El éxito de la revisión por pares pública en la revista The EMBO Journal

Hace dos años en la revista EMBO Journal se hizo transparente el sistema de revisión por pares. Los autores pueden incluir los comentarios de los revisores de forma pública junto a su trabajo publicado. Casi todos los autores lo hacen. Más de 400 artículos ya publicados incluyen dichos comentarios, las respuestas de los autores, las cartas de decisión de los editores, y demás detalles del proceso de revisión por pares que en otras revistas son confidenciales (véase un ejemplo aquí). En opinión de los editores de esta revista el experimento ha funcionado muy bien. La respuesta de los autores y revisores ha sido muy positiva. Por ello, extenderán dicho proceso a las cuatro revistas de EMBO (European Molecular Biology Organization), en concreto, The EMBO Journal, EMBO Reports, Molecular Systems Biology, yEMBO Molecular Medicine.  Nos lo ha contado Bernd Pulverer, “Transparency showcases strength of peer review,” Nature 468: 29–31, 04 November 2010.

The EMBO Journal es una prestigiosa revista con un proceso de revisión muy riguroso. Por ejemplo, en el año 2007 recibieron 3184 artículos, de los que aceptaron solo 325 y rechazaron los 2849 restantes. De entre los artículos rechazados, los editores han encontrado 2403 de ellos publicados en otras revistas indexadas por PubMed (a fecha de julio 2009), de los que 2282 están en revistas indexadas en el ISI Web of Science (a fecha de julio 2009). Aparentemente, solo 446 no han sido publicados. Otro dato más, solo el 1% de los manuscritos rechazados en el año 2008 acabó publicado en alguna revista con un factor de impacto al menos dos puntos por encima del índice de impacto de la revista The EMBO Journal, y solo el 9% tiene un número de citas más alto que el promedio de los trabajos publicados en dicha revista.

The EMBO Journal publica, bajo consentimiento de los autores, todos los detalles el proceso de revisión por pares de los artículos aceptados desde enero de 2009. No se publican los informes sobre manuscritos que terminen siendo rechazados. En general, según los editores, la experiencia ha sido muy positiva. El número de manuscritos enviado a dicha revista se ha mantenido constante y sólo 5’3% de los autores han elegido que el proceso de revisión sea confidencial. La tasa de revisores que ha aceptado la invitación para revisar artículos se ha mantenido constante y los editores no han observado un cambio significativo en la calidad de los informes de los revisores o de las respuestas de los autores (ningún cambio ni para bien ni para mal).

La publicación de los informes de los revisores podría ser peligrosa para los autores y revisores en algunos casos. Por ejemplo, un revisor joven que critique en demasía un artículo de un autor famoso podría sufrir represalias si dicho autor alguna vez tiene que revisar un proyecto de investigación solicitado o un artículo enviado por el joven. Sin embargo, los editores no tienen constancia de que estas “malas artes” se hayan puesto en la práctica alguna vez. También tiene sus ventajas ya que permite cuantificar el trabajo de revisión desarrollado por los revisores que podrán hacer constar de forma clara en su propio CV qué labor han desarrollado. Además, los investigadores jóvenes podrán utilizar los informes de revisores famosos para aprender el proceso de revisión por pares de primera mano.

En resumen, para los editores de The EMBO Journal  la revisión por pares es la manifestación más notable del espíritu de colaboración de la ciencia y cualquier iniciativa que tenga por objeto mejorar y fortalecer este proceso debe ser recibida con los brazos abiertos.

El efecto de la gravedad (clásica) sobre la libertad asintótica en las teorías gauge

 

El sueño de Einstein es el sueño de la física teórica moderna: unificar la gravedad con las otras interacciones fundamentales de la naturaleza. Un artículo publicado en Nature estudia cómo se ve afectado el electromagnetismo (una teoría gauge abeliana) debido a la existencia de la gravedad. Las constantes de acoplamiento que caracterizan la “fuerza” de las interacciones fundamentales cambian con la energía. A energías muy altas, o distancias muy cortas, las tres constantes convergen entre sí (de forma aproximada en el modelo estándar y de forma exacta en las teorías supersimétricas). Sin embargo, el comportamiento de la gravedad a distancias ultracortas, en el rango entre 10-32 m y 10-35 m, influye o afecta a las constantes de acoplamiento incluso aunque no se conoce la teoría cuántica correcta de la gravedad, ya que dicha teoría solo es necesaria a distancias menores de 10-35 m. El nuevo análisis indica que el efecto de la gravedad sobre las otras interacciones fundamentales podría ser observado a distancias entre 10-33 m y 10-35 m; en concreto se observaría  un cambio en el fenómeno llamado libertad asintótica de las constantes de acoplamiento. La idea ya fue propuesta por Robinson y Wilczek, pero el autor, David J. Toms, va más allá en dicho análisis. Para mí ha sido muy sorprendente encontrar un artículo de física teórica “exótica” en una revista tan poco amante de la teoría “pura” como Nature. Espero que sirva de precedente para futuros análisis. Nos ha comentado el artículo el genial Giovanni Amelino-Camelia, “Fundamental physics: Gravity’s weight on unification,” Nature 468: 40–41, 04 November 2010; el artículo técnico es David John Toms, “Quantum gravitational contributions to quantum electrodynamics,” Nature 468: 56–59, 04 November 2010 [acceso gratis al artículo en ArXiv, 5 oct. 2010].

La electrodinámica cuántica (QED), la teoría que describe la interacción entre electrones y fotones, es una teoría de Yang-Mills abeliana, es decir, basada en un grupo de Lie abeliano o conmutativo, en concreto, U(1). En la QED la constante de acoplamiento (básicamente la carga eléctrica) crece con la energía (la interacción se vuelve más fuerte a distancias muy cortas). La cromodinámica cuántica (QCD), la teoría que describe la interacción entre quarks y gluones, es una teoría de Yang-Mills no abeliana, es decir, basada en un grupo de Lie no abeliano, en concreto, SU(3). En la QCD la constante de acoplamiento (se suele llamar g) decrece con la energía (la interacción entre quarks se vuelve más débil a distancias cortas). A este fenómeno se le llama libertad asintótica (Premio Nobel de Física de 2004 para Gross, Wilczek y Politzer). La gravedad clásica (la teoría general de la relatividad de Einstein) afecta a la constante de acoplamiento de una teoría de Yang-Mills abeliana (a la carga eléctrica en QED) a muy alta energía (o distancias ultracortas) invirtiendo su dependencia con la energía, que pasa a reducirse conforme la energía crece. La gravedad acoplada con la QED hace que la QED presente el fenómeno de la libertad asintótica propio de la QCD. El análisis teórico de David J. Toms me parece realmente curioso. No requiere conocer los detalles de la teoría cuántica correcta de la gravedad, ya que las correcciones que introduce la gravedad en la QED deben aparecer a escalas en la que la teoría clásica de Einstein debería ser válida como teoría efectiva de la gravedad.

El comportamiento de las constantes de acoplamiento en una teoría de Yang-Mills se modela mediante las ecuaciones de Callan-Symanzik para el grupo de renormalización. Si la constante de acoplamiento es g(E), estas ecuaciones se escriben como

E\frac{\displaystyle dg(E)}{\displaystyle dE}=\beta(E,g),

donde \beta(E,g) se llama función beta del grupo de renormalización. La libertad asintótica aparece cuando la función beta es negativa, es decir, cuando

g(E)\rightarrow0 conforme E\rightarrow\infty.

La teoría de Einstein de la gravedad puede ser ignorada en la física de las partículas del modelo estándar a las escalas de energía que se pueden probar en los experimentos actuales. No conocemos la teoría cuántica correcta de la gravedad porque la teoría de Einstein no es renormalizable. Sin embargo, podemos considerar que es una teoría efectiva de la gravedad válida a escalas de energía altas pero varios órdenes de magnitud inferiores a la escala de energías de Planck, E_P\sim 10^{19} GeV. David J. Toms nos muestra en su artículo que a estas energías la gravedad afecta a una teoría de Yang-Mills corrigiendo la función beta de la teoría con ciertos términos de origen gravitatorio. Sin entrar en detalles técnicos, el resultado para la QED es el siguiente

\beta(E,e)=\frac{\displaystyle e^3}{\displaystyle 12\,\pi^2}-\frac{\displaystyle \kappa^2}{\displaystyle 32\,\pi^2}(E^2+\frac{\displaystyle 3}{\displaystyle 2}\,\Lambda)\,e,

donde el efecto de la gravedad corresponde al término con \kappa > 0 que depende cuadráticamente de la energía y linealmente de la constante cosmológica. Este último término es despreciable con el valor actual de la constante cosmológica, aunque la teoría cuántica correcta de la gravedad podría incrementar su valor a alta energía. Aún así, esta nueva función beta muestra que hay energías a las que la gravedad introduce el fenómeno de la libertad asintótica (beta negativa) en la QED.

Según David J. Toms resultados similares se obtendrán para cualquier teoría de Yang-Mills por lo que la escala de energías a la que la constante de acoplamiento de la gravedad y de las demás interacciones fundamentales se unifican podría ser mucho menor de la escala de Planck. Más aún, si existen dimensiones extra en el espaciotiempo la escala efectiva de la energía de Planck se reduce, con lo que habría una reducción adicional de esta escala de unificación, acercándose a los límites que se pueden probar experimentalmente en los grandes aceleradores de partículas.

PS: Lubos Motl critica, con su peculiar estilo personal, la importancia del artículo de Toms en Nature en su entrada “Does quantum gravity make QED asymptotically free?,” The Reference Frame, November 04, 2010. A mí, por el contrario, el trabajo de Toms, basado en la idea previa de Robinson y Wilczek, me parece muy interesante. Como siempre, el lector experto tiene la última palabra.

Holografía 3D casi en tiempo real basada en polímeros fotorrefractivos

 

El holograma de la princesa Leia que proyecta el robot R2-D2 ante Obi-Wan Kenobi y Luke Skywalker en la Guerra de las Galaxias (1977) es un ejemplo de telepresencia 3D. La proyección de hologramas en tiempo real pronto podrá ser una realidad. Se publica en Nature una nueva técnica holográfica estereográfica basada en grabar los hologramas en un material de tipo polímero fotorrefractivo. Las imágenes se pueden actualizar cada dos segundos (todavía lejos de los 24 fotogramas por segundo de la TV) gracias a un láser pulsado de nanosegundos con una frecuencia de 50 Hz que permite escribir el holograma pixel a pixel. La técnica permite ver imágenes holográficas 3D en múltiples colores. Aunque por ahora este prototipo dista de lo que hemos visto en la película de George Lucas, se espera que tenga aplicaciones en entretenimiento, publicidad, telemedicina, prototipado y mapas 3D actualizables. El vídeo que acompaña esta entrada ilustra en su primera parte la grabación rápida de una imagen holográfica 3D en solo 2 segundos (se utilizan pulsos láser de 6 nanosegundos y la frecuencia de grabación pixel a pixel es de 50 Hz). La segunda parte del vídeo muestra un ejemplo de telepresencia: las imágenes 3D de dos investigadores son enviadas en tiempo real a través de internet y se visualizan casi en tiempo real. El vídeo muestra el proceso en tiempo real y muestra la velocidad actual del proceso. El artículo técnico, que ha sido portada en Nature, es P.-A. Blanche et al., “Holographic three-dimensional telepresence using large-area photorefractive polymer,” Nature 468: 80–83, 04 November 2010.

La grabación holográfica de imágenes es bien conocida, pero los procesos al uso (basados en la exposición con láser de películas de fopolímeros o de haluros de plata) es muy lenta para su uso en tiempo real. El retraso entre la grabación y la reproducción requiere minutos en el mejor de los casos. Con el nuevo polímero fotorrefractivo casi se logra la grabación y reproducción en tiempo real. En el sistema de telepresencia por internet desarrollado por los autores, 16 cámaras Firewire toman fotografías simultáneas de una escena 3D cada segundo. Los 16 puntos de vista son transformados en datos que se envían a través de un enlace Ethernet a 100 Mbit/s y se reproducen en una pantalla de 4×4 pulgadas cuadradas. El sistema de grabación del holograma permite grabar las imágenes pixel a pixel (los autores les llaman hogel en lugar de pixel o el término más habitual de voxel) de forma continua, sin parar, emulando una reproducción en tiempo real, aunque cada fotograma requiere unos 2 segundos para ser grabado; si la pantalla es de mayor tamaño, el tiempo de refresco es mayor.

Para ver el holograma hay que iluminarlo con la luz de un diodo LED en cierto ángulo (el ángulo de Bragg). El sistema permite la grabación y reproducción simultánea ya que el sistema de grabación utiliza un ángulo diferente del utilizado para iluminar el holograma y ninguno de los dos bloquea la visión del espectador. El mayor inconveniente de la nueva técnica es que los hologramas grabados, si no son regrabados de forma continua, se desvanecen (pierden intensidad con el tiempo). En un par de minutos el holograma desaparece completamente. Es necesario volver a grabar la imagen para recuperarla. Por ello el sistema de grabación (o refresco) continuo de la imagen no solo es una ventaja del nuevo sistema, sino que es una necesidad. Cada nuevo patrón de interferencia óptica grabado en el material borra el patrón anterior. El vídeo de youtube que abre esta entrada ilustra a la perfección la calidad obtenida con el nuevo sistema.

El sistema permite visualizar hologramas en colores gracias a una técnica de multiplexado angular. En la misma película de polímero fotorrefractivo se pueden escribir al mismo tiempo hasta tres hologramas diferentes si se utilizan ángulos de grabación diferentes separados al menos 10º entre sí para evitar interferencias. Más aún, si se usan diodos LED de diferente color (rojo, verde y azul) que incidan en cada holograma con el ángulo de Bragg correspondiente se obtienen imágenes en múltiples colores. Una colocación adecuada de los tres sistemas de grabación permite que no interfieran con la visión del espectador. La velocidad de grabación de los hologramas en color es la misma que la de los monocromos, ya que el procedimiento es el mismo (solo cambia el color de la luz LED utilizada para grabar y reproducir).