Francis en ¡Eureka!: Qué nos depara la ciencia en 2013

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El audio de mi sección ¡Eureka! en La Rosa de los Vientos, Onda Cero, ya está disponible. Un anticipo de los avances más importantes en Física que se esperan para 2013. Disfruta del audio siguiendo este enlace. Como siempre, un resumen por escrito.

Al final de un año la costumbre es predecir cómo será el próximo. Seguro que en 2013 habrá muchas sorpresas en la ciencia. Predecir el futuro es imposible, pero hay algunos resultados científicos cuyo anuncio está planificado para el 2013. , Curiosity nos traerá noticias de Marte (quizás moléculas orgánicas y pruebas muy indirectas de vida pasada), los chinos pondrán una sonda no tripulada en la Luna, se publicarán los resultados sobre el lago Vostok bajo la Antártida (quizás haya pruebas de vida, por ahora no se han encontrado en los primeros análisis) y se descubrirán muchas otras cosas. Pero como soy físico mis predicciones van a estar sesgadas hacia la física, pido perdón a los interesados en otras ramas de la ciencia.

El Premio Nobel de Física podría ser para Peter Higgs y sus colegas por el famoso bosón de Higgs. Mi apuesta es que Peter Higgs recibirá el Nobel de Física el año próximo. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) a partir de abril será reparado (hay una serie de soldaduras defectuosas en los imanes superconductores) y estará parado por lo menos hasta finales de 2014. Por ello en 2013 y 2014 será posible visitar los experimentos del LHC en el CERN, bajando en un ascensor a 100 metros de profundidad. Una oportunidad única para quienes vayan a visitar Ginebra el próximo año, no se lo pueden perder. Los análisis de todos los datos de 2012 se publicarán durante 2013 en diferentes conferencias. Habrá nuevos datos en marzo, en los Encuentros de Moriond, en los alpes italianos (2-16 marzo), y más tarde en verano en una conferencia en Estocolmo (EPS-HEP) entre el 18 y 24 de julio. A finales de 2013 conoceremos mejor las propiedades del bosón de Higgs descubierto este año; por ejemplo, sabremos si tiene espín cero con unas 4 sigmas (no serán 5 sigmas, pero casi), gracias a la combinación de los resultados de los dos grandes detectores del LHC.

El anuncio en Moriond podría ser en EW-UT entre 2 y 9 de marzo, y QCD-HEP entre 9 y 16 de marzo; lo normal es que se presenten los nuevos datos en EW, pero también podrían aparecer en QCD (para que haya más tiempo para los análisis); todavía no están publicados los programas científicos; yo no pondría fecha concreta, o diría entre 2 y 16 de marzo, o a principios de marzo. EPS-HEP será entre 18-24 de julio en Estocolmo; yo apuesto a que en esta conferencia se presentarán los resultados más importantes de este verano, pero todavía no hay programa oficial; también habrá datos relevantes un poco antes en LP (Lepton Photon) será entre 24-29 de junio en el SLAC, California, pues a los americanos no les gusta quedarse fuera; por supuesto, también hay otras conferencias.

El satélite Planck de la ESA también presentará datos el próximo año, qué podemos esperar. El satélite Planck ha tomado datos de la radiación de fondo cósmico de microondas durante tres años y nos permite medir esta radiación con una precisión sin precedentes. Un año de Planck equivale a unos 100 años de WMAP. Planck aportará mucha información sobre la energía oscura y podría ser decisivo para confirmar que se trata de la constante cosmológica de Einstein, o en su defecto de otra cosa llamada quintaesencia. Sabremos cuántas familias de neutrinos hay en el universo (conocemos tres, pero podría haber una cuarta, importante para explicar parte de la materia oscura del universo). Habrá pruebas indirectas de la inflación cósmica, y del fondo cósmico de neutrinos (cuando el universo tenía unos 2 segundos tras el big bang y materia y antimateria se aniquilaron quedando un resto de materia). Hay una conferencia a finales de enero en Madrid, 28-31, pero el anuncio oficial de los primeros datos de Planck sobre el fondo cósmico de microondas se realizará en la conferencia ESLAB, entre 2-5 de abril, Noordwijk, Holanda.

Se esperan nuevos resultados sobre la materia oscura en el universo. El Espectrómetro Magnético Alfa,  AMS-02, que está instalado en la Estación Espacial Internacional (ISS), lanzado en mayo de 2011, acumulará dos años de observaciones de los rayos cósmicos y podría obtener pruebas de la materia oscura. Tras su primer año en julio de 2012 recopiló unos 18 billones de rayos cósmicos, pero aún no se ha publicado nada. Samuel Ting (Premio Nobel y jefe de la misión) quiere retrasar la publicación de los primeros datos todo lo posible, pero miembros del equipo anunciaron los primeros resultados con datos del primer año ahora en diciembre, así que con toda seguridad será uno de los experimentos estrella de 2013. Habrá que estar muy atentos a su posible confirmación o refutación de la anomalía DAMA/LIBRA que apunta al origen de la materia oscura.

Qué se espera en cuanto a los detectores de neutrinos. Hay varios detectores de neutrinos que nos ofrecerán nuevos datos (como MicroBooNE en el Fermilab, cerca de Chicago), pero quizás destaca Ice Cube, en el polo sur, que está estudiando los neutrinos de ultra alta energía (UHE). Este año se anunciaron resultados preliminares, pero no ha habido ningún anuncio definitivo. La existencia de neutrinos de ultra-alta energía (UHE) será confirmada en 2013 de forma oficial. Estos neutrinos nos hablan de los fenómenos más violentos del universo y nos permiten explorar las escalas de energía más altas  que podemos explorar en la actualidad. De hecho, hay teóricos de cuerdas y gravedad cuántica que dicen que las primeras pruebas de estas teorías tan exóticas serán obtenidas gracias a los neutrinos UHE. Habrá que estar al tanto de los resultados de IceCube.

Otras noticias de física que crees que podría anunciarse en 2013. En el año 2010 se anunció la primera observación de la radiación de Hawking en un agujero negro simulado en una fibra óptica, sin embargo, ha habido muchas dudas y la opinión general es que la observación fue mal interpretada. Los autores han propuesto una curiosa idea, un láser de agujeros negros, con la que en 2013 pretenden realizar la observación definitiva. Varios grupos están tratando de llevar a cabo su idea. Si se confirma, podrían poner a Stephen Hawking en la recta final hacia el Nobel para 2014.

El año 2013 será un año apasionante para la ciencia sin lugar a dudas.

Lo dicho, si quieres escuchar el audio solo tienes que seguir este enlace. ¡Feliz entrada de año y qué lo disfrutes!

Nota dominical: Ettore Majorana, el Nikola Tesla de la física teórica

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Hay personajes de los que no puedo hablar en este blog sin recibir un gran número de críticas. Mucha gente me regaña cuando hablo de Nikola Tesla (1856-1943). ¡Cómo te atreves a proferir su nombre en vano! La unidad de campo magnético en el Sistema Internacional de Unidades (SI) recibió su nombre en 1960, relegando a Gauss al obsoleto Sistema Cegesimal de Unidades o CGS (1 tesla son 10.000 gauss) y olvidando a Maxwell por el camino, 1 gauss es 1 maxwell/cm². Gran parte de su mito se creó el mismo año de su deceso, en enero de 1943, en plena II Guerra Mundial, cuando la Corte Suprema de EEUU le acreditó en abril como inventor de la radio. No me preguntes el porqué, pero hay personajes que se convierten en mitos y son comparados con los grandes genios de la historia, aunque sus contribuciones científicas no sean comparables.

Ettore Majorana (1906-¿1938?) solo publicó 10 artículos científicos, el último de ellos póstumo. Sin embargo, muchos lo comparan con Newton, con Galileo y con los grandes genios del siglo XX. Durante su vida muy pocos se dieron cuenta de su genio, salvo quizás Enrico Fermi (1901-1954), Premio Nobel de Física en 1938 por su teoría de la interacción débil, quien le dirigió la tesis de grado en 1929, y Emilio G. Segré (1905-1989), Premio Nobel de Física en 1959 por el descubrimiento del antiprotón, que fue su profesor en 1928. ¿Por qué Majorana es un mito y está considerado uno de los físicos más importantes e influyentes del siglo XX? Hay un tipo de fermiones que recibe su nombre, los fermiones de Majorana, en pie de igualdad con los fermiones de Dirac. Obviamente, solo un gran genio puede poner su nombre al lado de los de Fermi y Dirac. ¿Realmente Majorana fue uno de los padres de la física del siglo XX?

Lo más asombroso que hizo en su vida Majorana fue “desaparecer” sin dejar rastro en 1938. Genios de su talla en el siglo XX hubo muchísimos, no solo italianos, también españoles. Pero hay gente que nace con estrella y gente que nace estrellada. La fama de Majorana nació la primera vez que conoció a Fermi, quien estaba estudiando un ecuación diferencial no lineal que aparecía en lo que ahora llamamos método de Thomas-Fermi; Fermi calculó la solución de forma numérica tras una semana de intenso trabajo y mostró el resultado a Majorana. Ni corto, ni perezoso, Majorana resolvió la ecuación de forma analítica esa misma noche y le mostró el resultado a Fermi a la mañana siguiente. Fermi quedó muy asombrado. De hecho, aún se conservan las páginas manuscritas originales de aquella noche “mágica” (Erasmo Recami, Salvatore Esposito, “The scientific manuscripts left unpublished by Ettore Majorana (with outlines of his life and work),” arXiv:0709.1183, Sep. 2007).

Majorana empezó a estudiar Ingeniería, pero cambió a Física por recomendación de Fermi. Mientras era estudiante publicó su primer artículo científico (“Sullo sdoppiamento dei termini Roentgen ottici a causa dell’elettrone rotante e sulla intensità delle righe del Cesio,” en colaboración con su amigo Giovanni Gentile Jr., publicado en Rendiconti Accademia Lincei 8: 229-233, 1928); parte de dicho trabajo lo presentó el 6 de julio de 1929 cuando defendió su trabajo fin de graduación en Física. En 1931 publicó cuatro artículos, dos sobre el enlace químico (“Sulla formazione dello ione molecolare di He,” Nuovo Cimento 8: 22-28, 1931; “Reazione pseudopolare fra atomi di Idrogeno,” Rendiconti Accademia Lincei 13: 58-61, 1931) y otros dos sobre espectroscopia (“I presunti termini anomali dell’Elio,” Nuovo Cimento 8: 78-83, 1931; “Teoria dei tripletti P’ incompleti,” Nuovo Cimento 8: 107-113, 1931). Estos trabajos teóricos demostraban un buen dominio del trabajo experimental, muy en la línea de la tradición de Fermi, combinar teoría y experimento.

Los trabajos más importantes de Majorana se publicaron en 1932, aunque no le dieron fama hasta mucho más tarde. En el primero, “Atomi orientati in campo magnetico variabile,” Nuovo Cimento 9: 43-50, 1932,  derivó de forma independiente la fórmula de Landau-Zener (1932) y estudió el efecto de un campo magnético sobre un átomo anticipando trabajos posteriores de Rabi (1937) y Bloch-Rabi (1945), que acabaron con el Premio Nobel de Física de 1944 para Isidor I. Rabi. Y en el segundo, “Teoria relativistica di particelle con momento intrinseco arbitrario,” Nuovo Cimento 9: 335-344, 1932, estudió la teoría de campos relativistas para partículas de espín arbitrario, teoría que fue redescubierta una década más tarde por físicos soviéticos. En 1932 se descubrió el neutrón y Majorana pasó seis meses trabajando con Heisenberg en la teoría de las fuerzas de intercambio para explicar cómo los protones y neutrones se ligan en los núcleos de los átomos, que publicó al año siguiente (“Uber die Kerntheorie,” Zeitschrift für Physik 82: 137-145, 1933; también publicado como “Sulla teoria dei nuclei,” La Ricerca Scientifica 4: 559-565, 1933).

Majorana no volvió a publicar nada más hasta 1937, cuando tuvo que “promocionar” como profesor y se vio obligado a demostrar que era un investigador “en activo” (“Teoria simmetrica dell’elettrone e del positrone,” Nuovo Cimento 14: 171-184, 1937). Este artículo le ha hecho pasar a los libros de historia, pues introdujo lo que ahora llamamos fermiones de Majorana y sugirió que los neutrinos (partículas postuladas por Pauli y Fermi, entonces aún no descubiertas) podían ser partículas de Majorana; ahora nos puede parecer que la idea era revolucionaria, pues sabemos que los neutrinos tienen masa y oscilan, pero entonces era una idea exótica y pasó muy desapercibida (salvo por la comunidad de físicos italianos, en particular por Bruno Pontecorvo). Aún así, hoy en día hablamos de espinores de Majorana, masa de Majorana, osciladores de Majorana, e incluso de “majorones” (majorons).

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Entre 1933 y 1937 hay constancia de que Majorana siguió investigando por sus notas, manuscritos y por su correspondencia con otros físicos, pero no publicó nada. Su trabajo se centró en impartir clases de física: Métodos Matemáticos de la Mecánica Cuántica (curso 1933-34), Métodos Matemáticos de la Física Atómica (curso 1935-36), Electrodinámica cuántica (curso 1936-37). Nadie sabe el porqué, pero en 1938, el siciliano Majorana desapareció para no regresar. Esta desaparición fue el origen del mito, sin lugar a dudas.

¿Fue un gran docente Majorana? No hay constancia explícita, aunque muchos le admiran por el último curso que impartió en 1938, aunque solo tuvo 5 alumnos (las notas del curso se han preservado gracias a los apuntes de uno de ellos). Nada relevante, salvo para los mitómanos, que disfrutarán con A. Drago, S. Esposito, “Ettore Majorana’s Course on Theoretical Physics: A Recent Discovery,” Phys. Perspect. 9: 329-345, 2007 [arXiv:physics/0503084]. ¿Nada relevante? ¡Pero si anticipó en 1938 las integrales de camino de Feynman! Bueno, también lo hizo Dirac en 1933, pero bueno, si alguien está interesado… S. Esposito, “Una lezione particolare di Ettore Majorana,” arXiv:physics/0512174, Dic. 2005; S. Esposito, “Majorana and the path-integral approach to Quantum Mechanics,” arXiv:physics/0603140, Mar 2006; S. Esposito, “Four variations on Theoretical Physics by Ettore Majorana,” arXiv:physics/0604064, Apr. 2006. Más aún, si los cursos de física cuántica de Fermi eran soberbios, los de Majorana tenían que ser “resoberbios,” como no, A. De Gregorio, S. Esposito, “Teaching Theoretical Physics: the cases of Enrico Fermi and Ettore Majorana,” Am. J. Phys. 75: 781-790, 2007 [arXiv:physics/0602146].

¿Realmente Majorana era un genio comparable a, por ejemplo, Fermi? Si Fermi dijo que su alumno Majorana era un genio, por algo sería. Así lo opinan los que admiran al mito. ¿Quién descubrió la importancia de la teoría de grupos (las simetrías) en mecánica cuántica? Hermann Weyl (1885-1955) fue el padre matemático de la idea en 1928 y Eugene Wigner (1902-1995) quien la popularizó entre los físicos en 1931, pero algunos opinan que Majorana conocía y admiraba el trabajo de Weyl antes de Wigner, de hecho, uno de los 15 libros que Majorana tenía en propiedad era una edición del libro de Weyl “Gruppentheorie und Quantenmechanik” (1928) y dicho libro pudo influir en su trabajo y pensamiento científico. ¿Podría haber sido Majorana el Wigner italiano? Lo que está claro es que en su trabajo de 1933 citó y extendió los trabajos de Wigner. Los admiradores de Majorana disfrutarán con A. Drago, S. Esposito, “Following Weyl on Quantum Mechanics: the contribution of Ettore Majorana,” Found. Phys. 34: 871-887, 2004 [arXiv:physics/0401062].

Siempre pasa con los grandes genios “olvidados,” pero muchos lo olvidan muchas veces, muchas publicaciones “inéditas” y “rescatadas del olvido” de Majorana, en realidad no son suyas. Por ejemplo, Francesco Guerra, Nadia Robotti, “A forgotten publication of Ettore Majorana on the improvement of the Thomas-Fermi statistical model,” arXiv:physics/0511222, Nov. 2005, hablan de una publicación de Majorana, que en realidad no era suya (S. Esposito, “Again on Majorana and the Thomas-Fermi model: a comment to physics/0511222,” arXiv:physics/0512259, Dec. 2005).

¿Por qué Majorana era un “tipo” tan raro? Quizás era tan raro como todos nosotros; todos somos raros. Pero bueno, también se ha afirmado que su vida era reflejo de la “física cuántica” (O. B. Zaslavskii, “Ettore Majorana: quantum mechanics of destiny,” Priroda 11: 55-63, 2006 [arXiv:physics/0605001]; R. Jackiw, “Homage to Ettore Majorana,” arXiv:hep-th/0610228, Oct. 2006; Erasmo Recami, “Ettore Majorana: His Scientific (and Human) Personality. E.Majorana: Scientist and Man,” arXiv:0708.2855, Aut. 2007; S. Esposito, “Ettore Majorana and his heritage seventy years later,” arXiv:0803.3602, Mar 2008.

En resumen, Majorana es un mito, como Tesla, pero exagerar su genio y/o sus contribuciones es propio solo de mitómanos.