Qué puede haber pasado con el cable de fibra óptica en OPERA

No hay aún un comunicado oficial de carácter técnico sobre los problemas que han sido detectados en el experimento de OPERA para medir la velocidad de los neutrinos muónicos entre el CERN (CNGS) y Gran Sasso (LNGS). A partir del comunicado oficial y de lo que han dicho Antonio Ereditato (portavoz de OPERA) y Caren Hagner (coordinadora del grupo alemán de OPERA) lo único que se puede hacer es conjeturar lo que ha podido pasar. Por lo que parece al mover un cable de fibra óptica se introduce un retraso en el momento en el que se estampa el instante de tiempo en los eventos de los neutrinos, un retraso que podría llegar a ser tan alto como 100 ns. Eric Shumard nos ofrece una posible conjetura en un comentario en el blog de Matt Strassler, que aclara en un segundo comentario. Permíteme traducir de forma libre dichos comentarios, aunque quiero dejar muy claro que son conjeturas y que puede que no tengan nada que ver con la verdad. Hasta que no haya comunicación oficial (si la hay) todo lo escrito en esta entrada podría ser mentira.

Shumard cree que se utiliza un fotodiodo que detecta los pulsos que se reciben a través del cable de fibra óptica, cuando la señal del fotodiodo supera cierto umbral la electrónica activa la estampación del instante de tiempo asociado al evento. Si el cable no está perfectamente alineado con el fotodiodo, el ángulo del cable afectará al instante en el que se supera el umbral, introduciendo un retraso. Como la información sobre el instante de tiempo se codifica en 80 bits que han de ser transmitidos en una ventana de tiempo de 1 ms, Shumard cree que es razonable pensar que se utilizan pulsos con una pendiente (o un borde) bastante suave, lo que acentuaría el efecto y permitiría entender por qué desalinear el cable de fibra y el fotodiodo puede introducir un retraso tan alto como 100 ns.

Un convertidor optoelectrónico digital está diseñado para dar una salida en binario (dos tensiones que representan un cero o un uno) cuando la luz entrante es mayor que cierto umbral. Según Shumard, el instante en el que se recibe la señal del GPS se determina integrando la señal  óptica que pasa de un valor cero a un valor uno, es decir, en el borde de subida de un pulso óptico. La primera sección del convertidor optoelectrónico estará formada por un fotodiodo más un amplificador. Supongamos que el umbral de aceptación de esta primera sección es de 1000 fotones/ns. Si la señal óptica entrante se inicia en el instante t=0 con 0 fotones/ns y luego aumenta linealmente hasta 100000 fotones/ns en un intervalo de tiempo de 100 ns (la pendiente es de 1000 fotones/ns por ns), el convertidor detectará la señal supera el umbral a partir de T=1 ns. Si la señal óptica es atenuada en un factor de 10, entonces la pendiente de la señal óptica entrante será de solo 100 fotones/ns por ns y el convertidor detectará que la señal ha pasado el umbral después de T=10 ns.

Esta explicación parece razonable, pero, repito, es una conjetura concebida por alguien que está fuera de la colaboración OPERA y puede ser completamente errónea, aunque a mí me parezca razonable. Hasta que no haya un comunicado oficial de carácter técnico no podemos decir más al respecto.

La gran cuestión que cualquiera se plantea al leer una explicación de este tipo es la siguiente (Matt Strassler también se la plantea en esta entrada). Se tomaron medidas de los neutrinos en 2009, 2010 y 2011, ¿ha estado el cable en la misma posición durante 3 años? ¿Por qué las medidas de los 3 años son, más o menos, consistentes entre sí en cuanto al retraso de unos 60 ns en la llegada de los neutrinos? ¿No se puede reconstruir el efecto del cable a partir de los datos ya obtenidos? Esta figura está extraída del artículo en ArXiv de OPERA (he añadido la línea roja donde se esperaba que llegaran los neutrinos); como cualquier resumen estadístico de una serie de datos muestra una verdad sesgada, pero oculta muchas otras. Mirando el año 2009 en esta figura da la sensación de que la calibración del sistema de tiempos que hizo a principios de 2010 era muy necesaria. Los datos de 2010 parecen sesgados hacia abajo, o los de 2011 sesgados hacia arriba. En cualquier caso, como bien dice Strassler, se diría que o bien el cable no se movió mucho durante la ejecución del experimento, o bien no es la causa principal del resultado obtenido por OPERA. Solo lo sabremos en mayo; como muy bien ilustra la figura de abajo diseñada por M. Strassler, ahora mismo el resultado del experimento OPERA es solo un interrogante. En mayo o junio, cuando se publiquen las nuevas medidas, quizás salgamos de dudas.

Qué relación hay entre OPERA y el CERN

La mayoría ya sabéis que he escrito una entrada para Amazings.es sobre el experimento OPERA de los neutrinos superlumínicos, “¿Qué ha pasado con el experimento OPERA?,” 24 feb. 2012. El complemento ideal a dicha entrada es la “Entrevista a Caren Hagner: El error de OPERA en los neutrinos superlumínicos,” 27 feb. 2012, traducida del inglés por Kanijo. Estas entradas tratan de poner los pies sobre la tierra para evitar lo que pasa a veces con los medios, que desvirtúan las noticias a extremos inimaginables para una mente cuerda; el mejor ejemplo es “Antena 3 y su universo alternativo en ciencia,” 27 feb. 2012, que nos destacó Irreductible en Amazings.es; ¿rectificar Antena 3, para qué? Incluso en su web siguen en sus trece: Sobre el CERN afirma que “ha reconocido que todo fue un error debido a una mala conexión de un cable de fibra óptica que ha hecho inutiles todos sus experimentos. Al final 27 kilómetros de túneles, una construcción de 1.700 millones de Euros y 1.500 millones anuales de presuesto para 2.000 cientificos de 34 paises no han podido superar Albert Einstein.” He escrito un comentario en Amazings con una transcripción de la noticia de Antena 3 y la explicación de sus múltiples errores [copia al final de este post].

Una cuestión que se pregunta mucha gente es qué relación hay entre OPERA y el CERN. Permíteme un comentario al respecto, similar a uno ya realizado por Matt Strassler en su blog. En física de partículas es bastante habitual que un laboratorio produzca un haz de partículas y que otro grupo de personas, que no tengan nada que ver con los primeros, construyan un detector para dichas partículas; además, hay incluso grupos de personas que desarrollan un experimento que utiliza el haz de partículas de unos y los detectores de otros pero que tampoco son las personas responsables de ambas instalaciones. El CERN tiene un experimento llamado CNGS que produce haces de neutrinos dirigidos hacia Gran Sasso, cerca de Roma (CNGS significa CERN to Gran Gasso). Obviamente, el CERN tiene que aprobar cualquier uso de CNGS, como el que hace OPERA. En OPERA trabajan unos 160 investigadores de 30 instituciones de 11 países; los países con mayor contribución a su financiación son Italia y Japón. Como OPERA necesita usar el haz de neutrinos producido por el CERN, algunas de estas personas pertenecen al CERN, en concreto a CNGS; pero el diseño del experimento para medir la velocidad de los neutrinos y su ejecución es responsabilidad de OPERA y de las 30 universidades y/o laboratorios que intervienen. Ningún miembro del CERN es responsable de OPERA, ni controla lo que se hace en OPERA. La responsabilidad del CERN (en concreto de CNGS) es proveer un haz de neutrinos muónicos de calidad y hasta donde sabemos el CERN a cumplido al 100% con su cometido. Si ha habido cualquier problema en la instalación de OPERA a 730 km de distancia del CERN, podemos excluir toda la responsabilidad del CERN sobre dicho problema. Otra cuestión sería que hubiera habido problemas con el haz de neutrinos generado por CNGS, en cuyo caso la responsabilidad tendría que ser asumida por el CERN.

Por qué el anuncio oficial sobre el problema de OPERA aparece en la página de noticias del CERN. El CERN es responsable de la colaboración CNGS que envía neutrinos muónicos desde el CERN hacia LNGS (Gran Sasso National Laboratory). OPERA utiliza CNGS y LNGS. Todos los experimentos que utilizan CNGS pueden usar los servicios de prensa del CERN para realizar comunicados (la gran ventaja es que los servidores de noticias del CERN son muchos más visitados que los suyos). Creo que hay que recordar que el CERN hay muchas más cosas que el LHC (que es el proyecto estrella, claro está) y sus colaboraciones (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb, TOTEM y LHCf). Algunos experimentos del CERN que no tienen nada que ver con el LHC son ALPHA, ASACUSA, ATRAP, AEgIS, CLOUD, ACE, ISOLDE, nTOF, CAST, OSQAR, etc. Incluso AMS-2 (que está en la estación espacial internacional ISS) también es (en parte) un experimento del CERN. Todas estas colaboraciones pueden usar los servicios de prensa del CERN para dar mayor visibilidad a sus resultados.

Otra cuestión que se pregunta mucha gente es qué papel juego el LHC del CERN en el experimento OPERA. Incluso hay gente que cree que los neutrinos se lanzaron desde el LHC del CERN. No es cierto, los protones que produjeron los neutrinos se lanzaron desde SPS hacia un blanco de grafito alineado con Gran Sasso. Los protones que se inyectan en el LHC son previamente acelerados en varias etapas, la etapa final utiliza un acelerador anterior llamado SPS (Super Proton Synchrotron). SPS es un túnel de 6,9 km de perímetro en el que los protones se aceleran hasta una energía de 450 GeV; este acelerador es famoso porque en él se descubrieron los bosones W y Z en 1984. Tras la inyección de protones en el LHC (cuyo túnel es de 27 km), SPS puede seguir funcionando produciendo protones para otros experimentos (hay muchísimos experimentos en el CERN que lo utilizan, además del LHC). OPERA es uno de ellos.

Finalmente, aunque ya todo el mundo la ha visto, no me resisto a incluir el vídeo de la noticia de Antena 3 junto con el desglose de los errores (todo esto ya está publicado en Amazings, por supuesto, pero lo incluyo aquí por si aún hay algún despistado que no se ha enterado).

Gracias a la transcripción de la noticia realizada por Arturo, paso a detallar los errores de la noticia.

Imágenes del túnel del LHC ilustran a la voz en off que dice “Un cable suelto da al traste con el experimento que cuestionaba la teoría de la relatividad de Einstein. El descubrimiento de los científicos que avanzaron que los neutrinos eran más rápidos que la luz pudo ser consecuencia de una chapuza.”

La colaboración OPERA no tiene nada que ver con el LHC y con su túnel. No utiliza el LHC para nada. Mezclar imágenes del LHC mientras se habla de OPERA es un grave error.

Con la fórmula E=mc^2, la periodista dice “Lo bautizaron como “la partícula de Dios” …

“Lo bautizaron” alude a que los científicos bautizaron así el bosón de Higgs. Os recuerdo que “partícula de Dios” fue el título de un libro de Lederman (Premio Nobel y director del SSC) en el que trataba de convencer a los congresistas de EEUU de que financiaran el SSC para buscar el Higgs; entonces el presidente era George Bush (padre) y ya se sabe que a los republicanos se les llena la boca con la palabra “Dios”. El Congreso de EE.UU. canceló el SSC en 1993.

…y afirmaron que podía viajar más rápido que la luz.

Nunca se ha dicho que el bosón de Higgs pueda viajar más rápido que la luz. El experimento OPERA afirmó que los neutrinos (muónicos) viajaban más rápido que la luz. No dijo nada respecto al Higgs.

El anuncio cuestionó hasta la teoría de la relatividad de Einstein, y abrió las puertas a una nueva interpretación del universo.

El anuncio cuestionó a Einstein no porque un taquión (partícula que viaja más rápido que la luz) viole la relatividad, sino porque las propiedades observadas para los neutrinos no tenían ningún sentido. Los neutrinos muónicos observados por OPERA no se comportan como predice la relatividad (por ejemplo, su masa (imaginaria) tendría que ser millones de veces mayor que la medida en experimentos cosmológicos).

Con la fórmula E=mc² como fondo, el periodista (director de informativos de Antena 3, por cierto) dice “Los científicos han pasado de la euforia a una sonora decepción. Han reconocido que todo fue un error de cálculo. La culpa fue de un cable suelto.

¿Euforia? Nunca ha habido euforia por el resultado de OPERA, más bien todo lo contrario. ¿Error de cálculo? No lo han reconocido. El conector de fibra óptica es una posible fuente de error que no había sido considerada. Todavía no se sabe si es “la fuente” del problema (no se sabrá hasta que se repitan las medidas en mayo).

Imágenes de archivo de Albert Einstein y voz en off con “Lo dijo Albert Einstein hace 107 años, nada puede viajar más rápido que la luz, ya que hacerlo significaría ir hacia el pasado, y así lo dejó plasmado en su teoría de la relatividad.

No es cierto que Einstein o la relatividad afirmen eso. Esta teoría clásica permite la existencia de taquiones (partículas que viajan más rápido que la luz), aunque violan ciertos fenómenos cuánticos que hacen inconcebible su existencia. En cuanto a los viajes al pasado, también es falso, ya que se pueden enviar señales hacia el pasado con ciertas restricciones, pero “viajar al pasado” suele entenderse como que un objeto sublumínico viaje al pasado y eso no es posible, ni siquiera si los neutrinos fueran superlumínicos.

Imagen del portavoz de OPERA, el físico Antonio Ereditato, hablando “Si encontramos que estas partículas naturales llamadas neutrinos pueden viajar más rápido que la luz, será algo que impactará a todo el mundo.

Esto es correcto.

Imagen del túnel del LHC y una voz en off dice “El experimento consistió en lanzar 15.000 rayos de neutrinos desde su laboratorio en Suiza hasta otro situado en Roma.

Explicar el experimento otra vez me da pereza. No se lanzaron 15000 rayos de neutrinos. Se lanzaron “infinidad” (el número exacto no lo recuerdo y no importa) de neutrinos desde el CERN hacia Gran Sasso; solo unos poquitos llegaron allí, la mayoría se dispersó y poquísimos fueron detectados (solo unas decenas de miles); de esos solo unos pocos se consideraron eventos válidos (que cumplan ciertas restricciones técnicas relacionadas con la medida de tiempos); estos últimos son los 15000 neutrinos detectados.

Imágenes del LHC el primer día que hubo colisiones y la voz en off dice “Los neutrinos aventajaban en 60 nanosegundos a las partículas de luz.

Mucha gente creerá que también se enviaron partículas de luz (fotones). Habría que decir que llegaron 60 ns antes de lo esperado si se movieran a la velocidad de la luz (como su masa es muy pequeño esta velocidad es una aproximación muy buena a su velocidad ligerísimamente más pequeña).

Científicos vitorean y se alegran de que las primeras colisiones en el LHC hayan sido todo un éxito (posiblemente en diciembre de 2009) y la voz en off “El anuncio desató la euforia de los científicos. Los resultados abrieron las puertas de nuevos sueños, …

Esto es completamente falso. No hubo euforia y no se abrió ninguna puerta.

Imágenes artísticas de un campo de Higgs alrededor de partículas con masa y la voz en off dice “…empezó a hablarse de la respuesta a los enigmas del universo.

¿Qué tienen que ver los neutrinos superlumínicos con los enigmas del universo y con el campo de Higgs? Supongo que por enigmas del universo la mayoría de la gente entiende enigmas cosmológicos y que mucha gente creerá ver en el campo de Higgs de las imágenes alguna configuración astrofísica o cosmológica.

Imágenes de Rolf Heuer (director general del CERN) que nos dice “En 2012 podremos responder a la definitiva pregunta de Shakespeare sobre ser o no ser.

Heuer está hablando del bosón de Higgs, si existirá o si no existirá, por eso alude al ser o no ser. Esto, sacado de contexto, puede significar cualquier cosa y en una noticia sobre neutrinos no tiene ningún sentido.

Imagen del comunicado de prensa del CERN en el que la colaboración OPERA explica los dos problemas que ha detectado y la voz en off dice “Pues va a ser que no. En este comunicado el Centro de Investigación Nuclear CERN de Ginebra ha reconocido hoy que todo fue un error…

El comunicado es de OPERA no del CERN, pero bueno. Dicho comunicado no reconoce que “todo fue un error” sino que se han detectado dos fuentes de error no consideradas con anterioridad (se explica en otras entradas de Amazings, la mía y la de Kanijo, así que no entraré en más detalles).

Imágenes del túnel del LHC y la voz en off dice “…debido a una mala conexión de un cable de fibra óptica que ha hecho inútiles todos sus experimentos. Al final, los 27 kilómetros de túneles, una compleja construcción de 1.700 millones de euros y 1.500 millones anuales de presupuesto para 2.000 científicos de 34 países no han podido superar esto… El cerebro de un genio, Albert Einstein.

Una barbaridad como la copa de un pino. ¿Qué tendrá que ver el LHC con OPERA? ¿Qué tendrá que ver el coste del LHC con el coste de OPERA? OPERA es financiada por el gobierno italiano y el japonés, con contribuciones sustanciales de Bélgica, Francia, Alemania y Suiza. En esta colaboración trabajan unos 160 investigadores de 30 instituciones de 11 países.

Imágenes de un cerebro con la voz en off dice “…el cerebro de un genio, Albert Einstein.

Y en cuanto al cerebro que aparece al final, un toque gore en la noticia, no es el de Einstein. Hay varios documentales sobre el cerebro de Einstein que muestra que no está tan bien conservado como el del vídeo. [De hecho está troceado como se comenta en Antonio, “Exhiben las muestras del cerebro de Einstein por primera vez,” Amazings.es, 23 Nov. 2011].

Y listo. Espero haber aclarado los errores de la noticia.

La supernova SN 1987A y el nacimiento de la astronomía de neutrinos hace 25 años

Las supernovas son muy importantes en nuestro conocimiento sobre el universo, pero de todas ellas lo único que hemos observado ha sido radiación electromagnética, salvo de SN 1987A, en la Gran Nube de Magallanes, hace 25 años, el año que nació la astronomía de neutrinos. Las imágenes de SN 1987A de APOD de ayer (el mosaico de abajo) y anteayer (la que abre esta entrada) son espectaculares, sin embargo, 25 años más tarde SN 1987A sigue ocultando muchas incógnitas. La ciencia puede sacar muchísima información de un evento único para una generación de científicos, pero mientras no se vuelva a repetir el número de incógnitas tiende a crecer en lugar de disminuir. En esta entrada me basaré en la estupenda charla que ha dado hoy Arnon Dar (Technion), “SN 1987A: the supernova that changed our views,” La Thuile 28 feb. 2012.

Algunas incógnitas que Arnon Dar destaca en su charla: nadie ha encontrado aún la estrella de neutrones o el agujero negro tras la explosión; la estrella que explotó era una supergigante azul, cuando la teoría estándar de la evolución estelar predice que solo las supergigantes rojas pueden explotar por implosión de su núcleo; nadie esperaba que se formara un espectacular anillo de residuos alrededor de la estrella progenitora y todavía no se conoce su origen; aún no se han detectado neutrinos originados en otras fuentes cósmicas en instalaciones como IceCube y no se sabe el porqué; el origen de la señal de neutrinos que se detectó LVD en el túnel del Mont Blanc y la posible detección de ondas gravitatorias todavía están bajo discusión; y muchas otras incógnitas.

Esta figura muestra que los 8 neutrinos que se detectaron en el experimento IMB tenían una energía mayor, en media, que los 12 detectados en Kamiokande II y que los 5 detectados en los Balcanes; la razón es que IMB podía detectar con mayor facilidad neutrinos de mayor energía. El detector LVD bajo el Mont Blanc observó 5 neutrinos unas 5 horas antes que los otros 3 detectores. Nadie sabe el porqué. Los modelos teóricos no pueden explicar este hecho, por lo que la mayoría de los astrónomos y físicos cree que se trata de una observación espuria que no está relacionada con SN 1987A. La única posibilidad de resolver esta cuestión será observar otra vez neutrinos producidos por otra supernova cercana.

Los modelos de simulación de supernovas mediante superordenadores predicen que una supernova que ha emitido tanta energía como SN 1987A (según la luz y los neutrinos recibidos en la Tierra) debería dejar como residuo una estrella compacta, como un púlsar (estrella de neutrones, o incluso una estrella de quarks) o un agujero negro de masa estelar. Sin embargo, dicho núcleo no ha sido observado aún, al contrario que en otras supernovas como Cas A (ver figura de arriba) en la que hay observaciones del objeto compacto central en todo el espectro electromagnético, desde ondas de radio, milimétricas, infrarrojos lejanos, óptico, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. ¿Por qué se ha “perdido” el objeto compacto central en SN 1987A?  Quizás se ha enfriado más rápido de lo esperado; o quizás está rodeado de densas nubes de gas que impiden verlo; o quizás sea formado un púlsar con un magnético tan pequeño que no puede ser detectado como púlsar; o quizás el objeto compacto se ha convertido en un agujero negro demasiado débil para ser observado y que ha acretado tan poco materia que es imposible observar señales de disco de acreción.

En septiembre del año pasado, hablar de SN 1987A se pudo de moda gracias a la medida de la colaboración OPERA de la velocidad de los neutrinos. El mejor límite experimental para la velocidad de los neutrinos (electrónicos) fue obtenido gracias a esta supernova, e indica que son sublumínicos. Sin embargo, OPERA observó neutrinos aparentemente superlumínicos (recorrieron unos 730 km en 60 ns menos que lo esperado). El gran problema de esta medida es que es incompatible con la posibilidad de los neutrinos sean taquiones (partículas superlumínicas compatibles con la teoría de la relatividad), ya que en su caso su masa imaginaria sería millones de veces mayor que la compatible con las observaciones cosmológicas; la única explicación posible es que debe haber un problema con la medida de OPERA, ya que no hay ninguna evidencia experimental en los aceleradores de partículas de que los neutrinos muónicos violen la relatividad de Einstein.

Cuando una estrella masiva explota como supernova, se producen un gran número de elementos radioactivos pesados, sobre todo 56Ni, 57Ni y 44Ti. Tras el flash inicial de luz debido a la onda de choque en expansión, la luz emitida cae hasta alcanzar un mínimo y vuelve a crecer debido a la desintegración de estos elementos radioactivos.   La primera vez que se observó la transición a esta fase fue gracias a SN 1987A (alrededor de los 6000 días tras la explosión). Para sorpresa de los astrofísicos, la curva de luminosidad de SN 1987A está creciendo sobre todo en rayos X y en el infrarrojo; nadie sabe aún la razón. ¿Puede una supernova explotar dos veces con una diferencia de horas? Álvaro de Rújula, como no, propuso en 1987 esta posibilidad para explicar los neutrinos observados en LVD 5 horas antes de los observados en los otros tres detectores (Physics Letters B 193: 514-524, 1987). Todavía no se ha dirimido esta cuestión, pero hay ciertas señales a favor en algunos estallidos de rayos gamma (GRBs).

Los grandes detectores de neutrinos basados en la radiación de Cherenkov, como IMB y Kamiokande, fueron construidos para observar la desintegración del protón, predicha por todas las teorías de gran unificación (GUT). Su uso como telescopios de neutrinos fue propuesto a principios de los 1980 (p.ej. en 1983 el propio Dar tiene un artículo en PRL sugiriéndolo). Tras la detección de neutrinos de SN 1987A gracias a Kamiokande e IMB la astronomía de neutrinos se convirtió una realidad. El universo es opaco a los rayos gamma de alta energía, sin embargo es transparente a los neutrinos. Los grandes telescopios de neutrinos (con un volumen mayor de un kilómetro cúbico) permiten explorar los neutrinos de alta energía originados en los núcleos galácticos activos (AGN) situados a distancias cosmológicas, los fogonzados intensos de rayos gamma, los cúmulos galácticos y el espacio intergaláctico. La astronomía de neutrinos promete desvelar el secreto del origen de los rayos cósmicos de alta energía.  Telescopios de neutrinos como AMANDA (ahora IceCube), Baikal , NESTOR y ANTARES deberían observar estos neutrinos de alta energía. Todavía no se ha observado ninguno. El cielo de los neutrinos de de alta energía aún es completamente negro y nadie sabe el porqué. Pero muchos creemos que no será así por muchos años.

También puedes leer en este blog: “El Observatorio Espacial Herschel estudia el “polvo de estrellas” generado por la supernova 1987A,” 2 septiembre 2011; “La evolución de la supernova 1987A desde 1994 a 2006 filmada por el telescopio espacial Hubble,” 12 septiembre 2010; “El misterio del remanente de la supernova SN 1987A: quizás es una estrella de quarks,” 29 marzo 2009; “El presente y el futuro de los grandes telescopios de neutrinos,”  16 octubre 2011; “Super-Kamiokande como telescopio de neutrinos,” 10 julio 2009; “El fracaso de IceCube, el telescopio de neutrinos cósmicos situado en el Polo Sur,” 20 julio 2011; y “ANITA, el experimento que utiliza a toda la Antártida como detector,” 13 agosto 2011.

 

XII Carnaval Química: La primera imagen de la distribución de carga de una sola molécula

El microscopio de efecto túnel y el microscopio de fuerza atómica permiten ver átomos y moléculas colocados en una superficie, pero no pueden ver su distribución de carga eléctrica. Para ello se puede utilizar el microscopio de fuerza atómica con sonda Kelvin (KPFM) que mide la diferencia de potencial local entre la punta de la sonda y la superficie. Por primera vez, se ha logrado observar la distribución de carga eléctrica de una molécula, en concreto, de la naftalocianina (Nc); lo ha logrado el laboratorio de IBM en Zurich, que ya logró hacer lo mismo con un átomo en 2009. Los resultados experimentales (figura d, obtenida combinando b y c) están en buen acuerdo con las predicciones teóricas (figura e). Las diferencias de potencial de contacto (DPC) entre la molécula y la sonda se miden de una forma curiosa; se pone a oscilar la punta del KPFM mientras se aplica un voltaje entre la muestra y dicha punta de forma que el campo eléctrico resultante compense la fuerza atómica en la punta; la compensación precisa requiere un bucle de control realimentado, del que se extrae la señal medida de la distribución de carga de la molécula. La técnica es más precisa en moléculas que tienen tautómeros ya que se mide de forma independiente cada uno de ellos y combinando los resultados se pueden eliminar defectos debidos a la orientación incorrecta de la punta del KPFM. El artículo técnico es Fabian Mohn, Leo Gross, Nikolaj Moll & Gerhard Meyer, “Imaging the charge distribution within a single molecule,” Nature Nanotechnology, Published online 26 February 2012. Me enteré de este artículo gracias a un tuit de César @EDocet que hacía referencia al artículo de “Single molecule’s electric charges seen in first image,” BBC News, 26 February 2012; he tomado el título de mi entrada de una de su nuevo blog, “La primera imagen de la distribución de carga de una sola molécula,” AAA+ por @EDocet, 27 feb. 2012.


En esta figura se aprecia la diferencia entre las diferentes técnicas de microscopia y los resultados obtenidos por ordenador. La figura (a) muestra la molécula de naftalocianina (Nc) en amarillo y una molécula de control de CO (el punto morado abajo a la izquierda). La figura (b) es una imagen por microscopio de efecto túnel (STM) de la molécula de Nc utilizando una punta terminada en una molécula de CO; en rojo se destacan las posiciones de los átomos de hidrógeno centrales. Las figuras (c) y (d) han sido obtenidas con un microscopio de fuerza atómica (AFM) con la punta a una altura constante, z = 0,145 nm en (c) y z = 0,175 nm en (d). Las figuras (e) y (f) muestran cortes de la distribución de densidad electrónica de la molécula calculada mediante ordenador utilizando la teoría del funcional de densidad (DFT); los cortes corresponden a distancias d = 0,2 nm en (e) y d = 0,3 nm en (f). Las figuras (g) y (h) muestran también resultados de simulaciones por ordenador mediante DFT para cortes de la molécula con distancias d = 0,1 nm en (g) y d = 0,4 nm en (h). Las barras blancas en estas figuras corresponden a 2 nm en (a) y 0,5 nm en todas las demás.

La razón por la que se ha utilizado la naftalocianina como molécula es la posibilidad de poder forzar su tautomerización para obtener una imagen más precisa. Las figuras (a) y (b) muestran imágenes de dos tautómeros de la Nc obtenidas con una punta terminada en CO a una altura constante de z = 0.2 nm (en la (a) está la molécula antes de la tautomerización y la (b) después de ella). La diferencia entre las imágenes (a) y (b) permite obtener la imagen (d) que representa la distribución de carga final de dicha molécula. La figura (c) muestra el resultado obtenido mediante simulaciones por ordenador utilizando DFT. La barra de escala en todas las figuras corresponde a 0,5 nm. En la figura (c) los átomos de carbono, hidrógeno y nitrógeno se han representado con círculos de color gris, blanco y azul, respectivamente.

Esta entrada participa en la XII Edición del Carnaval de la Química que organiza este mes el blog Historias con mucha química (como todas), cuya autora es María Docavo @MariaDocavo, almeriense, bloguera, Licenciada en Química, especialista en comunicación y periodismo científico y divulgadora de vocación.

Carnaval de Matemáticas 3.1: La contribución más importante del carnaval de Río a las matemáticas

El año milagroso de Albert Einstein fue 1905, el de Stephen Smale (Medalla Fields en 1966) fue 1960, el año en el que le inspiraron las playas de Río de Janeiro para realizar los mejores trabajos de su carrera (en sus propias palabras). El año siguiente la NSF de EE.UU. le retiró la financiación a su proyecto, ¡cómo un matemático podía ser inspirado por lo que hay en las playas de Río! Quizás por ello, Smale siempre fue políticamente incorrecto y muy activo en movimientos en contra del gobierno. Yo he de confesar que estando soltero he estado en varias ocasiones en las playas de Copacabana e Ipanema (la chica de la foto, por si te lo preguntas, está fotografiada en Ipanema, según Google). Permíteme resumir las contribuciones de Río a la matemática, quiero decir, a la matemática de Smale.

Smale y la conjetura de Poincaré. En 1960 la geometría diferencial de variedades diferenciables parecía un campo de poco interés. El tema del momento era la “topología diferencial,” en la estela del lilbro de Steenrod, “The Topology of Fibre Bundles” (1956) y la “topología algebraica.” Milnor había introducido en 1956 las esfera exótica en dimensión siete, el primer ejemplo de dos variedades homeomorfas que no son difeomorfas (la esfera “euclídea” convencional y la exótica). En su tesis doctoral (1957), bajo la dirección de Raoul H. Bott en la Universidad de Michigan, Smale trabajó en el uso de espacios fibrados como herramienta para clasificar inmersiones (un campo en el que se había hecho poco desde los trabajos de Whitney en 1944). En 1958, Smale demostró que era posible realizar la eversión de una esfera (estaba de postdoc en la Universidad de Chicago). Los interesados en la eversión de esferas disfrutarán de este conocido vídeo de youtube. El trabajo de Smale bailaba entre la teoría de sistemas dinámicos (extensiones del teorema de Poincaré-Bendixson, solo válido en dimensión 2) y la topología algebraica. En 1958, Smale visitó el IAS (Institute for Advanced Study) donde se encontraban los mejores topólogos y geómetras de EE.UU. (Chern, Spanier, Borel, Floyd, Milnor, Munkres, Steenrod, Stallings, Weil, Whitehead, entre otros).

En enero de 1960, Smale llegó a Río de Janeiro para pasar 6 meses en el IMPA (Instituto de Matemaica Pura e Apicada) junto a Mauricio Peixoto (que conoció en el IAS) y Elon Lima; le financiaba una beca de la NSF. Justo antes de llegar, había enviado un manuscrito demostrando la conjetura de Poincaré en dimensión mayor de 4 a la revista “Bulletin of the American Mathematical Society.” Whitehead fue uno de los revisores; él había enunciado la versión generalizada de la conjetura de Poincaré e incluso había publicado una demostración que luego se demostró que era incorrecta. La demostración de Smale dejó boquiabiertos a muchos matemáticos, pues nadie pensó nunca que la conjetura de Poincaré fuera más fácil de demostrar en dimensión mayor de 4 y porque usaba técnicas de sistemas dinámicos (teoría de Morse). Yo no conozco en detalle la demostración de Smale, pero básicamente introduce una función de Morse “buena” (con solo dos puntos críticos) en la variedad que le permite descomponerla en la unión de una serie de “asas” (handles) donde la conjetura de Poincaré en dos dimensiones se puede aplicar; la técnica no funciona en dimensión 4 pues no hay “dimensiones extra” suficientes para realizar la descomposición en asas. El teorema fundamental que probó Smale se llama teorema del cobordismo-h y está considerado uno de los teoremas más importantes de la topología aplicada a la clasificación de variedades; la conjetura de Poincaré en dimensión mayor de 4 puede considerarse un corolario trivial de dicho teorema.

Muchos matemáticos pensaban que Smale ganaría la Medalla Fields en 1962 gracias a este resultado. Pero la demostración de Smale fue expuesta en EE.UU. mientras él estaba en Río y uno de los asistentes, John Stallings, afirmó que había obtenido una demostración similar. No quiero entrar en los detalles de prensa rosa de la disputa, pero todo el mundo cree que esta disputa es la responsable de que el nombre de ninguno de los dos esté asociado al de Poincaré en el nombre de la conjetura y a que Smale abandonara la topología diferencial en 1961. La medallas Fields de 1962 fueron para Milnor y Hörmander. Smale siempre ha dicho que no se la dieron por sus ideas políticas y por su inconformismo, pero seguramente fue porque el comité de concesión de los premios estaba deliberando mientras se publicó su demostración. Pero en 1965 organizó las protestas del Día de Vietnam en la Universidad de Berkeley en mayo de 1965, lo que no influyó en que recibiera la medalla Fields en 1966 (que se celebró para más inri en Moscú).

Smale y teorema de la herradura. En 1956, Smale estuvo en una conferencia en Ciudad de México donde conoció al brasileño Elon Lima, que estaba realizando su tesis doctoral en topología en la Universidad de Chicago. En 1958, aceptó una beca de postdoc en el IAS para pasar dos años allí, junto a su mujer, Clara y su hijo recién nacido Nat; Elon le presentó al brasileño Mauricio Peixoto, uno de los matemáticos que fundó el IMPA en 1957, que trabajaba en sistemas dinámicos y ecuaciones diferenciales, quien le invitó a pasar su segundo año de beca en el IMPA. Voló en diciembre de 1959 junto con Clara y sus dos niños, Nat y Laura.

Smale trabajaba en el IMPA con lápiz y papel, por lo que muchos días se acercaba a las playas de Río con Elon o alguno de sus estudiantes de doctorado. Smale había escrito un artículo que afirmaba algo que en lenguaje moderno sería “el caos no existe” (un resultado de estabilidad estructural de sistemas dinámicos). Norman Levinson encontró un error en su trabajo. Cartwright y Littlewood estaban trabajando en temas similares. Smale transformó las ideas de Levinson y las ecuaciones de Cartwright-Littlewood a un lenguaje geométrico descubrió la función (aplicación o mapa) de la herradura (“horseshoe map”). Smale siempre ha dicho que la idea se le ocurrió en las playas de Copacabana.

La dinámica de esta función se describe con la figura de arriba. Sin entrar en detalles, esta función está relacionada con las curvas homoclínicas introducidas por Poincaré y Birkhoff en sistemas dinámicos; Smale estudió las obras completas de Birkhoff en la biblioteca del IMPA. La versión moderna de estas ideas aparecía en los trabajos de los rusos Andronov y Pontryagin, que en EE.UU. fueron introducidos por Lefschetz; de hecho, Peixoto fue al IAS a trabajar con él. Smale aprendió las técnicas de dinámica estructural gracias a los trabajos de un alumno de Peixoto con Lefschetz. Todo estaba preparado para que en las playas de Río, relajado y disfrutando, Smale hiciera una de las contribuciones más importantes a la teoría de sistemas dinámicos en el siglo XX.

A nadie le debe importar lo que hiciera Smale, con su mujer y sus dos hijos, en las playas de Río, lo único que importa son los logros que alcanzó: la herradura de Smale y la demostración de la conjetura de Poincaré en dimensión superior.

Fuentes:

Steven Smale, “The story of the higher dimensional poincaré conjecture (what actually happened on the beaches of Rio),” The Mathematical Intelligencer 12: 44-51, 1990 [versión en Google Books].

Steve Smale, “Finding a horseshoe on the beaches of Rio,” The Mathematical Intelligencer 20: 39-44, 1998 [versión en Google Books].

Steve Smale and Michael Shub, “Smale Horseshoe,” Scholarpedia, 2: 3012, 2007.

Rob Kirby, “Book Review: “Stephen Smale: The Mathematician Who Broke the Dimension Barrier” by Steve Batterson,” Book Review, AMS, 2000.

Esta entrada participa en el Carnaval de Matemáticas 3.1, organizado por Tito Eliatron, “Carnaval de Matemáticas 3.1 (Año 3, Edición 1): del 20 al 26 de Febrero.” Como dice Tito, “Febrero es el mes del Carnaval, del de Cádiz, del de Río, del de Las Palmas… y del Carnaval de Matemáticas.” En esta ocasión el carnaval está organizado por Rafael Granero-Belinchón, “Anuncio del Carnaval de Matemáticas de Febrero,” Scientia potentia est, 04 feb. 2012. “En Scientia Potentia Est tenemos la suerte de albergar el Carnaval de Matemáticas de este mes de Febrero. Es la edición 3.1, así que estamos de cumpleaños.”

Por cierto, esta entrada está dedicada a Clara Grima @ClaraGrima, porque sin su impulso en Twitter nunca hubiera sido escrita.

Atención, pregunta: ¿Tenemos que preocuparnos porque en Australia despidan a los profesores que no publican?

Por una razón que desconozco, en España hay grandes mentes pensantes que toman a Australia como modelo a seguir (en lugar de tomar a Alemania o a Gran Bretaña). Hace pocos años, en las áreas de conocimiento de Ingeniería y Arquitectura se consideraba prestigioso publicar en los mismos congresos internacionales a los que asistían los australianos. Como no había índice de impacto que evaluara la calidad de los congresos, se utilizaban los rankings publicados por el gobierno australiano que estaban basados en la opinión de los científicos e ingenieros australianos sobre los congresos a los que ellos asistían. Pocos congresos internacionales latinoamericanos e iberoamericanos estaban incluidos en el listado y las grandes mentes españolas consideraban que eran congresos de segunda o de tercera categoría. Congresos nacionales australianos de buen prestigio en su país eran considerados en España congresos internacionales de gran prestigio. Todo cambió el día que los australianos dijeron que nunca volverían a publicar nunca más un ranking (porque su mal uso desprestigiaba a su país). Los pobres evaluadores de la ANECA en Ingeniería y Arquitectura tuvieron que buscarse la vida por otro lado. Ya os lo conté en “Lo que tenía que ocurrir acabó ocurriendo: Australia abandona su ranking de revistas y congresos internacionales,” 5 junio 2011.

¿Por qué las grandes mentes pensantes toman a Australia como modelo? No tengo ni idea y con todas las que he hablado afirman con rotundidad que es mentira que lo hagan (pero lo hacen). Mi hipótesis es que lo hacen porque a nivel mundial España y Australia alternan sus puestos respectivos por número de citas. Qué grandes se le ponían las plumas a Garmendia cuando afirmaba que España en 2011 logró vencer a Australia, como os conté en “Atención, pregunta: ¿Debe financiarse la investigación en función del número de citas?,” 22 junio 2011.

Hoy me entero en MNM gracias a MentecatoV2, “Publica o vete [Eng],” que “Un centenar de académicos de la Universidad de Sydney [Australia] han sido avisados de que perderán sus empleos por no publicar suficientes artículos; otros sesenta cuatro serán trasladados a puestos solo de enseñanza. Esto se engloba en el plan para recortar gastos y destinar lo ahorrado a nuevos edificios y mantenimiento de los existentes.” La fuente de la noticia es el artículo de Stephen Pincock (posteado por Mark Peplow), “University of Sydney sackings trigger academic backlash,” Nature Blogs, 23 Feb. 2012.

¿Por qué está ocurriendo esto en la Universidad de Sydney? Por la crisis económica, el número de estudiantes matriculados a bajado y en lugar de recaudar 828,1 millones dólares australianos en 2011, solo ha recaudado 792,3; como consecuencia han decidido despedir a unos 340 trabajadores (PDI+PAS) de los 7500 de la plantilla. Como os podéis imaginar “la medida ha enfurecido al personal de la universidad, que opina que no se deben reformar edificios a costa de la calidad de la educación impartida a los estudiantes.” Pincock afirma que muchos investigadores están frustados porque en 2010 les dijeron que en 2011 podían publicar menos en aras a incrementar la calidad de su docencia y ahora en 2012 les dicen que como han publicado menos los van a echar a la calle. El sindicato de profesores universitarios ha amenazado con denunciar ante los tribunales a la Universidad de Sydney.

Sabiendo el gusto que le tienen las grandes mentes pensantes españolas a imitar lo que viene de las antípodas, uno se pregunta (en MNM lo hace pajaroloco) “¿Qué ocurriría si esto se hiciera en las universidades españolas?”

Nueva medida de la masa del bosón W apunta a confirmar señal del Higgs

El nuevo valor medio mundial para la masa del bosón W es 80390 ± 16 MeV tras la publicación hoy del último valor obtenido por la colaboración CDF del Tevatrón. Este nuevo valor es más pequeño que el valor anterior, como debe ser si el bosón de Higgs existe y tiene una masa entre 115,5 y 127 GeV (como indican los datos del LHC). El valor de la masa del bosón W es mucho más difícil de estimar que la masa del quark top, por lo que su valor es el que más afecta a las estimaciones de la masa del Higgs en el plano W/top, que muestra la figura que abre esta entrada. Esta figura mejora ha cambiado como debía cambiar si el Higgs existe. La figura aparece en la charla de Ashutosh Kotwal (Duke Univ.), “W Mass Measurement at CDF with 2.2 fb-1 of data,” Wine & Cheese, Fermilab, 23 Feb. 2012. Obviamente, mucha gente se ha hecho eco de este gran resultado; recomiendo la lectura de Tommaso Dorigo, “An Exquisite New W Mass Measurement From CDF !,” AQDS, Feb. 23rd 2012.

Ahora mismo todos los aficionados a la física de partículas estamos impacientes esperando la publicación de la estimación de la masa del bosón W por parte de la colaboración DZero del Tevatrón. La media mundial anterior a este nuevo resultado tenía un error de 23 MeV, que se ha reducido a 16 MeV; yo estimo que este error bajará a unos 10 MeV tras la publicación del resultado de DZero. Para los que son legos en estos asuntos hay que recordarles que el LHC (ni ATLAS, ni CMS, ni LHCb) tienen sensibilidad suficiente para mejorar los valores de la masa del bosón W y del quark top que se obtendrán con el Tevatrón. Para mejorar estos valores, jóvenes físicos brillantes tendrán que idear alguna manera de superar las limitaciones intrínsecas que tiene el LHC para determinar estos valores (por cierto, ya hay algunas ideas publicadas); en mi opinión, no creo que el LHC logre mejorar los valores finales que obtenga el Tevatrón este año por lo menos en una década de análisis de colisiones. De ahí, la enorme importancia de estos valores para asegurar que todo cuadra al 100% con el modelo estándar, porque cualquier desviación, por pequeña que sea será una pista clave para el futuro de la física de partículas en el siglo XXI.

OPERA unplugged: Neutrinos desconectados de la realidad

La medida de la velocidad de los neutrinos muónicos por parte de OPERA en Europa y de MINOS en EE.UU. es de capital importancia para la física. Nadie conoce la masa que tienen los neutrinos; la propiedad más importante de los neutrinos, por sus implicaciones para el futuro de la física, debe ser determinada; solo conocemos estimaciones cosmológicas de su valor máximo aceptable que exigen suponer la validez del modelo cosmológico de consenso. OPERA debe obtener la mejor medida posible de la velocidad de los neutrinos muónicos y la financiación de esta colaboración es de capital importancia. Todo el que crea que OPERA ha dejado en mal lugar a los físicos está completamente equivocado. Ellos publicaron un resultado que habían observado y que era inconsistente con las leyes de la física actuales. OPERA lo hizo para que todos los físicos interesados pudieran ofrecer ideas que les ayudasen a dirimir esta cuestión. Gracias a estas ideas y a otras de la propia colaboración OPERA se han estado realizando multitud de pruebas y se seguirán realizando. Lo importante es que dentro de 6 meses o dentro de un año, OPERA pueda tomar medidas fiables de la masa de los neutrinos, porque es necesario que lo haga. El circo mediático alrededor del resultado de los neutrinos superlumínicos es solo eso, un circo mediático. Y todo circo tiene un payaso, así que me vais a permitir, más en broma que en serio, que os presente al “payaso de la OPERA de los neutrinos.”

OPERA: “The connection of the optical fiber bringing the external GPS signal to the OPERA master clock.”

La colaboración OPERA afirma que han detectado un problema con “la conexión de la fibra óptica que conecta la señal del GPS con el reloj maestro de OPERA.” ¿Qué significa esto? ¿Qué problema se ha detectado? No trabajo en la colaboración OPERA, así que hasta que no se publiquen los detalles, no tengo ni idea de cuál es el problema de conexión que ha sido encontrado. Si he “bromeado” sobre la posibilidad de que el problema de conexión fuera un “cable mal conectado” y alguien se ha ofendido por ello, lo siento. La foto de arriba muestra el sistema donde se ha encontrado el error, que se encuentra en la superficie de la Tierra, a unos 45295 nanosegundos luz de los relojes esclavos que se encuentran en el experimento subterráneo de Gran Sasso donde se detectan los neutrinos. 

¿Cuál puede ser el problema de conexión entre el GPS y el reloj (atómico) maestro de cesio (Cs)? No tengo ni idea, pero Edwin Cartlidge en una noticia de “prensa rosa” que apareció ayer en las noticias de la prestigiosa revista Science, de la que yo me hice eco en este blog, afirmó que una fuente anónima de la colaboración OPERA le dijo que “the 60 nanoseconds discrepancy appears to come from a bad connection between a fiber optic cable that connects to the GPS receiver used to correct the timing of the neutrinos’ flight and an electronic card in a computer. After tightening the connection and then measuring the time it takes data to travel the length of the fiber, researchers found that the data arrive 60 nanoseconds earlier than assumed.” Si esta fuente es fiable o no es una cuestión de opiniones. Pero tras leer esta frase yo me imaginé a una persona ajustando a mano todos los conectores de este panel trasero.

Pero quizás mi imaginación es muy calenturienta y lo único que se hizo fue “ajustar” la conexión tocando algunos de los botones y diales de la parte frontal del equipo.

¿Pueden estas conexiones ser responsables de un retraso de 60 ns? Yo no tengo ni idea si es posible o no, pues como ya he dicho no trabajo en la colaboración OPERA; lo único que sé es que cada una de estas conexiones introduce un retraso y que dicho retraso fue estimado en el año 2009 como aparece en la figura de abajo. No sé cómo lo calcularon en detalle (al contrario que algunos telecos que leían este blog), pero por lo que parece lo han vuelto a calcular y han observado que lo que se publicó podría estar equivocado; podría haber más retrasos en las conexiones de lo que se pensaba.

Este tipo de cosas no son ciencia, son necesarias para hacer ciencia, pero estos detalles técnicos son de interés solo para los técnicos (hay cables de 2 m de longitud que introducen un retraso de 10 ns, cables de 3 m que introducen solo 5 ns y fibras ópticas que introducen retrasos de 0,16 ns/m, por poner solo algunos ejemplos). Como cualquier físico, yo asumo que estos detalles técnicos han sido bien calculados y me creo estas estimaciones de retrasos que se publican en un artículo científico sin cuestionarme cómo habrán medido el retraso de un cable de fibra óptica entre un receptor de GPS Septentrio Satellite Navigation PolaRx2eTR y un reloj atómico de cesio Symmetricom Cs4000. Quizás alguno me dirá que soy un crédulo y que me creo que esta trivialidad es trivial cuando no lo es. Pero lo siento, no me interesan estos detalles técnicos.

Yo soy patoso en un laboratorio y he sufrido en mis propias carnes el llamado “efecto Pauli” (sobre todo cuando cacharreaba por obligación en mi época de estudiante). Este tipo de detalles técnicos se los dejo a mis amigos, compañeros y alumnos que son ingenieros de telecomunicación e ingenieros industriales. Cuando necesito alguna de estas “cositas,” asumo que ellos saben lo que hacen y que lo hacen bien. Con los artículos científicos sobre resultados experimentales hago lo mismo. Asumo que ellos habrán medido bien lo que afirman que han medido.

Por cierto, ya para acabar esta entrada, la última vez que en la colaboración OPERA se comprobaron todas las conexiones entre el GPS y el reloj maestro fue en enero de 2010 (según la tesis de Brunetti). Que yo sepa, hasta febrero de 2012 no se han vuelto a comprobar; quizás lo hayan hecho, pero no he encontrado constancia por escrito.

Finalmente, si lee esto algún aficionado a los cálculos me gustaría recordar que en Gran Sasso la fibra óptica que conecta el reloj maestro en superficie con los relojes esclavos en el laboratorio subterráneo tiene 8 km e introduce un retraso de 40993,4 ns, según una calibración realizada en marzo 2006 (valor que se puede verificar sabiendo que es una fibra monomodo a 1310 nm). Las fibras ópticas que conectan los diferentes equipos son de tipos diversos y no he encontrado ninguna descripción detallada de sus características (se supone que serán las recomendadas por los fabricantes de dichos equipos). ¿Puede una mala conexión entre dos equipos añadir 60 ns? Sin conocer los detalles es imposible saberlo.

Fuente de las fotografías del equipo: Giulia Brunetti, “Neutrino velocity measurement with the OPERA experiment in the CNGS beam,” PhD Thesis, September 2011 (PhD Advisors: Dario Autiero and Maximiliano Sioli.

Prensa rosa: He pedido por Twitter que algunos me recomendéis un título para esta entrada. Aquí van vuestras propuestas:

@juanelas => Física “unplugged”

@thphysnews => And Einstein smiled once again

@DaemanUr => Queridos capullos, magufos todos

@DaemanUr => Neutrinos superlumínicos desconectados de la realidad

@SamuelDalva => OPERA: entia non sunt multiplicanda…

@SamuelDalva => OPERA: La verità in cimento

@gallir => El enchufe agujereado

@larrafonte => Cables de mierda: una retrospectiva

@kilinkis => Queridos magufos

@xiroux => Mae mía mae mía mae mía, la que se ha montao por un enchufe

@emulenews => Prensa rosa: El payaso de la OPERA de los neutrinos

La Ciencia de la Mula Francis, ¿es un blog “serio” de ciencia?

Mi entrada sobre la explicación ofrecida por la colaboración OPERA para un posible fallo en la medida de la velocidad de los neutrinos muónicos ha suscitado muchos comentarios en contra de este blog y de mi persona. Varios lectores habituales han amenazado con dejar de leer este blog. En su opinión un blog que considera la relatividad especial de Einstein como una teoría validada por los resultados experimentales durante más de un siglo es un blog que no es serio. Un blog que considera magufos a los magufos que lo leen, no es serio. Por favor, magufos, dejad de leer este blog.

Por favor, quien no quiera leer este blog que no lo lea. Yo le agradeceré que no lo lea.

Este blog no es “serio” ni pretende serlo. Yo no escribo este blog para vosotros. Lo escribo para mí. Yo disfruto escribiendo este blog. Y si no lo queréis leer, pues no lo leáis. Hay muchos blogs anti-Einstein en la blogosfera, pero os animo a que abráis vuestro propio blog magufo y que disfrutéis con vuestras magufadas. Adelante. Y no os preocupéis, que yo no os voy a leer a vosotros ni comentaré en vuestro blog nada a favor de la relatividad. No me tendréis como “antimagufo” en vuestro blog.

Por favor, los magufos que no quieran leer este blog, que recuerden que nadie les obliga a hacerlo y que a mí me importa un comino.

 

Un cable mal conectado es el responsable de que OPERA observara neutrinos superlumínicos

La noticia del día. Una mala conexión de fibra óptica entre una unidad de recepción de GPS y la tarjeta de entrada/salida de un ordenador es el culpable  de que los neutrinos parecieran superlumínicos en el experimento OPERA entre el CERN y Gran Sasso. El error se ha arreglado apretando a mano la conexión. ¡Madre mía! Los ríos de tinta que han corrido y tocando un conector los neutrinos vuelven a ser sublumínicos. ¡Qué error más tonto! El experimento que observó que los neutrinos muónicos llegaban 60 nanosegundos antes de tiempo (siendo más rápidos que la velocidad de la luz en el vacío) ha sufrido la ley de Murphy que afirma que lo que puede fallar, fallará. La mayoría de los físicos sabíamos que había un error y que tenía que ser un error sutil que solo los propios miembros de la colaboración OPERA podrían detectar. Nos lo ha contado Edwin Cartlidge, “BREAKING NEWS: Error Undoes Faster-Than-Light Neutrino Results,” Science Insider, 22 February 2012, que cita como fuente a físicos de la propia colaboración OPERA. No habrá confirmación oficial hasta que se ratifique de forma definitiva que este es el problema, pero cuando el río suena…

PS: James Gillies, portavoz del CERN, ha confirmado a The Associated Press que el problema con el sistema de GPS usado por OPERA para medir la velocidad de los neutrinos se conoce desde principios de mes (aunque no se ha desvelado hasta hoy). Fuente: “‘Faster than light’ measurement blamed on loose cable,” CBC News, Feb. 22, 2012.

PS 2: Alan Boyle, “Glitch found in faster-than-light setup,” Cosmic Log, 12 feb. 2012, afirma que mañana habrá un anuncio oficial por parte de la colaboración OPERA sobre el fallo; por lo que parecen ya tienen planificado para mayo repetir el experimento con pulsos cortos de neutrinos (como en octubre de 2011). Mañana os informaré de las buenas nuevas.

PS 3: Eugenie Samuel Reich, “Faster-than-light neutrino measurement has two possible errors,” Nature News, 22 Feb. 2012 [traducción al español de Kanijo], nos comenta la noticia incluyendo un anuncio oficial de la propia colaboración OPERA.

“The OPERA Collaboration, by continuing its campaign of verifications on the neutrino velocity measurement, has identified two issues that could significantly affect the reported result. The first one is linked to the oscillator used to produce the events time-stamps in between the GPS synchronizations. The second point is related to the connection of the optical fiber bringing the external GPS signal to the OPERA master clock.

These two issues can modify the neutrino time of flight in opposite directions. While continuing our investigations, in order to unambiguously quantify the effect on the observed result, the Collaboration is looking forward to performing a new measurement of the neutrino velocity as soon as a new bunched beam will be available in 2012. An extensive report on the above mentioned verifications and results will be shortly made available to the scientific committees and agencies.”

Por lo que parece, además del problema de la conexión con el cable de fibra óptica, desde OPERA se afirma que hay otro problema asociado a cómo se asigna el tiempo de llegada a cada neutrino; según OPERA ambos efectos son contrapuestos y se podrían compensar entre sí, manteniendo inalterado el resultado sobre los neutrinos superlumínicos; hasta que en mayo se repitan las medidas teniendo en cuenta correcciones para ambos efectos, desde OPERA se afirma que aún no se puede afirmar que se haya descubierto el error.Caren Hagner, miembro alemán de la colaboración OPERA que no firmó el artículo de OPERA de septiembre de 2011, pero que sí lo hizo con el de diciembre que se envió a una revista internacional, afirma que por ahora la colaboración OPERA no va a publicar ningún análisis cuantitativo de estos efectos y que habrá que esperar hasta mayo.

PS 4 (23 feb. 2012): Comunicado de prensa oficial de Rolf Heuer (CERN) al personal y miembros asociados:

“The OPERA collaboration has informed its funding agencies and host laboratories that it has identified two possible effects that could have an influence on its neutrino timing measurement. These both require further tests with a short pulsed beam. If confirmed, one would increase the size of the measured effect, the other would diminish it. The first possible effect concerns an oscillator used to provide the time stamps for GPS synchronizations. It could have led to an overestimate of the neutrino’s time of flight. The second concerns the optical fibre connector that brings the external GPS signal to the OPERA master clock, which may not have been functioning correctly when the measurements were taken. If this is the case, it could have led to an underestimate of the time of flight of the neutrinos. The potential extent of these two effects is being studied by the OPERA collaboration. New measurements with short pulsed beams are scheduled for May.”

PS 5 (23 feb. 2012): Gran artículo de MiGUi sobre el método científico utilizando esta noticia como guía conductora: “Y si al final solo era un cable,” 23 de febrero de 2012.

PS 6 (23 feb. 2012): Interesante reflexión de Seth Zenz, “New Information on “FTL Neutrinos,” USLHC, Quantum Diaries, 23 feb. 2012.

“The important thing to learn here, I think, is that the work is actually ongoing. The problems need further study, and their overall impact needs to be assessed. New measurements will be performed in May. What we’ve gotten is a status update whose timing was forced by the initial news article, not a definitive repudiation of the measurement.

Of course, we already knew with incredible confidence that the OPERA result is wrong. But we still need a better understanding of the experiment. Good scientific work can’t be dismissed because we think it must have a mistake somewhere.”

PS 7 (24 feb. 2012): Nuño Domínguez, “Un cable suelto relativiza al neutrino. El experimento que detectó partículas más veloces que la luz reconoce fallos. Una conexión llevaba años sin revisarse,” Público 24 feb. 2012. “Un equipo de físicos italianos detectó dos defectos en el aparato, según explicó este jueves a este diario Lucia Votano, directora del laboratorio Gran Sasso. (…) Una conexión de un cable de fibra óptica estaba mal ajustado. (…) Ese cable llevaba la señal exterior emitida por los satélites GPS hasta el reloj central de OPERA, que mide el tiempo con una precisión de milmillonésimas de segundo. El cable estaba “en perfecto estado”, pero no su “conexión”, apunta Votano. Si el cable hubiese estado desajustado durante el experimento, algo que aún no está claro, “el error hubiera hecho más corto el tiempo de vuelo del neutrino”, explica el CERN, es decir, le hubiera hecho más rápido. Votano no supo especificar cuándo fue la última vez que se revisó esa conexión, pero dijo que sucedió hace “varios años”. (…) El CERN informó de otro error en OPERA. En este caso se trata de un “oscilador” que se usa para sincronizar las medidas de los GPS. Este fallo habría aumentado el tiempo de vuelo del neutrino. “Aún se desconoce la magnitud de ambos errores”, explicó a este diario James Gillies, portavoz del CERN. Añadió que sólo hay una manera de salir de dudas: realizar nuevos experimentos, algo que está fijado para mayo pero que “podría adelantarse” si así lo decide el CERN. (…) La misma comunidad científica que recibió los resultados de septiembre con desbordante incredulidad defiende ahora a sus colegas de OPERA. “Actuaron como siempre hacen los científicos, con espíritu crítico; actuaron con profesionalidad y nos prometen nuevas mediciones para el mes de mayo”.”