Los dos neutrinos electrónicos ultraenergéticos (energía superior a 1 PeV, peta-electrón-voltio) observados por IceCube (el detector de neutrinos situado en el Polo Sur) fueron bautizados como Ernie y Bert, los nombres en inglés de Epi y Blas, en homenaje a los protagonistas de la serie infantil Barrio Sésamo por el siguiente sketch en el que Epi mostraba sus “ice cubes” (cubos de hielo) a Blas (fuente).
Ya puedes escuchar mi nuevo podcast sobre Física para Trending Ciencia. Permíteme una transcripción escrita del audio.
El año 2012 pasará a los anales de la historia de la física por el descubrimiento del bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, cerca de Ginebra (el famoso LHC por sus siglas en inglés Large Hadron Collider). La única partícula predicha por la teoría del modelo estándar de las partículas elementales que aún faltaba por encontrar permitirá estudiar el campo de Higgs, responsable de que haya partículas con masa, y las propiedades del universo cuando solo tenía una billonésima de segundo tras la gran explosión (el big bang). Además, muchos físicos creemos que la física del campo de Higgs podría ser una puerta hacia el descubrimiento de nuevas leyes físicas más allá del modelo estándar. Alrededor de la partícula de Higgs se han generado un gran número de mitos y malentendidos. Muchos físicos evitan ideas matemáticas y conceptos abstractos cayendo en analogías inadecuadas que en lugar de ayudar al profano solo le confunden más. En este podcast trataré de aclarar algunos de los mitos sobre el bosón de Higgs; no están todos, pero espero haber incluido los más comunes.
En septiembre de 2011, el experimento italiano OPERA publicó que la velocidad de los neutrinos muónicos es superior a la velocidad de la luz en el vacío. Más tarde se descubrió un error en la medida. Sin embargo, en EEUU, el experimento MINOS logró financiación para medir la velocidad de los neutrinos. Se acaba de publicar el resultado, en 735 km (que separan el Fermilab (cerca de Chicago) de la mina de Soudan, Minnesota) los neutrinos han llegado 6,2 ± 2,4 ns (nanosegundos) más tarde de lo esperado (es decir, como si fueran un poco más lentos que la velocidad de la luz en el vacío). Un resultado a 2,6 σ que indica la presencia de un error sistemático, o bien una fluctuación estadística. Nos lo cuentan en Phil Adamson, ”Exceeding the speed limit? Measuring neutrinos to the nanosecond,” Fermilab Today, April 12, 2013.
MINOS ha medido durante dos meses el flujo de neutrinos en Soudan producidos por la colisión de 80 trillones de protones (0,8 × 1020 POT) contra un blanco de grafito en el Fermilab. En la medida del tiempo de vuelo se ha utilizado un procedimiento similar al usado por OPERA, pero mejorado en ciertos detalles. Se usan dos relojes atómicos sincronizados para la medida de tiempos y un sistema de medida de la distancia basado en GPS (en concreto, un sistema redundante con 32 satélites GPS). Por supuesto, el sistema de medida no puede lograr una precisión por debajo de los nanosegundos, cuando para a medida precisa de la velocidad de los neutrinos (y con ella de su masa) se requiere una precisión de femtosegundos (imposible de lograr usando GPS).
En resumen, un resultado esperado que no ha ofrecido ninguna sorpresa.
“La mula de Buridan está hambrienta y le ofrecen dos pilas de paja, idénticas y colocadas a la misma distancia a su derecha y a su izquierda. La mula tiene que decidir una dirección para poder comer. Si nada favorece a alguna de las pilas y su mente es completamente determinista, la pobre mula se quedará en medio y acabará muriendo de hambre, a pesar de que su salvación esté tan cerca. Tomar de repente una decisión es un proceso de “rotura espontánea de la simetría” (nombre que recibe en teoría cuántica de campos). Al llegar a alguna de las pilas, la mula ya no percibe la simetría lateral (o “paridad”).”
“El mecanismo de Higgs se explica con el ejemplo de la mula de Buridan sedienta en el centro de un abrevadero circular. Hay un conjunto continuo de posiciones favorecidas (de energía mínima) en cualquier lugar adyacente al abrevadero. Si sumamos todas las posiciones posibles (“configuraciones del campo de la mula”), estas posiciones favorecidas proporcionan contribuciones estables. Evaluando el valor de la expectación de su suministro de agua, se concluye que a la mula cuántica le va mejor que a su prima clásica; puede beber. Una vez que la mula ha llegado al agua, puede moverse libremente a lo largo del abrevadero y seguir bebiendo. Este tipo de movimiento mantiene la energía en un mínimo. La fluctuación correspondiente de la configuración del campo de la mula no tiene costo alguno de energía, así que corresponde a una partícula sin masa, conocida como el bosón de Nambu-Goldstone. Si ahora acoplamos el campo de la mula, que toma el rol del campo de Higgs, a otros campos, como el del electrón, el desplazamiento de la posición favorecida alejándose del centro (es decir ,de la configuración cero) genera la masa del electrón.”
Así nos lo cuentan Daniella Ayala García y Wolfgang Bietelnholz (Univ. Nacional Autónoma de México), en “Partícula de Higgs: ¿Qué es, y por qué la necesitamos tanto?,” Boletín de la Sociedad Mexicana de Física 26: 161-166, 2012. Confieso que recomiendo este artículo que ganó el Primer Concurso de Artículos de Divulgación de la Facultad de Ciencias Físicomatemáticas de la Univ. Michoacana de San Nicolás de Hidalgo por, entre otras razones, el ejemplo de la mula de Buridan. También recomiendo leer a Gerardo Herrera Corral, “Higgsteria,” Boletín de la Sociedad Mexicana de Física 26: 167-171, 2012.
Por cierto, me he enterado gracias a la traducción al inglés de Wolfgang Bietenholz, “The Higgs Particle: what is it, and why do we badly need it?,” arXiv:1304.2423, 8 Apr 2013.
Ya está disponible el audio de mi sección ¡Eureka! en el programa de radio La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Sigue este enlace si quieres disfrutar del audio. Como siempre, una transcripción libre del audio.
El telescopio espacial Kepler de la NASA, cuya misión es buscar planetas extrasolares, ha sido noticia esta semana por confirmar la teoría de Einstein, ¿qué es lo que ha logrado? El telescopio espacial Kepler de la NASA fue lanzado al espacio en marzo de 2009. Su misión es descubrir nuevos planetas extrasolares y en especial “exotierras”, exoplanetas similares en tamaño a la Tierra y situados en la zona habitable de su estrella. Kepler observa de forma continua una región del cielo con 170 000 estrellas. Utiliza un espejo de 1,4 metros de diámetro y una cámara digital de 42 CCDs, con un total de 95 megapíxels. Muchas de las estrellas estudiadas son sistemas estelares binarios, formados por dos estrellas. Kepler ha sido noticia esta semana porque uno de sus candidatos a exoplaneta gigante gaseoso ha resultado ser una (micro)lente gravitacional. Un ejemplo de cómo la gravedad curva y magnifica la luz de una estrella como predice la teoría general de la relatividad de Einstein.
Noticia en inglés: ”Gravity-bending find leads to Kepler meeting Einstein,” Phys.org, Apr 4, 2013. Artículo técnico: Philip S. Muirhead et al., “Characterizing the cool KOIs. V. KOI-256: A mutually eclipsing post-common envelope binary,” The Astrophysical Journal 767: 111, 2013.
Kepler ha descubierto un candidato a planeta que ha resultado ser un fenómeno mucho más interesante y especial. ¿Cómo ha ocurrido este descubrimiento? El telescopio espacial Kepler detecta exoplanetas con el método del tránsito: mide el brillo de una estrella de forma continua y si observa una disminución en el brillo con un patrón característico, se infiere la posible existencia de un planeta que ha pasado por delante de la estrella. Kepler sólo nos ofrece candidatos a planetas que han de ser confirmados de forma independiente por telescopios terrestres o por otros métodos de observación. La disminución de la luz de una enana roja fue interpretada como candidato a planeta gigante gaseoso. Las observaciones posteriores con el telescopio Hale en San Diego para confirmar si era o no un planeta, mostraron que lo que se estaba viendo en realidad no era un planeta alrededor de la enana roja, sino un sistema binario formado por una enana blanca (cuyo tamaño es similar a nuestra Tierra, aunque su masa es similar a la del Sol) y la enana roja (de mayor tamaño). La disminución del brillo observada en la enana roja se debía al paso de la pequeña enana blanca por delante de la enana roja. Este ejemplo no fue descartado como candidato a planeta porque la gravedad de la enana blanca actuaba como una lente que amplificaba la luz de la enana roja. Por ello, la disminución de la luz de la enana roja fue mucho más pequeña de lo esperado, al ser magnificada por la gravedad de la enana blanca. Lo bueno es que este falso positivo a dado lugar a un ejemplo casi perfecto de lo que predijo Albert Einstein, una microlente gravitacional.
Quizás el resultado más llamativo sobre el fondo cósmico de microondas obtenido por el telescopio espacial Planck de la ESA ha sido la discrepancia a unos dos sigmas con los resultados de WMAP-9 de la NASA para multipolos entre 200 y 1000. La causa de esta discrepancia no es conocida. Tiene toda la pinta de ser un error sistemático, pero a día de hoy no sabemos si lo es en la medida de WMAP-9, o en la de Planck. Esta discrepancia es la causa principal de que la proporción de energía oscura del universo haya disminuido, de que la proporción de materia (oscura y bariónica) haya crecido, y de que la constante de Hubble haya disminuido, cambios mucho mayores de lo esperado. El artículo más importante de la Colaboración Planck sobre este asunto, “Planck 2013 Results. XI. Consistency of the data,” aún sigue en preparación [listado de todos los artículos]. Recomiendo consultar también las transparencias de la charla de Lloyd Knox (UC Davis / Planck Collaboration), “The Universe According to Planck,” Wine & Cheese, Fermilab, 28 Mar 2013 [slides].
En mi opinión, no se deberían haber publicado los datos sin haber aclarado antes este escabroso asunto. En casi todas las charlas de miembros de la Colaboración Planck aparece una “oveja negra” entre el público que pregunta si ya se sabe el motivo de esta discrepancia y cuándo se hará público el artículo XI sobre la consistencia de los resultados de Planck; la respuesta siempre es la misma, no se sabe el porqué, pero no se trata de un error sistemático de Planck y el artículo XI se publicará próximamente. Aún seguimos esperando…
Interpretar el exceso de positrones observado por AMS-02 (además de por PAMELA y Fermi) como una señal de la aniquilación de una partícula (χ) de materia oscura requiere utilizar ajustar un modelo de la desintegración (como χχ→μμ, o χχ→WW) y una composición “razonable” para la materia oscura galáctica. El número de parámetros libres es grande y se pueden realizar muchos ajustes fácilmente. Mientras no se observe una señal de corte clara en los datos de AMS-02, decidir entre diferentes modelos es imposible. Esta figura muestra un ajuste a la desintegración χχ→μμ de una partícula de masa m(χ)=670 GeV, más allá de lo observable en el LHC (por el momento). Los detalles los podéis disfrutar en Joachim Kopp (MPIK Heidelberg), “Constraints on dark matter annihilation from AMS-02 results,” arXiv:1304.1184, 3 Apr 2012.
Hoy, a las 17:00, Samuel Ting (Premio Nobel de Física en 1976), portavoz del equipo internacional de AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer) ha anunciado que se ha observado un exceso en el flujo de positrones con energías entre 20 y 250 GeV. La explicación más obvia es que su origen es la aniquilación de materia oscura galáctica, aunque no se pueden descartar otras fuentes no identificadas. El nuevo resultado se publicará en la revista Physical Review Letters y se ha obtenido tras recopilar 25 mil millones de eventos durante un año y medio, de los que unos 400 mil son positrones con energías entre 0,5 y 350 GeV. No se observado ninguna oscilación del flujo de positrones con la época del año (la famosa oscilación DAMA/Libra). Nos lo adelanta iwishart, “CERN to make Dark Matter announcement,” InvestigateDaily, Apr 4, 2013 [NASA video press conference; CERN seminar Webcast].
PS: El artículo técnico ya ha aparecido en la web de PRL: AMS Collaboration (M. Aguilar et al.), “First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station: Precision Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5–350 GeV,” Phys. Rev. Lett. 110: 141102, Apr 3, 2013 [PDF gratis]. También ha aparecido un interesante artículo Stephane Coutu, “Viewpoint: Positrons Galore,” Physics 6: 40, Apr 3, 2013, cuya lectura recomiendo encarecidamente.
La Trampa de Antihidrógeno (ATRAP) es un pequeño experimento en el CERN cuyo objetivo es comparar la antimateria con la materia, en concreto, átomos de antihidrógeno (formados por un antiprotón y un positrón, o antielectrón) con átomos de hidrógeno (formados por un protón y un electrón). Acaban de publicar la medida más precisa del momento magnético del antiprotón, 2,792847356(23) veces el magnetón nuclear, que coincide con el del protón en al mentos cinco partes por millón (0,0005%), una nueva medida (directa) de la invarianza CPT [wiki]. Bajo condiciones muy generales, toda teoría cuántica de campos cumple el teorema CPT (aunque puede violar por separado las simetrías C, P, T, CP, etc.). La simetría CPT se puede verificar en los experimentos comparando las propiedades de las partículas y de las antipartículas, por ejemplo, la masa y la carga del protón y del antiprotón tienen que ser idénticas (son parámetros asociados al campo (en su conjunto) y no a las “componentes” del campo). La medida más precisa de la invarianza CPT corresponde al cociente de la masa entre la carga para el protón (p) y el antiprotón (pbar); sea κ=m/q, se midió en 1999 que κ(p)/κ(pbar) = (1 ± 9) × 10−11. Ello no quita interés a la nueva medida, pues la simetría CPT ha de ser verificada en cada uno de los posibles parámetros alcanzables por los experimentos. El artículo técnico es ATRAP Collaboration, “One-Particle Measurement of the Antiproton Magnetic Moment,” Phys. Rev. Lett. 110: 130801 (2013) [arXiv:1301.6310]. Se han hecho eco en Eric R. Hudson, David Saltzberg, “Viewpoint: Antiprotons Reflect a Magnetic Symmetry,” Physics 6: 36 (2013); y en Lubos Motl, “Antiprotons obey CPT within 5 ppm,” TRF, Mar 29, 2013. Por cierto, el artículo de 1999 es G. Gabrielse, A. Khabbaz, D. S. Hall, “Precision Mass Spectroscopy of the Antiproton and Proton Using Simultaneously Trapped Particles,” Physical Review Letters 82: 3198-3201, 1999 [pdf gratis].
Posible observación de un hadrón exótico. BESIII, el colisionador electrón-positrón de Pekín, China, ha observado una resonancia hadrónica con una masa de (3899,0 ± 3,6 ± 4,9) MeV/c² y una anchura de (46 ± 10 ± 20) MeV, en 525 /pb de datos de colisiones que muestran desintegraciones de tipo e+ e− → π± Zc(3900)∓ → π+ π− J/ψ, con una energía en el centro de masas de 4,26 GeV. BESIII ha sido ajustado para producir la resonancia Y(4260), un hadrón exótico que fue “descubierto” por BaBar en 2005, pero cuya interpretación como hadrón exótico aún no está aceptada por toda la comunidad; recuerda que a los hadrones exóticos se les llama con las letras X/Y/Z. La gran ventaja de BESIII en estos estudios es que puede ajustar la energía en el centro de masas para la producción de una resonancia concreta. La nueva resonancia Zc(3900) aparece en la desintegración de Y(4260). Para los físicos ha sido toda una sorpresa que tenga carga eléctrica. ¿Qué puede ser la nueva resonancia? Podría ser un estado tipo charmonium híbrido, un tetraquark (ccud), una molécula de dos mesones, o incluso algo más exótico, pero por ahora no se puede descartar que se trate de un artefacto de la QCD. Por cierto, BaBar (2007) y Belle (2008) ya observaron una señal de un posible hadrón exótico con una masa similar al que llamaron G(3900). La señal observada por BESIII es muy fuerte, según los autores supera los 8 sigmas. Por supuesto, la interpretación como hadrón exótico dará bastante que hablar en los próximos meses. El artículo técnico es BESIII Collaboration, “Observation of a charged charmoniumlike structure in e+e- to pi+pi-J/psi at \sqrt{s}=4.26 GeV,” arXiv:1303.5949, 24 Mar 2013. Más información sobre la noticia en “Observation of a charged charmoniumlike structure at BESIII,” BESIII News, 26 Mar 2013.
OPERA ha observado su tercer neutrino tau. La colaboración OPERA (unos 140 físicos de 11 países), situada en el Laboratorio de Gran Sasso del INFN (Italia), famosa por un cable mal conectado, ha observado su tercer neutrino tau. El experimento CNGS (CERN to Gran Sasso) envía chorros de neutrinos muónicos hacia varios experimentos en Gran Sasso y OPERA está especializado en medir los neutrinos tau, es decir, la aparición de un neutrino tau por oscilación de un neutrino muónico durante el viaje de 730 km entre el CERN y Gran Sasso. Ya no toma más datos (CNGS ya no funciona), pero se están analizando los datos ya recabados desde 2009 (en colaboraciones como OPERA el análisis de datos es el cuello de botella y no se finalizará hasta mediados 2014). En 2010 y 2012 se obervaron los dos neutrinos tau anteriores y se espera observar otros dos más (unos cinco tras el análisis de todos los datos). El anuncio oficial de la noticia en “OPERA observed a third neutrino tau,” INFN News, 26 Mar 2013; también recomiendo leer a Kathryn Jepsen, “OPERA snags third tau neutrino,” Symmetry Breaking, Mar 26, 2013. También puedes leer “Rare find backs shape-shifting neutrino,” PhysOrg.com, Mar 27, 2013.
La cámara de energía oscura DECam (Dark Energy Camera) es una cámara CCD de 570 megapíxeles (la mayor cámara digital del mundo) que cubre un área de 3 grados cuadrados de cielo (la Luna llena ocupa medio grado cuadrado de cielo). Fue instalada en noviembre pasado en el telescopio Blanco de 4 metros en el Observatorio Inter-Americano de Cerro Tololo, Chile. Forma parte de DES (Dark Energy Survey), un proyecto que se iniciará de forma oficial en septiembre de 2013 cuyo objetivo es obtener en 525 noches de observación (distribuidas en cinco años) un mapa de la distribución de la energía oscura en el universo. DES estudiará unos 200 millones de galaxias y medirá la curva de luminosidad de unas 4000 supernovas de tipo Ia (de ahí que se diga que es un telescopio de energía oscura). DES también estudiará cúmulos galáctivos, las oscilaciones acústicas de bariones (BAO) y los efectos de lentes gravitatorias débiles. Mientras no funciona para el proyecto DES, la cámara DECam es usada para otro tipo de observaciones (búsqueda de asteroides, estudios de galaxias, etc.), como nos cuenta Andre Salles, “Astronomers give Dark Energy Camera rave reviews,” Symmetry, March 27, 2013.
Cualquiera puede hacerlo, pero si lo hace John Ellis parece que tiene más valor. Combinar los datos del LHC (ATLAS+CMS), Tevatron (CDF+DZero) y LEP sobre la búsqueda del Higgs es muy difícil si se hace con rigor (colisión a colisión), pero muy fácil si se hace usando el teorema central del límite. El resultado será parecido (pues la estadística nunca miente). El análisis de Ellis y You conduce a un acoplo (combinado) para el Higgs de μ = 1,02 ± 0,12 (el valor para el Higgs del modelo estándar es μ = 1). En el plano (a,c), donde a caracteriza el acoplamiento a los bosones vectoriales y c a los fermiones, se obtiene el mejor ajuste para a = 1,03 ± 0,06 y c = 0,84 ± 0,15 (el modelo estándar predice a=1 y c=1); separando el acoplo a los fotone (cγ) del acoplo a otros bosones vectoriales (cg) se obtiene cγ = 1,18 ± 0,12 y cg = 0,88 ± 0,11. Estos ajustes apuntan al Higgs del modelo estándar, descartando muchas de las alternativas; el canal más responsable de este buen ajuste es, sin lugar a dudas, el canal difotónico (γγ) analizado por CMS (LHC). Los interesados en los detalles, canal a canal, pueden consultar John Ellis, Tevong You, “Updated Global Analysis of Higgs Couplings,” arXiv:1303.3879, 15 Mar 2013. Repito, muchos otros han obtenido combinaciones similares (a las que yo llamo “oficiosas” aunque el término no guste a algunos de vosotros; quizás habría que llamarlas “estadísticas” o con más rigor “basadas en el teorema central del límite”), pero siendo Ellis el Erdös de la física de partículas, creo que muchos agradecerán que haya destacado su contribución.
José Manuel Nieves afirma que “El LHC sí puede crear agujeros negros,” ABC Ciencia, 11 Mar 2013, porque “dos investigadores de la Universidad de Princeton han calculado que la cantidad de energía necesaria es 2,4 veces menor de lo que se creía hasta ahora.” Obviamente, este resultado significa todo lo contrario. Si la energía necesaria es 2,4 veces menor de lo que se creía y no se ha observado ninguno con una masa menor de 4,2 TeV (dato más reciente de CMS para colisiones protón-protón a 8 TeV c.m.), el nuevo resultado significa que no se pueden producir agujeros negros en el LHC con energía menor de 10 TeV. Bajar la energía para la producción de agujeros negros, como no han sido observados, incrementa el límite de exclusión, lo que no significa que sea más fácil producirlos en el LHC, más bien todo lo contrario. Si te has hecho un lío con mi argumento, relee lo anterior y luego sigue. Por supuesto, si no hay dimensiones extra en el espaciotiempo, para producir agujeros negros en el LHC se necesitan energías del orden de la escala de Planck, así que un factor de 2,4, o incluso un factor de 2400, o uno de 2 400 000 000, no ayudan en nada a facilitar que el LHC produzca agujeros negros. La escala de Planck está demasiado lejos de la escala de energía alcanzable por el LHC (hay que comparar 14000 GeV con unos 12000 000 000 000 000 000 GeV). Recomiendo leer “Synopsis: Black Holes Emerge from Collisions,” Physics, March 7, 2013, y para los más osados, el artículo técnico de William E. East, Frans Pretorius, “Ultrarelativistic Black Hole Formation,” Phys. Rev. Lett. 110: 101101 (2013) [arXiv:1210.0443]. El artículo citado de la Colaboración CMS es “Search for microscopic black holes in pp collisions at sqrt(s) = 8 TeV,” arXiv:1303.5338, 21 Mar 2013. También recomiendo leer a “No hay agujeros negros en el LHC, por ahora…,” Cuentos Cuánticos, 25 marzo, 2013.
La teoría de la relatividad especial introduce una velocidad límite constante cuyo valor no depende del observador. Una partícula de masa nula, como el fotón, la partícula asociada al campo electromagnético, se mueve a dicha velocidad. Dos nuevos artículos aparecidos en el European Journal of Physics consideran la posibilidad de que la velocidad límite de la relatividad (crel) no coincida con la velocidad de los fotones (cluz<crel). Obviamante, en dicho caso el fotón tendría masa (muy pequeña, pero no nula). Para evitar esta conclusión, los autores asumen que actúa un mecanismo similar al mecanismo de Higgs, pero con pares virtuales fermión-antifermión; los fotones sin masa interaccionan con pares virtuales en lugar de con bosones de Higgs virtuales. En opinión de los autores, este mecanismo explicaría por qué los fotones se mueven a la velocidad a la que se mueven. Siendo el origen de la velocidad de la luz una interacción cuántica, su valor debería fluctuar. Según los autores de estos trabajos futuros experimentos podrían medir estas fluctuaciones confirmando (o refutando) sus ideas. Me he enterado gracias al meneo de la noticia “Ephemeral vacuum particles induce speed-of-light fluctuations,” Springer News, 25 March 2013 [traducción al español en Axxón]. Los artículos técnicos son Gerd Leuchs, Luis L. Sanchez-Soto, “A sum rule for charged elementary particles,” The European Physical Journal D 67: 57, 21 March 2013 [arXiv:1301.3923] (Luis es miembro del Departamento de Óptica de la Universidad Complutense de Madrid), y Marcel Urban, Francois Couchot, Xavier Sarazin, Arache Djannati-Atai, “The quantum vacuum as the origin of the speed of light,” The European Physical Journal D 67: 58, 21 March 2013 [arXiv:1302.6165].
Como he comentado en Menéame, “el artículo técnico de Urban et al. es pura numerología. No se pueden usar unas leyes físicas para explicar dichas leyes físicas; este tipo de argumentos cíclicos se caen por su propio peso. Usar la relatividad especial (con una velocidad crel distinta de la velocidad de la luz en el vacío cluz), como por ejemplo la famosa fórmula de Einstein para la equivalencia entre masa y energía, para deducir uno de los postulados de la relatividad especial (relativo a la velocidad de las partículas sin masa) no tiene ningún sentido. Aún así, el artículo puede ser interesante para discutir en un primer curso de relatividad especial y/o electrodinámica cuántica. Como mera curiosidad, eso sí.”
Algo parecido ocurre con “el otro artículo técnico, de Luechs y Sanchez-Soto, que presenta ideas similares. Su cálculo del número de pares virtuales partícula-antipartícula, obviamente, contradice la electrodinámica cuántica (p.ej. el cálculo del corrimiento de Lamb requiere considerar un número infinito de pares virtuales, si se introduce un corte (número finito de pares) se obtiene un valor que difiere del experimento). Como en el anterior artículo, se trata de una mera curiosidad.”
PS: Como bien nos indica Mario Herrero (@Fooly_Cooly), la invarianza gauge de la electrodinámica cuántica implica que la contribución de los diagramas con loops de fermiones es nula (identidad de Ward).
@emulenews añado a tu comentario, que por invariancia gauge, ese tipo de diagramas con loops de fermiones, son siempre nulos—
Mario Herrero Valea (@Fooly_Cooly) March 26, 2013
PS: Por cierto, mi crítica es “muy blanda” comparada con la de Lubos Motl, “Speed of light is variable: only in junk media,” TRF, March 25, 2013, pero confieso que (sin que sirva de precedente) comparto la opinión de Lubos.
El resultado más importante del telescopio Planck desde el punto de vista de posibles Premios Nobel de Física es la confirmación a cinco sigmas de la existencia de la inflación cósmica. Ésta predice que el índice espectral ns tiene un valor menor que la unidad y el resultado de Planck es 0,9608 ± 0,0054, que implica una desviación a 7,2 sigmas respecto a la unidad. ¿Por qué yo no he destacado este punto hasta ahora? Porque WMAP9 combinado con otros datos cosmológicos ofreció un valor de 0,9608 ± 0,0080, que implica una desviación a 4,9 sigmas. Por tanto, no es Planck el único que pone a la inflación en la ruta al Nobel. ¿Habrá Nobel para la inflación en 2014? Yo no lo creo. Hay modelos sin inflación, aunque con un ajuste fino, también predicen un valor del índice espectral menor que la unidad. La prueba de fuego definitiva serán los modos B, que no serán publicados hasta 2014 (como pronto). Por ello, en mi opinión, la inflación recibirá un Premio Nobel, como pronto en 2016. Por supuesto, espero equivocarme y que se adelante. ¿Quiénes recibirán el Nobel? En mi opinión hay tres firmes candidatos Alan Guth, Andrei Linde y Paul Steinhardt.
Medalla Dirac 2002 para Alan Guth (MIT), Paul Steinhardt (Princeton) y Andrei Linde (Stanford).
Los modelos más sencillos de la inflación (basados en la existencia del inflatón, un campo escalar con un potencial que cambia lentamente de la forma φn) predicen que el espectro de fluctuaciones primordiales es gaussiano, pero no es invariante ante transformaciones de escala, sino que presenta ligerísimas desviaciones. El índice espectral escalar ns mide estas pequeñas desviaciones y la inflación predice que ns<1. La inflación también predice la producción de ondas gravitacionales que se reflejarán en la aparición de modos B en la polarización del fondo cósmico de microondas. La observación de este fenómeno por parte del telescopio espacial Planck será la ratificación definitiva de la inflación y además permitirá seleccionar entre los diferentes modelos que la describen. En mi opinión, el comité Nobel es muy conservador y esperará a la publicación de estos datos antes de plantearse la concesión de un Premio a la inflación.
Más información sobre la inflación y los modos B en este blog en “La inflación cósmica y las anisotropías en la polarización del fondo cósmico de microondas.”
El modelo estándar de la física de partículas describe el universo como campos cuánticos en interacción. Numerosas extensiones teóricas predicen la existencia de interacciones espín-espín de largo alcance mediadas por impartículas o por bosones axiales de espín uno. Hunter et al. han propuesto en Science usar la Tierra como fuente de espines polarizados en interacción para determinar los límites máximos a estas interacciones. Resultados geoquímicos y geofísicos recientes, junto a medidas realizadas en tres laboratorios, les permiten estimar la señal que se espera poder medir en el campo de los geoelectrones polarizados en espín del manto de la Tierra (los espines corresponden a los electrones de los minerales que contienen hierro en el manto). Estudiar cómo cambian las interacciones espín-espín conforme cambian la posición geográfica y la orientación del aparato de medida permitirá obtener límites superiores mucho más bajos que los que permiten los experimentos en laboratorio actuales para estas interacciones espín-espín exóticas. El artículo técnico es Larry Hunter, Joel Gordon, Stephen Peck, Daniel Ang, Jung-Fu Lin, “Using the Earth as a Polarized Electron Source to Search for Long-Range Spin-Spin Interactions,” Science 339: 928-932, 22 Feb 2013.
Hoy se han publicado los nuevos datos sobre el fondo cósmico de microondas obtenidos por el satélite Planck de la ESA. Una decepción para muchos, pues se confirma el modelo ΛCDM y los modelos más sencillos de inflación. La única sorpresa ha sido la confirmación de la anomalía que ya observó WMAP y que algunos han calificado como “el eje del mal” (AoE por “axis of evil”). Muchos esperábamos que la anomalía desapareciera, pues un artículo reciente reanalizaba los datos de WMAP y descartaba su existencia (A. Rassat, J.-L. Starck, “No Preferred Axes in WMAP Cosmic Microwave Background,” arXiv:1303.5051, 20 Mar 2013; gracias Daniel Marín (@Eurekablog) por recordarlo). Al substraer el efecto de Sach-Wolfe Integrado (ISW) en los datos de WMAP-9, gracias a su medida por 2MASS (2 Micron All-Sky Survey) y NVSS (NRAO VLA Sky Survey), la anomalía AoE desaparecía. ¿Ocurrirá lo mismo con los datos de Planck? Lo sabremos en las próximas semanas, pues Rassat y Starck no tardarán en aplicar su análisis a los datos de Planck.
La combinación oficiosa de los datos sobre el bosón de Higgs de LHC, Tevatrón y LEP nos permite asegurar que para una masa de 126 GeV/c² se ajusta a las predicción del modelo estándar con un valor de μ ∈ [0,98, 1,09] al 95% C.L. Más aún, para sus desintegraciones “invisibles” (en neutrinos, gravitinos, etc.) se puede asegurar que Γ~10-5 Mh (donde Mh es la masa del Higgs). Todo apunta a que se trata del Higgs del modelo estándar. Más información, para los físicos interesados en el análisis, en Adam Falkowski, Francesco Riva, Alfredo Urbano, “Higgs At Last,” arXiv:1303.1812, 18 Mar 2013. Como la estadística nunca miente, estos resultados serán similares a los que se obtengan con la combinación oficial (que aún nadie sabe cuándo se publicará, pero que yo espero que no se retrase mucho más allá del próximo verano).
Por cierto, el artículo técnico de la Colaboración CMS que resume su búsqueda del Higgs ya está en arXiv, en concreto, The CMS Collaboration, “Observation of a new boson with mass near 125 GeV in pp collisions at 7 and 8 TeV,” arXiv:1303.4571, 19 Mar 2013.
El detector “Bola de Cristal” instalado en el anillo DORIS de DESY descubrió a principios de 1984, con más de 5 sigmas, un bosón de Higgs con una masa de 8,32 GeV/c² gracias a la desintegración de la partícula úpsilon en fotones; en concreto, con 4,2 sigmas tras analizar 10,7 /pb (inversos de picobarn) de eventos de desintegración de la partícula Υ(1S)→γH, y con 3,3 sigmas tras analizar 64,5 /pb de eventos de desintegración de la partícula Υ(2S)→γH. La señal presentaba un exceso (μ=2) respecto a las predicciones del modelo estándar, lo que hizo que muchos teóricos buscaran de forma urgente una explicación. La señal no fue confirmada por CESR en Cornell. A finales de 1984, cuando DORIS acumuló más colisiones, la señal despareció. Todo quedó en una falsa alarma. ¡¡Una falsa alarma de 5 sigmas!! Para los curiosos, el artículo es Crystal Ball Collaboration, “Evidence for a Narrow Massive State in the Radiative Decay8 of the Upsilon,” SLAC-PUB-3380, DESY 84-064, July 1984.
Muchos físicos teóricos trataron de entender el exceso respecto al modelo estándar, como S.L. Glashow, M. Machacek, “Can ζ (8.3 GeV) be one of two Higgs bosons,” Physics Letters B 145: 302–304, 20 Sep 1984; Howard E. Haber, G.L. Kane, “Implications of a Higgs interpretation of the ζ(8.3),” Nuclear Physics B 250: 716–728, 1985; Michael Shin, Howard Georgi, Minos Axenides, “ζ(8.3 GEV) as the lightest scalar in a three-Higgs-doublet model,” Nuclear Physics B 253: 205–215, 1985; James Pantaleone, Michael E. Peskin, S.-H.Henry Tye, “Bound-state effects in ϒ→γ+ resonance,” Physics Letters B 149: 225–233, 13 December 1984; etc.
Más información sobre la historia de la búsqueda del Higgs en Sau Lan Wu (Univ. Wisconsin-Madison), “Historic review of Higgs searches. The long road to the Higgs discovery,” Higgs Quo Vadis, Aspen Center for Physics, 10-15 March, 2013 [slides pptx].
El 21 de septiembre de 2010 la colaboración CMS hizo publico el primer descubrimiento científico del LHC en el CERN, la existencia de correlaciones inesperadas en la dirección azimutal Δϕ en los sucesos de alta multiplicidad observados en colisiones protón contra protón (p-p) a 7 TeV c.m. (el famoso “ridge” o “cresta” que se observa muy bien para alta pseudorapidez Δη; hoy sabemos que hay una doble “cresta”). El fenómeno fue observado también por ATLAS y ALICE, y en colisiones ión contra ión (Pb-Pb) y protón contra ión (p-Pb); de hecho, hoy se sabe que RHIC observó su existencia en colisiones d-Au y Au-Au en 2004 y 2006, pero en su momento pasó desapercibido. Durante 2012 se han barajado varias explicaciones, pero parece que la más convincente es la ofrecida por los físicos Kevin Dusling y Raju Venugopalan de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NCSU), EEUU. El origen de la “cresta” es una forma sutil de la interferencia cuántica, un estado condensado de color (color glass condensate) predicho en 2002. Más información técnica para físicos en la interesante charla de Kevin Dusling (North Carolina State University), “Long-range angular correlations by strong color fields in hadronic collisions,” Rencontres de Moriond QCD, Mar 15, 2013 [slides].
La explicación para colisiones p-p se presentó en Kevin Dusling, Raju Venugopalan, “Evidence for BFKL and saturation dynamics from di-hadron spectra at the LHC,” arXiv:1210.3890, 15 Oct 2012, para colisiones p-Pb en Kevin Dusling, Raju Venugopalan, “Explanation of systematics of CMS p+Pb high multiplicity di-hadron data at $\sqrt{s}_{\rm NN} = 5.02$ TeV,” arXiv:1211.3701, 15 Nov 2012, y finalmente la confirmación definitiva en Kevin Dusling, Raju Venugopalan, “Comparison of the Color Glass Condensate to di-hadron correlations in proton-proton and proton-nucleus collisions,” arXiv:1302.7018, 27 Feb 2013. La observación original en CMS Collaboration, “Observation of Long-Range Near-Side Angular Correlations in Proton-Proton Collisions at the LHC,” JHEP 1009: 091, 2010 [arXiv:1009.4122].
¿Seguro que hoy? ¿No fue el 4 de julio de 2012? Las autoridades del CERN son muy conservadoras (no quieren meter la pata). El 4 de julio de 2012 se anunció el descubrimiento de un nuevo bosón. Punto. En diciembre de 2012 se empezó a hablar de “un” Higgs (en lugar de “el” Higgs), pero oficialmente seguía siendo un nuevo bosón. ¿Importa el nombre? El Premio Nobel de Física para el bosón de Higgs sólo será concedido cuando el CERN afirme con claridad y rotundidad que se ha descubierto “el” Higgs, si el CERN es conservador, la Academia Sueca lo es aún más. Sin embargo, el rumor es que quizás baste con que el CERN diga que se ha descubierto “un” Higgs. Mucha gente estaba nerviosa porque si el CERN no afirma a tiempo (antes de mayo) que se ha descubierto “un” Higgs, quizás el Nobel se haga esperar hasta 2014. Lo sé, es una tontería, a quién le importan estas tonterías, el Nobel caer caerá. Por fortuna, hoy 14 de marzo de 2013, el CERN ha afirmado que se ha descubierto “un” Higgs. Hoy, se ha dado el pistoletazo de salida a un Premio Nobel al Higgs en 2013. Mucha gente se ha hecho eco de la noticia oficial CERN Press Office, “New results indicate that particle discovered at CERN is a Higgs boson,” 14 Mar 2013. ¿Por qué hoy? Porque hoy en Moriond QCD se han presentado los resultados en el canal difotónico de CMS, que junto a los resultados de ATLAS, se aproximan tanto a lo esperado para un bosón escalar de paridad par (“un” bosón de Higgs) que ya es imposible no afirmar a gritos que se ha descubierto “un” bosón de Higgs. ¿Por qué no se afirma que se trata de “el” bosón de Higgs? Porque aún hay pequeñas desviaciones y porque en rigor el LHC nunca podrá confirmar que se ha descubierto “el” bosón de Higgs (que el Higgs descubierto el 4 de julio tiene todas y cada una de las propiedades predichas por el modelo estándar).
¿Qué ha pasado hoy en Moriond QCD con el canal difotónico en CMS? Pues muy sencillo, el exceso observado en julio ha desaparecido por completo. El cociente entre la tasa de eventos en este canal predicha por el modelo estándar y la observada es μ = 0,8 ± 0,3 (para el modelo estándar μ = 1). La gran desviación (a más de dos sigmas) observada con anterioridad ha desaparecido por completo. ¿Por qué no se proclama entonces el descubrimiento de “el” Higgs en lugar de “un” Higgs? Porque ATLAS sigue mostrando un exceso en este canal (aunque está disminuyendo el último dato es μ = 1,65 ± 0.24 ± 0.25 para una masa de 126,8 ± 0,2 ± 0,7 GeV/c²) y además porque podría ocurrir que “el Higgs” descubierto sea el primer miembro de una familia de Higgs. Hasta que no se descarte que “el Higgs” no corresponde a las predicciones de la supersimetría o de los modelos 2HDM, la dirección del CERN seguirá siendo reticente a hablar en público de “el Higgs” (aunque los demás, yo mismo incluido, podemos hacerlo desde hace mucho tiempo). En mi opinión, hasta que no se combinen los datos de CMS y ATLAS duplicando la estadística, el CERN no dará su brazo a torcer y hablará abiertamente de “el Higgs” (comparte mi opinión Philip Gibbs, “Higgs Spin (Is It really a Higgs then, finally?),” viXra blog, Mar 14, 2013).
Los nuevos datos sobre el canal difotónico en CMS y sobre los dos tipos de análisis realizados en la charla de Christophe Ochando (CMS Collab.), “Study of Higgs Production in Bosonic Decay Channels at CMS,” Rencontres de Moriond QCD, 14 Mar 2013 [slides - ppt]. Las desintegraciones en fermiones en CMS y ATLAS se discuten en la charla de Darren Puigh (ATLAS+CMS), “Search for Standard Model Scalar Boson Decaying to Fermions at the LHC,” Rencontres de Moriond QCD, 14 Mar 2013 [slides - pdf]. Finalmente, un buen resumen de las propiedades del bosón de Higgs según CMS en la charla de Andrew Whitbeck (CMS Collab.), “Higgs Candidate Property Measurements with the Compact Muon Solenoid,” Rencontres de Moriond QCD, March 14, 2013 [slides - pdf].
Recomiendo la lectura de Matt Strassler, “CMS sees no excess in Higgs decays to photons,” Of Particular Significance, Mar 14, 2013. Quien nos recuerda que si hay alguna diferencia entre el Higgs descubierto en el LHC y el predicho por el modelo estándar no lo sabremos hasta, como pronto, finales de 2015.
