida Química…”

Otro año más, se inician los “Encuentros con la Ciencia,” coordinados por los Dres.  Enrique Viguera, Ana Grande y José Lozano, de la Universidad de Málaga, Julia Toval, de la Sociedad Malagueña de Astronomía, y el Centro del Profesorado de Málaga (Consejería de Educación, Junta de Andalucía). La sede de las conferencias es el Ámbito Cultural El Corte Inglés, Málaga (calle Hilera, 8, encima Dpto. Librería). Patrocinan estos encuentros el Ámbito Cultural El Corte Inglés y la FECYT, y colaboran la Universidad de Málaga, MUY Interesante, y Málaga 2016.

Además de las conferencias, hay una exposición “La Expedición Malaspina y la Exploración del Océano,” desde el 21 de octubre de 2011 al 10 de enero de 2012. Lo ideal es que llegues unos 15 minutos antes de cada conferencia y disfrutes de la exposición.

“La Expedición Malaspina y la Exploración del Océano en el Siglo XXI .” Viernes, 23 de septiembre, 19:30 horas Dr. Carlos M. Duarte. Instituto Mediterraneo de Estudios Avanzados (CSIC-UIB). Yo no pude ir a esta charla porque estaba en Bilbao.

Avances en Medicina Genómica. Promesas y realidades Lunes, 3 de octubre, 19:30 horas Dr. Santiago Rodríguez de Córdoba. Centro de Investigaciones Biológicas (CSIC). Tampoco pude asistir por un asunto personal, aunque esta conferencia tenía muy buena pinta.

Epigenética: una nueva frontera en Biología Lunes, 17 de octubre, 19:30 horas. Dra. Teresa Roldán Arjona. Departamento de Genética. Universidad de Córdoba

La sala estaba a rebosar de público (yo llegué a las 19:20 y encontré sitio casi por los pelos). Sin lugar a dudas, los Encuentros con la Ciencia necesitan una sede con una sala más grande. Tras una presentación de Ana Grande un pelín aburrida, la charla de Teresa Roldán estuvo muy bien. Incluso los que menos sabían sobre genética aprendieron qué era el epigenoma y por qué es importante. Chapó Teresa. Prepararé una entrada más extensa.

Buque Hespérides, a bordo en la mar. Inauguración Expedición Malaspina 2010. Viernes, 21 de octubre. 18:30 horas Dr. Enrique Moreno Ostos. Universidad de Málaga

Enrique Moreno, Profesor de Ecología de la Universidad de Málaga, nos habló unos 20 minutos sobre el buque oceanográfico Hespérides e inauguró la exposición sobre la Expedición Malaspina 2010.

Tsunamis ¿un riesgo lejano? Viernes, 21 de octubre, 19:30 horas Dra. Begoña Pérez Gómez. Puertos del Estado

Begoña Pérez es licenciada en Ciencias Físicas y experta en tsunamis, aunque trabaja en Madrid (¿por seguridad?) en Puertos del Estado.

La charla fue muy interesante. Tras comentarnos los tipos de tsunamis que existen y cómo se generan, Begoña se centró en España y en la historia documental de los que han afectado a nuestras costas. También destacó que tenemos una red marítima de medida del nivel del mar que permite predecir la llegada de un tsunami hasta nuestras costas.

GPS y deporte: una nueva forma de relacionarnos Lunes, 7 noviembre, 19:30 horas Dr. David Bueno. Centro Municipal de Informática, Ayuntamiento de Málaga

Muchos de los investigadores en informática en España trabajan en temas que están muy alejados de las aplicaciones prácticas (modelos formales de lo que será el futuro de la informática que sus autores “venden” como I+d), pero no es el caso de David, cuya investigación está orientada hacia los productos de I+D. Su charla omitió todos los detalles de investigación (que no son pocos) y se centró en sus desarrollos. Nos ilustró con varios vídeos el uso práctico de los mismos en el Complejo Polideportivo de la UMA y en la estación de esquí de Sierra Nevada. Muy interesante, sobre todo su uso en personas con discapacidad. Lo más gratificante de su investigación, en mi opinión, es que el tiempo entre I y D en sus aplicaciones es corto y ello le permite ver cómo sus desarrollos (disponibles de forma gratuita en la web) son utilizados por mucha gente. Enhorabuena David, lo hiciste muy bien.

Querida Química … Lunes, 21 de noviembre, 19:30 horas Dr. Antonio Heredia Bayona. Universidad de Málaga

Antonio Heredia Bayona (Catedrático de Bioquímica y Biología Molecular en la Universidad de Málaga) dirige el Grupo de Investigación de Síntesis y Caracterización de Biopolímeros Vegetales. Gran divulgador (ha publicado en el Diario SUR de Málaga, EL PAIS, Málaga Hoy y en revistas como Investigación y Ciencia), desde el año 2001 coordinada un ciclo de conferencias anual de divulgación de la Ciencia y la Tecnología patrocinadas por el Ayuntamiento de Málaga y el Ministerio de Educación y Ciencia.

El elogio a la química de Antonio ha recorrido la historia de esta disciplina y sus contactos con la economía, la política, la filosofía, la poesía y el arte, entre otras disciplinas. Un recorrido pausado pero recreado en las palabras que ha servido como gran colofón para el Año Internacional de la Química. Antonio prometía no dejar “al oyente indiferente” y lo ha logrado. Enhorabuena, Antonio.

Investigación aplicada a la agricultura: hacia una producción más sostenible Lunes, 12 de diciembre, 19:30 horas Dr. Enrique Moriones. Estación Experimental La Mayora (CSIC).

La Estación Experimental “La Mayora” ha cumplido medio siglo de dedicación a la investigación en el ámbito agrícola, un privilegio para la provincia de Málaga y un gran esfuerzo para generar conocimiento en aras de una producción más racional. Tanto en la fruticultura subtropical, como en la horticultura, en el sur de Andalucía le deben mucho a La Mayora.

Enrique Moriones es ingeniero agrónomo por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y desde 2007 es Director de “La Mayora”-CSIC. Su investigación se centra en el virus de plantas que causan daños significativos a los cultivos hortícolas intensivos. Su interés es entender las bases de la interacción vector-virus insecto-¿falta guión? huésped, que conducen a la enfermedad con el fin de obtener estrategias de control duraderas. También realiza investigaciones para comprender las epidemias virales, la diversidad genética y la estructura de las poblaciones de virus y factores determinantes de su evolución.

Lugar: Ámbito Cultural El Corte Inglés. Málaga. Calle Hilera, 8

Organiza: Dr. Enrique Viguera, Dra. Ana Grande y Dr. José Lozano (Universidad de Málaga), Julia Toval (Sociedad Malagueña de Astronomía) y Centro del Profesorado de Málaga (Consejería de Educación, Junta de Andalucía).

Lo último en la búsqueda del Higgs: El límite de exclusión combinado ATLAS+CMS del LHC en el CERN

Ya es oficial, el bosón de Higgs, si existe, tiene una masa entre 114 y 141 GeV/c² al 95% C.L.;  más aún, en la región de masas permitida hay pequeños excesos, de solo 1,6 σ, que podrían ser una fluctuación estadística o la primera señal del Higgs. Ya es oficial porque se ha publicado la nueva gráfica de exclusión del bosón de Higgs del LHC en el CERN que combina las colisiones de sus dos grandes detectores, ATLAS y CMS. Como en el caso de la búsqueda del Higgs en el Tevatrón del Fermilab, donde se combinan los datos de las colisiones de sus dos detectores, CDF y DZero, estas combinaciones permiten duplicar el número de colisiones estudiadas de forma efectiva. Muchos esperábamos que la combinación del LHC se publicara en agosto de 2011, pero hemos tenido que esperar hasta el 18 de noviembre; la ha presentado Gigi Rolandi, “Higgs Status and combinations,” HPC 2011, y el artículo técnico es The ATLAS and CMS Collaborations, “Combined Standard Model Higgs boson searches with up to 2.3 fb−1 of pp collision data at 7 TeV at the LHC,” ATLAS-CONF-2011-157, CMS PAS HIG-11-023, November 14, 2011 (las tablas 3-6 presentan los valores numéricos de todos los datos dibujados en la figura de arriba para facilitar su uso). Gigi comenta que también se van a combinar los datos del LHC con los del Tevatrón, pero que dicho resultado no aparecerá hasta el verano próximo, cuando también se publique la última figura de exclusión del Higgs del Tevatrón utilizando todas sus colisiones (unos 10 /fb por experimento). En febrero, o quizás marzo, del año que viene se publicarán también los nuevos límites de exclusión (separados) de ATLAS y CMS con los más de 5 /fb de colisiones de 2012.

Comparando el resultado del LHC (curva negra con puntos) con el del Tevatrón (curva azul continua) se observa que con 8 veces menos colisiones analizadas el LHC obtiene un resultado mejor para masas entre 120 y 200 GeV, aunque el Tevatrón gana para masas bajas entre 110 y 120 GeV. En este sentido ambos experimentos se complementan y una combinación LHC+Tevatrón resulta interesante. Por supuesto, cuando se analicen todas las colisiones del LHC obtenidas en 2012 los resultados serán comparables, pero al LHC le costará mucho incrementar su sensibilidad para masas muy bajas (próximas a 115 GeV).

Este nuevo resultado quizás no sorprenda a muchos, sobre todo porque es similar al que ya obtuvo Philip Gibbs en su blog, como nos comenta en detalle en “New Higgs Combinations Released,” viXra log, Nov. 18, 2011; Philip también se atrevió a combinar LHC+Tevatrón, es decir, ATLAS+CMS+CDF+DZero. El trabajo de Philip se basa en un análisis estadístico que no tiene en cuenta en detalle las fuentes de los errores en los datos, pero que gracias al teorema central del límite obtiene un resultado bastante bueno de una forma muy rápida. El análisis técnico del nuevo artículo es mucho más complicado. Los datos de cada canal de búsqueda del Higgs tanto en ATLAS como en CMS son combinados y se construye una curva de exclusión para dicho canal con un buen control del error. Cada una de estas combinaciones con su error es combinada a su vez hasta obtener la figura final. Lo más difícil en esta combinación es el control preciso de los errores sistemáticos que se cometen, que requiere un uso intensivo de CPU para el análisis. El protocolo detallado para realizar este análisis se publicó este verano, en agosto, pero se han necesitado varios meses para ponerlo en marcha y llevarlo a cabo con éxito. Si algún día se quiere proclamar la exclusión del Higgs (o su descubrimiento) en los datos combinados de ATLAS+CMS este proceso ha de ser llevado a cabo con absoluto rigor.

Muchos se han hecho eco de este nuevo resultado de exclusión del Higgs, como Geoff Brumfiel, “Higgs hunt enters endgame. Large Hadron Collider could soon deliver a clear verdict on missing boson,” Nature News, 18 November 2011 [Scientific American]; Jester, “New Higgs combination is out,” Résonaances, Nov. 18, 2011; Peter Woit, “Higgs Non-News,” Not Even Wrong, Nov. 18, 2011; y Tommaso Dorigo, “LHC Combination Of Higgs Limits: MH<141 GeV,” A Quantum Diaries Survivor, Nov. 19, 2011.

Por cierto, Peter Woit (y Jester) apuntan a rumores que afirman que uno de los experimentos (ATLAS o CMS) no ha observado excesos en los nuevos datos de colisiones alrededor de 120 GeV, aunque el otro experimento ha encontrado un pequeño exceso en el canal ZZ->4l. Por supuesto, los rumores son solo eso, rumores. También se rumorea que se pueda publicar algo al respecto en diciembre de este año (mi opinión es que lo dejarán para febrero o marzo de 2012).

Explicación de la figura que abre esta entrada (aunque muchos ya la conocen). La curva negra muestra, en función de la masa del Higgs, el cociente entre la sección transversal según los experimentos (bajo la hipótesis de que no han observado el Higgs) y las predicciones del modelo estándar. La sección transversal es más o menos la probabilidad de producción del Higgs en las colisiones. El valor unidad corresponde a la predicción del modelo estándar, de tal forma que valores inferiores a la unidad indican que el Higgs debería haberse observado y no ha sido observado. Valores por encima de la unidad indican que no se han acumulado suficientes colisiones para poder decidir la cuestión. La figura de exclusión de masas para el Higgs se interpreta de forma estadística: todos los puntos de la curva negra que están por debajo de la unidad corresponden a valores de la masa del Higgs que se excluyen con una confianza estadística del 95%. Por ello, caso de que el Higgs tuviera una masa concreta se esperaría que la curva negra tuviera un valor algo por encima de la unidad para dicha masa, rodeado por valores inferiores a la unidad; la anchura de la región por encima de la unidad depende de la masa y de las incertidumbres en el análisis de los colisiones, siendo para 120 GeV de unos 5 GeV y para 140 GeV de unos 10 GeV.  

La banda brasileña (verde y amarilla) corresponden a los valores esperados (línea negra a trazos) según los modelos teóricos de los experimentos ATLAS y CMS bajo la hipótesis de que no existe el Higgs. Las desviaciones de la línea negra continua respecto a la línea a trazos que se encuentren dentro de la banda brasileña son compatibles con fluctuaciones estadísticas en el análisis y no pueden ser utilizadas para obtener conclusiones sobre la búsqueda del Higgs. En la figura se observan algunas desviaciones por encima de la banda amarilla, lo que implica excesos reseñables, pero la mayoría son muy pequeños y están colocados donde la sensibilidad de los datos no permite extraer conclusiones fiables. En concreto se observan fluctuaciones hacia arriba alrededor de 120 GeV y entre 135 y 150 GeV. Para interpretar estos excesos conviene ver la figura de abajo, que muestra el “mejor ajuste” de la sección transversal del Higgs en unidades del modelo estándar, incluyendo una banda azul a 1 sigma (un valor próximo a la unidad, curva roja, indica un bosón de Higgs como el del modelo estándar, y un valor próximo a cero, curva azul marino, excluye un bosón de Higgs del modelo estándar). El exceso alrededor de 120 GeV significa que podría haber un Higgs del modelo estándar con dicha masa, pero el exceso entre 135 y 150 GeV requiere que el Higgs tenga una sección transversal mucho menor que la predicha por el modelo estándar. Por ello, por ahora, los excesos apuntan a un Higgs con una masa de unos 120 GeV, aunque todavía es pronto y habrá que esperar unos meses para que se decida la cuestión.

PS (23 nov. 2011): Lectura recomendada. Muy sensata. Pauline Gagnon, “Where do we stand on the Higgs boson search?,” Quantum Diaries, 23 Nov. 2011.

Edición 2.8 del Carnaval de Matemáticas: Por qué Madame Curie estudió ciencias físicas y matemáticas pero no químicas

La actriz Susan Marie Frontczak como Marie Curie.

Marie Curie obtuvo el Premio Nobel de Química 1911. Ya había obtenido una cuarta parte del Premio Nobel de Física 1903 junto a su esposo; la otra mitad fue para Becquerel. César (@EDocet) nos recordó en Twitter que Marie Skłodowska (aún no estaba casada) se licenció en Físicas en 1893 y en Matemáticas en 1894, pero no en Químicas. La razón por la que Marie no pudo estudiar química en 1893, aunque hubiera querido, fue porque las Ciencias Químicas no existían como carrera universitaria en Francia en aquella época [fuente]. ¿Por qué Marie estudió Física y Matemáticas? Ninguna biografía que he leído indica ninguna razón al respecto. Permíteme que consulte la web y ofrezca una posible explicación. Si alguien conoce o ha leído la respuesta correcta, por favor, que use los comentarios.

Por cierto, en Twitter traté de corregir a César pues yo recordaba que José Manuel Sánchez Ron en “Marie Curie y su tiempo” afirma que Marie obtuvo la licence ès sciences en 1893 y la licence ès mathématiques en 1894. Obviamente, metí la pata. La información de César, toda una enciclopedia viviente, siempre es fiable y siempre está bien contrastada. En cualquier caso, César, si lees esto, prometo seguir llevándote la contraria cuando yo crea que llevo la razón, que para algo soy escéptico por naturaleza.

La entrada Marie Curie en la wikipedia en español pone que “en 1893 consigue la licenciatura de Física y obtiene el primer puesto de su promoción; en 1894 también se licencia en Matemáticas, la segunda de su promoción.” La wikipedia en francés para Marie Curie pone que “en juillet 1893, elle obtient sa licence ès sciences physiques, en étant première de sa promotion. Un an plus tard, juillet 1894, elle obtient sa licence ès sciences mathématiques, en étant seconde.” Pero yo no confío en la wikipedia, sobre todo si no aporta enlaces a las fuentes bibliográficas originales. Para mí la wikipedia es solo una fuente de opinión, nunca una fuente de información.

¿Cuál es la fuente más fiable a la hora de saber qué estudió Marie Curie? Casi todas las biografías de Marie ponen como referencia el libro que ella misma escribió sobre la vida de su marido “Pierre Curie” [copia del libro en inglés] en el que incluye unas “Notas Autobiográficas” [Parte 2 del libro]. En la página 172 ella afirma (en inglés) que “I even had the satisfaction of graduating in first rank as “licenciée ès sciences physiques” in 1893, and in second rank as “licenciée és sciences mathématiques” in 1894.”

¿Qué significaba en 1894 ser “licenciée ès sciences”? No me gusta la wikipedia, pero recurro otra vez a ella. La entrada francesa Licence pone lo siguiente para ”Licence ès sciences” entre 1808-1896: “D’après les décrets des 17 mars 1808 et 22 août 1854 et l’arrêté du 20 avril 1853, pour être admis à l’examen de la licence ès sciences il fallait être bachelier ès sciences depuis au moins un an et avoir pris quatre inscriptions aux cours de la faculté. Il y avait trois sortes de licence: la licence ès sciences mathématiques, ès sciences physiques et ès sciences naturelles. L’examen pour chacune des trois licences se divise en épreuves écrites, pratiques et orales.” Lo que sigue está extraído del artículo de Nicole Hulin, “L’enseignement des sciences naturelles au XIXe siècle dans ses liens à d’autres disciplines,” Revue d’Histoire des Sciences 55: 101-120, 2002.

En 1808, Napoleón reformó la enseñanza en Francia creando los liceos para la enseñanza media y la Universidad Imperial para formar a la élite de la sociedad. Las cátedras de las Facultades de Ciencias creadas en 1809 se agrupaban en tres ramas: ciencias matemáticas, ciencias físicas y ciencias naturales; tanto las licenciaturas como los doctorados se concedían asociados a cada una de estas tres ramas. En ciencias físicas se encontraban la cátedra de mineralogía (lo que hoy llamamos geología), la de física teórica y experimental (lo que hoy llamamos física) y la de química. En ciencias naturales se encontraban la cátedra de zoología y fisiología, y otra de historia natural (botánica).

Las licenciaturas tenían una duración de 3 años y era habitual que los mejores estudiantes “agregaran” varias licenciaturas para completar su currículum, obteniendo títulos mixtos como licenciado en ciencias físicas y naturales. Las exigencias para estas “agregaciones” fueron cambiando durante todo el s. XIX, pero presentaban algunas “paradojas” que ahora nos resultan extrañas. Por ejemplo, en 1858, para agregar ciencias físicas y ciencias naturales se exigía ser licenciado en ciencias matemáticas y licenciado en ciencias físicas o en ciencias naturales; has leído bien, no era suficiente con tener las licenciaturas de físicas y de naturales para ser licenciado en ciencias físicas y naturales, había que cursar la de matemáticas. Eso sí, hay que aclarar que estaban exentos de estudiar ciencias matemáticas los doctores en ciencias naturales que tuvieran el título de licenciado en ciencias físicas (o los doctores en ciencias físicas que tuvieran el título de licenciado en ciencias naturales. 

En 1869 se eliminó el requisito de ser licenciado en ciencias matemáticas y se abrió la posibilidad de ser licenciado en ciencias físicas y naturales estudiando solo la licenciatura en ciencias físicas y la de ciencias naturales. Sin embargo, no se cerró la vía anterior y muchos estudiantes siguieron cursando la licenciatura en ciencias físicas y naturales estudiando la licenciatura de ciencias físicas y la licenciatura de ciencias matemáticas. Mi opinión es que Marie Skłodowska estudió ambas licenciaturas por esta razón. La reforma de 1896 de la educación superior en Francia introdujo el título de licenciado en ciencias químicas, pero para entonces Marie ya estaba casada y desarrollando su tesis doctoral.

Las ciencias matemáticas eran consideradas la “madre” de todas las ciencias físicas y naturales, por ello, he elegido esta entrada para participar en la Edición 2.8 del Carnaval de matemáticas alojado en Ciencia Conjunta (@cienciaconjunta); esto blog tiene varios autores, habiendo escrito el anuncio Gaby (Gabriel Ivorra @G4B1). Esta edición del Carnaval de Matemáticas intentará  avivar su blog que según confiesa Gaby está bastante inactivo. “La fecha en la que podréis enviar vuestras entradas matemáticas será desde el 21 de Noviembre hasta el 27 del mismo mes.”

Música dominical “made in Málaga”

Sé que este blog no es musical y a alguno de vosotros le molestan las entradas que no son de divulgación científica, pero ayer conocí por casualidad a Susana, cantante de Susan Valery Jazz y de Canajazz Band. Tengo pendientes una entrada sobre el Higgs, otra sobre los neutrinos de OPERA y otra más sobre la “realidad” de la función de onda en mecánica cuántica. Mientras tanto, si os apetece escuchar a Susana, adelante.

Música dominical: Jon Gomm – Passionflower

Más liado que un trompo no doy abasto. Mi número de borradores crece exponencialmente. Mi tiempo para el blog decrece exponencialmente. La única solución es buscar un límite. Estoy en ello. Por ahora os dejo a Jon Gomm, “Passionflower” (visto en Telegraph Music Blog (Blog Musical de Javier Peláez) vía Twitter).

Nota ortográfica: “dar abasto” proviene del sustantivo abasto (“provisión de víveres”).

Noticia CPAN: “El experimento OPERA confirma la medida de neutrinos viajando más rápido que la luz”

“Nuevas pruebas realizadas en el Laboratorio Nacional del Gran Sasso por la colaboración OPERA, con un haz de neutrinos especial establecido por el CERN, confirman los resultados anteriores sobre la medición de la velocidad de los neutrinos. Las nuevas pruebas parecen excluir una parte de potenciales efectos sistemáticos que podrían haber afectado a la medida original. El 17 de noviembre la colaboración OPERA ha presentado el documento sobre la medición de la velocidad del neutrino para su publicación en Journal of High Energy Physics, y en paralelo en el repositorio digital ArXiv. El documento está en línea hoy 18 de noviembre. El tiempo transcurrido desde el seminario público en el CERN del 23 de septiembre, donde la colaboración hizo públicos sus primeros resultados sobre la velocidad del neutrino, fue utilizado para comprobar los principales aspectos del análisis de datos y, sobre todo, para realizar nuevas pruebas con el haz de neutrinos establecido especialmente por el CERN.”

Sigue leyendo la noticia en la web de CPAN.

El artículo de septiembre en ArXiv ha sido “mejorado” añadiendo la nuevo medida. Los que quieran consultar el artículo es The OPERA Collaboration, “Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam,” ArXiv, Submitted on 22 Sep 2011 (v1), last revised 17 Nov 2011 (this version, v2).

Otras fuentes en inglés que recomiendo leer (incluyo pequeños extractos):

Eugenie Samuel Reich, “Neutrino experiment affirms faster-than-light claim,” Nature News Blog,November 18, 2011. “It is a remarkable confirmation of a stunning result; but most physicists remain skeptical. “It’s slightly better than the previous result,” says OPERA’s physics coordinator Dario Autiero. He adds that Caren Hagner of the University of Hamburg in Germany has signed the new paper. “We gained much more confidence,” Hagner says.”

INFN press office, “New Tests Confirm The Results Of OPERA On The Neutrino Velocity, But It Is Not Yet The Final Confirmation,” Interactions NewsWire, 18 November 2011. “New tests conducted at the Gran Sasso National Laboratory of INFN by the OPERA Collaboration, with a specially set up neutrino beam from CERN, confirm so far the previous results on the measurement of the neutrino velocity. The new tests seem to exclude part of potential systematic effects that could have affected the original measurement. “A measurement so delicate and carrying a profound implication on physics requires an extraordinary level of scrutiny – said Fernando Ferroni, president of Italian Institute for Nuclear Physics (INFN)”. “One of the eventual systematic errors is now out of the way, but the search is not over. They are more checks of systematics currently under discussion, one of them could be a synchronisation of the time reference at CERN and Gran Sasso independently from the GPS, using possibly a fiber” said Jacques Martino, Director of National Institute of Nuclear and Particle Physics of French CNRS.”

Lisa Grossman, “More data shows neutrinos still faster than light,” NewScientist, 18 November 2011. Más información en “Neutrinos: Complete guide to the ghostly particle.” “The measurement seems robust,” says Luca Stanco of the National Institute of Nuclear Physics in Italy. “We have received many criticisms, and most of them have been washed out.” Stanco was one of 15 team members who did not sign the original preprint of the paper because they thought the results were too preliminary. The team also re-checked their statistical analysis, confirming that the error on their measurements was indeed 10 nanoseconds. What they found was “absolutely compatible” with the original announcement, Stanco says. That was enough for Stanco to sign his name to the paper. The team is still running other tests, including measuring the length of a fibre-optic cable that carries information from the underground lab at Gran Sasso to a data-collection centre on the surface. The team is also trying to do the same test using another detector at the lab called RPC. That test will take another several months.”

Atención, pregunta: ¿A los alumnos las prácticas de laboratorio se las tienen que dar muy mascaditas?

Un compañero me dijo una vez “eres demasiado duro con tus alumnos, les tienes que dar las prácticas de laboratorio muy mascaditas, si no es imposible que te las hagan correctamente.” Obviamente yo le contesté que no existe la respuesta correcta, las prácticas son para practicar. Sin que sirva de precedente, un estudio pedagógico me da la razón. Jordan et al. han investigado el efecto que tiene en el desempeño de los alumnos el eliminar las explicaciones detalladas de las prácticas de laboratorio. Su conclusión es que los estudiantes son más creativos y planifican mejor sus prácticas. Jordan et al. dividió a sus estudiantes de forma aleatoria en dos grupos, a uno les dio materiales muy detallados para trabajar en las prácticas y a los otros no les dio prácticamente nada. Ambos grupos tenían que diseñar los experimentos, llevarlos a cabo y presentar los resultados. Además, pidió a los estudiantes que tomaran nota del tiempo que necesitaron para finalizar cada una de estas etapas. El resultado fue sorprendente. Entre los estudiantes que habían recibido un material muy detallado todos utilizaron un “diseño estándar” de la práctica y sus soluciones a los problemas que encontraron durante la mismo fue prácticamente la misma. Sin embargo, entre los estudiantes sin materiales que tuvieron que buscarse la vida por su cuenta encontró cinco diseños diferentes para el experimento; más aún, fueron capaces de finalizar las prácticas en un tiempo más corto, discutieron los resultados con mayor soltura y demostraron un mejor dominio de la materia. La creatividad y el desempeño de los estudiantes sin guión superó con creces a los que lo tenían. En mi opinión, los profesores que impartan prácticas de laboratorio deberían leerse su trabajo: Rebecca C. Jordan, Maria Ruibal-Villasenor, Cindy E. Hmelo-Silver and Eugenia Etkina, “Laboratory materials: Affordances or constraints? (pages 1010–1025),” Journal of Research in Science Teaching, Article first published online: 11 MAY 2011. Me he enterado gracias a Melissa McCartney, “Education: Less Is More,” Editors’ Choice, Science 334: 6058, 18 Nov. 2011.

¿Qué opinas al respecto de los resultados de este estudio? Si eres alumno, ¿prefieres que el profesor te guíe mucho en las prácticas de laboratorio o prefieres disfrutar de la libertad de un científico en ciernes? Si eres profesor, ¿qué opinas de los resultados del estudio de Jordan y sus colegas?

Hay editores de revistas científicas que son todo unos cachondos…

Envié un artículo a Europhysics Letters (EPL) antes del verano. Me lo rechazaron. Pero mi próximo artículo irá a EPL, será mi segundo intento, pero con un editor principal tan cachondo como Michael Schreiber no puedo evitar volver a probar suerte. En mayo se conmemoró el 25 aniversario de EPL y en una entrevista para PhysicsWorld.com afirmó que en EPL no solo publican autores europeos. Para ilustrarlo afirmó que “si un científico pudiera enviar un artículo excelente desde la ISS (Estación Espacial Internacional), estoy seguro que podríamos aceptarlo también.” Por supuesto ahora dice que “lo dije más o menos en broma.” Pero le dio al coco y se acordó de una charla del físico de plasmas Hubertus Thomas (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Alemania) donde presentó algunos datos recolectados en la ISS. Schreiber le escribió un correo a Thomas enviándole un enlace al vídeo con la entrevista y pidiéndole un favor: ¿Podrías enviar (con el consentimiento de tus colegas alemanes y rusos) un artículo a EPL desde la ISS? Thomas pidió el permiso correspondiente al gobierno ruso, que aceptó la propuesta.

Como ilustra la foto de la izquierda, el 27 de octubre el cosmonauta ruso Sergey Alexandrovich Volkov envió el manuscrito sobre el comportamiento de plasmas en condiciones de microgravedad a la revista EPL. No podía ser de otra manera, el artículo fue aceptado y apareció online el 11 de noviembre. En el artículo aparece que la dirección (actual) de Volkov es la ISS (“International Space Station (present address)”). Volkov es coautor porque fue el encargado de realizar todos los experimentos que se desarrollaron en la ISS con plasmas en microgravedad. Volkov iba a volver a la Tierra hace 2 meses, pero problemas con los cohetes Soyuz retrasaron el lanzamiento y su retorno a casa. Gracias a ello Schreiber puede presumir de haber publicado artículos enviados desde todas partes, incluso desde el espacio. Volkov, tras tener el honor de ser el primer autor que ha enviado un artículo a una revista desde el espacio, podrá regresar a casa (un cohete Soyuz con destino a la ISS fue lanzado con éxito el 14 de noviembre).

Para los interesados en la física de plasmas en microgravedad (y para los curiosos), el artículo técnico es M. Schwabe¹, K. Jiang¹, S. Zhdanov¹, T. Hagl¹, P. Huber¹, A. V. Ivlev¹, A. M. Lipaev², V. I. Molotkov², V. N. Naumkin², K. R. Sütterlin¹, H. M. Thomas¹, V. E. Fortov², G. E. Morfill¹, A. Skvortsov³ and S. Volkov^3,4, “Direct measurement of the speed of sound in a complex plasma under microgravity conditions,” EPL 96 55001 (11 nov. 2011) doi:10.1209/0295-5075/96/55001. La afiliación de Volkov es ⁴ International Space Station^*, con la aclaración de ^*Present address.

Por supuesto, un cachondo mental como Schreiber no ha podido evitar contar la historia en su propia revista: “Is EPL a global journal? No, more!,” EPL 96 50000 (11 nov. 2011) doi:10.1209/0295-5075/96/50000: “With this issue EPL has explored and crossed a frontier, leaving the confines of the globe. How? By publishing what is, I believe, the first manuscript ever submitted from beyond the globe, namely from the international space station ISS.”

Lo dicho, un cachondo. Mi próximo artículo va directo a EPL (y si me lo rechazan enviaré otro, que al final alguno acabará colando).

Cómo aprenden los bebés a caminar

La impronta genética neuromotora determina cómo aprenden los bebés a caminar. La medida experimental mediante electromiografía (EMG) de la actividad de las neuronas motoras en bebés recién nacidos mientras dan sus primeros pasos ha permitido demostrar que utilizan patrones de control y estimulación neural similares a los observados en ratas, gatos, macacos y gallinas de guinea. Conforme el bebé se desarrolla va optimizando estos patrones neuromotores básicos y va añadiendo nuevos patrones hasta que aprende a caminar de forma óptima como un adulto. La evolución con la edad de estos patrones neuromotores se ha publicado en Nadia Dominici et al., “Locomotor Primitives in Newborn Babies and Their Development,” Science 334: 997-999, 18 November 2011.

Los investigadores han medido la actividad EMG de hasta 24 músculos simultáneamente de bebés neonatos, niños pequeños, preescolares y adultos. Los patrones medidos pasan de tener una forma casi sinusoidal hasta presentar una estructura pulsátil mucho más compleja. La explicación detallada de la evolución y optimización de estos patrones todavía es muy especulativa. Los autores han encontrado una buena correlación entre los cambios en los patrones neurales y los cambios en la biomecánica de la locomoción. Para explicar el caminar de un neonato bastan dos patrones de activación, pero el resultado es un caminar torpe y poco eficiente. Un adulto requiere al menos cuatro patrones bien optimizados y obtiene un caminar fluido y eficiente.

Publicado en Nature: El nacimiento de algo a partir de nada gracias al efecto Casimir dinámico

Gerald Moore predijo en 1970 el efecto Casimir dinámico, la generación de pares de fotones a partir del vacío cuántico inducida por un cuerpo en movimiento acelerado. Christopher Wilson y sus colegas publican en Nature la primera demostración experimental de este efecto, utilizando un circuito superconductor que simula un espejo en movimiento. La mecánica cuántica predice que el espacio vacío es un hervidero de partículas virtuales que aparecen y desaparecen de forma continua. Estas fluctuaciones cuánticas producen fenómenos medibles, como el efecto Casimir, la presión que ejercen los fotones virtuales en un objeto estacionario. En  el efecto Casimir dinámico se producen fotones reales a partir de los fotones virtuales del vacío cuántico debido a la modificación de las fluctuaciones del vacío cuántico inducidas por el movimiento del cuerpo acelerado (cuya velocidad debe ser cercana a la velocidad de la luz). Los fotones emitidos por el cuerpo acelerado provocan una disipación de su energía (la potencia radiada es igual a la potencia disipada en el cuerpo) debido a la ley de conservación de la energía. ¿Para qué sirve este descubrimiento? Aunque no se vislumbran aplicaciones prácticas, el futuro de este tipo de experimentos es muy prometedor en física fundamental gracias a las analogías físicas. De hecho, se espera que experimentos similares al de Wilson et al. permitirán estudiar fenómenos como la creación de partículas en el universo temprano en expansión y la evaporación de los agujeros negros. Nos lo ha contado Diego A. R. Dalvit, “Quantum physics: Shaking photons out of the vacuum,” Nature 479: 303–304, 17 November 2011, haciéndose eco del artículo técnico de C. M. Wilson et al., “Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit,” Nature 479: 376–379, 17 November 2011 [ArXiv preprint, 24 May 2011]. Un resumen en Geoff Brumfiel, “Light coaxed from nothingness,” News Blog, November 16, 2011, que nos recuerda que ya se hizo eco del preprint en “Moving mirrors make light from nothing. Researchers claim to have produced sought-after quantum effect,” Nature News, 3 June 2011.

El principio de incertidumbre de Heisenberg, aplicado al espacio vacío, permite que aparezcan de la nada fluctuaciones de energía siempre y cuando duren un tiempo muy corto; cuanto más corto es el intervalo de tiempo mayor es la incertidumbre en la fluctuación de la energía. Estas fluctuaciones corresponden a “partículas virtuales” y tienen efectos “reales” en otros sistemas cuánticos. Más aún, las partículas virtuales (off-shell) pueden transformarse en partículas reales (on-shell) si se dan las circunstancias adecuadas, por ejemplo, cuando cerca se mueve un espejo a una velocidad próxima a la velocidad de la luz. Obviamente, hacer vibrar tan rápido un espejo “real” es imposible, pero se puede hacer vibrar un campo electromagnético en el extremo de una guía de onda (una fibra óptica) que actúe como espejo para los fotones (virtuales o reales) del vacío fuera de la guía. Para hacer vibrar el campo electromagnético se acopla a la guía un dispositivo SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), te recuerdo que estos dispositivos se utilizar como magnetómetros de muy alta sensibilidad. Como el “espejo” que se pone en movimiento no es un espejo “real” (un cuerpo con masa no nula), se puede conseguir que la velocidad efectiva del movimiento vibratorio del “espejo” es altísima, muy próxima a la velocidad de la luz en el vacío. Las aceleraciones que sufre también son muy altas y ello provoca la emisión de fotones (reales) gracias al efecto Casimir dinámico.

El experimento es muy delicado ya que distinguir entre los fotones generados por efecto Casimir dinámico y otros fotones térmicos es muy difícil. Por ello, el experimento se ejecuta a muy baja temperatura (menos de 50 milikelvin; a 25o milikelvin dominan los fotones térmicos y el efecto desaparece). La radiación producida por el vacío cuando el “espejo” vibra se introduce en la guía de ondas y se mide en el otro extremo; gracias a su espectro característico se la puede distinguir con precisión. Además, los fotones detectados aparecen en pares con una frecuencia similar a la mitad de la frecuencia de oscilación del “espejo” que la induce. Gracias a ello, mediante experimentos de interferencia cuántica se ha podido verificar que los pares de fotones presentan correlaciones cuánticas que garantizan que tienen un origen común. Este tipo de experimentos son muy delicados y para convencer a los revisores de una revista como Nature hay que demostrar realmente lo que se afirma.