Las supernovas Ia son candelas estándar para medir distancias mucho más robustas de lo que se pensaba

 

La energía oscura se descubrió gracias al uso de las supernovas Ia como candelas estándar, estrellas cuya luminosidad aparente permite determinar su luminosidad verdadera con precisión. Algunos artículos recientes encontraron una cierta diversidad entre las supernovas Ia, las hay rápidas y lentas, lo que hizo pensar que quizás no fueran tan buenas candelas como se pensaba. Sin embargo, un nuevo artículo publicado en Nature indica que la variaciones observadas en las supernovas Ia tienen una explicación sencilla, depende de la dirección en la que miremos y con un modelo adecuado se puede recuperar su papel como las mejores candelas estándar para medir distancias grandes en el universo. El nuevo modelo teórico de Maeda et al. se basa en simulaciones por ordenador y explica (gran parte de) la diversidad de las supernovas Ia como consecuencia de la dirección (aleatoria) de la explosión. Los astronómos podrán volver a usar las supernovas Ia como candelas estándar si en lugar de considerarlas individualmente, promedian los resultados para un gran número de supernovas Ia ya que el promedio diluye el efecto de la dirección aleatoria de la explosión y otras fuentes de asimetría en la misma. De esta forma, de manera sencilla, las supernovas Ia recuperan el status como candelas estándar, acallando las voces que habían empezado a dudar. Nos lo cuenta Daniel Kasen, “Astrophysics: The supernova has two faces,” News & Views, Nature 466: 37–38, 01 July 2010, haciéndose eco del artículo técnico de K. Maeda et al., “An asymmetric explosion as the origin of spectral evolution diversity in type Ia supernovae,” Nature 466: 82–85, 01 July 2010.

Por primera vez logran “pelar” un átomo de Neón, electrón a electrón, hasta quitarle sus 10 electrones

 

Un átomo es como una cebolla: los electrones se distribuyen en capas, llamadas K, L, M, … (indexadas por el número cuántico n=1, 2, 3, …). A baja energía, las capas interiores de un átomo como el Neón son inaccesibles (su estructura atómica es 1s2 2s2 2p6). Para ver los electrones en las capas interiores (electrones 1s2 en el caso del Neón) se requiere una fuente láser de pulsos ultracortos muy intensa que permita “pelar” el átomo como si de una cebolla se tratara. El año pasado se inauguró en EEUU una fuente de rayos X de este tipo y ahora se publica en Nature la primera vez que se logra despojar a un átomo de Neón de todos y cada uno de sus 10 electrones, permitiendo obtener todos los iones (cationes) posibles de dicho átomo. Además, se ha logrado observar por primera vez los electrones del nivel K de átomos de Neón rodeados de “huecos” en los niveles L. Hay que recordar que en mecánica cuántica un electrón y el “hueco” ocupado por un electrón se comporta de forma muy parecida. La observación de electrones de nivel K rodeados de “huecos” de nivel L confirma, como era de esperar, los resultados predichos por la mecánica cuántica. Este es el primer artículo importante que se obtiene en la fuente de rayos X coherente llamada Linac (Linac Coherent Light Source) en el Laboratorio Nacional SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) en California. Se han utilizado pulsos de rayos X ultraintensos (1018 W cm−2), ultracortos (1’5–0’6 nm) con un alto númeor de fotones (~105 fotones de rayos X por Å2). Gracias a estos pulsos tan extremos se ha logrado una rápida ejección de los electrones de átomos de Neón. Ajustando adecuadamente la energía se pueden fotoejectar todos los electrones del átomo. Un gran logro experimental, aunque se haya confirmado a la perfección la teoría (las predicciones para este problema dadas por la mecánica cuántica). Nos lo cuenta Justin Wark, “Atomic physics: X-ray laser peels and cores atoms,” Nature 466: 35–36, 01 July 2010, haciéndose eco del artículo técnico de L. Young et al., “Femtosecond electronic response of atoms to ultra-intense X-rays,” Nature 466: 56–61, 01 July 2010.

Este primer gran resultado del Linac del SLAC es sólo una prueba de concepto pero nos muestra las grandes posibilidades de este ultraláser de rayos X a la hora de explorar el mundo atómico y molecular. Es un primer paso hacia el proyecto emblemático de este Laboratorio Nacional, la reconstrucción tridimensional de moléculas de interés biológico que no se pueden cristalizar y que por tanto están fuera de las capacidades de las técnicas basadas en la difracción. Se espera que pronto se publicará la primera reconstrucción 3D de alguna proteína pequeña utilizando esta nueva técnica, solo al alcance de quienes tengan acceso a fuentes láser de rayos X ultraintensas, como Linac.

 

PS (3 julio 2010): Más información en inglés en “SLAC’s new X-ray laser peels and cores atoms,” Symmetry Breaking, July 2, 2010. Y más información, con fotos, del LCLS en Brad Plummer, “From atom smashers to X-ray movies,” Symmetry, March/April 2008.

Un nuevo artículo deja la puerta abierta hacia la fusión fría gracias a la sonoluminiscencia

La sonoluminiscencia es un fenómeno físico que parece de ciencia ficción. Un tren de ultrasonidos aplicado a un líquido produce burbujas que implosionan emitiendo luz. El colapso de la burbuja produce en su interior temperaturas de decenas de miles de grados, a las que los electrones se separan de los núcleos de los átomos y se genera un plasma que emite la luz que se observa. ¿Qué temperatura máxima se puede alcanzar? Los resultados experimentales han medido temperaturas entre 15000 y 20000 grados. Un nuevo artículo publicado en Nature Physics confirma la formación de un plasma dentro de las burbujas que implosionan y además afirma que las temperaturas medidas en los experimentos corresponden a la temperatura superficial de la burbuja, sugiriendo que en su interior la temperatura podría ser muchísimo mayor. ¿Tanto como millones de grados como afirman algunos artículos teóricos? Los autores no se mojan al respecto. En mi opinión, no, no tanto, pero no soy experto. La sonoluminiscencia fue descubierta en 1934 y tuvo su momento de gloria en 2002, cuando se publicó un polémico artículo en la revista Science afirmando haber logrado la fusión (nuclear) gracias a la sonoluminiscencia. En lugar de utilizar un reactor de fusión por confinamiento inercial con láser, dicho artículo proponía utilizar ultrasonidos. La fusión requiere una temperatura de millones de grados, mil veces mayor que la que se observa en los experimentos de sonoluminiscencia. Pero en este nuevo artículo, David J. Flannigan y Kenneth S. Suslick, ambos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, EEUU, afirman que las medidas experimentales de la temperatura máxima alcanzable por sonoluminiscencia miden la temperatura superficial de la burbuja que es muy inferior (no dicen cuanto) a la temperatura en el interior de la misma. En la revista Nature fueron muy críticos con Science por publicar el artículo de Taleyarkhan et al. sobre la fusión gracias a burbujas y ahora parece que dan su brazo a torcer y desde Nature Physics publican un artículo apoyando (más o menos) dichas ideas. Realmente curioso como se le da la vuelta a la tortilla. El artículo técnico es David J. Flannigan, Kenneth S. Suslick, “Inertially confined plasma in an imploding bubble,” Nature Physics, Published online: 27 June 2010. La fusión fría gracias a la sonoluminiscencia ha sido calificada por muchos como un fiasco. Lo sea o no, la generación de plasmas gracias a la sonoluminiscencia parece un tema de investigación muy interesante y este nuevo artículo nos sirve para volver a poner en el candelero la ciencia ficción de la sonoluminiscencia.

Springer se apunta al carro de las revistas de acceso abierto con SpringerOpen

Si el río suena es porque piedras trae. Muchas grandes editoriales hacían oídos sordos a las revistas de acceso abierto, pero dado que las revistas de PLoS son todo un negocio viento en popa, no quieren dejar de apuntarse al carro. SpringerOpen todavía no ha anunciado cuanto cobrará por artículo publicado. Pero no será barato. Las revistas de acceso abierto yo no son la tabla de río de hace unos años y las revistas en papel ya no son verdes. El negocio de las publicaciones está adaptándose a los nuevos tiempos. El affair entre Nature y el consorcio de bibliotecas de las Universidades de California podría ser un precedente, ahora en época de vacas flacas (carta de unos, respuesta de otros).

La figura que abre esta entrada forma parte de un estudio publicado en PLoS ONE y muestra que aproximadamente el 20% de todos los artículos científicos publicados en 2008 tienen una copia de acceso gratuito en la web (en las páginas web de los autores, servidores como ArXiv y en revistas de acceso abierto). Bo-Christer Björk y sus colegas de la Facultad de Económicas de Hanken, en Helsinki, Finlandia, han comprobado a mano la disponibilidad gratis en la web de 1837 artículos seleccionados aleatoriamente en la base de datos Scopus de la editorial Elsevier. Sólo el 8’5% están disponibles gratis en la página web de la revista correspondiente, el 11’9% están disponibles en las páginas web de los autores o de su institución. La mayoría, el 43%, están disponibles en servidores de manuscritos, como ArXiv o PubMed. El campo con más artículos gratis son las Ciencias de la Tierra (un 33% gratis) y el que menos la Química (solo el 13%). Como nos cuenta Richard Van Noorden en “One fifth of 2008’s research papers now open access,” The Great Beyond, June 25, 2010.

EE.UU. contra Europa, o el Tevatrón del Fermilab contra el LHC del CERN

El LHC del CERN está arrancando mejor de lo esperado, pero sigue calentando motores y está aún muy lejos de lo que su competidor, el Tevatrón del Fermilab, en Chicago, EEUU, está logrando a pleno rendimiento. El número total de colisiones (a 7 TeV) logradas en el LHC desde el 30 marzo, ahora unos 30 nb-1, es obtenido en pocos minutos (pero con colisiones a 2 TeV) en el Tevatrón, cuya luminosidad instantánea 3-4 x 1032cm-2s-1, es casi 1000 veces mayor que el récord alcanzado este fin de semana pasado en el LHC (5 × 1029cm-2s-1). El comité científico que gestiona el Tevatrón va a pedir al gobierno de los EEUU una extensión de 3 años para la vida de su colisionador, que estaba planificado que dejara de funcionar en enero de 2012 (tras haber acumulado unos 10 fb-1 de colisiones). Gracias a dicha extensión de 3 años, si el gobierno la concede, podrán acumular hasta 20 fb-1 de colisiones para enero de 2015. Nos lo cuenta Peter Woit, “LHC vs. Tevatron Update,” Not Even Wrong, June 28th, 2010.

Nuevo artículo de Garrett Lisi, el físico surfero, sobre su teoría de todo excepcionalmente simple basada en E8

Al grano, A. Garrett Lisi, “An Explicit Embedding of Gravity and the Standard Model in E8,” ArXiv, 25 Jun 2010. El año pasado Distler y Garibaldi publicaron un artículo que demostraba que la teoría de gran unificación de Garrett Lisi basada en E8 que proclamaba incluir la gravedad y todo el modelo estándar en realidad era un fiasco, pues no podía incluir fermiones quirales y la Naturaleza presenta tres generaciones de fermiones quirales (12 partículas). Es decir, la teoría no tenía nada que ver con la realidad que conocemos. El nuevo artículo trata de arreglar este problema y da un paso de gigante en dicha dirección, según como se mire. El nuevo artículo utiliza una nueva descomposición del grupo E8 (ver más abajo) que tras 12 páginas de teoría de grupos le permite obtener una generación de fermiones quirales, junto a sus partículas espejo (para que la teoría final sea no quiral). Garrett asume que las partículas espejo tienen una masa muy grande y no son observables. Muy bien, pero faltan dos generaciones. De hecho, el artículo de Distler y Garibaldi mostraba como, por un procedimiento similar, pero no el mismo que ahora usa Garrett, obtener dos generaciones quirales (eso sí, también con partículas espejo). El problema es que según Distler y Garibaldi, y Lisi todavía no ha podido llevarles la contraria a estos expertos en teoría de grupos, es imposible obtener tres generaciones de partículas quirales (y sus correspondientes partículas espejo). ¿Logrará algún día Lisi sacarse del sombrero tres generaciones de partículas quirales cuando los expertos dicen que es imposible? Los que quieran más detalles técnicos disfrutarán con el artículo del propio Distler, “Crib Notes,” Musings, June 27, 2010. Los que quieran algo muy divulgativo en la línea de “corear” los logros de Lisi puede que disfruten con Tommaso Dorigo, “Garrett Lisi’s New E8 Paper,” A Quantum Diaries Survivor, June 28th 2010 (traducido por Kanijo, 29 Jun 2010). Y los que quieran una crítica ácida, que estén a atentos a Lubos Motl, The Reference Frame, que todavía no la ha escrito pero que pronto lo hará, supongo.

Resumiendo mucho, el modelo estándar de las partículas elementales explica las fuerzas fundamentales de la Naturaleza gracias a simetrías (locales) entre los estados de las partículas elementales. Está constintuido por una teoría de simetría (gauge) pura para la fuerza fuerte, la cromodinámica cuántica, basada en un grupo SU(3) asociado a las partículas con carga de color (los quarks y los gluones), y por una teoría de simetría quiral para la fuerza electrodébil, la unificación del electromagnetismo y la fuerza nuclear débil, basada en el producto SU(2)L×U(1)Y. La fuerza débil es quiral, viola la simetría de paridad (P) o de reflexión en el espejo. Todos los fermiones tienen helicidad que puede ser hacia la izquierda (L) o hacia la derecha (R). El grupo SU(2) sólo actúa sobre la componente de helicidad izquierda (de ahí la L como subíndice). La simetría U(1) actúa sobre ambas helicidades (Y corresponde a la hipercarga). La quiralidad del modelo estándar es una de sus propiedades más características y que impone más dificultades a la hora de construir una gran unificación que lo incluya como caso particular. El modelo estándar puede ser completado con la gravedad de Einstein, que desde el punto de vista de la teoría de grupos corresponde a la invarianza local ante el grupo de Poincaré, cuyo recubridor universal es el grupo SL(2,C) que es isomorfo al grupo de espín Spin(1,3). Este grupo actúa sobre todas las partículas. En las teorías de gran unificación (GUT) se introduce un grupo de simetría suficientemente grande para incluir todos estos grupos de simetría y pueden incluir también al grupo de Poincaré, en cuyo caso se les suele llamar graviGUT.

En la teoría excepcionalmente simple de Garrett Lisi se selecciona el grupo excepcional E8, un grupo enorme, para construir una teoría de gran unificación (graviGUT) que contiene el producto de grupos de simetría SU(3)×SU(2)×U(1)×Spin(3,1). Todo parece encajar a la perfección si nos olvidamos de que incluir SU(2) no es lo mismo que incluir SU(2)L, es decir, hay que incorporar la quiralidad en la teoría (la violación de la simetría de paridad P o del espejo). No es fácil lograrlo. Garrett Lisi en su último artículo toma una idea ya presentada por Distler y Garibaldi en el suyo, aprovechar que el producto de grupos Spin(10)×SL(2,C) contiene una representación real de E8 como grupo de cuaterniones. Utilizando este hecho logra explicar una generación de fermiones (el resto de las partículas en la teoría son bosones) con masa nula. La teoría no es quiral, pero si se introduce un mecanismo de ruptura de la simetría se puede lograr que las partículas con helicidad izquierda adquieren una masa muy pequeña comparada con la masa que adquieren las partículas con helicidad derecha (a estas partículas de gran masa se les suele llamar partículas o fermiones espejo). Tras 12 páginas de teoría de grupos, Garrett Lisi afirma que esta posibilidad permite introducir la quiralidad en su teoría. ¿Cómo se rompe exactamente esta simetría? Lisi no nos indica cómo se puede lograr, quizás sea cuestión de tiempo y de alarde técnico. Ahora bien, el modelo estándar contiene tres generaciones de partículas quirales. En el artículo de Distler y Garibaldi se afirmaba que utilizando este tipo de descomposiciones (pasar de la forma real no compacta de E8 a una forma compleja adecuada) se podían obtener hasta dos generaciones quirales, pero que es matemáticamente imposible obtener tres generaciones quirales (o más). Una demostración matemática tiene eso. Es así de rotunda en sus afirmaciones. Si 1+1=2, no puede ser de otra forma.

¿Podrá algún día Lisi descubrir una sutileza en el análisis de Distler y Garibaldi que le permita obtener tres generaciones de partículas quirales en su teoría? Todavía una pregunta sin respuesta, lo único que podemos decir es que tendrá que trabajar bastante para lograrlo. Sería un gran paso hacia la gloria, pero su teoría también tiene muchos otros problemas técnicos (no tiene mecanismo de ruptura de la simetría, no tiene versión cuántica, etc.) Ahora que está tan de moda el bosón de Higgs hay que recordar que la teoría de Lisi no incluye a los bosones de Higgs, no porque su teoría no los requiera (él mismo afirma que los necesita), sino porque Lisi no sabe cómo rellenar los detalles técnicos para obtenerlos (serán necesarios varios bosones de Higgs y los detalles no son nada sencillos).

Garrett Lisi tiene ángel,  es un rayo de luz que nos ilumina a todos con su sabiduría. Un punto de marketing que le viene de escándalo a la física teórica. Siempre acompaña sus artículos con gráficos y animaciones de gran interés para el público en general (y de ningún interés para los especialistas). Os recomiendo jugar a explorar el mundo de las partículas elementales desde el prisma de Garrett Lisi con su juego “Elementary Particle Explorer!” Seguro que lo disfrutáis (aunque no os enteréis de la misa ni la mitad) y os sentiréis surfeando el espacio de las partículas elementales hipotéticas de Lisi, cual Garrett surfea las olas con su tabla.

El LHC viento en popa y cumpliendo como debe vuelve a ser noticia

Una noticia de la BBC  [visto en Menéame] nos relata que este fin de semana se ha obtenido un nuevo récord de luminosidad en el LHC, ni más ni menos que 0.5×1030 cm-2. Muchos medios y blogs se han hecho eco de esta gran noticia, p.ej. “La ‘máquina del Big Bang’ pulveriza su récord de colisiones por segundo,” El Mundo, 28/06/2010. Sin lugar a dudas es una gran noticia cumplir con los objetivos. Si miráis en la tabla que aparece en la entrada “El presente y el futuro del LHC del CERN,” 16 Junio 2010, podréis observar que para la primera semana de julio se quería alcanzar 5.1×1029 cm-2. Es decir, se ha logrado lo que estaba estipulado lograr. Para el próximo fin de semana se logrará alcanzar una luminosidad instantánea de 1.0×1030 cm-2. Si todo va bien. ¿Volverá a ser noticia el LHC en la BBC, El Mundo, y en todos los medios? Desde este blog nos alegrará que así sea.

La cuestión clave no es si se van a cumplir los planes estipulados a principios de año. La cuestión clave es si se va a mantener el LHC funcionando de seguido durante varias semanas para permitir a los experimentos CMS y ATLAS obtener suficientes colisiones para detectar el primer quark top en Europa. Steven Myers se lo prometió a Guido y a Fabiola, y una promesa es una deuda. La cuestión es si queremos presenciar el primer (evento candidato a) quark top (o sea, un par quark-antiquark top) en Europa antes o después del verano. A muchos nos gustaría que fuera antes de agosto. Eso sí que será una gran noticia para todos los medios. ¿Qué pasará? Id frotando vuestras bolitas mágicas…

Lynn Margulis y el SIDA como una sífilis mal diagnosticada

Cada vez que hablo en este blog de la viuda más famosa, Lynn Margulis, muchos lectores se llevan las manos a la cabeza. Como si les tocara los co….. Lynn está fuera de toda duda como microbióloga, pero ello no quita que le encante escribir artículos polémicos. En lugar de investigar algo por su cuenta y encontrar pruebas no refutables de sus afirmaciones, aprovecha su fama para polemizar y solicitar a los demás que hagan el trabajo por ella. Pocos recogen el guante y sus artículos polémicos se limitan a noticia en los medios y punto. Una pena.

¿Habéis leído la entrevista que le ha hecho Xavier Pujol Gebellí para la SEBBM? Seguro que sí. Habréis disfrutado de Lynn Margulis, “La simbiogénesis es la fuente de innovación en la evolución,” Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular 160: 26-29, junio 2009. Os extraigo un par de frases a los remolones sin dejar de recomendar a todos la lectura de dicho artículo (gratis en la web).

No hemos encontrado una relación causal documentada entre VIH y sida. El sida es un síndrome y tiene síntomas que coinciden con otras enfermedades, por lo que es muy posible que se hayan registrado como sida casos que en realidad corresponden a otra patología. Yo no sé nada de inmunología. Pero no he sido capaz de dar con una sola publicación que nos pruebe de una manera satisfactoria a nosotros, los microbiólogos, que exista una correlación completa de que HIV sea el responsable de la enfermedad. Parece como si desde que existe el sida, la sífilis, enfermedad con la que comparte muchos de los síntomas, haya desaparecido por completo. Las pruebas detectan el virus, porqué está ahí, pero nadie ha demostrado todavía que sea la razón causal. Y no digo que sífilis sea sida, digo que hay una gran correlación entre las dos enfermedades y sus respectivos síntomas.

¿Por qué hablar de Lynn Margulis si sé que a mis lectores no les gusta que hable de ella? Porque acabo de leer el artículo “La paradoja del negacionista,” Kurioso, 25 junio de 2010, y no he podido resistirme a dejar un comentario sobre Lynn Margulis. No he podido, lo siento, querido lector y me he sentido obligado a contarlo aquí en mi propio blog. Sé que la mayoría de mis lectores leen con devoción a Kurioso y si me leen allí y no aquí lo mismo piensan que les estoy tocando los co…..

¡Ah! ¿Qué tú no lees a Kuriso? Como diría mi hijo: ¡no me lo puedo creer! Repito aquí parte del comentario, que con toda seguridad ya has leído.

“Kurioso, entre los negacionistas de la relación VIH y SIDA has olvidado mencionar a la más famosa, mujer polémica donde las haya y mujer respetada por un cierto halo de censura en muchos medios (en wikipedia como digas ciertas cosas de ella, que ella misma publica en artículos científicos de fácil acceso, rápidamente los censores los borran). Por supuesto, has olvidado, a la viuda más famosa, a Lynn Margulis. Margulis propone que el SIDA es un tipo de SÍFILIS en su artículo técnico Lynn Margulis et al., “Spirochete round bodies Syphilis, Lyme disease & AIDS: Resurgence of “the great imitator”?,” Symbiosis (revista editada por Springer) 47: 51-58, febrero de 2009. ¿Por qué no se encuentra una vacuna? Porque una espiroqueta es la responsable del SIDA de transmisión sexual y buscar una vacuna estudiando el virus VIH, según ella, es como matar moscas a cañonazos.”

We posit that the spirochete disease syphilis persists in the human population where its signs and symptoms may be overlooked or misinterpreted for those of AIDS.

Since the research group of Luc Montagnier first described LAV “virus-like particles” (later called “HIV-1″) from “Patient I”, a close connection has been shown between AIDS and a history of syphilis in multi-partner men. “Patient 1″ sought medical consultation for swollen lymph nodes, muscle weakness without fever or weight loss, and for episodes of gonorrhea. He did not have AIDS. He had been previously treated for syphilis, but was he cured?

Is it possible that the narrow focus on “HIV as the cause of AIDS”, an example of scientific “misplaced concreteness” typical in explanation of evolution, has facilitated missed diagnosis of syphilis? Contrary to the statements on many official government and medical websites that “syphilis is easily curable by antibiotics”, the disease is often refractory to antibiotic and other treatments except perhaps in very early imnunoresponsive stages.

Numerous inconsistencies have been noted in HIV epidemiology between the various risk groups. Marked differences in both expression and progression of HIV disease between the sexually and non-sexually acquired forms have been reported. We urge investigation into the extent to which undetected latent syphilis overlaps with AIDS.

To date, all attempts to produce an effective HIV vaccine have failed. Anthony S. Fauci, head of the National Institute of Allergy and Infectious Diseases that sponsored the trial, comments, “There is something very, very peculiar going on in the vaccine trials …. We’ve got to rethink these things”.

Algunos lectores ya habrán dedicido dejar de leer este blog, porque no les gusta que les toquen los co….. Para los que continuéis siendo seguidores del mismo os hago una pregunta, solo una pregunta. Si detectar una espiroqueta (longitud entre 0’005 y 0’5 mm) en una muestra de sangre es trivial comparado con detectar un retrovirus (diámetro de 0’0001 mm), ¿por qué no detectan espiroquetas en todos los análisis de sangre que dan positivo a anticuerpos del VIH? Obviamente, nadie busca una anaconda cuando entra a un gallinero y obviamente, si hay alguna, nadie la ve.

La composición del Sol a partir de su espectro visible

La imagen astronómica del día, hoy, nos presenta el espectro solar (obtenido en el Observatorio Solar McMath-Pierce) y nos indica que la mayoría de las líneas espectrales de absorción han sido identificadas, pero no todas. ¿Por qué no han sido identificadas todas las líneas espectrales de absorción? Porque no han sido calculadas aún y además la mayoría de los cálculos asumen un estado de equilibrio termodinámico local lo que falsea la comparación entre teoría y observación. La mecánica cuántica permite calcular, a priori, las líneas espectrales de los átomos y moléculas que componen la atmósfera solar a cualquier temperatura, pero el cálculo no es fácil. Estos cálculos cuánticos son muy complicados y requieren el uso de aproximaciones semiclásicas que pueden falsear ciertos resultados (líneas hiperfinas, por ejemplo). Por ello hay varios elementos atómicos pesados con líneas espectrales que tienen probabilidades de transición todavía inciertas. Aunque se han registrado mejoras notables en este sentido en los últimos años, el espectro de absorción del sol contiene muchas líneas que corresponden a elementos atómicos y pequeñas moléculas en un estado fuera del equilibrio termodinámico local para el que todavía no se han obtenido los cálculos correspondientes utilizando la mecánica cuántica. No quiero que nadie se lleve a engaño, aún así, hoy en día conocemos muy bien la composición del sol (ver figura y tabla más abajo). Si alguno sigue el último enlace en la imagen astronómica del día al artículo de S.O. Kastner, “New and Alternative Line Identifications in Solar Chromospheric and Photospheric Spectra,” Astrophysical Journal Supplement 100: 473-486, oct. 1995, se puede llevar una falsa imagen de la situación. Sus tablas llenas de puntitos (lugares vacíos) y sus interrogaciones (?) en muchos elementos no significan que dichas líneas de absorción no sean conocidas (o lo fueran en 1995). No os equivoquéis. Significa que la identificación alternativa del autor no es aplicable a dichas líneas. Hay muchas líneas no identificadas, pero no son todas las que aparecen en dicho artículo. Un artículo mucho más reciente sobre estos lares es el estupendo artículo de los grandes especialistas Martin Asplund, Nicolas Grevesse, A. Jacques Sauval y Pat Scott, “The Chemical Composition of the Sun,” Annual Review of Astronomy and Astrophysics 47: 481-522, September 2009 (de donde he extraído la tabla y la figura de más abajo). Por cierto, para los que no lo sepan, Nicolas Grevesse es autor de un artículo en 1989 sobre la composición química solar citado en el ISI WOS nada menos que 5730 veces y otro de 1998 citado 1314 veces. Para los aficionados a convertir a un autor en un número, el índice-h de Nicolas es 32 (sólo el ISI WOS).

PS (29 jun 2010): Como nuestro lector Iñigo ha notado, las unidades en esta tabla no están nada claras y requieren una aclaración (son unidades estándares en este campo pero fuera del campo pocos las conocen). Así que os incluyo la aclaración (en inglés) de los propios autores. Gracias, Iñigo.

Jabulani, la ciencia, la polémica, la aerodinámica y un nuevo balón por pelotas

Kaká, el robot y los Dres. Harland y Passmore de la Universidad de Loughborough, G.B.

Rojas tendrán las orejas los ingenieros de la Universidad de Loughborough, Reino Unido, que han diseñado el balón Jabulani, oficial en la Copa Mundial de la FIFA en Sudáfrica. Todo el mundo habla mal de ellos. Son los ingenieros más odiados del mundo. No sólo lo odian los italianos y los franceses, también los brasileños, los españoles, … Los porteros son los peor parados, pero “darle efecto” es imposible para los delanteros, excepto para los alemanes que la probaron en algunos partidos de la última Bundesliga. Un balón vivo, un balón terrible, un balón imprevisible, al que los jugadores no podrán acostumbrase en unos pocos partidos. La FIFA reconoce problemas con el balón Jabulani. Ya era hora. ¿Por qué está dando problemas un balón científicamente tan perfecto? Porque los jugadores no están acostumbrados, tienen que reaprender a jugar con el nuevo balón. En el fútbol profesional algunos disparos son imposibles y requieren un “toque mágico” que el más mínimo cambio en la aerodinámica del balón impide. Además, un balón tan esférico se le resbala de las manos a los porteros. Una pena, ya que los únicos que salen perdiendo de todos estos temas son los científicos y los ingenieros, que vuelven a estar por los suelos en todas las conversaciones de café, en España y en el resto del mundo. Ya nos lo contó James Dacey, “Players attack aerodynamics of the World Cup ball,” PhysicsWorld.com, Jun 9, 2010. Porque ciertos disparos violan las leyes de la física, en el vacío, ya que requieren condiciones meteorológicas adecuadas, como también nos contó James Dacey, “Brazilian wundergoal revisited,” PhysicsWorld.com,Jun 8, 2010. La física del fútbol no tiene todas las respuestas, como nos contaron Takeshi Asal, Takao Akatsuka y Steve Haake, “The physics of football,” PhysicsWorld.com,Jun 1, 1998. Pero la física nos ayuda a entender las pésimas decisiones de las autoridades, que meten la pata excusándose en ingenieros y científicos, porque tratan de favorecer a ciertas empresas que utilizan prácticas poco ortodoxas.

Proceso de fabricación del nuevo balón (el vídeo tarda en descargar, así que tranquilidad).

Un balón perfecto, un 5% más rápido, más fiable, más predecible, diseñado gracias a los disparos de un robot automático en un túnel de viento. Un balón diseñado para reducir la resistencia aerodinámica en vuelo gracias a un menor número de costuras que permite minimizar la estela de remolinos turbulentos que cualquier ligerísima imperfección en el balón introduce. Obviamente, hay costuras, pero han sido diseñadas al milímetro. Tanto el ancho de la ranura, su profundidad y su forma han sido estudiadas para lograr el mejor disparo posible. La más alta tecnología puesta en juego para un deporte de masas.

Pero el nuevo balón no ha sido bien recibido por los jugadores, que afirman que para ellos, pobres humanos, Jabulani es menos predecible que los balones convencionales. Los jugadores tienen que reaprender su juego, descubrir todas las oportunidades que les ofrece el nuevo balón, pero hacerlo durante un mundial es una puñalada trapera de la FIFA. Los jugadores y especialmente los porteros  y los delanteros son muy sensibles a cualquier cambio en la tecnología del balón. Si el balón hubiera sido introducido hace dos años en todas las ligas profesionales, ahora los mejores jugadores del mundo jugarían con el mejor balón del mundo como todos los aficionados se merecen. Este mundial promete sorpresas. Quien sabe, quizás España gane y Brasil no llegue a semifinales. La culpa la tendrá el balón. La culpa, como siempre, la tendrán los ingenieros y los científicos que lo han diseñado. No le pongas un nuevo traje al emperador… o se mofarán de él.

La mecánica y la aerodinámica de un disparo de falta ha sido

Las grandes figuras de fútbol son capaces de lanzar a puerta, a balón parado, con barrera incluida, logrando una curvatura de la trayectoria del esférico que esquiva la barrera y engaña al portero. La física del disparo es elemental, gracias al efecto Magnus. Sin embargo, la ejecución precisa del disparo requiere una maestría al alcance sólo de los jugadores de élite. Hay disparos irrepetibles y dichos disparos son una buena excusa, como cualquier otra, para estudiar la física del disparo, el efecto de la resistencia aerodinámica, el número de Reynolds y la fuerza de Magnus (debida a la rotación del balón). La física ha sido discutida muchas veces, pero durante este Mundial todos los profesores de física deberían aprovechar que el artículo de Gren Ireson (por ende de la Universidad de Loughborough), “Beckham as physicist?,” Physics Education 36: 10-13, 2001, es de acceso gratuito para todos. Sólo será gratis durante este Mundial. Al finalizar, la editorial IOP dejará de ofrecerlo gratis.

“To coincide with the 2010 World Cup, IOP Publishing has created a collection of football related articles. These papers are from a variety of IOP Publishing hosted journals and are free to read throughout the World Cup.” Listado de artículos gratis en IOP.

Entre los artículos ofrecidos gratuitamente destaca otro de la Universidad creadora de Jabulani, que presenta una técnica de reconocimiento de imágenes para la reconstrucción de la trayectoria y orientación (“rotación”) de un balón en vuelo a partir de cámaras de vídeo. El método utiliza algoritmos genéticos. Lo más difícil, obviamente, es determinar la orientación exacta del balón. Para ello los investigadores han coloreado cada hexágono y pentágono del balón de tal forma que visto el balón desde cualquier ángulo posible el patrón de colores observado sea siempre diferente y característico de dicha orientación. Es un método realmente ingenioso. Un artículo curioso que nos muestra el gran número de sutilezas técnicas que requiere el análisis de algo aparentemente tan simple como un vídeo de la trayectoria de un esférico tras ser disparado. Os recomiendo la lectura del artículo de Paul Neilson, Roy Jones, David Kerr y Chris Sumpter, “An image recognition system for the measurement of soccer ball spin characteristics,” Meas. Sci. Technol. 15: 2239-2247, 2004 [aprovechad que es gratis durante el mundial].

¡Ah! Por cierto, como es obvio muchos de los artículos que ahora están gratis en la web de IOP también los podéis encontrar gratis en las páginas de los propios autores.

Más artículos de fútbol en este blog (haberlos, haylos):

– “VII Carnaval de Física: La trayectoria de un balón de fútbol y sus parámetros aerodinámicos medidos experimentalmente,” 24 Mayo 2010 (los artículos de John Eric Goff en IOP están entre los ofrecidos gratis durante el Mundial).

– “España golea a Rusia (o qué poco me gusta el fútbol, será porque soy EspañoL, con L mayúscula),” 27 Junio 2008 (matemáticas y fútbol).

– “En el fútbol, ¿gana siempre el mejor equipo? (o Bundesliga, matemáticas y series temporales),” 7 Marzo 2008.

PS (1 julio 2010): “Para la ciencia, el ‘Jabulani’ no va derecho porque es perfectamente redondo,” Generacion.com, 30 junio 2010 [visto en Menéame].