La teoría de cuerdas y el secreto de los superconductores de alta temperatura

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Lo dijimos en este blog y ahora se afirma por doquier. Las técnicas matemáticas de la teoría de cuerdas están siendo aplicadas por físicos de la materia condensada que están buscando un nuevo camino teórico para entender la superconductividad. Hace un año y medio había menos de 20 artículos publicados sobre el tema. Ya hay workshops y conferencias internacionales y cada semana aparecen nuevos artículos. ¿Está el secreto de las superconductividad de alta temperatura oculto por el velo de la matemática de la teoría de cuerdas? Muchos han apostado por ello y están “empollando” teoría de cuerdas, hincando los codos en una de las ramas matemáticas más complicadas de la física matemática de finales del s. XX. Nos lo han contando muchos, por ejemplo, Eric Hand, “String theory hints at explanation for superconductivity. Baroque field gets fresh lease of life in condensed-matter physics,” Nature, News, Published online 19 July 2009. Hand se centra en el workshop que acaba de finalizar en el KITP (Instituto Kavli de Física Teórica, en Santa Barbara, California) “Quantum Criticality and the AdS/CFT Correspondence (June 29 – July 24, 2009),” coordinado por Sean Hartnoll, Joe Polchinski, y Subir Sachdev.

¿Eres un físico joven buscando un tema de investigación candente? No puedes permitirte el lujo de no descargarte los vídeos y las transparencias de todas las conferencias de este miniprograma del KITP. Y de estudiarlas. Toda una necesidad para los jóvenes… como tú. 

Tampoco puedes dejar de leer el ArXiv semanalmente, ya que los artículos sobre este tema están empezando a llover a mares. El último de Steven S. Gubser, Christopher P. Herzog, Silviu S. Pufu, Tiberiu Tesileanu, con un título de lo más comercial, apabullante, “Superconductors from Superstrings,” ArXiv, Submitted on 20 Jul 2009. Desafortunadamente, no soy experto, pero a mí me ha decepcionado. O se me escapa algo importante o es bastante flojillo.

Todo el que ha estudiado física ha soñado con descubrir el secreto de la superconductividad de alta temperatura. Yo no lo tengo. Y que yo sepa nadie lo tiene todavía. La teoría de cuerdas podría ser el secreto pero, antes de lanzar las campanas al vuelo, no hay que olvidar una cosa, el secreto podría estar donde menos se espera que esté, en la teoría convencional de la superconductividad. Podrían los pares de electrones (de Cooper) que interactuarían con las vibraciones del material (los fonones) de forma no lineal conduciendo a un comportamiento completamente inesperado en los superconductores de alta temperatura. No lo digo yo, lo claman algunas voces, otras afirman que esto es una tontería. Los fonones son muy importantes en algunos cupratos como nos mostraron D. Reznik, G. Sangiovanni, O. Gunnarsson, T. P. Devereaux, “Photoemission kinks and phonons in cuprates,” Nature 455: E6-E7, 2 October 2008 y en otros cupratos, T. Dahm et al., “Strength of the spin-fluctuation-mediated pairing interaction in a high-temperature superconductor,” Nature Physics 5: 217-221, 18 January 2009. También recomiendo la lectura en este sentido del más antiguo Feliciano Giustino, Marvin L. Cohen, Steven G. Louie, “Small phonon contribution to the photoemission kink in the copper oxide superconductors,” Nature 452: 975-978, 24 April 2008.

Francis, cual mula, no se moja, ni se lava las manos. Hace 22 años que se premió con un Nobel a la superconductividad de alta temperatura (descubierta en 1986). Hoy por hoy, ya se cuenta con un repertorio suficientemente amplio y variado de materiales con esta propiedad como para pensar que el secreto de estos materiales será desvelado en los próximos años. El cerco se está acotando. Lo dicho, ¿eres un físico joven buscando un tema de investigación candente? Adelante, es tu turno. Francis ya es viejo para reempezar desde cero.

Más en este blog sobre el complejo proceso de desvelar los secretos de la superconductividad:

Los “huecos” electrónicos se “desnudan” cuando se aparean en pares de Cooper hueco-hueco (Publicado por emulenews en Febrero 8, 2009).

El secreto de la superconductividad de alta temperatura cada día más próximo (Publicado por emulenews en Febrero 16, 2009).

Superconductividad observada en capas biatómicas de plomo (Publicado por emulenews en Mayo 7, 2009).

Resolución computacional de la paradoja de Fermi por Carlos Cotta de la Universidad de Málaga

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Mucho se ha escrito sobre la paradoja de Fermi: No existe evidencia de que exista vida en nuestra galaxia, la Vía Láctea, pero probabilísticamente debería haberla. Carlos Cotta acaba de publicar un trabajo que dirigió como proyecto fin de carrera en la Universidad de Málaga a su ex-alumno Álvaro Morales. En concreto, “A Computational Analysis of Galactic Exploration with Space Probes: Implications for the Fermi Paradox,” Journal of the British Interplanetary Society 62:82-88, 2009 (ArXiv preprint, 2 Jul 2009). 

Imaginan el siguiente escenario: un proyecto SETI que decide lanzar cierto número de sondas espaciales desde la Tierra con objeto de alcanzar civilizaciones extraterrestres en nuestra vecindad galáctica. Las sondas tienen como misión explorar (aleatoriamente) la posibilidad de vida en los planetas de los sistemas estelares que vayan encontrando. Los resultados de sus simulaciones por ordenador son claros. Para sondas “razonables” (velocidad, masa, duración del combustible, etc.) es prácticamente imposible que acaben encontrando vida. Estas sondas deben tener suficiente combustible para permanecer encendidas durante millones de años para tener una probabilidad no despreciable de encontrar vida en nuestra galaxia, aún habiéndola como predice la fórmula (ecuación) de Drake.

Por supuesto, el estudio tiene muchas limitaciones y requiere ciertas hipótesis que podrían ser criticables o criticadas. Pero el resultado más importante de este estudio es darnos cuenta de lo inmensa que es nuestra galaxia. Tan acostumbrados estamos a películas como Star Wars o Star Trek que nos parece fácil recorrer la galaxia de punta a punta durante la vida de un humano. Sin embargo, poner los pies en la tierra nos lleva irremisiblemente a la paradoja de Fermi.

Un muy buen trabajo, Carlos, enhorabuena. Por cierto, os recomiendo también el artículo de Carlos “La paradoja de Fermi y el futuro de la Humanidad,” en su blog “La Singularidad Desnuda,” Agosto 15, 2007.

Por cierto, los interesados en este tema disfrutarán del último artículo de revisión de Milan M. Cirkovic, “Fermi’s Paradox – The Last Challenge for Copernicanism?,” Serbian Astronomical Journal 178: 1-20, 2009 (ArXiv preprint, 39 páginas, 20 Jul. 2009).

PS (04 de agosto de 2009): Muchos se han hecho eco de este gran trabajo, por ejemplo, “Fermi Paradox Points to Fewer Than 10 Extraterrestrial Civilizations,” ArXiv blog, Thursday, July 30, 2009, traducida magníficamente por Kanijo “La paradoja de Fermi apunta a menos de diez civilizaciones ET,” Ciencia Kanija, 30 de julio de 2009, noticia meneada que sorprendentemente para mí no ha llegado a portada (en mi opinión lo merecía).

PS (04 de agosto de 2009): El periódico ABC también se ha hecho eco de la noticia (por cierto, con gran número de faltas ortográficas en la versión publicada online): Judith de Jorge, “Diez visitas extraterrestres,” ABC.es, 4 de agosto de 2009.

No es posible observar la energía oscura utilizando diodos superconductores tipo Josephson

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Christian Beck y Michael C. Mackey propusieron en 2004 que la energía oscura podía ser medida en laboratorio. Más aún, había sido medida en laboratorio como fluctuaciones en el punto cero en diodos superconductores tipo Josephson. Publicaron el artículo en Physics Letters B. Muchos han criticado su trabajo como un sinsentido. Sin embargo, también ha tenido sus defensores. El último artículo de Vincenzo Branchina et al. pretende ser la respuesta definitiva al asunto. No es posible medir la energía oscura en laboratorio mediante este tipo de dispositivos. Sus argumentos son claros y rotundos. ¿Serán los definitivos? Sólo el tiempo lo dirá. El artículo técnico es Vincenzo Branchina, Marco Di Liberto, Ivano Lodato, “Dark energy and Josephson junctions,” ArXiv, Submitted on 16 Jul 2009, siendo el artículo original Christian Beck, Michael C. Mackey, “Could dark energy be measured in the lab?,” Phys.Lett. B 605: 295-300, 2005 (ArXiv preprint). Según su interpretación, la energía oscura ya fue observada en el experimento de R.H. Koch, D. van Harlingen and J. Clarke, “Measurements of quantum noise in resistively shunted Josephson junctions,” Phys. Rev. B 26: 74-87, 1982.

El argumento de Branchina et al. es sencillo, los investigadores que se toman en serio el trabajo de Beck-Mackey están interpretando mal el origen de las fluctuaciones de punto cero en el espectro de potencia del ruido en la corriente de diodos tipo Josephson acoplada a una resistencia. Un análisis sencillo permite interpretar este fenómeno sin recurrir a ningún fenómeno exótico (sea la energía oscura o cualquier otro). Su análisis muestra que, no solo nunca ha sido observada la energía oscura en este tipo de experimentos, sino que nunca podrá ser observada por este medio. Muchos ya lo habían afirmado, incluso publicado, como Philippe Jetzer, Norbert Straumann, “Josephson junctions and dark energy,” Phys.Lett. B 639:  57-58, 2006 (ArXiv preprint).

Todo esto me recuerda que muchos editores de revistas internacionales publican artículos polémicos, en el borde de los pseudocientífico, con el objetivo de que sean altamente criticados y altamente citados. ¿Buscando citas e índice de impacto? No sé me ocurre otra explicación.

A los mass media (p.ej. Malén Ruiz de Elvira, “El cosmos en el laboratorio,” El País, 12/03/2008) y a los blogs de divulgación científica nos encantan este tipo de noticias. Amigo lector, incluso Francis cae en este tipo de trampas muchas veces. Una visión crítica por parte del lector, siempre bienvenida, es fundamental.