Adán Cabello discute en Nature el último artículo de Anton Zeilenger en Nature

En este blog le tengo cierto cariño a Adán Cabello (Universidad de Sevilla), uno de los grandes físicos cuánticos españoles, y me alegra mucho verle escribir un News & Views en Nature sobre el último artículo de su amigo Anton Zeilenger, permanente candidato al Premio Nobel. Para los que tengan acceso a Nature, el artículo es Adán Cabello, “Quantum physics: Correlations without parts,” News & Views, Nature 474: 456–458, 23 June 2011, que se hace eco del artículo Radek Lapkiewicz et al., “Experimental non-classicality of an indivisible quantum system,” Nature 474: 490–493, 23 June 2011. Permitidme una breve traducción/resumen para los que no tengan acceso.

“La mecánica cuántica es, sin duda, la teoría más precisa y exitosa en la historia de la ciencia. Pero a diferencia de la relatividad especial, en la que dos principios físicos son suficientes para obtener toda la teoría, los físicos todavía están buscando el conjunto de principios básicos de la mecánica cuántica. Hoy en día, se pretende entender una de las predicciones más enigmáticas de la mecánica cuántica: el por qué las correlaciones cuánticas que violan las desigualdades de Bell, unas relaciones matemáticas muy conocidas que son válidas para cualquier teoría (clásica) local y realista, lo hacen sólo hasta un cierto valor, mientras que otras teorías más generales permiten violaciones hasta valores más grandes. Lapkiewicz et al. describen un experimento que sugiere que es necesaria una perspectiva más allá de las desigualdades de Bell para entender por qué las correlaciones cuánticas pueden alcanzar sólo ciertos valores.

Esta figura ilustra un experimento para estudiar la desigualdad de Bell. Una fuente emite un par de partículas (a y b) dirigidas a dos observados separados por un gran distancia. Un observador (Alice) elige entre dos medidas posibles (1 o 2) de propiedades de la partícula a. Cada medida tiene dos posibles resultados (ya sea un destello de la luz roja o uno de la luz azul). Un segundo observador (Bob) realiza el mismo procedimiento con la partícula b. Aunque la elección es independiente, los resultados de las medidas obtenidas están correlacionados. Si la correlación estuviera preestablecida (por una teoría de variables ocultas) antes de la emisión del par de partículas, la teoría predice un límite máximo para la suma de estas correlaciones; los experimentos físico y la teoría cuántica conducen a valores mayores que este límite máximo. Si la distancia entre Alice y Bob es muy grande, es imposible que las correlaciones observadas sean provocadas por una señal que se transmite entre ambos observadores (a una velocidad igual o menor que la velocidad de la luz en el vacío). Los experimentos indican que esta señal debería transmitirse a una velocidad superlumínica muy alta, casi de forma instantánea. Además, los experimentos tipo desigualdad de Bell se han verificado en muchas ocasiones para diferentes distancias (desde micrómetros a cientos de kilómetros). Los resultados indican siempre que las correlaciones cuánticas observadas tienen un valor independiente de la distancia, lo que sugiera que la influencia “cuántica” entre las medidas se propaga de forma instantánea.

Los experimentos que verifican las  violación de las desigualdades de Bell utilizan sistemas cuyos estados están entrelazados y no pueden ser separados (como ocurriría con un sistema clásico). Kochen y Specker introdujeron una generalización de estas desigualdades para las correlaciones cuánticas entre sistemas cuánticos generales, incluso si sus estados no están entrelazados. Además, las desigualdades de Kochen y Specker son válidas para sistemas simples que no se pueden separar en partes. Estos autores analizaron un sistema simple con tres estados que se comporta como un “cutrit” cuya medida viola sus desigualdades en el caso cuántico, pero no en caso de que haya variables ocultas clásicas correlacionadas a priori. El nuevo artículo de Lapkiewicz et al. presenta por primera vez una demostración experimental de las violación de las desigualdades de Kochen y Specker para un único sistema cuántico, un fotón que puede viajar a lo largo de tres caminos posibles donde se realizan diferentes medidas cuyos resultados deben ser compatibles entre sí. En la figura de arriba se ilustra el experimento pero en un caso más simple, con solo dos medidas compatibles. Hay que recordar que varias medidas son compatibles entre sí cuando una vez realizada la primera medida los resultados de las siguientes medidas están perfectamente definidos sin importar el número de veces ni el orden de dichas medidas posteriores, como muestra la figura de abajo.

Sin entrar en detalles técnicos, Lapkiewicz et al. han demostrado que las correlaciones cuánticas pueden existir en un sistema en ausencia de entrelazamiento cuántico y sin que esté compuesto de subsistemas más elementales. Los principios de la mecánica cuántica que expliquen las correlaciones cuánticas no necesitarán tener en cuenta si los estados están entrelazados o no lo están y si el sistema es elemental o compuesto de partes. Un retrueque conceptual importante para todos los que buscan entender los principios fundacionales de la mecánica cuántica.

Publicado en Nature: Las palomas no ahorran energía cuando vuelan en bandadas, sino que la derrochan

Palomas mensajeras con GPS incorporado volando en bandada.

Piensa en una bandada de pájaros, te los imaginas volando en formación en V para ahorrar energía. Piensa en una bandada de palomas, las recordarás erráticas, casi caóticas. Quizás ya lo sepas, pero resulta que consumen más energía volando en bandada que al volar en solitario, como han demostrado investigadores de la Universidad de Londres que han colocado un GPS y un acelerómetro en una serie de palomas mensajeras con objeto de seguirlas en vuelo en tiempo real. Algunas palomas en las bandadas tienen que acelerar hasta 2 g, duplicando su peso corporal y cuadriplicando su consumo energético. Además, muchas tienen que incrementar su frecuencia de aleteo al volar cerca de las otras lo que dificulta su aerodinámica e incrementa la energía que necesitan para volar. Si supone un gasto energético grande, ¿por qué vuelan las palomas en bandadas? Los autores del estudio ofrecen datos pero sin respuesta. Varias hipótesis se han sugerido, como que volar en bandadas incrementa la coherencia social en el grupo, o como que puede ser una arma para luchar contra los depredadores. O incluso que lo hacen para “competir” entre ellas (poner a prueba y ejercitar su locomoción y sus técnicas de control del vuelo). Nadie sabe la respuesta correcta, pero lo que está claro es que volar en grupo supone un gasto energético adicional que debe tener alguna compensación adaptativa o evolutiva. Futuros estudios tratarán de encontrar la respuesta. Nos lo ha contado Geoffrey Spedding, “Aerodynamics: The cost of flight in flocks,” Nature 474: 458–459, 23 June 2011, haciéndose eco del artículo técnico de James R. Usherwood et al., “Flying in a flock comes at a cost in pigeons,” Nature 474: 494–497, 23 June 2011. Por cierto, ya hablamos de palomas y mochilas, muchos recordaréis mi entrada “Publicado en Nature: Un GPS en la minimochila de cada paloma permite estudiar la dinámica jerárquica de la toma de decisiones en vuelo,” 8 abril 2010.

La fábrica china de doctores

En China se han defendido más de 117.000 tesis doctorales en el año 2010. Ningún otro país del mundo ha podido producir tantos doctores en un año. Diez veces más que los que produjo hace 10 años. El gobierno chino quería que su país fuera líder en educación superior en el mundo y su esfuerzo ha convertido a China en una fábrica de doctores. ¿Algún problema? Zhu Liu y Yong Geng ven dos problemas que nos cuentan en Nature. El primero es que la cantidad está reñida con la calidad. En su opinión la calidad promedio de las tesis doctorales defendidas por chinos en 2010 es muy inferior a la calidad de las defendidas en el año 2000. Y el segundo es que el número de puestos de trabajo para doctores en la academia y en la industria chinas están descendiendo. Igual que en el resto del mundo, muchas universidades chinas prefieren contratar a profesores e investigadores que han obtenido el doctorado en el extranjero. Igual que en el resto del mundo, muchas empresas prefieren contratar a graduados (licenciados e ingenieros) con un máster (profesional) en lugar de a doctores, pues les tienen que pagar un menor sueldo. ¿Tiene que cambiar china su política educativa respecto a la formación de tercer ciclo (doctoral)? Esa es la opinión de Zhu Liu y Yong Geng, “Is China producing too many PhDs?,” Nature 474: 450, 23 June 2011. ¿Cuál es tu opinión al respecto de la fábrica española de doctores?

Para qué sirve tener una gran nariz

Se ha especulado durante mucho tiempo cuáles son los beneficios que ofrece la gran diversidad de tamaños de nariz que se observa entre los humanos. Marlijn Noback de la Universidad Eberhard Karls de Tübingen, Alemania, y sus colegas creen haber descubierto la respuesta estudiando el tamaño de la cavidad nasal en el cráneo, que resulta ser esencial para la humidificación y calentamiento del aire inspirado antes de llegar a los pulmones. Gracias a un análisis morfométrico asistido por ordenador han medido el tamaño y la forma de las cavidades nasales de 100 cráneos de 10 grupos humanos que viven en 5 climas diferentes. Los individuos de climas fríos y secos tienen cavidades nasales más alargadas y estrechas que los que viven en climas cálidos y húmedos. Los autores creen que las grandes narices ayudan a mezclar el aire y a aumentar su temperatura y grado de humedad a medida que se inhala. El artículo técnico, tanto para narigudos como yo como para los que no lo sean, es Marlijn L. Noback, Katerina Harvati, Fred Spoor, “Climate-related variation of the human nasal cavity,” American Journal of Physical Anthropology, first published online: 9 JUN 2011.

Hay seres humanos que viven y respiran en casi todos los ambientes climáticos de la Tierra. Durante mucho tiempo se ha mantenido la hipótesis de que la cavidad nasal juega un papel importante en la adaptación climática de los humanos. Los pulmones son muy sensibles a la temperatura del aire y la humedad por lo que es importante que la nariz regule estos factores en el aire que se inhala y lo acondicione de forma adecuada. La mayoría de los estudios sobre el papel de la nariz se han centrado en la parte visible de la nariz y de la apertura nasal, olvidando la morfología de la cavidad nasal tras la apertura nasal, a pesar de que esta es la parte crucial de la nariz en cuanto al acondicionamiento del aire. El calentamiento y la humidificación del aire inspirado depende del área de contacto entre el tejido de la mucosa nasal y el aire. La cavidad nasal mejorar este contacto gracias a una mayor relación superficie-volumen, a un aumento del tiempo de residencia del aire en la cavidad, y la inducción de una turbulencia mayor.

Los autores del estudio se han centrado en la función de la cavidad nasal en el acondicionamiento del aire en la inspiración y en la retención de la humedad. Su estudio estadístico multivariante confirma su hipótesis de que existe una relación entre el clima y la forma de la cavidad nasal. Esto complementa estudios previos que encontraron ciertas correlaciones entre la temperatura y el rostro humano, aunque no las encontraron entre la presión de vapor de aire inspirado y la forma de la cara, como ha mostrado el nuevo estudio; además, el nuevo trabajo apoya la idea de que la forma de la cavidad nasal tiene cierto grado de independencia con respecto al resto de la cara. El estudio indica que la forma de la cavidad nasal depende más de una combinación de los factores climáticos cálido-seco y frío-húmedo, que de estos factores por separado, cálido y frío, y seco y húmedo.

Una cuestión curiosa es que normalmente se pensaría que en un clima seco y frío sería más difícil acondicionar el aire; sin embargo, esta idea surge al considerar por separado la humedad y la temperatura. El análisis de regresión múltiple muestra que la presión de vapor y la temperatura tienen efectos opuestos sobre la forma de la cavidad nasal (como muestran las figuras de arriba). Los climas fríos se relacionan con mayores cavidades nasales con gran abertura nasal y cavidades nasales superiores más alargadas, mientras que los climas secos están relacionados con cavidades nasales menores con aberturas nasales más pequeñas y con las cavidades nasales superiores más cortas. Según los autores, el efecto de la temperatura sobre la forma de la cavidad nasal parece estar centrado en el aumento de la turbulencia durante la inspiración. El efecto de la presión de vapor parece ser diferente y en parte contradictorio con el anterior. Por ello, para entender la forma de la cavidad nasal hay que tener en cuenta ambos factores de forma conjunta, humedad y temperatura.

Para mí, lo más curioso de este estudio es que lo más importante no es la forma externa de la nariz (si la napia es más grande o más pequeña), sino la forma de la cavidad nasal (que no es visible desde el exterior). En la forma exterior de la nariz también influyen otros factores, como la edad, el sexo (género), el estilo de vida e incluso la dieta. En esto último los autores del artículo se remiten a estudios previos.

Si tienes la nariz grande, espero que te haya gustado esta entrada, y si no, espero que también. Ahora me voy al parque a pasear mi gran nariz por el contaminado aire de mi ciudad, que ahora mismo es cálido y húmedo.

Atención, pregunta: ¿Debe financiarse la investigación en función del número de citas?

Alonso Rodríguez-Navarro (Universidad Politécnica de Madrid, España) se hace esta pregunta en “Spanish funding on citations,” Nature 474: 450, 23 June 2011. Primero nos recuerda que en marzo el Gobierno de España (Cristina Garmendia) se vanaglorió de la calidad científica de nuestro país que superó a las de Australia y Suiza. Sin embargo, Suiza logra un Premio Nobel en ciencia cada década mientras que España solo ha logrado uno cada siglo. El informe de la Royal Society británica en que se basan las declaraciones de Garmendia utiliza solo el número citas totales para medir la calidad y el impacto de la producción científica de un país. Alonso nos recuerda que él ha publicado en PLoS ONE un artículo que introduce un nuevo índice bibliométrico que indica que Suiza y Australia están bastante por delante de España en cuanto a producción científica de alto impacto. Según Alonso el Gobierno está malinterpretando el uso de los índices bibliométricos (como el número total de citas) lo que puede llevar a una reducción del número de científicos jóvenes que acaban logrando una plaza, así como a recortes en la financiación de muchos investigadores que trabajan en áreas poco candentes donde un alto número de citas no es buena medida de la calidad. En opinión de Alonso el Gobierno debería tratar de resolver el gran problema del excesivo número de profesores de universidad que no destacan precisamente por sus altos logros científicos. Duras son las palabras de Alonso en lo que a mí corresponde, pues me considero profesor de universidad del montón. Para los interesados el reciente artículo de  Alonso Rodríguez-Navarro es “A Simple Index for the High-Citation Tail of Citation Distribution to Quantify Research Performance in Countries and Institutions,” PLoS ONE 6:  e20510, 27 May 2011.

¿Qué opinas al respecto de las palabras de Alonso? Para que te hagas una mejor opinión, las copia literalmente en inglés, no vaya a ser que mi traducción sobre la marcha haya falseado sus palabras introduciendo algún sesgo.

“Don’t base Spanish funding on citations

The Spanish government announced in March that Spain’s scientific research quality has overtaken that of Australia and Switzerland. It drew this conclusion from a 2011 report by Britain’s Royal Society. I question the government’s interpretation, given that the Swiss win at least one Nobel prize in science every decade and Spain has not won one for 100 years.

The Royal Society report uses total citation counts as a measure of quality and impact. But citation figures can be misleading, depending on how they are derived. For example, Switzerland and Australia emerge well ahead of Spain when adjustment is made for high-profile, but low-frequency, breakthroughs among the routine results that dominate citation counting.

The Spanish government’s apparent misinterpretation has led to a reduction in tenure for young scientists, among other funding cuts justified on the grounds that Spain has too many researchers. The government should look instead to the excessive number of university professors, who are not always picked for their research record.

Spain’s scientific societies should oppose this misguided research policy if the country’s science is to improve.”

V Carnaval de Biología: Ellas también investigan

Quique organiza la V Edición del Carnaval de Biología en su blog Feelsynapsis y propone como tema estrella en su “Post Inaugural” todo un reto para mí “Ellas (también) investigan.” La edición del carnaval empezó el 8 de junio y finalizará el 1 de julio. Afirma Quique que “Me di cuenta que no somos conscientes del papel de las féminas en la ciencia. Y pensé que podría ser una buena oportunidad para dar a conocer los nombres y los trabajos más relevantes  llevados a cabo por mujeres, para dejar patente el trabajo de las investigadoras, que con su esfuerzo han contribuido al avance de la Ciencia.” Eso sí, también entrarán otros temas, aparte del tema propuesto. Mi primera participación en el carnaval será alrededor de mi entrada previa “Machismo y ciencia, feminismo y literatura, tópicos y topicazos,” 14 diciembre 2008. Por cierto, sobre mujeres y ciencia, como primera aproximación, conviene leer en la wikipedia “Women in science.”

“The chief distinction in the intellectual powers of the two sexes is shown by man’s attaining to a higher eminence, in whatever he takes up, than can woman – whether requiring deep thought, reason, or imagination, or merely the use of the senses and hands.” Charles R. Darwin, “Descent of Man,” 1871.

“La idea de que las mujeres no avanzan en ciencia al mismo ritmo que en otras actividades debido a su incapacidad innata para ello ha sido considerada en serio por ciertos catedráticos de renombre. Ben A. Barres (neurobiólogo de la Universidad de Stanford) nos explica por qué esta hipótesis es completamente errónea en “Does gender matter?,” Nature 442: 133-136, 2006 [copia gratis]. Ben nació mujer pero cambió de sexo y ahora es hombre. Ben lo tiene claro: La razón de la diferencia de género en ciencia no es otra que la discriminación. No hay pruebas científicas de que los niños tengan ninguna ventaja sobre las niñas en ciencia. Por el contrario, la evidencia científica está a favor de que la discriminación social está detrás de esta diferencia. Y Ben sabe de lo que habla porque sufrió la discriminación de género en sus propias carnes. Nos cuenta que cuando estudió en el MIT (Massachusetts Institute of Technology), cuando era la única mujer en su clase, fue capaz de resolver un complejo problema matemático. Ninguno de sus compañeros varones fue capaz de hacerlo. El profesor afirmó en público, ante todos, “seguro que tu novio te lo ha resuelto.” Más tarde solicitó una beca postdoctoral en Harvard con 6 artículos en revistas impactadas, que perdió ante un varón, con solo uno. Protestó y le dijeron que su currículum era mejor, pero que preferían al varón. Se cambió de sexo. Dio un seminario, ya como “Ben” y uno de los catedráticos que asistió, que la conoció previamente como mujer, afirmó: “Hoy, Ben Barres ha dado un gran seminario, está claro que es mucho mejor que su hermana.” Pero Ben y su hermana eran la misma persona.”

Para más detalles merece la pena leer a Cornelia Dean, “A Conversation with Ben A. Barres. Dismissing ‘Sexist Opinions’ About Women’s Place in Science,” The New York Times, July 18, 2006. Para los que entiendan inglés, merece la pena ver este vídeo de Google que presenta una charla del propio Ben A. Barres titulada “Some Reflections on the Dearth of Women in Science,” Harvard University, March 17, 2008 [Power Point slides].

La ausencia de mujeres en los puestos más elevados de la escala científica no es un fracaso de la mujer, sino de las ciencias, que no han sido capaces de atraer y retener a las mujeres mejor dotadas para una carrera científica (como sí han logrado hacer con los hombres). Ello ha supuesto una pérdida de (bio)diversidad en el (eco)sistema científico que ha significado un enorme desperdicio de talento y creatividad. El déficit estructural en la ciencia que provoca que las mujeres sean tratadas de manera diferente es el último responsable de la baja representación de las mujeres en la élite científica. Los múltiples obstáculos legales, políticos y sociales bloquean la participación plena de las mujeres en las ciencias. La ciencia necesita tanto a los hombres como a las mujeres. Reconozco que es un tópico, pero las mujeres en investigación son más minuciosas, detallistas y perfeccionistas; además los hombres están más preocupados por su carrera científica y por acumular poder, cuando a las mujeres estos aspectos acientíficos les preocupan menos (según los estudios estadísticos de opinión). ¿Qué es hacer ciencia de calidad para un hombre y para una mujer? Las encuestas indican que los hombres hacen hincapié en la creatividad y la presentación de la investigación con calidad, mientras que las mujeres hacen hincapié en la integridad y la exhaustividad de los proyectos. El progreso de la ciencia necesita de ambos enfoques (y de todos los intermedios). Más información sobre el papel de la mujer en la biología en Louise Luckenbill-Edds, “The Educational Pipeline for Women in Biology: No Longer Leaking?,” BioScience 52: 513-521, June 2002.

A quienes aburren estos comentarios generales sobre el papel de la mujer en la ciencia y/o a quienes prefieren ir al grano y leer las biografías de grandes científicas europeas, les recomiendo el libro «Mujeres en la ciencia» publicado por la Dirección General de Investigación de la Comisión Europea. «Mediante este libro quisiéramos homenajear a las mujeres científicas europeas de todas las épocas», continúa el Comisario Potocnik. «El libro narra las interesantes historias de diversas heroínas de la ciencia europea, algunas conocidas, pero otras muchas no, y mediante sus relatos enriquece y completa la historia del conocimiento científico destacando su lado femenino.» La publicación se puede descargar de la web en formato libro en pdf y audiolibro, y describe la biografía y los apasionantes logros de científicas sobresalientes como Emmy Noether, Rosalind Franklin, Marie Curie-Sklodowska y Hildegard von Bingen. Los audios en MP3 de cada biografía están muy bien también para practicar el inglés.

Los seis neutrinos que cambiaron el mundo

Ya lo sabrás por otras fuentes, pero por si acaso, permíteme recordarte que el experimento T2K ha demostrado que el parámetro θ13 en la física de neutrinos no es nulo. Además resulta que su valor parece mayor de lo esperado. Este gran descubrimiento ha provocado un gran revuelo mediático por las implicaciones de un valor  grande para sin² (2 θ13) en el problema de la asimetría entre materia y antimateria (el problema de la violación de la simetría CP). Se ha observado en Super-Kamiokande (al oeste de Japón) la transformación (oscilación) de seis neutrinos muónicos en seis neutrinos electrónicos en el flujo de neutrinos muónicos generados en Tokai (al este de Japón), de ahí que el experimento se llame Tokai to Kamioka = T2K. Sólo se han observado 6 neutrinos, lo que implica una evidencia de sólo 2,5 σ, que puede parecer poco, y lo es, pero que ha sido suficiente para provocar todo el revuelo mediático. Una evidencia de sólo 2,5 σ podría corresponder a una fluctuación estadística o una estimación incorrecta de los sucesos de fondo o a errores sistemáticos en la medida. Si no te has enterado de nada en este párrafo te recomiendo leer a Jorge Diaz, “Aparición de neutrinos electrónicos en el experimento T2K,” Conexión causal, junio 15, 2011. También me ha gustado Rafael Montaner, “Neutrinos a la caza del Nobel,” LevanteEMV.com, junio 2011. Por supuesto, no podemos olvidar la traducción de Kanijo, “Indicaciones de un nuevo tipo de oscilación de neutrino en el Experimento T2K,” Ciencia Kanija, 15 de junio de 2011 (o el original en inglés en el Brookhaven National Lab). A los demás les recomiendo pasear por las transparencias del Wine & Cheese seminar on T2K result and its implication on Fermilab neutrino programs, 17 June 2011. Por cierto, ¿de qué charla he sacado el titular?

PS (27 junio 2011): El experimento MINOS ha publicado un resultado que complementa y podría confirmar el resultado de T2K sobre el valor no nulo del parámetro θ13. Os recomiendo la lectura de Jorge Diaz, “Experimento MINOS complementa el estudio de neutrinos de T2K,” Conexión causal, junio 26, 2011. La nota de prensa de MINOS es Kurt Riesselmann, “Fermilab experiment weighs in on neutrino mystery,” Fermilab Press, June 24, 2011 [photos]. Muchos medios se han hecho eco de esta noticia, como “Un nuevo experimento confirma la transformación de neutrinos. Los datos del detector Minos, en EEUU, ajustan los recientes resultados del T2K de Japón,” El Pais.com, 24/06/2011.

Nueva actualización sobre el estado del LHC en el CERN

Los dos grandes experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, Ginebra, ya han recibido en 2011 más de 1 inverso de femtobarn de colisiones protón contra protón (en concreto, 1,06 /fb para ATLAS y 1,05 /fb para CMS) de las que han grabado en disco 1,01 /fb de ATLAS y 0,96 /fb de CMS (la diferencia es debida a la eficiencia de cada experimento, para ATLAS se estima en el 95% y para CMS en el 92%). Lograrlo era el objetivo de la semana pasada (la semana anterior me hice eco de que el LHC ya había superado, sumando colisiones de 2010 y 2011 el objetivo de 1 /fb para todo 2011). La figura de arriba ilustra este logro. El gabinete de prensadel CERN se hizo eco de este logro el pasado 17 de junio (pero me pilló en un congreso en Sevilla). Según dicho comunicado, el logro se alcanzó a las 10:50 CEST del 17 de junio. ¿Qué significa 1/fb de colisiones protón-protón a 7 TeV c.m. en el LHC? Pues nada más y nada menos que 70 billones (sí, millones de millones) de colisiones protón-protón. Al ritmo actual de análisis de datos se analizarán estos datos en menos de un mes para todos los procesos. Por tanto en conferencias a finales de julio y principios de agosto asistiremos al análisis de todos estos datos. Muchos blogs se han hecho de esta noticia antes que éste, pero quisiera destacar a Philip Gibbs, “LHC Status Report,” viXra log, June 18, 2011, quien también nos resume lo presentado en la reunión del grupo de control de todos los experimentos del LHC, el 106th LHCC Meeting [program, slides and videos], chaired by Eckhard Elsen at CERN, 15-16 June 2011.

En su charla, Steve Myers nos recordó que las cosas van muy bien y el LHC ha logrado entregar 1 /fb de colisiones en un tiempo récord, pero no ha sido fácil lograrlo y hay gran número de problemas técnicos con los que hay que convivir (lo que genera cierta frustación entre los técnicos). La imagen de arriba ilustra un día típico en junio; seis veces se preparó la máquina para la inyección de haces (curva negra) pero sólo se pudieron inyectar protones cuatro veces (curvas roja y azul para cada uno de los haces) y en todos los casos hubo que parar (beam dump) por diferentes problemas (criogénicos, con los colimadores, UFOs, SEUs, etc.). Ya hemos hablado en este blog de los UFOs (por Unidentified Falling Objects; que yo normalmente traduzco como OVNIs en español), cuyo número y propiedades no depende de la intensidad de los haces. En 2010 se observaron 113, pero en 2011 son casi 5000; sin embargo, ya no se paran los haces cuando se produce un UFO, salvo que supere un cierto umbral de energía y pueda dañar a la máquina (ha ocurrido 11 veces en 2011 cuando fueron 18 en 2010). La media son 10 UFOs por hora, pero se ha llegado a observar 90 UFOs en 90 minutos. Los técnicos de los haces han logrado convivir con los UFOs gracias a que se conocen bien sus propiedades y cómo afectan a la máquina (aunque nadie sabe aún lo que son). La hipótesis más razonable es que son pequeñas motas de polvo dentro de los tubos del LHC que interaccionan con los haces de protones, pero nadie lo sabe con certeza. Además, todas las operaciones de limpieza (usando haces de alta intensidad) han sido infructuosas. Más información sobre los UFOs en Tobias Baer, “UFOs in the LHC,” LHC Beam Operation Committee, June 14th, 2011. En cuanto los SEUs (por Single Event Upsets) se cree que son hadrones de alta energía (mayor de 20 MeV) que abandonan el tubo del LHC y chocan contra algún dispositivo electrónico en el túnel del LHC (fuera del tubo por donde van los haces). Afectan a registros de memoria, inducen señales espurias, queman componentes electrónicos, etc. Estos dispositivos electrónicos comerciales en el túnel del LHC no están preparados para ser inmunes a los SEUs; aunque en algunos casos se utilizan dispositivos redundnates, no siempre se hace así. Más información sobre los SEUs en R. Losito, “Single event upsert vulnerability,” LHC Risk Review, EN/STI for R2E team, 2009.

Steve Myers reveló en su charla que se han hecho pruebas con el LHC utilizando una intensidad de 195 mil millones de protones por paquete que han sido todo un éxito; hay que recordar que ahora mismo se está trabajando con 120 mil millones de protones y que el LHC fue diseñado para trabajar con 170 mil millones de protones. Todo indica que la segunda mitad de 2011 será todo un éxito en cuanto a luminosidad instantánea en el LHC. A este ritmo se alcanzarán los 3 /fb de datos acumulados en 2011 con toda seguridad (si no hay ningún accidente, cruzemos los dedos) y se rozarán los 5 /fb con un poco de suerte. Hay que recordar que combinando 5 /fb en ATLAS y otros tantos en CMS se puede estar hablando de explorar todo el rango de masas posibles para el Higgs entre 120 y 600 GeV/c². La cuestión es cuando se publicarán las primeras combinaciones ATLAS+CMS para la búsqueda del Higgs.

La materia oscura caliente podría convivir con la materia oscura fría en los halos galácticos

La mayoría de las observaciones astrofísicas y cosmológicas descartan la materia oscura caliente (partículas ligeras que se mueven a velocidades ultrarrelativistas) y apuntan hacia la materia oscura fría (partículas pesadas que se mueven más lentamente). Sin embargo, las galaxias enanas observadas en los halos galácticos son menos masivas y menos numerosas de lo que predicen los modelos teóricos de formación galáctica que tienen en cuenta sólo la materia oscura fría. Los modelos que contienen sólo materia oscura caliente tampoco las explican por razones opuestas. Una manera de arreglar esta discrepancia es asumir que coexisten ambos tipos de materia oscura, la fría y la caliente. Una idea sugerente que nos recuerda Carlos S. Frenk (Institute for Computational Cosmology, Durham), “Cosmology in our backyard,” PPC-CERN, 15 June 2011. Más información técnica en Mark Lovell et al., “The Haloes of Bright Satellite Galaxies in a Warm Dark Matter Universe,” ArXiv, 14 Apr 2011.

Según S. S. Abdus Salam el LHC del CERN no podrá refutar el modelo mínimo supersimétrico (MSSM)

La supersimetría introduce gran número de parámetros libres en el modelo estándar de las partículas elementales (más de 100). La extensión supersimétrica más sencilla del modelo estándar se llama MSSM (con conservación de la paridad R). Si el Large Hadron Collider (LHC) del CERN no encuentra la supersimetría en los próximos lustros, ¿se podrá descartar el modelo MSSM? Según S. S. Abdus Salam (no se trata del Premio Nobel de Física 1979 sino de otro físico que trabaja en el CERN), salvo que el bosón de Higgs tenga una masa fuera de los límites aceptables para el MSSM, el LHC del CERN no podrá refutar dicho modelo. Lo ha descubierto gracias a un análisis estadístico de los 20 parámetros más importantes del MSSM (el modelo llamado pMSSM donde el resto de los parámetros se fijan de forma “razonable” a partir de datos cosmológicos). Según Salam, los sistemas de disparo (trigger) de los detectores de los grandes experimentos del LHC, tanto ATLAS como CMS, no serán capaces de explorar todo el espacio paramétrico alcanzable por le modelo MSSM. Quedarán huecos sin explorar que tendrán que esperar a los futuros colisionadores lineales. Más detalles técnicos en S. S. Abdus Salam, “Can the LHC rule out the MSSM ?,” ArXiv, 12 Jun 2011.

En este blog también puedes leer “Humor: Los problemas de la supersimetría tras el primer año de colisiones en el LHC del CERN,” 18 marzo 2011; y “Nuevos límites de exclusión para la supersimetría según CMS y ATLAS del LHC en el CERN,” 17 febrero 2011; entre otros.