ATLAS observa un bosón de Higgs con 126 GeV con 5,9 sigmas

Como muestra esta figura, tras incorporar el canal WW a la búsqueda del Higgs, el detector ATLAS del LHC ha observado un bosón de Higgs con una masa de 126,0 ± 0,4 (stat)  ±  0,4 (sys) GeV/c² con una confianza estadística de 5,9 σ (sigmas), es decir, la probabilidad de que los resultados sean debidos a ruido de fondo es de 1 en 588 millones. Se han analizado 4,8 /fb de datos de colisiones a 7 TeV c.m. obtenidos en 2011 y 5,8 /fb de datos a 8 TeV c.m. en 2012. La gran novedad respecto al resultado publicado el 4 de julio es la adición del canal H→WW*→eνμν, la desintegración de un Higgs en un par de W, uno de ellos virtual, que se desintegran en un par de leptones cargados (un electrón y un muón) y un par de neutrinos. El nuevo artículo técnico, enviado a Physics Letters B, es The ATLAS Collaboration, “Observation of a New Particle in the Search for the Standard Model Higgs Boson with the ATLAS Detector at the LHC,” CERN-PH-EP-2012-218, July 31, 2012 [los físicos teóricos disfrutarán de todas las figuras de ATLAS en esta web]. Se han hecho eco de esta noticia muchos blogs, entre ellos Tommaso Dorigo, “ATLAS: 5.9 Sigma For A 126 GeV Higgs !,” AQDS, July 31st 2012.

Básicamente, lo que se ha hecho es combinar los resultados para el canal WW que ya se habían publicado (yo me hice eco el 18 de julio). Por tanto, para los que siguen las noticias sobre el Higgs en este blog no es ninguna novedad. Sin embargo, aparecen varias figuras de gran belleza en el artículo que creo que deben ser comentadas.

Esta figura muestra el mejor ajuste de la señal observada a los datos experimentales. Un valor de μ = 1 corresponde a la existencia del bosón de Higgs predicho por el modelo estándar con cierta masa y un valor μ = 0 a su no existencia. El valor de μ = 1,4 ± 0,3 para un Higgs con 127 GeV puede parecer un poco alto, pero es consistente con el predicho por el modelo estándar. Más aún, cuando se combina con los resultados de CMS y del Tevatrón esta desviación se reduce muchísimo y el valor μ = 1 brilla con luz propia. Por lo tanto, si el Higgs observado no es el del modelo estándar, su desviación respecto a éste es muy pequeña.

Esta figura muestra que no solo se ha descubierto un Higgs con una masa de 126 GeV a 5,9 sigmas, sino que también se ha excluído que haya otro con una masa menor de 400 GeV con más de 5 sigmas (y menor de 600 GeV con al menos 2 sigmas). Este resultado es muy importante porque la supersimetría (SUSY) predice la existencia de dos bosones de Higgs neutros de paridad par (h y H); lograr que la masa de estos dos bosones no esté próxima requiere ajustes finos de los parámetros de los modelos SUSY, algo que desagrada a muchos teóricos (pues se supone que gracias a la SUSY se evitan otros ajustes finos y molesta que aquí haya un “a lo comido por lo servido”).

Los que echen en falta las figuras con banda brasileña, que conforme pasen los meses acabarán quedando en desuso, incluyo ésta.

Muchos os preguntaréis, ¿cuál es la importancia de la adición del canal WW y el paso de 4,9 a 5,9 sigmas? Para ser sinceros, la diferencia entre 5 y 6 sigmas es muy pequeña. La adición del canal WW, así como los canales ττ y bb, aporta poco porque son canales que requieren un análisis de un mayor número de datos para ser realmente significativos. Como muestra la curva azul en esta figura, por alguna razón que aún se desconoce hay una fluctuación hacia arriba respecto a las expectativas de más de dos sigmas. Con toda seguridad esta fluctuación (que se observa en ATLAS pero no en CMS y el Tevatrón) es la responsable de que aún haya algunas dudas en la comunidad de físicos sobre si el bosón descubierto es el predicho por el modelo estándar o un impostor. En mi opinión (no soy experto), esta fluctuación desaparecerá con los datos que se publiquen en diciembre de 2012. Los canales responsables de esta fluctuación son los más difíciles de estudiar y los menos sensibles (con los datos acumulados hasta ahora), por lo que son los más susceptibles de presentar este tipo de comportamientos anómalos. Aún así, hay una pléyade de físicos teóricos tratando de diseñar modelos del bosón de Higgs (no es fácil) que presenten este comportamiento anómalo, a ver si el burro toca la flauta y les cae la gloria por haber acertado.

Ya sabéis mi opinión. Ante la duda, la navaja de Ockham.

PS: También se ha publicado el artículo de CMS con los datos sobre el Higgs anunciados el 4 de julio. Este artículo indica que se esperaban 5,8 sigmas, pero que solo se han logrado 5,0 sigmas; esto es normal, a veces hay fluctuaciones a favor y a veces las hay en contra. El artículo, también enviado a Physics Letters B, para los físicos interesados en los detalles, es The CMS Collaboration, “Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC,” arXiv:1207.7235, Subm. 31 Jul 2012.

Amazings Bilbao 2012 ya tiene cartel

Ya tenemos cartel para Amazings Bilbao 2012,” Amazings.es, 31 julio 2012, diseñado por @alpoma está inspirado en el descubrimiento del bosón de Higgs en el CERN. Para los interesados en más detalles técnicos, la fuente de la imagen es “ATLAS: Simulated Higgs decaying into four muons,” CERN-DI-9506025, CERN 1995. Corresponde a la simulación por ordenador de la producción de un bosón de Higgs en el detector ATLAS en una colisión protón-protón a 14 TeV c.m. El bosón de Higgs se desintegra en dos bosones Z, que a su vez se desintegra en cuatro muones (leptones cargados). En amarillo se observan las trazas de estos cuatro muones. Abajo tenéis la versión original (muy famosa, por cierto).

La energía oscura y la imposibilidad de conocer el destino final del universo

Los autores de libros de divulgación se suelen llenar la boca hablando del futuro del universo. La filosofía tradicional en Relatividad General es que la geometría determina el destino del universo. Sin embargo, la existencia de una constante cosmológica (también llamada energía oscura) implica que la correspondencia uno-a-uno entre la geometría y la evolución del universo se ha perdido para siempre. La única manera de conocer el futuro del universo es descubrir cómo evoluciona la energía oscura y para ello necesitamos una explicación de su origen que nos permita saber cómo evolucionará en el futuro. La existencia de la energía oscura implica que no existen observaciones cosmológicas que se puedan realizar en la actualidad que nos permitan decidir sin ambiguedad cuál será el destino final del universo. Nos lo contaron Lawrence M. Krauss y Michael S. Turner, “Geometry and Destiny,” Gen. Rel. Grav. 31: 1453-1459, 1999 (gratis en ArXiv).

En la actualidad creemos que la ecuación de estado de la energía oscura es p = ω ρ, donde p es la presión, ρ la densidad y ω=–1. El problema es que pequeñas variaciones en el valor de ω, incluso tan pequeñas como una parte en mil (más allá de lo que podremos medir en las próximas décadas), acabarán dominando el futuro del universo a largo plazo. La única solución al problema será obtener una explicación microfísica al origen de la constante cosmológica capaz de predecir su evolución futura.

El estado actual del “caso Lemus” que salpicó al CSIC

La última hora sobre “El “caso Lemus” destapado por El País salpica al CSIC,” 18 marzo 2012, aparece en “El CSIC concluye que un excientífico de Doñana mintió o erró en 24 trabajos publicados,” lainformacion.com, 30 julio 2012. Os recomiendo leer dicha noticia, que aquí solo os resumo: “Las conclusiones del Comité de Ética del CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas), cuestionan por varios motivos la “autenticidad parcial o total” de los resultados del investigador Jesús Ángel Lemus, un veterinario contratado en la Estación Biológica de Doñana desde 2007 a 2012. El CSIC decidió en junio de 2012 no renovar el contrato a Lemus, tras un informe negativo por no realizar las tareas para las que fue contratado. Se trata de 24 trabajos publicados en 17 revistas científicas, entre ellas PNAS, Biology Letters y PLoS ONE. Los distintos autores de las publicaciones deben dirigirse sin dilación a los distintos editores [de estas revistas], especificando todos aquellos resultados que no han podido ser comprobados por los motivos que fueren, e identificando a las autores desconocidos o cuyas filiaciones son falsas. Los autores deben solicitar que en la medida de los posible se publiquen las oportunas correcciones. Si no resulta factible la difusión de las correcciones, por la política de la revista o por la magnitud de las mismas, los autores requerirán la retractación de la publicación en cuestión. El comité de ética aconseja a todos los miembros del CSIC que tengan en cuenta que firmar implica el conocimiento del artículo en su conjunto y que todos comparten un cierto nivel de responsabilidad.”

Sin palabras.

Los agujeros negros como condensados de Bose-Einstein de gravitones

La versión cuántica de la teoría de la gravedad de Einstein predice la existencia del gravitón, una partícula de masa cero y espín dos; de hecho, cualquier teoría que prediga una partícula con estas propiedades también predice en el límite clásico la gravedad de Einstein. Sin embargo, la gravedad cuántica falla de forma catastrófica cuando se considera más de un gravitón, pues sus interacciones mutuas generan infinitos con los que nadie sabe lidiar. ¿Qué pasa cuando el número de gravitones tiende a infinito? César Gómez (Instituto de Física Teórica UAM-CSIC) y Gia Dvali creen que este límite se puede estudiar por analogía con el cromodinámica cuántica (QCD) cuando el número de colores Nc tiende a infinito. Si sus ideas son correctas, los agujeros negros serían estados condensados de Bose-Einstein con un número N muy grande de gravitones que interaccionan débilmente entre sí. Una idea sugerente y exótica que permite explicar la radiación térmica de Hawking y la entropía de Bekenstein de los agujeros por un procedimiento puramente numerológico (contar gravitones). Las cuentas de Gómez y Dvali salen, pero falta algo profundo que las sustente. Aún así, la idea me ha hecho pensar. Recomiendo la lectura de Gia DvaliCesar Gomez, “Black Hole’s Quantum N-Portrait,” arXiv:1112.3359, submitted on 14 Dec 2011, así como sus artículos más recientes “Black Hole’s 1/N Hair,” arXiv:1203.6575, y “Landau-Ginzburg Limit of Black Hole’s Quantum Portrait: Self Similarity and Critical Exponent,” arXiv:1203.3372.

Por cierto, una consecuencia cosmológica de estas ideas es que el universo en su conjunto podría ser el mayor agujero negro que existe, un condensado con 10120 gravitones (Gia Dvali, “Black Holes’s Quantum Portrait,” Planck 2012 [slides]).

Francis en Amazings.es: E-CAT, el secreto está en la (toma de) masa

“Por un módico precio, solo 100.000 euros, podrás disponer en tu propia casa de un reactor de fusión nuclear fría E-CAT (Energy Catalyser). No debes tener miedo a la radiación, pues ni emite neutrones, ni rayos gamma, ni siquiera rayos X. Tras enchufarlo en tu casa a una toma de red y añadir un poco de agua (el combustible del reactor), podrás obtener entre 3 y 10 veces más energía de la que consume. Energía gratis para lo que quieras. […] Ian Bryce, físico australiano e investigador de la revista Australian Skeptics, tras su momento “Eureka!” nos cuenta en su artículo “Going Cold on Cold Fusion,”  The Skeptic, 32: 8-14, March 2012,” que el secreto de E-CAT está en la toma de masa.” Seguir leyendo en Amazing.es.

También recomiendo la lectura de “La física es la causa por la que el e-CAT no funcionará nunca,” La mentira está ahí fuera, 17 dic. 2011 (traducción del artículo de Ethan Siegel, “The Physics of why the e-Cat’s Cold Fusion Claims Collapse,” Starts with a bang, Dec. 5, 2011.), que acaba recordando que “La verificación independiente es la piedra angular de toda investigación científica; la experimentación es la forma en la que se eliminan todo tipo de errores desde la mala calibración hasta la contaminación y es la manera de protegernos de los estafadores sin escrúpulos. Teniendo en cuenta todo lo que sabemos, y en particular los análisis realizados por Steven B. Krivit, es hora de dejar de lado el espejismo de la fusión de  Níquel + Hidrógeno y volver al trabajo para encontrar soluciones reales a nuestros problemas energéticos y medioambientales.”

 

Nota dominical: Por qué llamaron Sir Arthur “Adding-One” a Eddington y el número de partículas que hay en el universo

I believe there are 15 747 724 136 275 002 577 605 653 961 181 555 468 044 717 914 527 116 709 366 231 425 076 185 631 031 296 protons in the universe and the same number of electrons,” escribía Sir Arthur Stanley Eddington en la página 170, que abre el capítulo XI “The physical universe,” de su famoso libro “The Philosophy of Physical Science (Tarner Lectures, 1938),” Cambridge University Press, 1939 [pdf gratis con el texto]. “Bertrand Russell le preguntó a Eddington si él había calculado este número por sí mismo o si otra persona lo había hecho en su lugar. ¡Eddington contestó que lo había hecho él mismo durante un crucero por el Atlántico!” Como nos cuenta S. Chandrasekhar en la página 3 de su biografía “Eddington: The Most Distinguished Astrophysicist of His Time,” Cambridge University Press, 1983 [Google Books].

El número puede parecer extraño pero es igual a 136 × 2256. ¿Cómo calculó Eddington este número? En sus palabras: “The theoretical calculation of the cosmical number N depends on the fact that a measurement involves four entities and is therefore associated with a quadruple existence symbol. From this it appears that the cosmical number must be the total number of independent quadruple wave functions, which is found to be 2 × 136 × 2256. This is the number of protons and electrons.

¿Cuál es el origen del 136 en la fórmula? Eddington creía que el valor de la constante de estructura fina α = 1/136, sin embargo, cuando se descubrió que α ≈ 1/137, rehizo su fórmula y cambió el valor de su número. La revista satírica Punch se mofó del cambio y caricaturizó su nombre como “Sir Arthur Adding-One” (por paronimia con “Sir Arthur Eddington”). Para los más puristas el valor correcto es 1/α = 137,035 999 074(44) [CODATA 2010, NIST].

¿Cuál es el origen del 256 en la fórmula? Eddington afirma que se trata del cardinal máximo para el conjunto del número estados de un condensado cuántico, es decir, no da ninguna razón. Introduce el número sin calcularlo en la página 157 y pone el resultado en el capítulo XI como si lo hubiera calculado en dicha página. Obviamente, el número de estados posibles de 256 bits no tiene ningún significado más allá de la propia arbitrariedad en su elección.

Y ya que estamos ¿cuántos protones y electrones hay en el universo? No se sabe, pero extrapolando la masa de nuestra galaxia y el número de galaxias observadas en las imágenes de cielo profundo del Telescopio Espacial Hubble se sabe que el número total debe rondar los 1080 (un número bastante parecido al predicho por Eddington). Ver, por ejemplo, la página 38 de Martin Beech, “The Large Hadron Collider: Unraveling the Mysteries of the Universe,” Springer, 2010.

Cómo conseguir que no pare de girar la peonza de la película “Origen” (“Inception”)

El tótem de Dom Cobb (personaje interpretado por Leonardo Di Caprio) en la película “Origen” (“Inception” en el original) es una peonza que gira y gira por siempre jamás (“forever spin” top). Un juguete capaz de emular este fenómeno fue patentado en 1974 por Roger Andrews (US patent 3783550); por cierto, la patente ya ha expirado. La peonza se hace girar a mano (no importa el sentido) encima de un pedestal de plástico cuya superficie es un poco cóncava y para sorpresa de todos se mantiene girando “eternamente.” Por supuesto, no se trata de un móvil perpetuo, ya que el pedestal contiene una batería de 9 V y un interruptor on/off; en “off” la peonza solo gira durante unos minutos, en el mejor caso, hasta detenerse; en “on” la peonza puede girar mientras la batería no se agote. Nos cuenta el secreto de este juguete Allan Mills, “The ‘forever spin’ top,” Physics Education 47: 399-402, 2012. Permíteme un resumen, por supuesto, omitiendo todo tipo de fórmulas, fáciles de obtener por cualquier profesor de física de primer curso que quiera ilustrar los detalles a sus alumnos.

Esta figura ilustra el juguete, tanto por fuera, como por dentro. En el interior se encuentra un electroimán y en la parte inferior de la peonza podemos observar un imán de ferrita en forma de disco.

Esta figura (izquierda) ilustra el imán en forma de disco que hay en la peonza. Dispersando limaduras de hierro en una hoja de papel se puede observar (derecha) el campo dipolar magnético que produce la peonza gracias a su imán (se han dibujado los polos norte y sur de dicho campo, determinados utilizando una brújula). El patrón dipolar observado difiere del de los imanes que se utilizan para pegar cosas en la puerta del frigorífico, que muestran rayas alternas magnetizadas en las direcciones norte y sur (garantizando un mejor agarre a la superficie del acero).

En el interior del pedestal se observa un solenoide de 28 mm de altura; una bobina de cientos de vueltas de hilo fino de cobre esmaltado (el hilo tiene un diámetro de 0,01 mm). En el interior de la bobina hay un núcleo de hierro dulce de 5 mm de diámetro por 28 mm de alto. También se observa un transistor bipolar C945 P817.

El circuito electrónico de este dispositivo es muy sencillo, como muestra esta figura extraída de la solicitud de patente de Andrews en 1974. No aparecen ni resistencias ni condensadores porque el juguete ha sido diseñado para que el número de vueltas del bobinado limite la corriente en el transistor. El diseño también ha sido optimizado para ajustarse al campo magnético producido por el imán de la peonza en rotación.

La rotación del imán en el interior de la peonza induce una corriente transitoria sinusoidal muy pequeña en la bobina que se introduce en el terminal de base del transistor, que actúa como interruptor permitiendo que la corriente de la pila (batería) atraviese el resto del bobinado, que a su vez produce otro campo magnético que actúa como control realimentado del campo magnético original de la peonza, resultando en fuerza magnética que acelera la rotación de la peonza. Un diseño adecuado permite que la peonza logre superar la fuerza de rozamiento y se mantenga rotando a cierta velocidad de equilibrio durante mucho, pero durante mucho tiempo.

Observada por primera vez la violación de la simetría T (inversión temporal) en la física de los mesones B

La violación de la simetría CP en la física de los mesones Bo fue observada por las colaboraciones BABAR y Belle en 2001. El teorema CPT implica que también se debe observar la violación de la simetría T (inversión temporal). La colaboración BABAR ha observado por primera vez dicha violación predicha por la teoría tras analizar 468 millones de pares BBbar producidos en desintegraciones de la partícula Upsilon(4S). Los valores medidos Δ ST+ = -1,37 ± 0,14 (stat.) ± 0,06 (syst.) y Δ ST- = 1,17 ± 0,18 (stat.) ± 0,11 (syst.), muestran dicha violación a más de 10 sigmas de confianza estadística. Aunque este resultado era esperado por todos, creo que es una gran noticia que se haya confirmado otra predicción más de la teoría de la física de partículas. El artículo técnico es The BABAR Collaboration, “Observation of Time Reversal Violation in the B0 Meson System,” arXiv:1207.5832, Submitted on 24 Jul 2012. Más información en Bertrand Echenard (CalTech, on behalf of the BABAR Collaboration), “Recent Results from BABAR,” 40 th SLAC Summer Institute, July 2012 [slides], y Justin Albert (Univ. Victoria, on behalf BaBar Coll.), “Searches for New Sources of CP and T Violation at BABAR,” BEACH 2012, July 24 [slides].

La simetría discreta de inversión temporal (T) corresponde al intercambio de la dirección de flujo del tiempo, es decir, t → -t. Obviamente, no podemos ir hacia el pasado, por lo que en física de partículas se intercambian el estado inicial |in> y el final |out>. Si la simetría T se viola en un proceso, la probabilidad de la transición |in> → |out> será diferente de la probabilidad de |out> → |in>. En concreto, BaBar ha observado las desintegraciones Bo → B+ y B+ → Bo (y también Bo → B y B → Bo). Abajo tenéis en detalle las desintegración de partículas Υ(4S) que han sido estudiadas, no entraré en más detalles.

PS (20 nov 2012): Ha llegado a portada en MNM “Un equipo internacional de científicos liderado por el IFIC observa por primera vez la ruptura de simetría en el tiempo,” Univ. Valencia, 19 nov. 2012; Michael Zeller, “Viewpoint: Particle Decays Point to an Arrow of Time,” Physics 5: 129 (2012); J. P. Lees et al. (The BABAR Collaboration), “Observation of Time-Reversal Violation in the B0 Meson System,” Phys. Rev. Lett. 109: 211801 (2012). También merece la pena leer “Babar realiza la primera medida directa de una asimetría en la inversión temporal,” La Hora Cero, Nov. 19, 2012. En el artículo de Zeller se incluye la siguiente figura, muy ilustrativa:

Toda la música pop suena “igual” según un estudio de científicos españoles

El estudio de un millón de canciones populares (pop) entre 1955 y 2010 ha encontrado que en la actualidad suenan más fuerte, pero son más homogéneas en cuanto a acordes, melodías y tipos de sonido utilizados que hace 50 años. El equipo investigador ha sido dirigido por Joan Serra (experto en inteligencia artificial del IIIA-CSIC, Barcelona). Para una persona con más de 35 años, la música pop actual suena muy “igual” comparado con cómo sonaba cuando era joven. Quizás por eso a los que tenemos cierta edad nos sigue gustando más la música de aquella época y hay un movimiento de revival que está devolviendo a la actualidad muchas canciones del pasado. El artículo técnico es Joan Serrà, Álvaro Corral, Marián Boguñá, Martín Haro & Josep Ll. Arcos, “Measuring the Evolution of Contemporary Western Popular Music,” Scientific Reports 2: 521, 26 July 2012 [el artículo es de acceso gratuito].

Esta figura (izquierda) muestra cómo el volumen (loudness) ha subido en los últimos 50 años, quizás debido a la costumbre actual de utilizar una curva de ecualización mucho más plana que facilita que la música se pueda escuchar en medios muy diversos (desde un iPAD a un ordenador pasando por un equipo HiFi); os recuerdo lo que ya contamos en “Qué suena mejor al oído, un vinilo, un CD o un DVD de audio.” La figura de la derecha muestra cómo la música se ha vuelto mucho más homogénea en cuanto a la paleta de timbres utilizada (lo que mucha gente ha expresado como “toda suena igual”). Como afirman los autores, estas conclusiones son conjeturas que llevaban mucho tiempo en el imaginario colectivo (apreciaciones subjetivas, cualitativas o no sistemáticas). El nuevo aporta pruebas empíricas gracias a un análisis formal, cuantitativo y sistemático. Este tipo de técnicas de análisis también podrán ser aplicadas a otros géneros musicales, e incluso tendrán un papel musicológico pues permitirán estudiar las transiciones de estilo más importantes en la historia de la música.

Nota sobre la revista en la que se han publicado los resultados: Scientific Reports. En algunos sitios se ha dicho que era Nature, lo que es un craso error. Se trata de la revista del Nature Publishing Group que pretende hacerle la competencia a PLoS ONE, aparece en el Web of Science, pero aún no tiene índice de impacto (no aparece en 2011 JCR, tampoco aparecerá en el 2012 JCR, pero sí lo hará en el 2013 JCR; fuente). ¿Qué significa que su estilo editorial sea similar a PLoS ONE? Por un lado, que es una revista de artículos de acceso gratis donde los autores pagan por publicar. Por otro lado, que se aceptan artículos “técnicamente correctos” (technically sound), sin importar su importancia y que será la propia comunidad científica la que la determinará (“judgments about the importance of a paper will be made by the scientific community after publication”). Y por tanto, el proceso de revisión por pares en esta revista (como en PLoS ONE) puede ser similar al de una revista convencional, pero también puede no serlo (a esto se le llama a veces “revisión formal”). Más información. Todo esto es importante cuando uno se enfrenta a la valoración de los contenidos de un artículo publicado en esta revista.