Os dejo con la soprano Renata Drozd, el barítono Kamil Pękala, el tenor Marcin Pomykała, el pianista y animador Waldemar Malicki, el director de orquesta y bailarín Bernard Chmielarz y la orquesta polaca Filharmonia Dowcipu. Espero que os guste… supongo que muchos ya lo habréis disfrutado.
El bosón de Higgs es una partícula resultado de la ruptura espontánea de la simetría electrodébil. Estudiar esta ruptura de simetría (SBT) en laboratorio requiere utilizar una analogía física que reproduzca los primeros instantes de la gran explosión. Por primera vez se ha observado la SBT para un potencial similar al potencial de Higgs, en la escala de los femtosegundos, utilizando un sistema de estado sólido y medidas ópticas ultrarrápidas. La evolución temporal de una transición de fase por ruptura de la simetría no solo tiene aplicaciones en cosmología, también en física de la materia condensada, neurociencia y finanzas. Roman Yusupov y sus colegas han observado este tipo de transición de fase tanto para bosones como para fermiones gracias a nueva técnica de espectroscopia basada en tres pulsos en el régimen de los femtosegundos. Las observaciones experimentales concuerdan con los resultados esperados según las simulaciones numéricas basadas en la teoría de Ginzburg-Landau. Entre los resultados más interesantes observados están las distorsiones espaciotemporales en el campo (análogo) de Higgs debidas a la aniquilación de defectos topológicos, similares a las discutidas en los modelos cosmológicos de Kibble-Zurek. Un gran trabajo experimental del que se ha hecho eco Richard D. Averitt, «Symmetry breaking transitions: Dynamics of broken symmetry,» News and Views, Nature Physics, Published online, 22 August 2010, siendo el artículo técnico Roman Yusupov et al., «Coherent dynamics of macroscopic electronic order through a symmetry breaking transition,» Nature Physics, Published online, 22 August 2010 [disponible gratis en ArXiv y en la web ijs.si]. Los investigadores han utilizado telururos de tierras raras que ya han sido propuestos en varias ocasiones como modelos por analogía para cosmológicos, recuerdo por ejemplo Geoff Brumfiel, «¿Se esconden los secretos del universo en un chip?,» Nature, NPG Iberoamerica, Publicado online el 16 de marzo 2010, traducción del artículo en inglés que podéis comparar con la traducción de Ciencia Kanija, si os apetece.
Los investigadores han utilizado tritelururo de terbio (TbTe3) y tritelururo de disprosio (DyTe3) que presentan una inestabilidad electrónica que da lugar a una transición de fase de segundo orden. A baja temperatura, esta transición de fase produce una ruptura espontánea de cierta simetría para las cuasipartículas del material. Despreciando fluctuaciones en la fase del campo, estas partículas cuasipartículas están sometidas a un potencial de energía con dos pozos, tipo sombrero mexicano, como ilustra la figura que abre esta entrada. Este potencial varía con el tiempo, como indica dicha figura, simulando una transición de fase similar a la del mecanismo de Higgs. Los resultados experimentales (figura de abajo) permiten seguir la evolución del espectro en el tiempo y como se distorsiona durante la transición de fase. Un gran trabajo experimental que será el inicio de futuros estudios más detallados.
Esta es mi segunda entrada para el X Carnaval de la Física organizado por Alfonso Cuervo en CienciaMia, México. Como ya viene siendo costumbre es un experimento de físico sencillo y que cualquiera puede repetir: romper un espagueti. Espero que os guste.
Me ha llamado la atención en Menéame la noticia de Lorenzo Hernández, «¿Por qué los espaguetis crudos se rompen en tres o más fragmentos?,» Ciencia Online, 27 ago, 2010, que acompaña la respuesta con un vídeo de youtube del Proyecto G y nos aclara lo siguiente:
«Los físicos franceses Basile Audoly y Sebastien Neukirch, del Laboratoire de Modélisation en Mecánique de la Université Pierre et Marie Curie, París, lograron en 2005 dar con la respuesta. Al doblar el espagueti llega un momento en que éste supera su límite de curvatura y se rompe en dos partes. Los extremos recién creados de ambos fragmentos liberan entonces toda la tensión acumulada y comienzan a vibrar. En cada uno de los fragmentos se originan unas ondas de flexión no lineales, tanto mayores cuanto mayor es el fragmento resultante, que viajan a lo largo del “medio-espagueti” hasta alcanzar el extremo sujetado, donde se reflejan. Cuando las ondas de ida y las de vuelta se encuentran, se solapan. En algunas zonas se anulan entre sí, pero en otras suman sus efectos hasta el extremo de que en determinados puntos el fideo supera de nuevo su límite curvatura, originándose así un nuevo sitio de ruptura, en el que a su vez se reproduce el mismo comportamiento, aunque menos intenso debido a que los fragmentos son cada vez más pequeños y por tanto vibran menos. En resumen, la ruptura inicial desencadena una cascada de rupturas por las ondas elásticas que sacuden cada pieza.»
Me ha sorprendido que Lorenzo no mencionara que este trabajo fue ganador del Premio Ig Nobel de Física de 2006. El artículo técnico, publicado en PRL, es Basile Audoly, Sébastien Neukirch, «Fragmentation of Rods by Cascading Cracks: Why Spaghetti Does Not Break in Half,» Phys. Rev. Lett. 95, 095505, August 2005 [gratis aquí]. Los autores del artículo tienen un página web sobre el estudio «How bent spaghetti break» que incluye varios vídeos. Los dos primeros ilustran poco, pero el tercero, gracias a unas tijeras, nos muestra el efecto catapulta, clave en los experimentos de laboratorio realizados por los autores (vídeo). La explicación en vídeo utilizando simulaciones numéricas de la ecuación de Kirchhoff es convincente y compara muy bien con el experimento. Finaliza con cuatro vídeos de experimentos, con y sin rotura múltiple.
El trabajo de Audoly y Neukirch parte de un trabajo previo de J. R. Gladden, N. Z. Handzy, A. Belmonte y E. Villermaux, «Dynamic buckling and fragmentation in brittle rods,» Phys. Rev. Lett. 94: 35503, January 2005 [gratis aquí]. Los autores también desarrollaron una página web «Dynamic Buckling and Breaking of Thin Rods» para ilustrar sus resultados. En lugar de romper los espaguetis a mano (como los franceses), los americanos prefirieron romperlos lanzando un objeto contra ellos utilizando un cañón neumático. Incluyen solo un vídeo, un gif animado.
BTW habrá que contar algo sobre Richard Feynman y su interés en la rotura de los espaguetis, que Lorenzo también menciona en su blog. Daniel W. Hillis lo contó en 1993 en un documental de la serie Nova (vídeo formato rm) y en 1994 en su biografía de Feynman titulada «No Ordinary Genuis.» En una conversación con Feynman le contó que había tratado de descubrir una teoría física para la rotura de los espaguetis sin éxito. Curioso.
BTW parece casi imposible romper un espagueti en dos trozos pero hay una señora que afirma lograrlo. El truco es muy sencillo. Probar muchas veces. En alguna de ellas el espagueti se reomperá solo en dos trozos (basta publicar dicho vídeo y no los demás en youtube).
El argentino Juan Maldacena es el padre científico de la conjetura sobre la dualidad AdS/CFT, entre una teoría cuántica de la gravedad en un espaciotiempo y una teoría cuántica de campos en el contorno (borde) de dicho espaciotiempo. Juan prefiere llamarle dualidad QFT/QG, donde QFT significa teoría cuántica de campos y QG gravedad cuántica. En el programa intensivo de verano llamado «Prospects in Theoretical Physics (PiTP) 2010,» del Institute for Advanced Study (IAS) de Princeton, EE.UU., han organizado un programa sobre «Aspects in Supersymmetry,» entre los días 19 y 30 de julio de 2010. Incluye varias charlas interesantes, pero creo que destacan sobre las demás las tres grandes charlas de Juan Maldacena (cada una dura más o menos una hora y media). Si tenéis unas cuatro horas y pico para aprovechar disfrutando de los conceptos básicos de la dualidad gauge/gravedad, merece la pena disfrutarlas en vídeo: «AdS/CFT Correspondence» Parte 1, Parte 2 y Parte 3. El programa de verano incluye dos charlas de Edward Witten sobre la teoría de Seiberg-Witten, Parte 1 y Parte 2, que me han gustado menos que la de Juan. También hay otras charlas, entre las que yo destacaría las dos de Nathan Seiberg sobre dinámica gauge supersimétrica, Parte 1 y Parte 2.
Muchos medios [1] se han hecho eco del descubrimiento de dos planetas extrasolares similares a Saturno gracias a la sonda espacial Kepler que lanzó el año pasado la NASA. Se han encontrado más de 400 planetas extrasolares, luego la noticia parece que debería tener poco interés. Sin embargo, la NASA ha anunciado dicho descubrimiento en una rueda de prensa. ¿Por qué el descubrimiento de los planetas Kepler-9b y Kepler-9c es importante? El artículo técnico ha sido aceptado en la prestigiosa revista Science [2], pero creo que eso no es suficiente. Yo creo que hay dos razones fuertes para ello. La primera es que la sonda Kepler ha detectado por primera vez dos planetas en la misma estrella (una estrella tipo solar bautizada Kepler-9), su primer sistema planetario. Y la segunda es que aparte de los dos planetas saturnianos, las sonda Kepler ha detectado a Kepler-9a, una supertierra con una masa de solo 1’5 veces la masa de la Tierra [3]. La evidencia sobre la existencia de Kepler-9a es indirecta, aún así, Kepler fue lanzado al espacio para buscar planetas del tamaño de la Tierra y es una gran noticia que ya haya encontrado el primero. ¿Por qué son interesantes los planetas con un tamaño similar a la Tierra? Porque hoy en día creemos que son los que tienen más probabilidades de albergar vida.
Kepler está diseñado para detectar planetas de tamaño terrestre gracias a la medición de cambios muy pequeños en la intensidad de la luz que nos llega de una estrella durante un “tránsito”, cuando el planeta pasa entre nosotros y la estrella. Kepler está poniendo su atención en estrellas similares a nuestro Sol. Kepler-9a (si futuras medidas confirman su existencia) es el planeta más pequeño que Kepler ha encontrado hasta el momento y se ha detectado de forma indirecta. La sonda Kepler ha observado el tránsito de dos planetas del tamaño de Saturno, Kepler-9b y Kepler-9c. Para la sorpresa de los investigadores, estos dos planetas son tan grandes que su tránsito deja una señal muy clara que permite determinar con detalle su masa y los parámetros de su órbita. Uno de los planetas parece estar acelerándose y el otro parece estar desacelerando. Más aún, uno tiene un periodo orbital de 19 días y el otro un periodo de 38 días, exactamente el doble, es decir, sus órbitas están en una resonancia 2:1. Simulaciones numéricas de sus órbitas han demostrado que esta configuración es estable durante varios miles de millones de años. Además, también gracias a las simulaciones numéricas de esta resonancia lo más probable es que los dos saturnianos sean coplanares lo que permite restar de las curvas de luminosidad sus tránsitos. Al hacerlo ha aparecido la sorpresa, se ha descubierto una pequeña señal, cuyo origen parece ser el planeta de tamaño terrestre Kepler-9a.
Kepler-9a no es el planeta más pequeño que se ha detectado hasta el momento, pero sí es el más pequeño que ha detectado en una estrella similar a nuestro Sol. Hay muy pocas probabilidades de que Kepler-9a albergue vida ya que es muy caliente porque está muy cerca de su estrella, que órbita en menos de dos días. Los dos saturnianos también están muy cerca de su estrella, más cerca que Mercurio de nuestro Sol. En una revista internacional del prestigio de Science no se puede afirmar que Kepler-9a sea un nuevo planeta sin una confirmación posterior (podría ser un falso positivo). Kepler-9a es solo un “candidato” a planeta terrestre. Su periodo de solo 1’6 días ha permitido estudiar muchos tránsitos. Pero en la actualidad no se puede descartar que se trate de una supermancha solar. La estrella Kepler-9, que se encuentra a 700 parsecs de distancia, unos 2000 años luz, de la Tierra es más activa que el Sol por lo que se espera que presente manchas solares más grandes que nuestro Sol. Gracias a la observación de estas manchas solares se cree que tiene un periodo de rotación entre 16 y 17 días. Pero las medidas son todavía imprecisas. Habrá que esperar unos meses hasta que Kepler-9a sea confirmado o refutado por nuevas medidas.
[1] Agencia EFE, «Descubiertos dos nuevos planetas similares a Saturno. Orbitan alrededor de una estrella, según la NASA, y han sido nombrados como Kepler 9b y Kepler 9c. Se encuentran a 2.000 años luz de la Tierra,» La Vanguardia, 26 Agosto 2010 [visto en Menéame, ya en portada].
[2] Matthew J. Holman et al., «Kepler-9: A System of Multiple Planets Transiting a Sun-Like Star, Confirmed by Timing Variations,» Science, Published Online August 26, 2010. Parte de la información de esta entrada se ha recogido de la entrevista a M.J. Holman en el siguiente podcast, que recomiendo.
[3] La figura que abre esta entrada está extraída de Niall Firth, «Kepler probe finds two Saturn-sized planets orbiting a single star 2,000 light years away,» DailyMail, 27th August 2010.
Todos los intentos de establecer la teoría de cuerdas como una «teoría de todo» (TOE) convergen hacia un resultado sorprendente: la teoría de cuerdas es una «teoría de algo» y ese «algo» es una teoría de Yang-Mills en 4 dimensiones (4D). Las teorías gauge de Yang-Mills, sin ninguna traza visible de gravedad, ocultan en lo más profundo de su ser una teoría cuántica de la gravedad, como nos ha desvelado la teoría de cuerdas (o teoría M). Los diagramas de Feynman para una teoría de Yang-Mills en 4D pueden ser sumados a todos los órdenes y continuados analíticamente en el régimen de acoplamiento fuerte gracias a su dualidad con una teoría de la gravedad. Todo ello gracias a las herramientas que se han desarrollado en teoría de cuerdas para tratar de demostrar la conjetura del argentino Juan Maldacena sobre la dualidad AdS/CFT. Esta conjetura no ha sido demostrada aún, sin embargo, para una teoría CFT en un espaciotiempo plano, una teoría Yang-Mills en 4D, pocos dudan sobre su validez. Todavía queda algún tiempo para que la teoría de cuerdas sea materia obligatoria para todos los físicos teóricos como herramienta de cálculo en las teorías de Yang-Mills en 4D del modelo estándar. Pero, tiempo al tiempo. Esta opinión no es solo mía, mi mejor resumen breve de la Conferencia sobre Integrabilidad en Teorías Gauge y de Cuerdas, 28 Junio-02 Julio, Estocolmo, 2010, sino que también parece ser la opinión de algunos de los expertos en sus charlas, por ejemplo, Matthias Staudacher (Universidad Humboldt, Berlín), «Q-Operator Demystified,» IGST 2010, Estocolmo, 28 Junio 2010.
Los físicos teóricos que siguen interesados en las aplicaciones de la teoría de cuerdas como «teoría de todo» y como teoría realista de la gravedad cuántica a la escala de Planck, se encuentran aún con grandes dificultades. La conjetura AdS/CFT para una CFT en un espaciotiempo curvo, se sigue escurriendo como agua entre los dedos de las manos de los físicos. Quizás requiera herramientas matemáticas que aún no se han desarrollado. La teoría de cuerdas, como la «teoría de todo» estrella de la física teórica, sigue tan alejada de nosotros, hoy, como lo estaba hace 30 años. La estrella de las TOE sigue siendo, como decía Ed Witten, una teoría del s. XXI caída del cielo ante los ojos de los físicos teóricos de finales del s. XX. Todo indica que serán necesarias muchas décadas hasta que podamos entender qué es la teoría de cuerdas (o teoría M) en este contexto, que es lo que tenemos en nuestras manos.
BTW no soy experto en teoría de cuerdas y mis opiniones son solo eso, opiniones de alguien que no es experto. Para los que todavía no tengan muy claro qué es la teoría de cuerdas y se atrevan a aguantar un par de horas con una conferencia sobre este tema, les recomiendo las dos charlas de Sera Cremonini, física teórica que entonces estaba en la Universidad de Michigan y que ahora es postdoc en la Universidad de Cambridge, Gran Bretaña. Son conferencias de sábado por la mañana organizadas por el Departamento de Física de la Universidad de Michigan. Todas las charlas aquí (solo unas pocas tienen vídeo).
Según un estudio publicado en Science, no reduciría el número de errores arbitrales. Si los dos árbitros están de acuerdo, no hay problema. Si no lo están, pueden negociar entre ellos, pero si tras negociar tampoco se ponen de acuerdo, es imposible saber quién tiene razón. La decisión del árbitro está basada en sus percepciones sobre la jugada y está sujeta a cierto nivel de ruido sensorial. La cantidad de ruido depende de la situación particular (distancia a la jugada, condiciones de iluminación, etc.). El árbitro con menor ruido sensorial será el que se equivocará menos, pero cómo saber quien es. El estudio de Bahador Bahrami (University College, Londres) y sus colegas indica que los humanos no somos capaces de comunicar a los demás el grado de confianza que tenemos en nuestras propias decisiones, ya que no sabemos estimar el nivel de ruido sensorial que ha afectado a dichas decisiones. Según estos investigadores, dos árbitros yerran menos que uno solo, sólo si se informa a los árbitros, de alguna forma, del nivel de ruido estimado en su decisión. Además, convendría instruir a los árbitros sobre la forma correcta de agregar (combinar) dicha información. Los humanos no sabemos agregar información con ruido y debemos ser instruidos para ello. Sin un curso de matemáticas y sin adelantos tecnológicos que asesoren a los árbitros, la mejor decisión para la FIFA es seguir usando un único árbitro (apoyado por los árbitros asistentes o jueces de línea, claro). Nos lo cuenta Marc O. Ernst, «Behavior: Decisions Made Better,» Perspectives, Science 329: 1022-1023, 27 August 2010, que se hace eco del artículo técnico de Bahador Bahrami, Karsten Olsen, Peter E. Latham, Andreas Roepstorff, Geraint Rees, Chris D. Frith, «Optimally Interacting Minds,» Science 329: 1081-1085, 27 August 2010.
La figura que abre esta entrada ilustra el caso de que los dos árbitros no estén de acuerdo sobre si el esférico ha entrado o no en la portería. Cada uno opina que el balón ha alcanzado una distancia (di) respecto a la línea de gol, sea d1>0 (fuera) y d2<0 (dentro). Un sistema independiente informa a los árbitros que la incertidumbre (ruido) en sus decisiones viene dado por una distribución de probabilidad gaussiana con una desviación típica dada (σi). Según el estudio de Bahrami y sus colegas, los humanos tendemos a apreciar nuestra certeza sobe la decisión con el cociente zi = di/σi. Durante el proceso de negociación, tendemos a tomar como decisión de consenso usando el valor de la expresión d1/σ1 + d2/σ2, de tal forma que si este valor es positivo la decisión será la del árbitro 1, balón fuera, y si es negativo la del árbitro 2, balón dentro. Sin embargo, la teoría matemática de la probabilidad afirma que está manera de combinar la incertidumbre no es correcta. La manera correcta de ponderar la incertidumbre es utilizar la expresión matemática d1/(σ1)2 + d2/(σ2)2. Esta regla permite tomar la decisión óptima, la que integra mejor la incertidumbre sensorial. Sin embargo, pedirle a un árbitro que aplique dicha fórmula matemática para ponerse de acuerdo con otro árbitro en pleno partido no tiene sentido. Más aún cuando para incertidumbres iguales, σ1 ≈ σ2, la expresión matemática correcta y la que aplicamos los humanos de forma intuitiva conducen al mismo valor. Bahrami y sus colegas demuestran en los experimentos de su artículo que incluso para σ1 < 0’4 σ2, la decisión de consenso intuitiva funciona bien. Eso sí, si de alguna forma los árbitros deben tener acceso a una estimación fiable de su grado de incertidumbre. No parece fácil lograrlo.
En este blog aún no nos hemos hecho eco de las ideas de Erik P. Verlinde sobre la gravedad como un fenómeno emergente, pura entropía en acción. Peter G. O. Freund, un gran físico teórico como Verlinde, afirma que si la gravedad es entropía, la conjetura de Maldacena pide a gritos que todo el modelo estándar sea entropía. El modelo estándar, la gravedad y, ya que puestos, «todo» es pura entropía. Fenómenos emergentes. ¡Qué bien suena la palabra emergente! Pura tautología. Hasta que alguien demuestre lo contrario, «todo» no puede ser emergente. «Algo» tiene que haber. Digo yo. Los interesados en el artículo de Freund (4 páginas a letra gorda) lo pueden leer en «Emergent Gauge Fields,» ArXiv, 24 Aug 2010. El artículo original de Verlinde, si aún existe alguien que no lo conozca, es «On the Origin of Gravity and the Laws of Newton,» ArXiv, 6 Jan 2010. ¡Qué aún no conoces las ideas de Verlinde! ¡No me lo puedo creer! En español podéis leer la traducción de Kanijo, «La gravedad surge a partir de la información cuántica,» Ciencia Kanija, 26 Marzo 2010; Ignacio Munguía, «El Universo es una memoria holográfica gigante,» GenCiencia, 12 Enero 2010; y Galileo, «La gravedad: una fuerza entrópica, Parte 1,» «Parte 2,» y «Parte 3,» Odisea Cósmica, Enero 2010; entre otras muchas fuentes. En mi modesta opinión las ideas de Verlinde y Freund no son una buena implementación del «it from bit» de Wheeler («Descanse en paz, Dr. “It from bit” (o fallece John Archibald Wheeler a los 96 años),» 15 Abril 2008).
Hablando de entropía no puedo dejar de recomendar la interesante charla GoogleTechTalks de Sean Carroll sobre la entropía, el origen del universo y la flecha del tiempo. Muy buena.
Dos científicos, el estadounidense Walter L. Wagner y el español Luis Sancho denunciaron hace 2 años al Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), que gestiona el LHC, y al Gobierno de Estados Unidos, que aporta financiación. Opinan que hay un 75% de probabilidades de que el LHC del CERN destruya el mundo. El juez de Hawai encargado del caso ha tomado la decisión el 24 de agosto: se desestima el caso. Walter, Luis, lo sentimos, el LHC del CERN podrá seguir funcionando sin mayores problemas. Los interesados en leer la sentencia del juez (en inglés jurídico) pueden descargarse el PDF. Visto en David Harris, «LHC lawsuit dismissed by US court,» Symmetry Breaking, August 26, 2010.
«How to look for supersymmetry under the lamppost at the LHC» es el curioso título de un interesante artículo de Partha Konar, Konstantin T. Matchev, Myeonghun Park y Gaurab K. Sarangi [ArXiv, 14 Aug 2010]. Me he enterado de su existencia gracias a la charla de hoy de Konstantin Matchev, «BSM Theory,» HCP 2010, Toronto, August 26, 2010. Tras casi 40 años de investigación en supersimetría todavía no hay un único modelo teórico aceptado por todos. El modelo supersimétrico mínimo (MSSM) requiere determinar al menos las masas de 9 superpartículas, que en la figura se denotan por QUDLEHBWG. ¿En qué orden (jerarquía de masas) aparecerán estas partículas? Hay 9! = 362.880 ordenaciones posibles (por ejemplo, GQUDHLWEB). Estudiarlas todas es imposible, pero las señales de supersimetría en el LHC corresponderán a una de estas ordenaciones. Matchev y sus colegas nos proponen sesgar este conjunto de posibilidades enfatizando la capacidad del LHC para encontrar dichas superpartículas (como el borracho que ha perdido las llaves y las buscas justo donde la farola ilumina la calle). Asumiendo que la teoría correcta es mSUGRA, el resultado son 47 posibles jerarquías de masas. Estudiar cada una de ellas y sus consecuencias fenomenológicas (señales que se podrían observar en el LHC) no parece difícil pero es un trabajo de chinos. Ello no quita que haya emprenderlo. Un reto para teóricos, experimentales y especialistas en métodos de Montecarlo (fenomenologistas) que nos lanzan Matchev y sus colegas.
Francis (th)E mule Science's News 