El LHC ya ha iniciado su parada de Navidad, ¿cómo serán las colisiones en el año 2012?

Las últimas colisiones de iones han tenido lugar el 7 de diciembre de 2011; la última inyección finalizó sobre las 18:00 horas. Ya no habrá más inyecciones en el túnel del LHC hasta 2012. Ha sido un gran año y ahora toca prepararse para lo que nos deparará el 2012. Steve Myers ha afrmado hoy en “LHC Machine Status Report,” 108th LHCC Meeting AGENDA OPEN Session, que apuesta para el próximo año por colisiones a 8 TeV c.m. y un total entre 10 /fb y 16 /fb de colisiones protón-protón, dependiendo de si inyectan los paquetes de protones separados por 25 ns o 50 ns. Son buenas noticias, sin lugar a dudas. Desde ATLAS y CMS se afirma que no hay problema con trabajar a 8 TeV c.m. con alta luminosidad (lo que puede implicar un apilado (pile-up) de hasta 27 colisiones a 50 ns y 17 colisiones a 25 ns). La decisión final se tomará dentro de un par de meses; mientras tanto habrá gran número de reuniones técnicas (como EVIAN de la próxima semana) entre todas las partes implicadas en el LHC para que dicha decisión sea óptima (y lo será). El año 2012 promete mucho en el LHC. Pero ahora debemos celebrar el gran éxito de 2011.

Neutrinos superlumínicos en Madrid gracias a Sheldon Lee Glashow, Premio Nobel de Física 1979, el próximo sábado 17 de diciembre

Todo aficionado a la física de partículas que se encuentre en Madrid el sábado 17 de diciembre tiene una cita obligada en la sede de la Fundación BBVA en Paseo de Recoletos, 10. El aforo es limitado y es imprescindible confirmar la asistencia antes del día 16 de diciembre por e-mail (confirmaciones@bbva.es) o llamando al teléfono 91 374 5400. No te la pierdas (se ofrecerá traducción simultánea para los que no dominen el inglés). Yo no podré asistir a la conferencia, una pena. El anuncio me lo dijo Mario Herrero Valea (@Fooly_Cooly) en Twitter y me lo volvió a recordar el mismísimo Luis E. Ibáñez (Universidad Autónoma de Madrid) en un comentario en este blog: “Con ocasión de la inauguración del nuevo edificio del Instituto de Física Teórica UAM-CSIC en Madrid, la semana que viene llegará a Madrid Albert De Roeck, “deputy spokesman” (número 2) del experimento CMS del LHC, uno de los dos detectores más grandes del LHC. El sábado 17 por la mañana habrá unas conferencias en la Fundación BBVA en el Paseo de Recoletos en las que De Roeck contará para el publico en general las últimas novedades del acelerador LHC (incluyendo, según nos ha dicho, el status de la búsqueda del Higgs). Habrá también otra charla del Premio Nobel Sheldon Glashow, que hablará de neutrinos, incluyendo los resultados del experimento OPERA.” Más información en la web del IFT, incluyendo programa y póster de la actividad.

Sheldon Lee Glashow, Premio Nobel de Física en 1979 por ser el padre de la teoría de la unificación electrodébil (premio que recibió junto a Steven Weinberg y Abdus Salam) hablará de neutrinos y de su reciente artículo en PRL junto a Cohen donde propone que los neutrinos muónicos superlumínicos pierden energía por una radiación de tipo Cherenkov. Seguro que todos los asistentes disfrutarán. Aprovechando la ocasión, os resumo la historia de la teoría electrodébil que nos contó en su conferencia Nobel, que espero os anime a asistir a la conferencia.

Bludman propusto en 1958 usar una teoría gauge de tipo Yang-Mills basada en el grupo SU(2) para explicar la interacción débil que predice las corrientes neutras, pero esta teoría no es renormalizable. Schwinger le propuso en 1956 a Glashow, como idea para su tesis doctoral, estudiar mediante una teoría gauge la unificación de la interacciones débil y electromagnética. Como escribe Glashow en su tesis doctoral de 1958, dirigida por Schwinger, la unificación electrodébil podría conducir a una teoría renormalizable. Sin embargo, en su tesis Glashow descubrió que una teoría gauge basada en SU(2) no podría realizar esta unificación pues era incompatible con los experimentos (las corrientes neutras modeladas por el grupo SU(2) no corresponden al fotón). Glashow concluyó que había que extender el grupo de simetrías.

Salam y Ward propusieron en 1959 una teoría gauge para la unificación electrodébil, pero que no incorporaba la violación de la paridad de la interacción débil; en esta teoría las corrientes neutras predichas por Bludman se interpretaban como el electromagnetismo. La teoría tampoco era renormalizable. En 1960 Salam y Ward extendieron su teoría gauge al grupo SU(2)xU(1), pero sin violación de la paridad. En paralelo, mientras estaba en Conpenhague, Glashow propuso en 1960 una teoría gauge SU(2)xU(1) para la unificación electrodébil con violación de la paridad. La teoría de Glashow predecía dos corrientes neutras, las mediadas por el fotón y las mediadas por una partícula con masa (que llamó mesón neutro B, pero que ahora se llama bosón vectorial Z). Glashow buscaba una teoría renormalizable, pero sus cálculos indicaban que su teoría no lo era, aún faltaba una pieza clave. Quizás, unificando esta teoría con la interacción fuerte se pudiera lograr la renormalizabilidad. Salam y Ward extendieron su teoría en 1961 a un grupo SU(2)xSU(2) que incorporaba tanto la interacción fuerte, como la débil y la electromagnética. Tampoco era renormalizable.

Glashow trabajó intensamente en la renormalizabilidad de su teoría durante varios años pero no logró encontrar la pieza que faltaba, la ruptura de la simetría. La masa de las partículas en su teoría no podía introducirse a mano, tenía que aparecer gracias a una ruptura espontánea de la simetría. Glashow recuerda que mantuvo muchas conversaciones en 1960 con Goldstone y Higgs, pero que le sirvieron de poco. Las piezas del puzzle no parecían encajar. La extensión del trabajo de Goldstone sobre la ruptura de la simetría en teorías gauge, realizada entre otros por Higgs en 1964, parecía que no tenía nada que ver con la teoría electrodébil de Glashow y con su renormalizabilidad. En 1967, de forma independiente, Salam y Weinberg incorporaron el mecanismo de Higgs de ruptura espontánea de la simetría a la teoría electrodébil de Glashow. Ambos conjeturaron que quizás con esta adición la teoría sería renormalizable. Sin embargo, estos trabajos pasaron completamente desapercibidos para la mayoría de los especialistas ya que nadie confiaba en que una teoría “tan complicada” fuera renormalizable. En 1970, Iliopoulos y Glashow observaron que ciertas divergencias se cancelaban en la teoría de Salam y Weinberg, pero Glashow confiera que los cálculos eran agotadores. En paralelo, Veltman le propuso a uno de sus estudiantes, ‘t Hooft, que estudiara la renormalizabilidad de esta teoría mediante una nueva técnica llamada regularización dimensional (desarrollada originalmente con la idea de estudiar la renormalizabilidad de la gravedad cuántica con un gravitón masivo). El resultado fue espectacular y en 1971 se descubrió que la teoría electrodébil de Glashow, Salam y Weinberg era renormalizable. El descubrimiento de las corrientes débiles neutras (o sea, el descubrimiento indirecto del bosón Z) puso a Glashow en el camino del Premio Nobel. El Modelo Estándar en su forma actual nació en 1973 y maduró durante la década de los 1970. La década prodigiosa de la física de partículas experimental en la que se descubrieron los quarks, la existencia de tres generaciones de partículas y muchas otras evidencias de la validez del Modelo Estándar. El culmen de la década fue el Premio Nobel de Física 1979 dividido a partes iguales entre Glashow, Salam y Weinberg.

Escuchar a Glashow hablar de neutrinos será todo un placer. Si puedes disfrutarlo, no te lo pierdas. Además, Albert de Roeck, la guinda del pastel, tampoco defraudará.

Carati, la materia oscura y la curva de rotación galáctica universal

Un artículo que afirma poder explicar las curvas de rotación galáctica sin utilizar la materia oscura, escrito por Andrea Carati (ArXiv:1111.5793) ha causado cierto revuelo en la web. Varios lectores me habéis pedido que dé mi opinión. Poco puedo aportar que no se haya dicho ya. El artículo de Carati no tiene ni pies ni cabeza. Yo me enteré gracias a Twitter, que apuntaba a un artículo en Universe Today (cuya traducción al español ha llegado a portada en Menéame). Quizás conviene leer lo que dice Mario Herrero, ”¿Ha tirado por la borda un matemático la hipótesis de la materia oscura?,” Stringers.es, 6 dic. 2011, en su último párrafo: “Carati, entre sus premisas, contiene un razonamiento circular. Está intentando demostrar que los efectos de la masa a gran distancia pueden explicar las curvas de rotación galácticas, pero para ello [usa] la Ley de Hubble, cuya demostración general implica haber despreciado efectos a larga distancia (lo que los físicos llamamos quedarnos a primer orden)… luego está intentando demostrar una hipótesis partiendo de un razonamiento que contiene la negación de esa misma hipótesis.” No hay que llegar tan lejos para darse cuenta de que Carati no tiene mucha idea de lo que habla. 

Una cosa que me sorprendió cuando leí el artículo de Carati es su ignorancia sobre la existencia de una curva de rotación galáctica universal para las galaxias espirales. Craso error para alguien que pretende explicar las curvas de rotación galáctica con una nueva ley universal. De hecho, he podido comprobar en los comentarios de quienes me pedían que hablara sobre Carati, que hay mucha gente que ignora la existencia de esta curva (descubierta en 1991 e intuida antes) y cuáles son sus características más importantes. La podéis ver en la figura de arriba, extraída del artículo de P. Salucci et al., “The Universal Rotation Curve of Spiral Galaxies. II The Dark Matter Distribution out to the Virial Radius,” Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 378: 41-47, 2007 [arXiv:astro-ph/0703115], que es la segunda parte de M.Persic et al., “The Universal Rotation Curve of Spiral Galaxies: I. The Dark Matter Connection,” Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 281: 27-47, 1996 [arXiv:astro-ph/9506004]. Recomiendo la lecutra de este artículo a los interesados en más detalles técnicos, que incluyen una fórmula matemática para la curva universal. Por supuesto, hay unas pocas galaxias que no cumplen con esta ley universal, las excepciones que confirman la regla; los interesados pueden consultar este reciente artículo de los mismos autores I.A. Yegorova et al., “Rotation curves of luminous spiral galaxies,” ArXiv: 1110.1925, 10 Oct. 2011.

¿Por qué gente como Carati no se molesta en estudiar lo que todo el mundo sabe antes de proponer sus ideas descabelladas? Lo mismo ha pasado recientemente con los neutrinos de OPERA. Y seguirá pasando…

PS (7 dic. 2011): Recomiendo la lectura de “Carati el crucificado y su propuesta de NO-materia oscura,” Cuentos Cuánticos, 7 dic. 2011. Una crítica comedida pero certera del artículo de Carati que deja una puerta abierta, como debe ser, … ¿Sabrá recoger Carati el guante?

Más sobre la violación de la simetría CP en los mesones encantados

La colaboración LHCb dio la sorpresa en París, en el congreso HCP 2011, al observar que cierto parámetro técnico en las desintegraciones de los mesones encantados D⁰ es 80 veces mayor de lo esperado, una desviación de 3,5 sigmas de confianza estadística. La gran sorpresa gracias a LHCb que ya comenté en este blog“ nos la ha vuelto a contar hoy, en el CERN, Angelo Carbone, “First evidence for CP Violation in charm decays at LHCb,” LHC Seminar, Dec. 6, 2011 [slides]. No he podido ver el webcast en directo esta mañana, pero no me resisto a incluir dos figuras de dicha charla. Arriba está la figura que ya se publicó en París, con el nuevo resultado de LHCb superpuesto en azul sobre los resultados obtenidos por otros experimentos y el valor medio mundial indicado por círculos concéntricos. El punto negro indica la ausencia de violación del a simetría CP. ¿Cómo afecta el nuevo resultado de LHCb a la media mundial? La figura de abajo nos muestra el resultado. Ahora se ve muy clara la desviación a 3 sigmas y pico (el punto negro está fuera de la tercera elipse). La nueva señal está de acuerdo con la media mundial a 1 sigma y es consistente con la ausencia de violación CP en solo un 0,15%. Este resultado que se ha obtenido tras analizar el 60% de las colisiones obtenidas en LHCb durante 2011 será mejorado sin lugar a dudas tras analizar el 40% restante. Por cierto, la última transparencia de Carbone nos recuerda que la predicción teórica del modelo estándar para este parámetro es notoriamente difícil de calcular y quizás la discrepancia desaparezca tras futuros avances en fenomenología del encanto (literalmente “but charm is notoriously difficult to pin down theoretically”).

La explicación del teorema que sacudió los cimientos cuánticos

Lo prometido es deuda. Varios lectores me han pedido una explicación del teorema descrito en la traducción de Kanijo, “Un teorema sacude los cimientos cuánticos,” Ciencia Kanija, Nov. 19, 2011 [original de Eugenie Samuel Reich, "Quantum theorem shakes foundations," Nature News, 17 November 2011]. El teorema PBR en cuestión se ha publicado en el artículo de Matthew F. Pusey, Jonathan Barrett, Terry Rudolph, “The quantum state cannot be interpreted statistically,” ArXiv, Submitted on 14 Nov 2011.

Un teorema demostrado por físicos y el mismo teorema demostrado por matemáticos son dos cosas muy diferentes, en la forma que no en el contenido. Los matemáticos aclaran todas y cada una de las hipótesis utilizadas y su terminología es unívoca. Sin embargo, los físicos asumen muchas hipótesis de facto (para qué repetir “lo que todo el mundo sabe”) y la terminología depende de la escuela de los físicos que publican la demostración (cada escuela le llama de forma algo diferente a cada cosa). Por todo ello el teorema PBR ha generado bastantes malentendidos, incluso entre los propios físicos. La palabra “estadística” que aparece en el título del artículo genera muchas dudas y lo demuestra la primera frase del artículo de Reich (traducido por Kanijo): “La función de onda es un objeto físico real, después de todo, dicen los investigadores.” ¿Qué significa “real” en esta frase? Trataré de aclarar un poco el artículo técnico pues lo que ahora mismo tienes en mente que significa “estadístico” y “real” en el contexto de las interpretaciones de la mecánica cuántica casi con toda seguridad difiere de lo que utilizan los autores del artículo PBR (salvo que seas experto en estas lides, en cuyo caso no tienes que leer el resto de esta entrada, pues ya sabes lo que voy a contar).

Para evitar malentendidos, quisiera aclarar que yo no estoy en posesión de la verdad y que voy a dar mi opinión sobre un artículo técnico. Si prefieres la opinión de un experto puedes empezar leyendo el magnífico artículo de Matt Leifer, “Can the quantum state be interpreted statistically?,” 20 November, 2011. Leifer, tras explicar las diferencias entre las interpretaciones ontológica y epistemológica de la mecánica cuántica, describe en cierto detalle la demostración del teorema PBR. Una visión más pragmática, él dice más operacional, la puedes encontrar en Scott Aaronson, “The quantum state cannot be interpreted as something other than a quantum state,” Shtetl-Optimized, November 19th, 2011. Finamente, la parte bayesiana de la demostración la resume bien Steve Hsu, “Is the wavefunction real?,” Information Processing, November 18, 2011.

Qué quieren demostrar los autores del artículo PRB

La introducción del artículo PBR incluye sendas citas de Albert Einstein y Edwin T. Jaynes que aclaran su objetivo. Los autores quieren resolver la dicotomía que existe entre la interpretación ontológica y la epistemológica de la función de onda, o en sus propias palabras la dicotomía entre si los “estados cuánticos” que representa la función de onda son “estados de realidad” o son “estados de conocimiento.” A mí me parece inapropiado, por las connotaciones que sugiere, pero los autores usan el término “conocimiento estadístico.” Me parece inapropiado porque la palabra “estadístico” lleva a reminiscencias de una teoría de variables ocultas o de una teoría clásica precuántica, cuando en el artículo los autores utilizan en todo momento la mecánica cuántica convencional en el marco de la interpretación de Conpenhague y su interpretación probabilística basada en la regla de Born.

La función de onda cuántica representa toda la información (“propiedades físicas medibles”) que un observador tiene sobre un sistema cuántico. Gracias a la función de onda se puede determinar la probabilidad de obtener cualquier resultado posible para la medida experimental de un observable concreto. Simplificando matices de carácter técnico, hay dos visiones contrapuestas sobre como interpretar esta información (sobre como interpretar la función de onda):

(1) La visión “estadística” (así la llaman en PBR, aunque es más apropiado llamarla visión epistemológica) afirma que la función de onda contiene la información que un observador posee sobre un sistema cuántico; diferentes observadores pueden poseer una información diferente sobre el mismo sistema cuántico. Parafraseando a Einstein, la función de onda describe el “estado mental” del observador en relación al sistema físico; para Einstein se trata de una descripción “incompleta” del sistema físico real, pero muchos físicos cuánticos afirman incluso que el observador que tiene estos “estados mentales” debe ser consciente.

(2) La visión “realista” (así la llaman en PBR, aunque es más apropiado llamarla visión ontológica) afirma que la función de onda contiene la información cognoscible o que se puede conocer sobre un sistema cuántico; todos los observadores que analicen de forma correcta el mismo sistema cuántico deben coincidir en el contenido de esta información porque esta información es “real,” es decir, es independiente del observador. El observador no tiene que ser macroscópico, e incluso el “vacío cuántico” puede ser un observador válido.

Para mí, como para la mayoría de los físicos cuánticos, os obvio que la visión (1) es incorrecta; la mayoría creemos a pies juntillas en la visión (2), es decir, que la función de onda cuántica describe la “realidad” del sistema físico y, por tanto, es “real” en un sentido ontológico del término. El artículo PBR presenta un teorema que afirma que la visión (1) es incorrecta, es decir, demuestra algo que a muchos nos parece obvio. Como siempre, lo obvio, por obvio, no siempre es obvio. Un matemático diría que hasta lo obvio hay que demostrarlo.

Recuerda, las palabras “estadístico” y “real” en el lenguaje común y en el contexto de las interpretaciones de la mecánica cuántica tienen significados muy diferentes. “Que no te confunda la noche,” ni el día. En el artículo PBR estas palabras significan (salvo matices técnicos que aclara Matt Leifer) lo que he indicado más arriba para las visiones (1) y (2).

En la demostración del teorema PRB los autores afirman que si dos observadores utilizan dos funciones de onda diferentes para representar el mismo sistema cuántico, porque tienen información a priori diferente sobre el mismo, entonces es posible construir un protocolo de medida “especial” tal que los resultados físicos obtenidos por ambos observadores sean diferentes. En concreto, para ciertas preparaciones del sistema cuántico, uno de los observadores afirmará que hay una probabilidad no nula de observar un resultado imposible (cuya probabilidad por construcción es siempre cero). Los autores de PRB concluyen que dos observadores no pueden asignar dos funciones de onda diferentes al mismo sistema (aunque aparentemente sean compatibles con todas las medidas); siempre es posible demostrar que uno de estos dos observadores lo está haciendo mal (es “irracional” en palabras de Scott Aaronson). Por tanto, la función de onda es “real” (en el sentido ontológico del término) y no “estadística” (en su sentido epistemológico).

La demostración se basa en el uso de estados mezcla

Los estados de un sistema en mecánica cuántica son de dos tipos, puros y mezclas. Un estado puro es un estado cuántico de un sistema que es perfectamente conocido con anterioridad a la realización de una medida. En la mayoría de las ocasiones la información que se posee acerca del estado de un sistema es incompleta y solo es posible una descripción mediante una mezcla estadística de sus posibles estados. En un estado mezcla hay una cierta probabilidad asociada a cada uno de los estados puros que constituyen dicho estado.

Volvamos al teorema PRB. Si los dos observadores asignan sendos estados puros ortogonales diferentes al mismo sistema, sean |φ> y |ψ>, donde |φ>≠|ψ> y <φ|ψ>=0, entonces demostrar cual de los dos está equivocado es muy fácil. Basta medir el sistema y comprobar si el estado resultante del sistema coincide con |φ>, o con |ψ>. El observador que estaba equivocado creía que su función de onda describía un estado puro del sistema, cuando en realidad solo describía un estado mezcla (su conocimiento a priori sobre el sistema le confundió).

El problema es más complicado cuando permitimos que los dos observadores describan el mismo sistema mediante estados mezcla. Supongamos que un observador describe el sistema con un estado |0> y el otro observador utiliza un estado |+>, que no son ortogonales entre sí <0|+>≠0; por ejemplo, |+>=(|0>+|1>)/√2, cuyo estado ortogonal es |->=(|0>-|1>)/√2. ¿Cómo saber si alguno de los observadores está equivocado? Podemos medir el sistema en la base {|0>,|1>} y si se obtiene como resultado |1> entonces el primer observador está equivocado. O podemos medir el sistema en la base {|+>, |->} y si se obtiene como resultado |-> entonces es el segundo observador el que está equivocado. Por supuesto, el sistema podría estar en un estado mezcla y ambos observadores podrían estar equivocados, habiendo una probabilidad no nula de que el sistema tras la medida esté en el estado |1> cuando es medido en la base  {|0>,|1>}, o en el estado |-> cuando es medido en la base en la base {|+>, |->}. El artículo PRB afirma que siempre es posible construir una base tal que determine cual de los dos observadores (que han asignado funciones de onda distintas al mismo sistema) está equivocado. Además, se puede lograr que este procedimiento experimental de medida sea inmune al ruido (repitiendo el procedimiento de medida un número suficiente de veces se puede compensar el efecto del ruido). Para los detalles técnicos remito al artículo PRB (o a la explicación de Matt Leifer).

Quizás te preguntes, por qué dos observadores con un conocimiento a priori diferente pueden disentir a la hora de asignar una función de onda concreta al mismo sistema cuántico. Podemos poner un ejemplo clásico sencillo (sugerido por los autores del artículo PBR, aunque yo lo voy a exagerar un poquito). Supón que dos observadores quieren estudiar los resultados que se obtienen al lanzar una moneda; puede salir cara (C) o cruz (X). El primer observador cree que la moneda es justa: hay una probabilidad del 50% de que salga cara y otra del 50% de que sea cruz (en cuántica esto sería un estado mezcla). El segundo observador sabe que la moneda está sesgada, tiene dos caras: hay una probabilidad del 100% de que salga cara y nunca saldrá cruz (en cuántica esto sería un estado puro). Ambos observadores presencian 5 lanzamientos de la moneda en los que ha salido CCCCC. ¿Cómo interpretan ambos observadores este resultado? (en cuántica sería ¿qué función de onda asignan a este sistema?). Para el primer observador se trata de una tirada razonable, aunque poco probable (5 caras salen solo el 3% de veces). Para el segundo observador se trata de una confirmación de su conocimiento, simpre sale cara. Sin embargo, cinco lanzamientos de la moneda son insuficientes para saber, sin el conocimiento a priori, si la moneda está sesgada o es justa. El resultado del experimento es compatible con el conocimiento a priori de ambos observadores. ¿Hay algún experimento sencillo que permita saber cuál de los dos observadores tiene una descripción completa del sistema? No hay que pensar mucho, basta mirar la moneda y comprobar que tiene dos caras. ¿Qué pasaría si la moneda tiene un sesgo del q% (con q≠50)? Es fácil diseñar un experimento estadístico para verificar esta hipótesis. Lo que hacen los autores del artículo PBR es hacer lo mismo para dos observadores y un sistema cuántico general.

Resumen final

Hay muchos teoremas en la mecánica cuántica que parecen muy obvios una vez que uno conoce el enunciado de dicho teorema y cuya demostración es muy sencilla (escribir lo obvio suele ser muy obvio). Pero como siempre alguien tiene que tener la imaginación y la intuición para enunciarlos y demostrarlos. En mi opinión, el teorema PBR es interesante pero no es revolucionario y sus implicaciones no serán tan importantes como las de las desigualdades de Bell (como sugiere Reich, traducido por Kanijo). Lo que en mi opinión esta claro es que este teorema tendrá aplicaciones prácticas en computación e información cuánticas, como ya ha ocurrido con otros teoremas obvios como el teorema de no clonación.

Un comentario final para acabar. ¿Este teorema demuestra que la interpretación epistemológica de la función de onda es errónea? No, porque los que prefieran esta visión pueden seguir una interpretación epistemológica “radical” según la cual la mecánica cuántica prohibe que los observadores utilicen información a priori que tienen sobre el sistema para definir su función de onda; ningún observador puede usar ningún tipo de información a priori por lo que todos los “estados mentales” de los observadores deben ser equivalentes entre sí. El teorema PBR relega la epistemológica de la función de onda a filosofía pura; en dicho contexto la visión epistemológica sigue viva y coleando (porque es irrefutable con argumentos físicos). Aún así, yo prefiero la visión ontológica de la función de onda.

Curiosidades sobre supertierras y superagujeros negros

Hoy la NASA ha anunciado que la misión Kepler ha encontrado 10 supertierras en la zona habitable de sus respectivas estrellas (Kepler ha descubierto 1094 nuevos candidatos a planetas que añadidos a los anteriores totalizan 2326). La más pequeña de las nuevas supertierras habitables es Kepler-22b que tiene un radio 2,4 veces el de la Tierra y podría tener agua líquida en su superficie, aunque todavía no se sabe si se trata de un planeta de composición rocosa, líquida o gaseosa. Se publicará un artículo en la revista The Astrophysical Journal anunciando que Kepler 22b es la primera supertierra habitable. Entre los 2326 planetas descubiertos por Kepler hay 207 exotierras (con un radio similar al de la Tierra), 680 supertierras (entre 2 y 10 veces el radio de la Tierra), 1181 son del tamaño de Neptuno, 203 del tamaño de Júpiter y 55 son aún más grandes que Júpiter. Entre todos estos planetas hay 48 candidatos a encontrarse en la zona habitable de sus estrellas. Nos lo han contado en “NASA’s Kepler Confirms Its First Planet In Habitable Zone,” NASA’s News & Features, Dec. 5, 2011.

PS: Muy recomendable la lectura de Daniel Marín, “Preguntas frecuentes sobre el nuevo planeta Kepler-22 b,” Eureka, Dic. 06, 2011.

Astrónomos de los observatorios Gemini y Keck en Hawaii, y del McDonald en Texas, han descubierto que la galaxia NGC 3842 tiene un superagujero central de 9700 millones de masas solares, y que NGC 4889 tiene otro con una masa comparable o incluso mayor. Hasta ahora el superagujero negro galáctivo más masivo tenía 6300 millones de masas solares y se encontraba en la galaxia elíptica Messier 87. Las galaxias NGC 3842 y NGC 4889 están, respectivamente, a 320 y 335 millones de años luz de nosotros y se encuentran, resp., en el cúmulo galáctico de Leo y en el de Coma. El radio del horizonte de sucesos de estos superagujeros negros es mayor que el radio de la órbita de Plutón (un número grande para nosotros, pero muy pequeño a escala galáctica). Solo por comparación, estos superagujeros negros son unas 2500 veces más masivos que el de la Vía Láctea, cuyo horizonte de sucesos tiene un radio que es una quinta parte del radio de la órbita de Mercurio. Nos lo ha contado Charles Q. Choi, “Monster Black Holes Are Most Massive Ever Discovered,” SciAm & SPACE.com, Dec. 5, 2011.

PS: La ilustración de Pete Marenfeld que acompaña la noticia en El País y en El Mundo, extraída de Ron Cowen, “Record-breaking black holes fill a cosmic gap. Largest black holes ever discovered shed light on the early Universe,” Nature News, 06 Dec. 2011, está muy bien.

El problema de la materia oscura está cada día más oscuro

El problema de la materia oscura, qué es el 80% de la materia del universo, parece cada día más difícil de resolver. Muchos experimentos ofrecen resultados contradictorios entre sí, unos apuntando a partículas ligeras y otros a partículas pesadas. Las noticias aparecidas en las dos últimas semanas son un buen ejemplo de la situación actual. Un repaso nos muestra la dificultad del problema en toda su crudeza. Nos lo regala Eugenie Samuel Reich, “Dark matter results spark debate. Competing experiments present a puzzling picture, as seen through Storify,” Nature News Blog, 02 Dec. 2011. Te recomiendo su lectura. Permíteme una traducción y resumen con algunas figuras.

Fermi y PAMELA. Fermi, el telescopio espacial de rayos gamma de la NASA ha observado una señal de rayos gamma compatible con un exceso de positrones (la antipartícula del electrón) en los rayos cósmicos. PAMELA, el satélite de rayos cósmicos europeo observó en 2008 un exceso de positrones en los rayos cósmicos. Por tanto, Fermi confirma la observación de PAMELA. Los físicos de PAMELA creen que su exceso de positrones es debido a la aniquilación de la materia oscura del halo galáctico de la Vía Láctea, en concreto, el espectro de energía observado apunta a una partícula tipo WIMP con una masa de unos 100 GeV. Sin embargo, las observaciones de Fermi presentan un espectro de energía que alcanza hasta 200 GeV, mucho más allá de los 100 GeV e incompatible con los modelos actuales para la materia oscura del halo galáctico. O bien estos modelos están equivocados, o bien Fermi desmiente la interpretación de PAMELA y el exceso de positrones tiene un origen diferente a la materia oscura. AMS-02, el espectrómetro magnético Alfa instalado en la Estación Espacial Internacional tendrá que observar este exceso de positrones y podrá medir su espectro con mayor precisión que PAMELA y Fermi; quizás gracias a esa medida se logreen Los interesados en el artículo técnico disfrutarán de The Fermi LAT Collaboration, “Measurement of separate cosmic-ray electron and positron spectra with the Fermi Large Area Telescope,” ArXiv, 2 Sep. 2011 (la figura de arriba es de este artículo). Más información en la traducción de Kanijo, “Confirmado el exceso de antimateria cósmica,” Ciencia Kanija 24 Nov. 2011 [artículo original en inglés].

PAMELA y Fermi. La confrontación de los resultados de Fermi con los modelos de materia oscura galáctica ha llevado a redefinir estos modelos y dos artículos apuntan a que es posible que la partícula responsable de la materia oscura del halo galáctico tenga una masa mayor de 100 GeV, incluso hasta 240 GeV. Si se confirmara este resultado, Fermi podría haber observado materia oscura compatible con PAMELA. Nos lo contó Lisa Grossman, “Dark matter particles may be heavyweights after all,” NewScientist, 29 Nov. 2011, que se hizo eco de The Fermi-LAT Collaboration, “Constraining dark matter models from a combined analysis of Milky Way satellites with the Fermi-LAT,” ArXiv, 17 Aug 2011, y Alex Geringer-Sameth and Savvas M. Koushiappas, ”Exclusion of canonical WIMPs by the joint analysis of Milky Way dwarfs with Fermi,” ArXiv, 15 Aug 2011. 

ARCADE 2. El radiómetro de ARCADE 2, que se eleva a la alta atmósfera gracias a globos sonda, observó en 2009 señales entre 3 y 90 GHz cuyo origen astrofísico no estaba claro. Un nuevo artículo ha reinterpretado estos datos como señales de la aniquilación de partículas WIMP de materia oscura con una masa entre 10 y 20 GeV. Una partícula de materia oscura con una masa tan baja también ha sido sugerida por agunos experimentos, aunque la mayoría de los expertos prefiere una partícula más masiva. Nos lo contó Jon Cartwright, “Radio-wave excess could point to dark matter,” Physics World, Dec. 1, 2011, siendo el artículo técnico N. Fornengo et al., “A dark matter interpretation for the ARCADE excess?,” ArXiv, 2 Aug 2011. 

XENON 100 y CoGENT.  El abril, XENON-100 descartó la posibilidad de que la materia oscura estuviera formada por partículas de masa muy baja, como observaron otros experimentos como CoGENT.  Estos últimos (su director Juan Collar) atacaron los resultados de XENON 100 afirmando que no tenían sensibilidad suficiente para descartar este tipo de partículas (algunos hablaron del ataque de la “inquisición española”). Obviamente, desde XENON 100 se contraatacó contra CoGENT afirmando que quien carecía de sensibilidad eran ellos y que la señal periódica de partículas WIMP que habían observado era debida al movimiento de la Tierra. Un toma y daca poco elegante entre colaboraciones que deberían colaborar entre sí y no criticarse. Nos contaron este toma y daca Eugenie Samuel Reich, “Dark matter no-show confronts supersymmetry. The XENON100 experiment has placed the tightest limits yet on the properties of dark matter,” Nature News 14 Apr. 2011; Eugenie Samuel Reich, “Dark matter signal to be tested within months,” Nature News, June 09, 2011; Eugenie Samuel Reich, “Dark matter claim draws scrutiny,” Nature News, June 30, 2011, y Yudhijit Bhattacharjee, “Possible Sighting of Dark Matter Fires Up Search and Tempers,” Science, June 3, 2011. Por cierto, este último artículo comparaba al director de CoGENT (profesor de la Universidad de Chicago) con un torero: “It’s not hard to imagine Juan Collar as a matador. He is Spanish, for one thing, and he certainly seems to relish waving a red flag in front of his rivals. Collar’s arena doesn’t involve charging bulls or flashing swords, however.”

CoGENT, CRESS II y DAMA/LIBRA. En septiembre los resultados de CRESS II apuntaron a una partícula WIMP con una masa entre 10 y 50 GeV, un rango compatible con las observaciones de CoGENT y DAMA/LIBRA. Los dos experimentos de Gran Sasso, en Italia, CRESS II y DAMA/LIBRA, se apoyaron mutuamente en la polémica contra XENON 100 porque ambos observaron una señal periódica similar, se observan más señales de WIMPs en verano que en invierno, lo que se supone que tiene su origen en el movimiento de la Tierra a través del halo galáctico de materia oscura. Nos lo contó Ron Cowen, “Shedding light on the mystery of dark matter,” Nature News, 13 Sep. 2011.

En resumen, algunos experimentos apuntan a partículas WIMP de gran masa, otros a WIMP de masa baja, y el problema de la materia oscura cada día se ve más oscuro. Lo que hay que tener claro para no perderse en este asunto es que estamos en “la década de la materia oscura,” cuando se aclarará este asunto porque hay gran número de experimentos en curso, pero mientras tanto seguirá viva la “guerra de cifras sobre la masa de las partículas WIMP de materia oscura.” Muchas de las señales que estamos observando ahora no serán debidas a la materia oscura, pero cuáles sí lo serán no lo sabremos hasta dentro de un par de lustros (como muy tarde).

Mi opinión sobre los rumores de un Higgs con 126 GeV

Los rumores preceden a todo anuncio de nuevos datos sobre el bosón de Higgs. El webcast del próximo martes, 13 de diciembre no podía ser una excepción. ATLAS y CMS presentarán nuevos resultados, pero no se sabe si ya habrán analizado los 5/fb de datos obtenidos por el LHC en 2011 o solo parte. En esta ocasión el rumor apunta a una señal en el canal difotónico (la desintegración del Higgs en dos fotones, el canal más prometedor en el LHC para descubrir un Higgs de baja masa). Un comentario en el blog viXra apunta a una señal de un Higgs con una masa de 126 GeV a 3 sigma en ATLAS y con una masa de 125 GeV a 2 sigma en CMS; combinadas darían una señal a 3,5 sigma. La anchura de la señal corresponde a lo esperado para un Higgs de dicha masa, lo que ha encendido muchas bombillas en la mente de muchos blogueros. Pero pongamos los pies sobre la tierra.

Lo primero, en el canal difotónico una señal a 3 sigma con menos de 5/fb de datos corresponde a menos eventos que dedos tenemos en una mano. Todavía es muy pronto para hablar de descubrimiento. En marzo próximo cuando se analice la combinación ATLAS+CMS con un total de 10/fb de datos, si se confirma esta señal, ya será otra historia (pero solo habrá tantos eventos como dedos tiene un humano).

Lo segundo, de existir un Higgs con una masa de 126 GeV debería haberse observado en el Tevatrón del Fermilab en el canal bb (desintegración de un Higgs en un par de quarks bottom-antibottom). Solo una fluctuación estadística a la baja puede explicar la ausencia de dicha señal. Ya es mala suerte para el Tevatrón.

Lo tercero, rumores previos apuntaban a un Higgs de 120 GeV con al menos 2 sigma en el canal ZZ (desintegración del Higgs en dos bosones Z virtuales que a su vez se desintegran en 4 leptones). Cuando el río suena es porque piedras lleva. Lo cierto es que todos estos rumores apuntando a un Higgs de baja masa  cofirman lo que mucha gente ya veíamos venir, que el Higgs tiene una masa baja. Esto implica que el modelo estándar más la gravedad no pueden explicar toda la física hasta la escala de Planck y que tiene que haber algo más; como decía mi abuela “no sé lo que será, pero algo tiene que haber” (se refería a Dios). El modelo estándar y la gravedad han sido demostradas en la escala de energías entre 0 y 100 GeV; un Higgs de baja masa apunta a que en las energías entre 1000 GeV y 10 000 000 000 000 000 000 GeV debe haber algo. Cuando alguien afirma que el modelo estándar “predice” un Higgs de 140 GeV se refiere a que en dicha escala de energías no hay nada. Solo un desierto vacío. Por supuesto, otra cosa muy distinta es que haya algo que se encuentre entre 100 y 10 000 GeV (el rango de energías que explorará el LHC en los próximos 20 años).

Y lo cuarto y último, la interpretación de la señal observada en el canal difotónico dependerá mucho de lo que indiquen los demás canales de búsqueda (como ZZ y WW). Si los demás canales apuntan en contra de esta señal podemos descartarla con cierta seguridad. Todo lo contrario a lo que sucederá si los demás canales ratifican esta señal. Habrá que esperar al 12 de diciembre para conocer los detalles y salir de dudas.

En resumen, ya os contaré, pero no espero otra cosa más allá de una nueva “falsa alarma.” Yo he predicho que sabremos algo en firme sobre el Higgs el verano próximo y mantengo mi opinión. Pero, como es obvio, es solo una opinión.

El rumor en otros blogs (aunque sin más información): Philip Gibbs, “Seminar Watch, Higgs Special,” ViXra log, Dec. 2, 2011; Peter Woit, “A 125-126 GeV Higgs?,” Not Even Wrong, Dec. 2, 2011; Lubos Motl, “Higgs search on Dec 13th: will remain inconclusive,” The Reference Frame, Dec. 2, 2011; Tommaso Dorigo, “Higgs Expectations,” A Quantum Diaries Survivor, Dec. 2, 2011; Adam Mann, “Could a Higgs Boson Announcement Be Imminent From the LHC?,” Wired Science, Dec. 2, 2011; BBC, Telegraph, Guardian y otros.

Por cierto, una curiosa apuesta entre un premios Nobel, Frank Wilczek, y una físico de renombre, Janet Conrad, vista en Robert Garisto, “How Do Eminent Physicists Tackle the Higgs Boson? With Chocolate,” The New York TImes, 28 Nov. 2011.

Qué puede haber fallado en la medida de la velocidad de los neutrinos muónicos de OPERA

Me gustan los artículos divulgativos de Adrian Cho; el último en Science es sobre el experimento OPERA y sus neutrinos. No cuenta nada realmente nuevo, pero es una buena síntesis del estado actual de la cuestión. Si tienes acceso a esta revista te recomiendo la lectura de Adrian Cho, “Superluminal Neutrinos: Where Does the Time Go?,” Science 334: 1200-1201, 2 Dec. 2011. Para mí, Cho es todo un referente a seguir en divulgación científica. ¿Qué opina Cho que puede haber fallado en la medida de la velocidad de los neutrinos en el experimento OPERA?

¿Un efecto relativista no considerado? ¿La rotación de la Tierra? ¿Una medida errónea de la distancia? ¿Un problema de sincronización de los relojes? “No, los errores más obvios no deben ser el problema,” dice el físico Robert Plunkett del experimento MINOS del Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory), en Batavia, cerca de Chicago, Illinois, que midió la velocidad de los neutrinos en 2007 y observó que eran superlumínicos, aunque con menor precisión que OPERA. Según Plunkett “los físicos de OPERA son expertos en su trabajo y no han cometido errores tontos.” Sin embargo, la mayoría de los físicos cree(mos) que debe haber un error en la medida de la velocidad de los neutrinos obtenida por OPERA. Muchos sospechan del sistema de GPS (Global Positioning System) utilizado para sincronizar los dos relojes en el CERN y en Gran Sasso que miden el tiempo de vuelo de los neutrinos con una precisión de nanosegundos. De hecho, algunos expertos en GPS tienen dudas sobre si el equipo de OPERA dedicado a este asunto ha podido realizar una medida de tiempos tan precisa como afirman en su artículo. ¿Se descubrirá alguna vez el error? Quizás nunca (ya ha ocurrido otras veces); si un experimento posterior contradice el resultado de OPERA, nadie se preocupará de encontrar el error.

En principio, la medida de OPERA es muy sencilla, medir la distancia recorrida por los neutrinos y dividirlo entre el tiempo que ha durado su viaje. En la práctica, el experimento es muy delicado. Por ejemplo, para medir el momento de producción del neutrino y el momento de su detección se utiliza un sistema de sincronización de dos relojes atómicos basado en receptores GPS de alta calidad. Este sitema ”estampa el tiempo” para los protones que se producen en el CERN y para cada neutrino detectado en Gran Sasso. Asignar estas “estampas temporales” es más complicado que leer la hora en un reloj. En el CERN, la señal del GPS llega a un receptor en la sala central de control y necesita propagarse durante 10.085 nanosegundos por una red de cables, sistemas electrónicos y ordenadores hasta llegar al lugar donde será asignada la “estampa temporal” (por ello estos 10.085 nanosegundos han de ser añadidos al momento de salida de los protones). Además, los datos de la lectura del momento de salida de los protones requieren un análisis por ordenador que tarda 580 nanosegundos y que también ha de ser restado a la “estampa temporal.” Además, se han de añadir muchas otras pequeñas correcciones (algunas sumadas y otras restadas). Todo el sistema ha sido calibrado con gran precisión, pero saber el momento de salida de los neutrinos con precisión no es tarea trivial. En Gran Sasso pasa algo similar.

La mayoría de los físicos cree que hay un error sistemático sutil oculto en el experimento OPERA que explica el resultado obtenido (mis dudas apuntan a la “estampa temporal” en Gran Sasso, que Cho decide no discutir en su artículo en Science). ¿Por qué dudamos? Hay muchas razones para dudar de que los neutrinos viajan a una velocidad mayor que la luz en el vacío. Quizás la más importante es que el 23 de febrero de 1987, los físicos japoneses del detector de partículas Super-Kamiokande detectaron un chorro de neutrinos que coincidió con un chorro de luz de una supernova a 180.000 años luz de distancia. Si los neutrinos viajasen a la velocidad medida por OPERA habrían llegado 4 días antes. Pero 4 días antes no se observó ninguno con la energía asociada a la supernova. Más aún, los físicos teóricos han predicho que los neutrinos de OPERA deben radiar energía, pero dicha radiación no ha sido observada ni en OPERA ni en ICARUS.

¿Los físicos de OPERA han medido bien la distancia que han recorrido los neutrinos? Los investigadores de OPERA dedicados a las medidas geodésicas afirman que han medido la distancia con un error de 20 cm, cuando el error tendría que ser de 18 metros para permitir que los neutrinos hubieran viajado a la velocidad de la luz.

¿Los físicos de OPERA han sincronizado bien los relojes en el CERN y en Gran Sasso? Para esta sincronización se han utilizado el sistema de GPS. Algunos expertos han indicado que si dicho sistema no es muy estable podría haber errores de hasta 100 nanosegundos en la sincronización. Estos expertos indican que OPERA debería haber recalibrado la sincronización de los relojes al menos una vez al mes durante la toma de datos. Sin embargo, los físicos de OPERA afirman que lo calibraron en mayo de 2008 y en julio de 2011 y no observaron ningún cambio (más allá de unos pocos nanosegundos en 3 años). Además, las fluctuaciones estadísticas en los GPS deberían conducir a variación aleatoria de la sincronización y es muy improbable que estas fluctuaciones sesgaran la medida en 60 ns.

¿Qué error pueden haber cometido los físicos de OPERA? Mucha gente está apuntando a un error (bug) en el software. Quizás un error tipográfico en un programa de ordenador que sesga el resultado de las medidas (como poner 28 ns donde habría que poner 82 ns). Este tipo de errores humanos son muy díficiles de descubrir y nunca se puede estar seguro al 100% de que no se hayan cometido. El problema de un error de este tipo es que solo los físicos de OPERA serán capaces de descubrirlo.

La solución de este asunto vendrá cuando el equipo de MINOS, en el Fermilab, mejore sus sistemas de medida y repita el experimento que realizaron en 2007 con una precisión comparable a la de OPERA. Sus neutrinos son algo menos energéticos, pero recorren una distancia similar, unos 735 kilómetros entre el Fermilab y los detectores en la mina de Sudán en Minnesota. Los investigadores de MINOS esperan ser capaces de publicar un primer resultado a principios del año 2012, aunque no será tan preciso como el de OPERA. Pero una medida con precisión comparable requerirá más tiempo, quizás un par de años.

En resumen, un buen resumen de Cho sobre el estado actual de la cuestión que he resumido aquí con unos breves párrafos.

Logran el entrelazamiento cuántico de dos fonones en sendos diamantes separados 15 centímetros

 

Observar el entrelazamiento cuántico entre objetos macroscópicos a temperatura ambiente parece casi imposible, debido a la decoherencia cuántica. Lee et al. publican en Science la primera observación del entrelazamiento cuántico entre los fonones (modos cuánticos de oscilación de los átomos en un cristal) de dos muestras de diamante de pocos milímetros de diámetro separados unos 15 centímetros de distancia. A temperatura ambiente las fluctuaciones térmicas destruyen la coherencia de un sistema cuántico, transformándolo en clásico (las correlaciones cuánticas se transforman en estadísticas). Lee et al. han logrado el entrelazamiento cuántico durante 7 ps (picosegundos o billonésimas de segundo). El secreto es que en el diamente los fonones oscilan a frecuencias muy altas, lo que les protege de las fluctuaciones térmicas a temperatura ambiente. Gracias a ello no ha sido necesario enfriar el experimento a temperaturas próximas al cero absoluto (habituales cuando se habla de propiedades cuánticas de sistemas macroscópicos). Para producir los fonones se han excitado los diamantes con láseres ópticos ultrarrápidos (pulsos ópticos separados 0,35 ps), que también se han utilizado para la detección del entrelazamiento. Nos lo cuenta L.-M. Duan, “Physics: Quantum Correlation Between Distant Diamonds,” Science 334: 1213-1214, 2 Dec. 2011,  que se hace eco del artículo técnico de K. C. Lee et al., “Entangling Macroscopic Diamonds at Room Temperature,” Science 334: 1253-1256, 2 Dec. 2011. También merece la pena leer a John Matson, “Quantum Entanglement Links Two Diamonds. Usually a finicky phenomenon limited to tiny, ultracold objects, entanglement has now been achieved for macroscopic diamonds at room temperature,” Scientific American, Dec. 1, 2011.

El método usado por Lee y sus colegas para producir el entrelazamiento entre los dos diamantes macroscópicos aparece en la figura que abre esta entrada. Gracias a este nuevo método se ha logrado un entrelazamiento con una calidad del 98%, lo que demuestra que el entrelazamiento cuántico es un fenómeno que también se puede observar en el mundo macroscópico, lo que ofrece esperanzas en computación cuántica e información cuántica. Obviamente, 7 picosegundos es un tiempo muy corto para cualquier aplicación práctica y habrá que buscar maneras de alargar este tiempo. Los autores creen que utilizando tecnologías láser de pulsos aún más cortos podrán alargar el tiempo en el que el sistema cuántico se mantiene coherente. 

Os recuerdo que el entrelazamiento cuántico es un fenómeno por el cual dos o más objetos comparten un vínculo invisible que los relaciona incluso más allá de lo que la causalidad relativista permite (el vínculo se observa incluso si se separan los dos sistemas una distancia mayor que lo que permite la transmisión de una señal lumínica entre ambos sistemas). Los autores del artículo han logrado entrelazar los estados vibratorios de las estructuras cristalinas de dos diamantes macroscópicos. Para ello han enviado un pulso óptico que ha inducido un fonón, la vibración cuántica de menor energía de la estructura cristalina de un sólido, en cada diamante.  El experimento logra entrelazar los estados vibratorios de los dos diamantes macroscópicos de tal forma que cuando el láser excita un fotón es imposible saber si dicho fotón se encuentra en un diamante o en el otro, como indica Ian Walmsley, físico experimental de la Universidad de Oxford y coautor del artículo. El fonón, desde el punto de vista cuántico, pertenece a ambos diamantes de forma simultánea. Para verificar que se ha logrado el entrelazamiento se han utilizado pulsos ópticos de prueba que se han hecho incidir sobre cada uno de los diamantes. El fotón incide sobre el fonón y cambia su energía (frecuencia) de tal forma que solo se puede explicar si se ha producido el entrelazamiento cuántico.

La mecánica cuántica viola los preceptos de nuestra intuición clásica. Puede parecer que el fonón debe estar excitado en uno de los diamantes y no en el otro, pero si se asume este hecho, los cálculos indican que los resultados de las medidas en este experimento deberían ser diferentes a las observadas. La única manera de explicar las probabilidades de las medidas de la energía del fotón de prueba es considerar que se ha logrado un entrelazamiento entre (los estados vibratorios de) ambos diamantes. Esto es similar al experimento de la doble rendija. Si sabemos por qué rendija pasa un fotón, el resultado será diferente que si consideramos que todo ocurre como si el fotón pasara por ambas rendijas de forma simultánea.

¿Por qué se ha observado el entrelazamiento con un 98% de confianza estadística? Este tipo de experimentos es muy delicado y no se puede obviar la posibilidad de que haya correlaciones “ocultas” que expliquen el resultado observado sin que haya habido un entrelazamiento cuántico como tal. Aún así, un 98% es un nivel de confianza suficientemente alto en este tipo de experimentos como para poder afirmar que se ha logrado con éxito el entrelazamiento cuántico (la seguridad del 100% es casi imposible en este tipo de experimentos). Pero por supuesto, podría ocurrir que por una fluctuación estadística se hubiera observado una correlación accidental (los autores han estimado que solo hay una probabilidad de 1 entre 50, o del 2%). Los posibles loopholes en estos experimentos son imposibles de evitar. Sin embargo, el 98% ha sido suficiente para que este resultado haya merecido ser publicado en la prestigiosa revista Science.

Por qué la música generada por ordenador nos parece artificial

 

Incluso los mejores percusionistas cometen errores de ritmo al tocar una obra musical. Cuando un ordenador reproduce la misma obra sin errores de ritmo nos parece una interpretación fría, sin alma. Para evitarlo algunos ingenieros de sonido usan un software que añade errores aleatorios en el ritmo para volver más humana la interpretación. Aún así, tampoco se logra color y calidez; la obra sigue deshumanizada.  ¿Por qué no basta con esto? Hennig et al. publican en PLoS ONE un estudio que indica que los errores cometidos por los humanos tienen intención musical. Los humanos cometen errores aleatorios donde tienen que cometerlos para que la interpretación sea más humana. Los errores tienen un sentido y enriquecen la interpretación. Sin embargo, los propios percusionistas no son conscientes de sus errores. Según los autores del estudio la razón última es la propia neurofisiología de la percepción del tiempo y de la capacidad humana para ejecutar acciones coordinadas con cierto ritmo. ¿Algún día las máquinas igualarán a los humanos? Quizás sí, pero los autores de este estudio creen que antes será necesario que las máquinas entiendan la ”musicalidad” de la ejecución de un intérprete profesional. El artículo técnico es H. Hennig et al., “The Nature and Perception of Fluctuations in Human Musical Rhythms,” PLoS ONE 6: e26457, 2011.

El estudio de Hennig et al. muestra que las fluctuaciones en el ritmo de la interpretación presentan correlaciones no lineales siguiendo una ley de potencia (lo que indica que el patrón de las fluctuaciones es (pre)fractal, o al menos autosemejante). Los percusionistas expertos que han participado en este estudio no son conscientes de que cometan errores de ritmo, de hecho afirman con rotundidad que no los cometen. Pero ya se sabe, lo no lineal, lo fractal, lo complicado es lo que nos hace humanos.

El primer material transparente que es superhidrófugo y superoleófugo

Los materiales hidrófugos, que repelen el agua, no suelen ser oleófugos, que repelen las grasas, y tampoco transparentes. Se publica en Science el primer material con estas tres propiedades, que además es fácil de fabricar. El nuevo material está formado por un cristal transparente recubierto de una capa del hollín de una vela, un material poroso.  a su vez recubierta por una fina capa de sílice de 25 nm (nanómetros). Este material negro se vuelve transparente tras su calcinación a 600 ºC y mantiene su extraordinarias propiedades incluso tras ser bombardeado con granos de arena. Realmente es sorprendente las extraordinarias propiedades que tienen muchos materiales cotidianos cuando se combinan de la forma adecuada. ¡Increíble! El artículo técnico es Xu Deng, Lena Mammen, Hans-Jürgen Butt, Doris Vollmer, “Candle Soot as a Template for a Transparent Robust Superamphiphobic Coating,” Science Express, Published Online Dec. 1, 2011 (recomiendo también una ojeada a la información suplementaria de acceso gratuito).

Físicos del SSC metidos a quants, ¿es la física de partículas culpable de la crisis financiera?

Me gusta leer el blog Euribor.com, aunque lo leo de forma diagonal y solo una vez por semana. Hoy me encuentro con una curiosa entrada de Carlos López, ”¿Dónde comenzó a ir todo mal?,” 30 nov. 2011, que achaca parte de la crisis financiera mundial a la conversión de doctores en física de partículas en quants (“cuantitativos” o “analistas cuantitativos” en español) para bancos de inversión. Te extraigo el primer párrafo y te invito a seguir leyendo si te apetece.

“El Desertrón, o el supercolisionador [superconductor] para dar su nombre científico correcto [(SSC por sus siglas en inglés)], se suponía que era la respuesta al Gran Colisionador [de Hadrones] Europeo (en el CERN, Ginebra), un gigantesco experimento para investigar las leyes más fundamentales de nuestro universo. Con una circunferencia de 54 millas [87 km], podría haber sido tres veces más grande [el túnel del LHC tiene 27 km] y potente que el proyecto europeo [tendría colisiones a 40 TeV en lugar de 14 TeV]. También hubiese sido tres veces más caro [en el LHC se aprovechó el túnel de LEP y las instalaciones del CERN, pero en el SSC todo se construyó desde cero, ¡cosas de los americanos!]. En octubre de 1993, para ahorrar los costes estimados en 10.000 millones de dólares, el Congreso de Estados Unidos votó por el abandono del programa en su totalidad, estimando el coste de los trabajos ya realizados en unos 2.000 millones [Leo Lederman, Premio Nobel, era director del SSC y escribió "La partícula divina" para convencer a los políticos de que no había que clausurar el SSC].

Para una generación completa de físicos americanos, esta decisión supuso el fin del futuro esperado de sus carreras. Para algunos doctores en física aquello fue un golpe muy duro. ¿Qué se suponía que debían hacer entonces? Tenían que buscarse la vida en otra cosa. Y la única solución, para muchos de ellos, fue dedicarse a trabajar en Wall Street, en sitios como el gigante banco de inversión Merrill Lynch.

[...] Cuando los físicos investigan las leyes del universo, a nadie le interesa y sus sueldos apenas pasan del mileurismo. Pero, cuando buscan las leyes que rigen los beneficios, se encuentran con una marea negra de fieles.”

Seguir leyendo en Euribor.com…

Prensa rosa: Quiero creer que las cámaras de fotos engordan…

Ya se han  publicado las fotos de las III Jornadas CPAN, por si queréis echar un vistazo. Aparezco en varias, pero os dejo solo la de abajo (por si a alguno de vosotros le apatece desvirtualizar a quien escribe este blog).

Por cierto, estuve en “La Rosa de los Vientos” de Onda Cero este domingo pasado, 28 de noviembre. Si alguien quiere escuchar el programa… Hablé de neutrinos, Michio Kaku y computación ubicua, entre otras cosas.