La edición de 2013 del catálogo de revistas con índice de impacto de Thomson Reuters (llamada JCR 2012, por Journal of Citation Reports) comprende 10.853 revistas clasificadas en 232 categorías en sus ediciones de Ciencia (Science JCR) y Ciencias Sociales (Social Sciences JCR); entre ellas, 379 reciben por primera vez su índice impacto. Además, 33 han salido fuera del JCR 2013 respecto al JCR 2012, es decir, han dejado de ser revistas con índice de impacto. Publicado desde 1975, el JCR continúa siendo utilizado para clasificar las revistas científicas (y con ellas los propios artículos) en “buenos” y “malos” a la hora de evaluaciones (como la de los sexenios en España).

La figura que abre esta entrada muestra las 12 revistas con mayor índice de impacto. Obviamente, no tiene sentido dicho listado, pues el factor de impacto depende del área. Sin embargo, muchos se sorprenderán de que no esté Science cerca de Nature. En el JCR 2013, Science ocupa el lugar número 20 con 31,027, mientras Nature mantiene un honroso puesto número 7 con 38,597. En el último lustro Nature siempre ha estado por encima de Science y además ha logrado incrementar su distancia.

En el campo de las revistas multidisciplinares, PNAS ocupa el cuarto puesto y PLoS ONE baja su índice de impacto (casi seguro que por haber publicado demasiados artículos; de hecho, 13781 en 2011 y 6722 en 2010).

España tiene 75 revistas impactadas en el JCR 2012 y en esta figura tienes las 12 primeras por factor de impacto. No quiero enrollarme más con este asunto.

Entre las 33 revistas que han desaparecido (que en 2012 no tendrán factor de impacto, pero que podrían recuperarlo y tienen 2 años para ello) me gustaría destacar cuatro que afectan a colegas cercanos: International Journal of Computational Intelligence Systems, Journal of Database Management, Journal of Parallel and Distributed Computing, y Mobile Information Systems. También me gustaría destacar la desaparición de la Revista Clinica Espanola. 

Por cierto, en las áreas en las que yo publico estoy contento porque todas las revistas en las que he publicado en 2012 han subido de factor de impacto respecto al de 2011. Así que estoy de enhorabuena. 

Bueno, no os aburro más. Que sepáis que los que publicáis de forma asidua tenéis que daros un paseo por el nuevo JCR 2012.

Albert-László Barabási es uno de los expertos más prestigiosos del mundo en teoría de redes. Su último artículo presenta un modelo bibliométrico capaz de predecir el impacto a largo plazo de un artículo científico a partir de una estimación de tres parámetros: la eficacia relativa (relative fitness), la inmediatez y la longevidad del artículo. Para mi sorpresa y la de los propios autores el nuevo modelo tiene una capacidad predictiva extraordinaria, siendo independiente del área de investigación; por ejemplo, permite predecir el número de citas y la vida media de cada artículo científico. Por supuesto, lo complicado es estimar de forma fiable los tres parámetros del modelo para un artículo dado, siendo más fácil si el artículo ya tiene cierta “vida” (unos 10 años) y/o ha tenido un buen número de citas. Habrá que esperar a futuras críticas hacia este modelo, pero si nos creemos los resultados presentados en el artículo técnico, se trata de un modelo espectacular. El artículo técnico es Dashun Wang, Chaoming Song, Albert-László Barabási, “Quantifying Long-term Scientific Impact,” arXiv:1306.3293, 14 Jun 2013.

Predecir el impacto futuro (número de citas) de un artículo científico es muy difícil. El factor de impacto de la revista en la que ha sido publicado es un pésimo predictor, habiendo artículos publicados en la misma revista que no han sido citados nunca y otros que han sido citados miles de veces (como muestra la parte izquierda de esta figura). El número de citas que ha recibido el artículo tampoco es un buen predictor (como muestra la parte derecha de esta figura) pues la evolución futura es muy variable y depende de muchos otros factores, como el prestigio del autor principal. Otros índices bibliométricos también son malos predictores. Quizás hay que destacar que el índice-h de Hirsch parece un predictor fiable, pero requiere el uso de técnicas de análisis basadas en minería de datos.

El modelo se basa en tres ideas (o mecanismos) fundamentales: (1) la conexión preferencial (preferential attachment) que afirma que los artículos más citados son más visibles y por tanto tienen más probabilidad de volver a ser citados; (2) el envejecimiento (aging) que implica una reducción en el número de citas para los artículos que ya no son tan novedosos; y (3) la eficacia (fitness) del artículo que mide la percepción por parte de la comunidad científica sobre la novedad e importancia del descubrimiento. El modelo resultante, cuya expresión matemático no quiero discutir en detalle, incluye tres parámetros asociados a cada artículo: (1) la eficacia relativa (relative fitness) λ=ηβ/A, que describe la importancia relativa del artículo respecto a artículos similares; (2) la inmediatez μ, que mide el tiempo que tardará el artículo en alcanzar su pico máximo  de citas; y (3) la longevidad σ, que mide cómo decaen conforme pasa el tiempo el número de citas.

El modelo es muy sencillo (recomiendo la lectura del artículo técnico a los interesados en los detalles) y su poder predictivo es sorprendente. Para artículos recientes, como los tres parámetros asociados al artículo son difíciles de estimar, los autores proponen una estimación basada en intervalos (que conduce a dos curvas envolventes para una predicción pesimista y otra optimista). El modelo ha sido validado con artículos publicados en las revistas Physical Review, Cell, New England Journal of Medicine y PNAS. Por supuesto, habrá que esperar a estudios independientes (ya se sabe que todo autor exagera sus resultados gracias a la selección de los más positivos, omitiendo los más negativos con la excusa de limitar el tamaño del artículo). Pero aún así, para un aficionado como yo a la bibliometría, los resultados son muy sugerentes y, de hecho, bastante sorprendentes (y sí, lo confieso, son gran admirador del trabajo de Barabási, que atesora múltiples artículos en Nature, Science y otras revistas de gran prestigio).

Ya puedes escuchar mi nuevo podcast sobre Física para Trending Ciencia siguiendo este enlace. Como siempre una transcripción del audio, enlaces a los artículos técnicos y algunas imágenes.

Un artículo publicado el pasado 13 de junio en la revista Nature, entre cuyos autores se encuentran Juan Carlos Cuevas y Linda Angela Zotti, investigadores del Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM). Junto a otros colegas de la Universidad de Michigan (EEUU) han estudiado la disipación de calor en nanodispositivos utilizando un dispositivo de medida que podemos bautizar sin rubor como nanotermómetro. El nuevo termómetro a escala nanométrica es una sonda en forma de punta, similar a la utilizada en un microscopio por efecto túnel, capaz de medir la cantidad de calor disipado en un nanocircuito formado por átomos y moléculas individuales. Estudiar la disipación de calor en los nanocircuitos tales como nanocables semiconductores, heteroestructuras semiconductoras, nanotubos de carbono, grafeno y muchos otros es fundamental para el futuro desarrollo de la nanoelectrónica. Por ello, el nuevo nanotermómetro es un avance realmente espectacular.

El artículo técnico es Woochul Lee et al., “Heat dissipation in atomic-scale junctions,” Nature 498: 209–212, 13 Jun 2013. Más información en español en UAM, “Esclarecen cómo se disipa el calor en dispositivos nanotecnológicos,” SINC, 12 jun 2013.

Supongo que ya sabrás que el trasporte de electricidad por un cable o por un circuito eléctrico viene acompañado del calentamiento del cable o del circuito. El transporte de carga eléctrica siempre lleva asociada la disipación de calor por efecto Joule, descubierto en 1841 por el físico inglés James Prescott Joule, uno de los padres de la Termodinámica. Este efecto describe el calentamiento de un conductor por el que pasa una corriente eléctrica. En nuestros hogares hay muchos dispositivos basados en el efecto Joule, como secadores de pelo, calentadores de agua, incluso las bombillas de filamento se calientan por este efecto. El origen del efecto Joule son las colisiones de los electrones contra los iones de la estructura cristalina del material que atraviesan a su paso. El calor es el movimiento de estos iones respecto a sus posiciones de equilibrio y como este movimiento es acelerado por la interacción con los electrones, el conductor se calienta.

Todos los circuitos electrónicos se calientan y por ello los ordenadores requieren aletas de disipación de calor, ventiladores y otros sistemas de refrigeración. En los dispositivos a escala nanométrica el calor se disipa mediante la excitación de fonones, el modelo cuántica de las vibraciones de la estructura cristalina del material. Los autores del nuevo artículo publicado en Nature, entre ellos el español Juan Carlos Cuevas de la Universidad Autónoma de Madrid, han desarrollado unos nanotermómetros están formados por un electrodo recubierto en su exterior por una capa de oro conectada a un termopar de oro-cromo mediante una película delgada (de unos 70 nanómetros) de nitruro de silicio. A partir de la corriente medida en el termopar se puede inferir la cantidad de calor transferido en la punta del nanotermómetro cuando ésta se acerca al nanodispositivo que se esté estudiando.

Si el microscopio de efecto túnel revolucionó nuestra visión del mundo en la nanoescala, el nuevo nanotermómetro promete revolucionar nuestra comprensión de la disipación de calor en átomos y moléculas. Más aún, también demuestra el buen estado de la nanotecnología y de las nanociencias en general en España.

Coda final. Si aún no has escuchado el audio de mi podcast sobre Física para Trending Ciencia sigue este enlace.

Siguiendo este enlace ya puedes disfrutar del audio de mi sección ¡Eureka! en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre una transcripción con enlaces a artículos técnicos.

Esta semana ha sido noticia que se ha secuenciado el genoma del patógeno responsable de la lepra en la Edad Media. Parece un logro digno de la policía científica (medicina forense) de las series de televisión. ¿Cómo se ha logrado? La paleogenética, también llamada paleontología molecular, es el estudio del ADN de humanos y seres vivos encontrado en restos fósiles y su relación con los seres vivos modernos. Uno de los grandes objetivos de la paleogenética es estudiar cómo han cambiado los patógenos asociados a las enfermedades que nos afectan en la actualidad. Muchas de estas enfermedades han tenido grandes repercusiones en la historia. En agosto del año pasado, el paleogenetista Johannes Krause, de la Universidad de Tubinga, Alemania, realizó una autopsia genética de un cráneo de una mujer danesa que falleció de lepra hace unos 700 años. En un diente encontró ADN humano mezclado con ADN de la bacteria que causa la lepra, llamada Mycobacterium leprae. Esperaba encontrar entre un 1% y un 2% de ADN no humano, pero para su sorpresa más del 90% del ADN no era humano. Gracias a ello, junto a su grupo, ha podido secuenciar el genoma completo de la bacteria responsable de la lepra medieval en Dinamarca y lo ha publicado en la prestigiosa revista Science.

El artículo técnico es Verena J. Schuenemann et al., “Genome-Wide Comparison of Medieval and Modern Mycobacterium leprae,” Science, AOP Jun 13, 2013. Recomiendo consultar a Ann Gibbons, “On the Trail of Ancient Killers,” Science 340: 1278-1282, 14 Jun 2013. En español hay muchas fuentes, por ejemplo, “El enigma genético de la lepra,” El Mundo, 13 jun 2013.

¿Cómo es posible que la mayor parte del ADN del diente humano no fuera humano sino de una bacteria? El ADN humano se degrada muy rápido y es muy difícil secuenciar con precisión ADN con más de unos 10.000 años. Sin embargo, algunas bacterias tienen una membrana celular muy gruesa, rica en ácidos grasos que repelen el agua y que les protege de posibles daños del entorno. En particular el ADN de las micobacterias, como la responsable de la lepra, está tan bien protegido que se cree que, en teoría, se podría reconstruir su ADN con una antigüedad de hasta 1.000.000 (un millón) de años. Esto parecía imposible hasta hace poco, pero este ha sido uno de los resultados más espectaculares que se han obtenido gracias al nuevo trabajo paleogenético del Dr. Krause.

¿Qué se ha descubierto tras secuenciar el genoma completo de un bacteria encontrada en un diente del cráneo de una leprosa danesa del siglo XVI? Lo más interesante es que se ha podido comparar su ADN con el de las cepas de micobacterias de la lepra de la actualidad, con lo que se ha podido ver cómo ha cambiado (o evolucionado) hasta nuestros días. Secuenciar el genoma de las cepas actuales es muy difícil porque las micobacterias de la lepra son difíciles de cultivar in vitro; lo habitual es infectar a armadillos (un mamífero que presenta un caparazón que les permite enrollarse en forma de bola, como una cochinilla), pues este animal se puede infectar con las mismas bacterias que infectan a los humanos. El trabajo de secuenciación del genoma actual de este patógeno es difícil, pero el resultado obtenido ha sido toda una sorpresa para los científicos, pues el ADN de la cepa medieval de esta micobacteria es casi idéntico al de las cepas actuales.

El patógeno de la lepra no era más virulento en la Edad Media que en la actualidad, ¿cómo es posible que entonces ocasionara tanta mortandad? La cuestión no está clara, pero que se cree que los humanos nos hemos hecho más resistentes a esta enfermedad gracias a la gran mortandad de la Edad Media en Europa. Las condiciones sanitarias en el medievo y la ausencia de antibióticos fueron los responsables de la gran mortalidad debida a la lepra; por ejemplo, en Escandinavia se estima que en el siglo XIV la lepra diezmó al 25% de la población. En la actualidad, aún aparecen unos 225.000 nuevos casos cada año en países en vías de desarrollo. El nuevo estudio apunta a que los europeos somos más resistentes a la lepra que los humanos de África y otras regiones menos desarrolladas del mundo porque nuestro sistema inmunitario ha heredado una mayor resistencia a este patógeno tras las gran pandemia medieval. Sin embargo, a día de hoy esto es sólo una hipótesis y no se puede afirmar con rotundidad que los europeos hayamos evolucionado para ser resistentes a la lepra. Futuros estudios tendrán que aclarar esta cuestión.

¿Se ha estudiado el genoma de otros patógenos asociados a grandes plagas de la antigüedad? La paleogenética es un campo de investigación que todavía se encuentra en sus inicios. Se han hecho grandes progresos pero la lista de patógenos históricos de los que nos gustaría tener su genoma completo aún contiene a la tuberculosis, la peste, el cólera, la leishmaniasis, la bacteria que arrasó los cultivos de patata en Irlanda en el siglo XIX y el SIDA. Para todas estas bacterias (y virus) se han hecho grandes progresos, pero aún no se ha secuenciado su ADN de forma completa. Por ejemplo, para la peste bubónica o peste negra que mató a unos 25 millones de europeos en el siglo XIV, la bacteria Yersinia pestis, se pudo secuenciar su genoma completo en el año 2011 gracias a muestras de un fallecido en Londres, pero se descubrió que era muy similar al genoma de las cepas actuales de este patógeno. De hecho, también se ha descubierto más recientemente que es muy similar al que causó la peste de Justiniano, la pandemia que arrasó el Imperio Romano en el siglo VI después de Cristo. La bacteria de la peste ha mutado muy poco desde entonces hasta la actualidad lo que tiene interesantes implicaciones epidemiológicas.

¿Secuenciar estos genomas de patógenos históricos tiene repercusiones en la actualidad para la predicción de futuras epidemias? En principio se cree que sí, que conocer como evolucionan y mutan los patógenos del pasado nos permitirá predecir cómo van a mutar los patógenos actuales en el futuro. Sin embargo, por ahora se trata de sólo una hipótesis. De hecho, los pocos genomas de bacterias del pasado que han sido secuenciados de forma completa son muy similares a los genomas de sus cepas actuales. No hay evidencias científicas de que entonces fueran más patógenos o virulentos que en la actualidad. Aún así, conocer la evolución histórica del ADN del virus del SIDA, o de la bacteria de la tuberculosis, la segunda enfermedad infecciosa por número de muertes, tras el SIDA, en la actualidad, con casi 1,4 milllones de enfermos, puede ofrecernos información muy importante desde el punto de vista epidemiológico para futuros tratamientos. Aunque el campo de la paleogenética todavía está en sus inicios, conocer el pasado siempre es la mejor manera de predecir el futuro.

Coda final. Si aún no has escuchado el audio, sigue este enlace.

La medida de la densidad de la materia oscura en 50 cúmulos galácticos, utilizando la técnica de lentes gravitacionales débiles, ha permitido confirmar las predicciones del modelo de materia oscura fría (CDM por Cold Dark Matter), en concreto, del modelo de Navarro-Frenk-White. Un equipo internacional de astrónomos de Taiwán, Gran Bretaña y Japón han usado la Suprime-Cam del Telescopio Subaru, en el marco del proyecto LoCuSS (Local Cluster Substructure Survey), para medir la distribución de materia oscura en los 50 cúmulos galácticos más masivos. Cada uno tiene una distribución de galaxias muy dispar, pero se pueden combinar todos para dar lugar a un “cúmulo galáctico efectivo” cuya densidad de materia oscura sigue a la perfección la distribución gaussiana predicha por la teoría CDM; de hecho, este perfil predicho para la densidad de materia oscura en función de la distancia radial al centro de masas es diferente en cúmulos galácticos y galaxias. La nueva medida confirma esta diferencia. El artículo técnico es Nobuhiro Okabe et al., “LoCuSS: The Mass Density Profile of Massive Galaxy Clusters at z=0.2,” The Astrophysical Journal Letters 769: L35, Jun 2013 [arXiv:1302.2728]; el modelo teórico es de Julio F. Navarro, Carlos S. Frenk, Simon D.M. White, “A Universal Density Profile from Hierarchical Clustering,” Astrophys. J. 490: 493-508, 1997 [arXiv:astro-ph/9611107]. Más información divulgativa en “Cosmic Giants Shed New Light on Dark Matter,” Subaru Telescope, Jun 12, 2013.

La técnica de lentes gravitacionales débiles se basa en seleccionar un gran número de galaxias de alto corrimiento al rojo que se encuentren en el fondo de la imagen del cúmulo. La imagen de estas galaxias está deformada por la presencia del cúmulo y el análisis del campo de distorsión permite reconstruir la densidad de materia oscura.

 Ajustar la densidad de materia oscura obtenida para un sólo cúmulo galáctico no es adecuado porque la forma de los cúmulos galácticos es muy diversa. Por ello, los autores del nuevo estudio han combinado las imágenes de la densidad de materia oscura para muchos cúmulos galácticos con objeto de obtener lo que sería la distribución teórica para un cúmulo “efectivo.”

El resultado experimental se ajusta muy bien a las predicciones del modelo teórico (universal) de Navarro-Frenk-White (NFW) basado en la materia oscura fría. En el futuro se espera afinar estas medidas gracias a la nueva cámara Hyper Suprime-Cam (HSC) que se instalado en el Telescopio Subaru de 8,2 metros.

Este espectacular vídeo merece la pena, incluso si no sabes ingés [hay versión en francés]. En sus 17 minutos nos muestra el universo cercano a la Vía Láctea, el llamado Universo Local que incluye unas 100.000 galaxias hasta una distancia de unos 300 millones de años luz (incluyendo el “gran atractor,” el “gran vacío” y el “gran muro”). Se ve perfectamente la estructura de la web cósmica y la enorme importancia que tiene la materia oscura para dar lugar a estas grandes estructuras del universo. Que no te asusten los 17 minutos de duración, el vídeo realmente merece la pena.

Yo no sabía que Alberto Fernández-Nieves (Instituto Técnico de Georgia, Atlanta, EEUU) fuera andaluz hasta que Luis F. Rull ‏(@LuisFRull) me lo comentó en Twitter. Alberto hizo su tesis doctoral en la Univ. de Granada en 2000 y su último artículo en PNAS merece la pena. Inspirado en el proceso de fabricación de los churros (que se fabrican inyectando una masa a base de harina de trigo en aceite muy caliente formando una espiral, que luego se corta a trozos para ser servido como desayuno o merianda), junto a varios colegas, ha fabricado gotas de cristales líquidos nemáticos con forma toroidal, es decir, con forma de dónut (por cierto, que a mí no me gustan nada de nada desde que visité y olí la fábrica de Panrico que había en Málaga). Más aún, varias gotas en forma toroidal se pueden unir entre sí formando una gota con un número de Betti mayor de uno (en topología este número mide el número de agujeros de una superficie compacta). Las gotas tienen un tamaño milimétrico y por ahora no tienen una aplicación práctica específica, pero permiten estudiar muchas propiedades de los fluidos bajo topologías no triviales. Más información en John Toon, “Liquid Doughnuts: Soft Matter Offers New Approaches to Studying How Ordered Materials Arrange Themselves Inside Non-spherical Spaces,” Georgia Tech, Research News, 21 May 2013, y en “Soft Matter Offers New Ways to Study How Materials Arrange,” ScienceDaily, May 21, 2013. El artículo técnico es Ekapop Pairam et al., “Stable nematic droplets with handles,” PNAS 110: 9295-9300, June 4, 2013 [arXiv:1212.1771]. Por cierto, en diciembre de 2012 este artículo me llamó la atención porque yo he codirigido una tesis doctoral sobre la óptica no lineal en cristales líquidos nemáticos.

Las gotas de un líquido tienen forma esférica para que su área superficial sea mínima y con ella la energía asociada a su tensión superficial. Alberto Fernández-Nieves, autor principal del artículo, cuyos primeros autores son sus estudiantes Ekapop Pairam (predoctoral) y Jayalakshmi Vallamkondu (postdoctoral), imitó el proceso de fabricación de los churros utilizando dos líquidos inmiscibles, tales como glicerina o agua y aceite. Una aguja inyecta la glicerina en un recipiente en rotación que contiene aceite. En ciertas condiciones el chorro se cierra en forma de toroide, pero la gota de glicerina es inestable y pierde muy rápido su forma de dónut conforme actúa la tensión superficial; al final, la gota se convierte en una bolita esférica. ¿Cómo se puede evitar esta inestabilidad? Para mantener la forma toroidal, Fernández-Nieves y sus colegas han utilizado un material polimérico elástico (un cristal líquido nemático) en lugar de aceite; este material proporciona esfuerzos superficiales (tensión de fluencia) en la gota que compensan la fuerza de la tensión superficial. Estamos acostumbrados a ver que un líquido adopta la forma de su recipiente, sin embargo, en las gotas de Fernández-Nieves la forma natural de las gotas es una superficie en forma de dónut o de varios dónuts unidos entre sí. Realmente, la física de fluidos aún nos reserva muchísimas sorpresas.

Juan Maldacena y Nima Arkani-Hamed, con motivo de haber recibido sendos premios de 3 millones de dólares el año pasado, nos brindan dos espléndidas conferencias en el Instituto de Estudio Avanzado (IAS) de Princeton, el 3 y el 26 de octubre de 2012, resp. ¡Qué las disfrutéis! Merecen la pena.

Si os apetece ver también el resto de las conferencias de los premiados, podéis disfrutarlas en vídeo siguiendo este enlace.

El bosón de Higgs del Modelo Estándar podría ser un miembro de la familia de cinco bosones de Higgs (modelo 2HDM) que predice la supersimetría. Entre ellos deben existir dos bosones de Higgs cargados (con carga eléctrica positiva y negativa). El grupo de trabajo de LEP en la búsqueda del bosón de Higgs (LEPHWG) publica ahora su búsqueda en un análisis combinado de sus cuatro detectores ALEPH, DELPHI, L3, y OPAL. Tras analizar 2,6 /fb de colisiones entre 183 GeV c.m. y 209 GeV c.m. se excluye al 95% C.L. una masa menor de 80 GeV/c² para el modelo 2HDM tipo II o de 72,5 GeV/c² para el modelo 2HDM tipo I. Para este rango de masas los datos de LEP son mucho más fiables que los datos obtenidos con colisionadores de hadrones como Tevatrón y LHC. Recuerdo a los despistados que LEP (Large Electron-Positron Collider) era un colisionador electrón contra positrón que ocupaba hace doce años el túnel del CERN que ahora ocupa el LHC. Se habían publicado búsquedas por separado de Higgs cargados, pero esta es la primera vez que dichas búsquedas se combinan de forma oficial. De hecho, es posible que haya nuevos artículos, pues el modelo 2HDM contiene muchos parámetros libres y sólo se ha explorado una parte. El artículo técnico es Aleph, Delphi, L3, OPAL Collaborations, the LEP working group for Higgs boson searches, “Search for Charged Higgs bosons: Combined Results Using LEP Data,” CERN-PH-EP-2012-369, arXiv:1301.6065 [25 Jan 2013, last revised 10 Jun 2013].

Los modelos 2HDM se basan en un campo de Higgs formado por dos dobletes escalares (en lugar de uno como se utiliza en el Modelo Estándar); cada doblete contribuye con cuatro componentes escalares, por lo que hay ocho componentes escalares, de las cuales tres se acoplan a los bosones W y Z, permaneciendo cinco sin acoplar que corresponden a tres bosones de Higgs neutros (h, H y A) y dos cargados (H+ y H-). En el modelo 2HDM tipo II un doblete se acopla a los fermiones de tipo arriba (quarks u, c y t, y neutrinos) y el otro a los de tipo abajo (quarks d, s y b, y leptones cargados). En el modelo 2HDM tipo I todos los fermiones (arriba y abajo) se acoplan al mismo doblete del campo de Higgs. Por ejemplo, el sector de Higgs del Modelo Estándar Supersimétrico Mínimo (MSSM) corresponde a un modelo 2HDM tipo II, sin embargo, en el nuevo trabajo del grupo LEPHWG no se han tenido cuenta otras posibles partículas supersimetrías en los análisis.

En las energías alcanzables por LEP, las desintegraciones más importantes para un Higgs cargado del modelo 2HDM tipo II corresponden a H±→τν (desintegración en un leptón cargado tau y un neutrino tau) y H±→cs (desintegración en un mesón Ds formado por un par quark-antiquark de tipo c y s). Para el modelo 2HDM tipo I las desintegraciones más imporantes son H±→W*A (desintegración en un bosón W virtual y un Higgs neutro CP impar) y H±→W*h (con h un Higgs CP par de menor masa que el de 126 GeV/c² descubierto en el LHC). Un parámetro clave en estas búsquedas es tan β que describe el acoplamiento entre los dos dobletes de Higgs.

En resumen, el nuevo resultado de LEP es muy interesante y complementa muy bien las búsquedas de bosones de Higgs cargados en el LHC y Tevatrón que por la parte baja llegan más o menos a masas de unos 80 GeV/c², es decir, al límite superior mínimo del nuevo análisis. Todo indica que podemos descartar la existencia de bosones de Higgs cargados de baja masa lo que impone severas restricciones a la mayoría de los modelos supersimétricos “naturales”. Si la supersimetría se observa en la escala de los TeV (la que pueden explorar los colisionadores de partículas actuales y futuros para la primera década del siglo XXI), debe tener un sector de Higgs que esté muy escondido, pero que muy escondido (lo que implica que no sería “natural” y por tanto el argumento más importante a su favor se caería por su propio peso).

Ya puedes disfrutar de mi nuevo Podcast sobre Física para Trending Ciencia siguiendo este enlace. Como siempre una transcripción del audio, figuras y referencias a artículos y fuentes para profundizar.

Ha llegado a portada en el portal de noticias Menéame una cuyo titular es “Científicos vieneses demuestran empíricamente la violación del Principio de Indeterminación de Heisenberg.” La noticia enlaza un artículo técnico aparecido en ArXiv el 30 de mayo, arXiv:1305.7251, titulado ”Violation of Heisenberg’s error-disturbance uncertainty relation in neutron spin measurements,” [Violación de la relación de incertidumbre de Heisenberg tipo error-perturbación usando medidas del espín del neutrón], firmado por Georg Sulyok, de la Universidad Técnica de Viena, y varios colegas. La entradilla en Menéame traduce la última frase del artículo, en la sección de conclusiones: “Conclusión: Así pues, nuestros resultados dan una demostración experimental de que la forma generalizada de la relación error-perturbación de Heisenberg tiene que ser abandonada.” Esta noticia en portada de Menéame ha generado mucho revuelo en Twitter y en varias ocasiones he tenido que aclarar que no se ha demostrado que el sacrosanto principio de indeterminación de Heisenberg es falso, más bien todo lo contrario, se ha reforzado su validez. El titular se puede tachar de sensacionalista y la entradilla parece indicar que el meneante de la noticia no se ha leído en detalle la introducción del artículo técnico. Permíteme una aclaración en este podcast para Trending Ciencia.

Antes de nada, en mi misma línea, quiero destacar que también ha sido portada en Menéame una entrada mi amigo cordobés Enrique F. Borja, físico responsable del blog Cuentos Cuánticos, quien ha aclarado esta cuestión en su nuevo blog “Es Extraño…” en el portal de blogs de la revista Investigación y Ciencia. Su artículo titulando “Heisenberg todavía está tranquilo,” aclara lo que significa el principio de indeterminación de Heisenberg, en qué consiste el nuevo resultado y cómo no viola dicho principio, sino todo lo contrario, lo apoya de forma irrefutable.

Yo ya lo dije en Twitter “La formulación original del principio de incertidumbre de Heisenberg sólo es válida para pulsos gaussianos. Verificar que [dicha formulación] es violada para pulsos generales no es [ninguna] novedad. Y no afecta a la validez general del principio. Lo que se estudia [en el nuevo artículo] es la validez de la formulación original de Heisenberg de 1927, que no es la viene en los libros de texto, y que se sabe desde pocos meses después de ser publicada que debe ser modificada ligeramente.” Permíteme aclare estos puntos, porque quizás muchos de los oyentes no me siguen en Twitter y no se enteraron de mis comentarios.

Werner Heisenberg (1901-1976) fue uno de los padres de la mecánica cuántica y formuló en 1925 lo que ahora se conoce como mecánica cuántica matricial, en la que las magnitudes físicas, como la posición y la velocidad (o el momento lineal), se describen mediante matrices que no conmutan entre sí. En 1927, Heisenberg escribe el artículo en el que enuncia su famoso principio de indeterminación que afirma que “hay parejas de magnitudes físicas que no están determinadas con total precisión de forma simultánea.” Estas parejas de magnitudes físicas son las representadas por operadores o matrices que no conmutan entre sí. Sin embargo, en la formulación matemático original, Heisenberg formuló su principio utilizando un ejemplo particular, la medida de la posición y el momento lineal de un electrón en el estado fundamental de un átomo utilizando fotones. Heisenberg presenta su famosa desigualdad para la influencia del error cuadrático medio en las medidas experimentales de la posición en la incertidumbre del momento lineal, también medida como error cuadrático medio. Dicha formulación original del principio que le llevó a recibir el Premio Nobel de Física en 1932, no corresponde a lo que todos los estudiantes de física estudian durante la carrera ya que asume que el error en las medidas experimentales está equidistribuido (es decir, sigue una distribución gaussiana o campana de Gauss). Muy pocos libros de texto de física cuántica, salvo los que presentan la historia original de esta teoría, describe la formulación del principio de Heisenberg utilizando el error cuadrático medio en las medidas de posición y momento lineal, pues dicha expresión matemática tiene una validez limitada, ya que en el caso general la función de onda no es un paquete gaussiano, es decir, no implica una distribución de probabilidad de tipo campana de Gauss.

W. Heisenberg, “Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik,” Zeitschrift für Physik 43: 172-198, 1927 [traducción al inglés "The actual content of quantum theoretical kinematics and dynamics," NASA TM-77379, 1983].

La formulación del principio de incertidumbre de Heisenberg que todos los físicos estudiamos en los libros de texto es la que presentó el físico norteamericano Earl H. Kennard en 1927, pocos meses después de la publicación del artículo original de Heisenberg. Esta formulación está basada en la dispersión típica de los operadores de posición y momento lineal. De hecho, en la mayoría de los libros de texto de mecánica cuántica el principio de Heisenberg se presenta en su formulación general publicada en 1929 por el físico norteamericano Howard P. Robertson, que relaciona la dispersión típica de dos observables que no conmutan con su conmutador. Ni Kennard ni Robertson tienen su nombre asociado al de Heisenberg, aunque sus formulaciones matemáticas son más correctas que la de Heisenberg pues son válidas para una función de onda general; pero ello no quita que la formulación física del principio de incertidumbre de Heisenberg sea la correcta. Esto algo muy habitual en los trabajos pioneros de física; las ideas físicas son correctas pero la formulación matemática original tiene una validez limitada.

E. H. Kennard, “Zur Quantenmechanik einfacher Bewegungstypen,” Zeitschrift für Physik 44: 326-352, 1927; H. P. Robertson, “The Uncertainty Principle,” Phys. Rev. 34: 163-164, 1929.

¿Se puede corregir la formulación original de Heisenberg para paquetes gaussianos y obtener una formulación completamente general siguiendo su línea de razonamiento? Por supuesto, aunque quizás sorprenda a muchos oyentes que esta cuestión ha sido poco estudiada. Aunque desde pocos meses después de la formulación original de Heisenberg en 1927 se sabe que su formulación original basada en el error cuadrático medio no es válida en el caso general y ha de ser corregida, se considera que el valor de esta corrección tiene interés sólo para los físicos aficionados a la historia de la física. A mi pesar, la mayoría de los físicos no están interesados en la historia de la mecánica cuántica e ignoran este tipo de cuestiones de importancia menor, por no decir de importancia nula. Sólo a los físicos que somos apasionados a la historia de nuestra ciencia nos interesan este tipo de detalles históricos.

El físico japonés Masanao Ozawa, de la Universidad de Tohoku, reformuló en el año 2002 las ideas originales de Heisenberg y descubrió cómo corregir su formulación original utilizando errores cuadráticos medios para que sea aplicable a funciones de onda generales. Por supuesto, su formulación incluye dos términos adicionales que dan cuenta de la contribución de la desviación típica de los operadores involucrados. Sin entrar en detalles técnicos, la formulación de Ozawa del principio de incertidumbre de Heisenberg pasó sin pena ni gloria, hasta que ahora el propio Masanao Ozawa ha visitado Viena para solicitar a sus colegas de la Universidad Técnica de Viena que verifiquen de forma experimental su formulación del principio de incertidumbre. De hecho, el artículo técnico cuyo primer autor es Georg Sulyok incluye a Ozawa como quinto autor.

Masanao Ozawa, “Physical content of Heisenberg’s uncertainty relation: Limitation and reformulation,” Phys. Lett. A 318: 21-29, 2003 [arXiv:quant-ph/0210044].

No quiero entrar en los detalles técnicos del experimento realizado por Sulyok y sus colegas, que utiliza dos componentes del espín de un neutrón en lugar de la posición y el momento lineal de un electrón en un átomo. Lo más importante en dicho experimento es que se han medido de forma separada los errores cuadráticos medios de ambas componentes del espín y las desviaciones típicas de los correspondientes operadores cuánticos, demostrándose que el principio de incertidumbre de Heisenberg en su formulación convencional, con desviaciones típicas se cumple, pero que también se cumple en la formulación de Ozawa. Como la contribución de los términos introducidos por Ozawa en la formulación original de Heinsenberg ha sido demostrada con precisión, el artículo técnico proclama que se ha demostrado por primera vez de forma empírica que la formulación original de Heisenberg para los errores cuadráticos medios es incorrecta. Ninguna novedad para los físicos, que ya lo sabían desde que en 1927 se publicó el artículo de Kennard.

Georg Sulyok, Stephan Sponar, Jacqueline Erhart, Gerald Badurek, Masanao Ozawa, Yuji Hasegawa, “Violation of Heisenberg’s error-disturbance uncertainty relation in neutron spin measurements,” arXiv:1305.7251, 30 May 2013. También recomiendo consultar Jacqueline Erhart, Stephan Sponar, Georg Sulyok, Gerald Badurek, Masanao Ozawa, Yuji Hasegawa, “Experimental demonstration of a universally valid error-disturbance uncertainty relation in spin-measurements,” arXiv:1201.1833, 9 Jan 2012.

El físico japonés Ozawa ya tiene su pequeño momento de gloria, que será olvidado rápidamente por todo el mundo. Pues ya se sabe que no es noticia que un perro muerda a una persona, sino que una persona muerda a un perro. Y tampoco es noticia verificar de forma experimental que está mal lo que todo el mundo sabía que está mal. Eso sí, para mí es un artículo técnico muy interesante que recomiendo a todos los profesores de física cuántica. Pues recordar la historia de nuestra ciencia es una de las grandes asignaturas pendientes de la educación en la actualidad.

Coda final. Si no lo has hecho ya, puedes disfrutar de mi nuevo Podcast sobre Física para Trending Ciencia siguiendo este enlace.

PS: Por cierto, acaba de aparecer en ArXiv una nueva reformulación de la versión original de la relación de incertidumbre de Heisenberg de 1927 en Paul Busch, Pekka Lahti, Reinhard F. Werner, “Proof of Heisenberg’s error-disturbance relation,” arXiv:1306.1565, 6 Jun 2013. Esta nueva reformulación se diferencia de la de Osawa en que no utiliza la desviación típica de forma explícita y, por tanto, sigue de forma más fiel el espíritu de la formulación original de Heisenberg.

Ya puedes disfrutar, siguiendo este enlace, del audio de mi sección ¡Eureka! en el programa de radio La Rosa de los Vientos, de Onda Cero. Como siempre una transcripción del audio y algunos enlaces para profundizar.

Esta semana ha vuelto a ser noticia Copito de Nieve, el gorila albino del Zoológico de Barcelona que murió hace diez años. Todo un icono para la ciudad de Barcelona. Copito de Nieve ha sido hasta la fecha el único gorila albino del que se tenga noticia. Comprado por el etólogo Jordi Sabater Pi en 1966 para el Zoológico de Barcelona su fama a nivel mundial nació con una portada de la revista National Geographic en 1967. Murió de cáncer de piel el 24 de noviembre de 2003, pero se conservan muestras de su ADN (quizás pensando en su futura clonación). En humanos el albinismo afecta a una de cada 17.000 personas y es un trastorno hereditario causado por la herencia de genes recesivos de ambos padres. Los albinos se conocen desde la antigüedad. Como curiosidad me gustaría comentar que se cree que el profeta Noé, el constructor del arca de Noé, era albino; al menos así lo indica el libro del profeta Enoc, que forma parte del canon de la Biblia de la Iglesia ortodoxa etíope, pero no es aceptado como canónico por las demás iglesias cristianas.

Más información en José R. Alonso, “¿En qué se parecen Copito de Nieve y Noé?,” UniDiversidad, 08 May 2013.

Hay dos tipos fundamentales de albinismo: el más común es el albinismo oculocutáneo, donde falta el pigmento, la melanina, en ojos, pelo y piel, y el albinismo ocular, presente solo en machos, donde la melanina falta sólo en los ojos. Copito de Nieve presentaba albinismo oculocutáneo. Como el ADN de Copito de Nieve se conserva en el Zoo de Barcelona gracias a una muestra de sangre que fue congelada antes de su muerte, investigadores del Instituto de Biología Evolutiva (centro mixto del CSIC y la Universidad Pompeu Fabra) han secuenciado con éxito su genoma completo y han averiguado la causa genética de su albinismo.

¿El gen responsable del albinismo de Copito de Nieve es el mismo gen que lo causa en humanos? En humanos y en primates se conocen cuatro genes cuyas mutaciones recesivas pueden causar el albinismo oculocutáneo. Cada uno de los cuatro genes codifican diferentes enzimas en la ruta metabólica de la melanina. La variante OCA1 es causada por el gen TYR que codifica la enzima tirosinasa que cataliza el primer paso de la síntesis de la melanina; la variante OCA2 por un gen que codifica una proteína que regula el pH del melanosoma; la variante OCA3 por el gen TYRI1 que codifica una catalasa relacionada con la tirosinasa; y la variante OCA4 por el gen MATP (también llamado gen SLC45A2) que codifica una proteína de membrana que facilita la síntesis de melanina y que actúa como antigen para la formación de los melanocitos. Comparando el genoma de Copito de Nieve con el de otros dos gorilas no albinos se ha comprobado que en su caso el albinismo oculocutáneo es de tipo OCA4, en concreto, debido a un cambio de un único aminoácido en la proteína de membrana del gen MATP (o SLC45A2). Esta variante del albinismo es muy poco habitual en humanos.

El artículo técnico (de acceso gratuito) es Javier Prado-Martinez et al., ”The genome sequencing of an albino Western lowland gorilla reveals inbreeding in the wild,” BMC Genomics 14: 363, May 2013. En esta figura, wt es el gen para un gorila no albino y G518R es el de Copito de Nieve; se ve que el aminoácido glicina (G) está sustituido por arginina (R).

Se ha publicado esta semana que los padres de Copito de Nieve eran familiares cercanos, quizás tío y sobrina, con lo que este gorila albino sería resultado de un incesto (producto de la endogamia). El análisis de la variabilidad del genoma permite estudiar el grado de consanguinidad. En general, las copias materna y paterna del genoma en los gorilas difieren en casi dos nucleótidos cada 1.000 bases. En Copito de Nieve hay regiones de millones de bases en las que no hay ninguna diferencia entre ambas copias, lo que indica que son heredadas de un pariente común como resultado de la endogamia. Alrededor del 12% del genoma de Copito de Nieve es homocigoto. Un porcentaje muy elevado que sólo es posible en caso de que sus dos padres estén muy emparentados.

Recomiendo leer a CSIC, “La endogamia causó el albinismo de Copito de Nieve,” SINC, 4 Jun 2013; y Antonio Madridejos, “Los padres de Copito de Nieve eran familiares cercanos,” elPeriódico.com, 4 Jun 2013.

Hay muchas relaciones de parentesco que permiten explicar una consanguinidad del 12%, como el apareamiento entre hermanos, o entre abuelos y nietos, o incluso entre primos hermanos. Sin embargo, teniendo en cuenta las pautas de comportamiento entre gorilas se cree que lo más probable es una relación entre tío y sobrina, un macho adulto expulsado del grupo, algo muy habitual, que más tarde entra en contacto con una hembra joven que busca una nueva comunidad. Me gustaría destacar que en humanos también es más probable el albinismo en familias consanguíneas.

Una vez conocida cuál es la mutación, el estudio abre la puerta a cruzar a los descendientes de Copito que sean portadores con el objetivo de obtener un nuevo gorila albino. Como el albinismo es una característica genética recesiva, para manifestarse en un individuo es necesario que sus dos padres sean portadores de la mutación. Copito de Nieve tuvo 21 hijos, de los cuales 3 le sobreviven; también están vivos 11 nietos, de un total de 21, y 4 bisnietos. Ninguno de ellos ha nacido albino. Cruzar dos descendientes de Copito de Nieve portadores del gen recesivo descubierto permitiría, según las reglas de la herencia, lograr un albino con una probabilidad del 25%. Sin embargo, esto no forma parte de los planes del zoo de Barcelona. Hoy en día los zoos europeos buscan todo lo contrario, aumentar la diversidad genética mediante apareamientos de individuos muy alejados.

En 2009 se publicó un estudio sobre la endogamia en los Austrias, en concreto, el estudio genético indicó que la consanguinidad del rey Carlos II era similar a la de un hijo incestuoso. Carlos II El Hechizado fue resultado de los repetidos cruces entre parientes próximos que se dieron en sus antepasados. Su coeficiente de consanguinidad era mayor del 25%, similar al del fruto de una relación entre padre e hija, o entre hermano y hermana. Esta alta consanguinidad fue un factor clave en la desaparición de la dinastía de los Austrias en España porque cuando murió Carlos II en 1700 no dejó descendencia. Este resultado fue obtenido por Gonzalo Álvarez Jurado, catedrático de Genética en la Universidad de Santiago de Compostela, y varios colegas que analizaron la consanguinidad de 16 generaciones en el árbol genealógico de Carlos II desde que Felipe el Hermoso inauguró la dinastía al casarse con Juana La Loca. Como no se disponía del ADN de estos personajes se realizó un análisis de la mortalidad infantil en los descendientes de cada rey hasta los 10 años, que está en relación directa con el coeficiente de consanguinidad. También estudiaron las enfermedades achacables a mutaciones genéticas recesivas, que necesitan heredarse de los dos progenitores. Por ejemplo, Carlos II padecía raquitismo, por lo que no pudo tener hijos y a los 30 años parecía un viejo. En los Borbones el grado de consanguinidad es mucho menor.

Más información en M. Ruíz de Elvira, “La endogamia mató a los Austrias,” El País, 15 Abr 2009; María Valerio, “La endogamia acabó con los Austrias,” El Mundo, 15/04/2009. El artículo técnico es Gonzalo Alvarez, Francisco C. Ceballos, Celsa Quinteiro, “The Role of Inbreeding in the Extinction of a European Royal Dynasty,” PLoS ONE, 4: e5174, April 15, 2009 [acceso gratuito].

Para acabar, hay muchos animales blancos en los zoológicos, como los leones blancos, los tigres blancos o incluso los pavos reales blancos, ¿también se trata de albinos? En la mayoría de los casos no se trata de albinismo, sino de leucismo, que a diferencia del albinismo, no produce ningún cambio de coloración, ni defectos de visión en los ojos del animal. Estos animales leucísticos son capaces de producir melanina y por ello tienen los ojos con un color normal. Sólo se tratará de albinismo oculocutáneo cuando no existe melanina en el iris. Los oyentes deben fijarse si los ojos son de color violeta o incluso rojo, porque la luz penetra por el iris y se refleja de los vasos sanguíneos de la retina.

Más información en Biogeocarlos, “Leones blancos,” La Ciencia de la Vida, 24 Mar 2008.

Si aún no has escuchado el audio, sigue este enlace.