Adiós a las colisiones protón-protón en el LHC del CERN hasta el año que viene

Ayer 3 de noviembre fue el último día de colisiones protón-protón en el LHC del CERN. Hoy, 4 de noviembre, ya han circulado haces de iones pesados en el túnel del LHC. Pronto será el turno del detector ALICE (ATLAS y CMS también estudiarán las colisiones de iones). Se han acumulado unos 45/pb (inversos de picobarn) de colisiones protón-protón y la luminosidad máxima alcanzada ha sido de 201/μb/s (el doble del objetivo fijado a principios de año). Todo indica que el año que viene se podrá cumplir de sobra el objetivo de acumular 1/fb (inverso de femtobarn) de datos. El análisis de todos los datos recogidos este año va viento en popa y habrá que estar atentos a las conferencias de física de partículas de finales de este año (como la Conference on LHC First Data, December 12-14, 2010) donde se presentarán los primeros resultados. Más información en Philip Gibbs, “LHC end of proton-proton physics for 2010,” viXra log, November 4, 2010; y en Katie Yurkewicz, “Large Hadron Collider pauses protons; looks ahead to lead,” Symmetry Breaking, November 4, 2010.

Por cierto, se acaba de publicar la última estimación de las posibilidades de acotar la masa del bosón de Higgs por parte de los experimentos del LHC del CERN. En concreto por parte de la de ATLAS (la combinación de ATLAS y CMS duplicará el número de colisiones analizadas). Esta estimación teórica indica que con 1/fb de datos (que estará disponible a finales de 2011) será posible excluir un bosón de Higgs con una masa superior a 128 GeV/c² (curva negra que intersecta la línea horizontal R=1). Con 2/fb (combinación de ATLAS y CMS ambos con 1/fb cada uno) se excluirá al Higgs por encima de 122 GeV/c². Para excluir todo el rango de masas entre 114 y 200 GeV/c² será necesario acumular 5/fb de datos (unos 2’5/fb en ATLAS y CMS por separado). No es imposible que se logre, pero por ahora no está entre los objetivos para el próximo año. ¿Evidencia sobre la existencia del Higgs? Con solo 1/fb de datos, la combinación de ATLAS y CMS logrará una evidencia de 3 sigma del Higgs si su masa está en el rango de 131-430 GeV/c². Nos lo ha contado en primicia Tommaso Dorigo, “Plot Of The Week: Improved Projections On ATLAS Higgs Reach,” A Quantum Diaries Survivor, November 4th 2010, haciéndose eco del extenso artículo técnico The ATLAS Collaboration, “ATLAS Sensitivity Prospects for Higgs Boson Production at the LHC Running at 7, 8 or 9 TeV,” CERN, October 27, 2010.

Hablando de ATLAS también tenemos que hablar de CMS, que observó por primera vez, en septiembre, la producción de un par de bosones Z en una colisión, como muestra el vídeo. Una desintegración bastante rara (los primeros tres eventos ZZ en DZero se observaron en julio de 2008). Conocer bien el fondo de desintegraciones WW y ZZ es importante en la búsqueda del bosón de Higgs, como nos recuerda Lubos Motl, “CMS observes ZZ production, too,” The Reference Frame, November 04, 2010.

PS (5 nov. 2010): Recomiendo disfrutar de la belleza de las figuras y de la lectura de Tommaso Dorigo, “The First ZZ Event In CMS!!,” A Quantum Diaries Survivor, November 5th 2010, que se hace eco (como ya hizo Lubos Motl) del artículo CMS Collaboration, “First CMS ZZ→4μ event,” CERN, 03 nov. 2010. El vídeo de youtube de más arriba no hace fe a la belleza de las imágenes que aparecen en este artículo de CMS. Muy recomendable, aunque no se sepa inglés.

Por qué el positronio colisiona con un átomo como un electrón aislado, como si el positrón no existiera

Buena pregunta. Por ahora, nadie conoce la respuesta. Si eres físico teórico, ¿te atreves? El positronio (Ps) es un “átomo” formado por un electrón y un positrón (su antipartícula), y es el “átomo” neutro más ligero conocido (el positrón tiene una masa 1836 más pequeña que el protón). ¿Cómo colisiona un positronio contra un átomo convencional? Sorprenderá a muchos, pero lo hace como un electrón, como si el positrón no existiera. Al menos para impactos con una energía menor o igual que 250 eV (electrónvoltio). ¿Por qué el positrón está “apantallado” dentro del positronio? Nadie lo sabe. Los físicos teóricos tendrán que empezar a pensar en este tema. Se esperan sugerencias (quizás caiga un paper en Science, que no es moco de pavo). Nos lo cuenta H. R. J. Walters, “Physics: Antimatter Atomic Physics,” Perspectives, Science 330: 762-763, 5 November 2010, quien se hace eco del artículo técnico de S. J. Brawley, S. Armitage, J. Beale, D. E. Leslie, A. I. Williams, G. Laricchia, “Electron-Like Scattering of Positronium,” Science 330: 789, 5 November 2010.

Por cierto, el asunto no es fácil. El tratamiento teórico riguroso de la interacción (dispersión o scattering) entre el positronio y un átomo no es fácil. Puede sorprender, pero el estudio riguroso de la interacción entre un positrón y un átomo no se logró hasta 1997. Digo que puede sorprender porque la tomografía por emisión de positrones (PET) se concibió en los 1950 y el primer escáner se fabricó en 1975, siendo en la actualidad una tecnología muy utilizada en radiología (imagen en medicina). En los escáner PET alrededor del 80% de la radiación recogida proviene de desintegraciones de positronios. La teoría (en problemas multicuerpo) va muchas veces por detrás el experimento.

Todo el mundo pensaba que el positronio tenía que colisionar con un átomo de forma diferente a como lo hace un electrón. Sin embargo, el nuevo trabajo experimental, en el que se han colisionado positronios contra gran número de átomos y moléculas (He, Ne, Ar, Kr, Xe, H2, N2, O2, H2O, y SF6), muestra que la colisión es muy similar a la de un electrón. ¿Por qué? ¿Por qué el positrón es como si no estuviera?

Para qué quieren los chinos el mayor supercomputador del mundo

No sé por qué, pero en la revista Science suelen criticar bastante las grandes innovaciones chinas. Tianhe-1A es el supercomputador más rápido del mundo y ha sido fabricado en China. Alcanza 2’5 petaflops (en unos meses llegará a 4’7 petaflops) y es un 47% más rápido que Jaguar XT5 del Oak Ridge National Laboratory, en Tennessee, EE.UU., que era el número uno mundial. Para el gobierno chino este supercomputador es un ejemplo del poder de su país y de su capacidad de innovación. Pero según la revista Science, ¿para qué quieren los científicos chinos un supercomputador tan poderoso? Tianhe ha sido desarrollado por el ministerio de defensa chino (por la Comisión Militar Central de la Universidad Nacional en Tecnología de Defensa, en Changsha) y se encuentra en el Centro Nacional de Supercomputación en Tianjin, una instalación militar clasificada. El director del centro, Liu Guangming, afirma que este supercomputador servirá para aplicaciones civiles, como la predicción del tiempo, animación y modelado de reservas de petróleo. Xu Rongsheng, experto chino en supercomputación, ha confesado a Science que el gran problema en China es el software, no el hardware. Pocos investigadores chinos utilizan (o saben utilizar) los supercomputadores, por lo que las grandes máquinas chinas están siendo infrautilizadas. Nos lo cuentan Richard Stone, Hao Xin, “China: Supercomputer Leaves Competition—And Users—in the Dust,” News of the Week, Science 330: 746-747, October 5, 2010.

Para los curiosos en los detalles numéricos, Tianhe-1A está formado por 14336 procesadores Intel Xeon y 7168 tarjetas gráficas Nvidia Fermi, distribuidas en 120 torres cada una del tamaño de un frigorífico. El genial Jack Dongarra, experto en supercomputación de la Universidad de Tennessee, Knoxville, EE.UU., afirma que “Tianhe-1A es una mejora muy sustancial de Tianhe-1, un supercomputador que llegó a ocupar el puesto siete en el Top 500 de supercomputadores.” Jack afirma que el próximo 15 de noviembre, cuando se publique el nuevo Top 500, Tianhe-1A ocupará el primer puesto.

Zhang Yunquan, experto chino en supercomputadores, afirma que solo el 1% de las aplicaciones (software) que se usaron en Dawning 5000A, el supercomputador chino más poderoso antes de Tianhe-1, en el Centro de Supercomputación de Shanghai, repito, solo el 1% usó más de 160 núcleos  (Dawning 5000A tenía 30720 núcleos). Solo como dato para comparar lo que esto significa, el 18% de las aplicaciones (software) que se ejecutan en el Jaguar XT5 utilizan entre 45000 y 90000 núcleos (la máquina cuenta con 150162 núcleos). Para Zhang Yunquan es como  tener un fórmula uno para ir de compras al supermercado.

Lo dicho, no sé, no sé, quizás sea envidia, pero los norteamericanos de Science critican un poquito más de la cuenta los avances científicos y tecnológicos chinos. Quizás solo sea una opinión sesgada por mi parte…

PS: Por cierto, alguien comentará que ¿fabricado en China?, pero si los procesadores son de Intel y Nvidia. Bueno, bueno, los chinos han fabricado/diseñado la red de datos que conecta los procesadores entre sí. Han logrado una el doble de rápida que las utilizadas en EE.UU. Gran parte del secreto del poder de Tianhe-1A está en dicha red. No lo digo yo, lo dicen, eso sí, de pasada, en el artículo en Science.

Por qué los leopardos tienen manchas y la evolución del pelaje de los felinos

Muchos felinos presentan manchas en la piel muy atractivas para el público en general, como las rayas de los tigres y las manchas de los leopardos. Otros felinos no las presentan, como el león. Estas manchas sirven de camuflaje para la caza al acecho. ¿Cómo han evolucionado los patrones del pelaje de los felinos? William L. Allen, Universidad de Bristol, GB, y sus colegas han estudiado la relación entre los patrones del pelaje de los felinos y los nichos ecológicos que ocupan. Los patrones más complejos e irregulares en el pelaje aparecen con mayor probabilidad en las especies que viven en hábitats complejos e irregulares (como bosques y selvas, o que cazan en los árboles) y que son cazadores nocturnos. ¿Cómo caracterizar las manchas del pelaje de los felinos? Los autores han desarrollado un análisis basado en cinco parámetros que caracterizan los resultados de la simulación de la formación de patrones en ecuaciones de reacción-difusión. El pelaje puede presentar patrones o ser liso, y las manchas (patrones ) pueden ser regulares o irregulares, simples o complejas, pequeñas o grandes, e isótropas o anisótropas. Gracias a su análisis han determinado un árbol filogenético de los patrones en los felinos (ver más abajo). La hipótesis de los autores para explicar los patrones concretos es que “imitan” los parámetros del entorno o hábitat del felino. Su análisis avala esta hipótesis pero no la confirma. Los interesados en el artículo técnico están de enhorabuena, es de acceso gratuito, William L. Allen, Innes C. Cuthill, Nicholas E. Scott-Samuel, Roland Baddeley, “Why the leopard got its spots: relating pattern development to ecology in felids,” Proceedings of the Royal Society B, Published online 20 october 2010.