La sombra de la Luna observada por IceCube en el Polo Sur

Mucha gente dirá que observar la Luna a simple vista es mucho mejor que observar su sombra utilizando rayos cósmicos de TeV en IceCube, el gigantesco detector de neutrinos y rayos cósmicos situado en el Polo Sur. IceCube ha observado la sombra de la Luna con más de 6σ entre abril de 2008 y mayo de 2009 utilizando 40 cuerdas de detectores (configuración IC40) y entre mayo de 2009 y mayo de 2010 utilizando 59 cuerdas (configuración IC59), logrando un error menor de 0,2 grados de resolución angular; para que tengas una idea de lo que significa esto, en la figura se ha dibujado la Luna con un círculo blanco. La sombra de la Luna se ha observado gracias a un déficit de 5320 ± 501 rayos cósmicos en IC40 (de un total de 18,8 millones) y de 8700 ± 550 en IC59 (de un total de 22,2 millones), lo que implica una significación de 10,2 σ y 13,9 σ, resp. Este estudio muestra la buena direccionalidad del detector, un factor importante a la hora de interpretar sus resultados sobre neutrinos de muy alta energía. El artículo técnico es IceCube Collaboration, «Observation of the cosmic-ray shadow of the Moon with IceCube,» arXiv:1305.6811, 29 May 2013.

La teoría del caos y los disparos con efecto de un balón de fútbol

Mucha gente cree que el efecto Magnus explica el comportamiento errático del balón de fútbol en los disparos a puerta. Sin embargo, el efecto Magnus no explica por qué Jabulani, el balón oficial en la Copa Mundial de Fútbol de 2010, se movía a veces de forma impredecible, o por qué balones con diferentes costuras se comportan de forma diferente. Taketo Mizota (Instituto Técnico de Fukuoka, Japón) y sus colegas han usado un túnel de viento y una máquina de disparo de balones con rotación para descubrir que el efecto Magnus explica el comportamiento del balón sólo para flujo con número de Reynolds (Re) subcrítico, pero el comportamiento errático del balón aparece para Re supercrítico. En dicho caso, los vórtices que aparecen en la estela del balón interaccionan de forma no lineal entre sí, haciendo que el comportamiento del balón sea caótico e impredecible, para disfrute de algunos espectadores y desazón de los porteros. El efecto mariposa, que pequeños cambios producen grandes consecuencias, es en última instancia el responsable del comportamiento errático del esférico. El artículo técnico es Taketo Mizota et al., «The strange flight behaviour of slowly spinning soccer balls,» Scientific Reports 3: 1871, 22 May 2013. doi:

GRB 130427A, el mayor estallido de rayos gamma observado por Fermi LAT

El telescopio espacial de rayos gamma Fermi observó gracias a su mayor instrumento, el telescopio de gran área LAT, un estallido de rayos gamma cerca del polo note galáctico con una energía total de 94 GeV (el de mayor energía hasta el momento) y cuya emisión duró casi un día (la mayor duración hasta el momento). Se estima que su fuente está muy cerca, z=0,34 (sólo el 5% de los GRB está tan cerca). Un fotón con una energía de ∼72 GeV llegó a los 18,6 segundos tras el inicio del estallido GRB 130427A, lo que permite acotar las variaciones de la velocidad de la luz con la energía; pero el límite que se obtiene es peor que el logrado en 2009 gracias a un fotón de 31 GeV que llegó 0,73 segundos tras el inicio del estallido GRB 090510 [más información en este blog]. Ello no quita que el famoso Giovanni Amelino-Camelia y varios colegas hayan tratado de hacerlo utilizando un «truco» curioso. Más info sobre el estallido en «NASA’s Fermi, Swift See ‘Shockingly Bright’ Gamma-ray Burst,» NASA, 3 May 2013, y en múltiples fuentes.

#FísicaCuántica: El «todólogo» Eric R. Weinstein y quien alto sube, duro cae

El famoso matemático Marcus P. F. du Sautoy, divulgador y presentador de TV, ha encumbrado a su amigo matemático Eric R. Weinstein al limbo de los «todólogos» (expertos en desarrollar teorías de todo sin saber nada de #FísicaCuántica). En su columna en The Guardian, Du Sautoy afirma que W(Einstein) ha resuelto «todos los grandes problemas de la física» y ha logrado «el mayor avance en #FísicaCuántica desde Einstein.»

W(Einstein) le enseñó «su respuesta a todo» a Du Sautoy en un bar de New York. La simetría de la «verdad» de W(Einstein) es tan «bella» que no puede ser mentira. Du Sautoy, asombrado, decidió organizar una conferencia en la Universidad de Oxford (la suya) para que el nuevo «todólogo» pudiera exponer en público las ideas que había desarrollado en los últimos 21 años. Invitó a los profesores del  Departamento de Física de Oxford, Pero ninguno se dignó a asistir a la charla del pasado jueves 24 de mayo. Quizás porque ninguno conoce a W(Einstein), que no ha publicado ningún artículo científico en ninguna revista de física en toda su vida.

Nadie sabe lo que contó W(Einstein), ni ningún detalle de su nueva «teoría de todo.» Du Sautoy en The Guardin nos dice que la teoría utiliza un grupo de simetría «grande» y de gran belleza que contiene todas las partículas fundamentales conocidas, así como nuevas partículas que pueden ser candidatos a materia oscura. También implica de forma natural la existencia de una constante cosmológica no nula, permitiendo entender el origen de la energía oscura. Finalmente, la teoría no requiere de mecanismo de Higgs ya que introduce términos de masa para las partículas que no violan las simetrías de la teoría; por tanto, podemos deducir que predice que el bosón de Higgs no existe («the Higgs boson we are seeing in the LHC might not be quite what we think it is. Weinstein’s perspective might help us articulate what it is we are actually seeing«).

Alok Jha, corresponsal científico de The Guardian, nos cuenta que también ha hablado con W(Einstein) sobre su teoría de Unidad Geométrica (Geometric Unity) basada en un «observerso» («observerse«) de 14 dimensiones en el que está inmerso el espaciotiempo de 4 dimensiones de nuestro universo. Las 10 dimensiones extra afectan a las otras 4 de manera análoga «a como afectan los espectadores de un partido de fútbol a los 22 jugadores que están en el campo.» La nueva teoría no es quiral, como el modelo estándar, que presenta una asimetría entre componentes izquierdas (levógiras) y derechas (dextrógiras) de los campos; en concreto, sólo se han observado neutrinos levógiros. Según dice Jha, W(Einstein) afirma que la materia oscura tiene explicación en su teoría no quiral gracias a los campos dextrógiros que faltan, lo que podemos interpretar como que propone que los neutrinos dextrógiros (que deben ser muy masivos) son los responsables de la materia oscura fría del universo.

La nueva teoría de W(Einstein), según Jha, explica la energía oscura como una nueva fuerza, en pie de igualdad a la gravedad, el electromagnetismo, la interacción débil y la interacción fuerte. Además de esta nueva fuerza, que me recuerda a la hipótesis de la quintaesencia, también se predice la existencia de más de 150 nuevas partículas, la mayoría con cargas eléctricas mayores que la unidad (el límite máximo observado en la Naturaleza).

La expectación generada por Du Sautoy, quizás gracias a su gran fama como divulgador, ha llevado a que muchos soliciten a W(Einstein) que publique un manuscrito en ArXiv con su propuesta. Habrá que esperar, pero me temo que esperará un tiempo a que las aguas se calmen para que no le lluevan demasiadas tortas. La opinión expresada al respecto en varios blogs va en dicha línea: Jennifer Ouellette, «Dear Guardian: You’ve Been Played,» Cocktail Party Physics, May 24, 2013; Lubos Motl, «Eric Weinstein’s invisible theory of nothing,» The Reference Frame, May 25, 2013; Peter Woit, «Eric Weinstein on Geometric Unity,» Not Even Wrong, May 23, 2013; Dave Gamble, «Eric Weinstein’s theory may explain why the universe works the way it does,» Skeptical Science, May 25, 2013; Ted Bunn, «Maybe Eric Weinstein is the next Einstein, but I doubt it,» Ted Bunn’s Blog, 27 May, 2013; entre otros.

Eric R. Weinstein defendió su tesis doctoral, inédita (sin publicar ningún artículo), en 1992, en el Departamento de Matemáticas de la Universidad de Harvard, bajo la dirección de Raoul Bott (1923-2005). La tesis se titula «Extension of Self-Dual Yang-Mills Equations across the 8th Dimension,» Univ. Harvard, 1992. En mi opinión, esta tesis parece ser el germen de su nueva teoría de todo. El abstract de la tesis es el siguiente.

The author introduce a class of elliptic generalized Einstein equations adapting the Self-Dual and Anti-Self-Dual Yang-Mills equations to oriented Riemannian 8-manifolds (X⁸, g_ij) with the virtual dimension of the Moduli space of solutions. The authors construct on S⁸ a 9-dimensional moduli space M(S⁸) ≈ B⁹ of soliton-like solutions given as the translates of the Levi-Civita connection by arbitrary conformal transformations. Existence is shown on any Einstein manifold. Proposed extension to all even dimensions is sketched.

He encontrado poca información en la web sobre el contenido de esta tesis doctoral, que no he podido leer. Yo destacaría el artículo de Laurent Baulieu, Hiroaki Kanno, I. M. Singer, «Special Quantum Field Theories in Eight and Other Dimensions,» Commun. Math. Phys. 194: 149–175, 1998, donde se afirma que I. M. Singer estudió la teoría de Yang-Mills autodual en el contexto de las variedades de Einstein en ocho dimensiones con la ayuda de Eric R. W(Einstein). En dicho artículo se sugiere que W(Einstein) ha desarrollado en su tesis una teoría basada en variedades de Joyce de dimensión 8 cuyo grupo de holonomía es Spin(7). Sin embargo, esta idea no se generaliza a dimensión 14.

Lubos Motl cree que la «teoría» de W(Einstein) es una teoría de tipo graviGUT, similar a la de Garrett Lisi (basada en el grupo E8). Sin embargo, en dimensión 14 es muy difícil construir una teoría de este tipo. Yo creo que sus ideas van en otra línea, pero puedo equivocarme.

En resumen, me molesta escribir una entrada sobre la Unidad Geométrica de W(Einstein) en la que no tengo nada que decir. Pero así están las cosas a día de hoy… su «secreto» aún sigue siendo un secreto.

Coda final. La idea de esta entrada es aportar mi granito de arena a la iniciativa #FísicaCuántica por Trending Topic ideada por @Cuent_cuanticos.

PS (02 junio 2013): «La #FísicaCuántica es Trending Topic mundial: algunas reflexiones,» Principia Marsupia, 29 mayo 2013.

https://twitter.com/pmarsupia/status/339454243893293058/photo/1

Sobre la charla de Eric W(Einstein) recomiendo leer a Michael Enciso, «Theory of Everything: What was the reaction to Eric Weinstein’s May 23rd lecture at Oxford on the geometric prospects for unification?,» Quora, May 2013.

Resumo lo que nos cuenta: W(Einstein) propone que la métrica del espaciotiempo no debe ser impuesta sino que debe emerger de las ecuaciones. A partir de una variedad sin métrica en 4 dimensiones (que W(Einstein) llama «flabby») se introduce un fibrado en 10 dimensiones, construyendo un espacio fibrado en 14 dimensiones. La métrica en este espacio emerge a partir de una conexión y aparecen espinores en 28 dimensiones. Como resultado se deriva algo parecido a una ecuación de campo de Einstein que predice una constante cosmológica no nula. De alguna manera aparecen también las ecuaciones de Yang-mills, proceso que produce 3 generaciones de partículas, una de ellas mucho más masiva que las otras dos. 

Cuando alguien le preguntó por la quiralidad de las generaciones de partículas en su teoría, por lo que parece, no supo bien qué contestar y acabó confesando que él cree que observamos sólo una quiralidad de algunas partículas, pero que también existe la otra. Parece que esto es lo más flojo de sus ideas. 

En resumen, hasta que no haya una publicación técnica con los detalles que resuelva los problemas obvios de estas ideas, todo esto no es nada más que palabrería.

#FísicaCuántica: El momento magnético anómalo del muón

Hay señales de la existencia de física no descrita por el modelo estándar que son muy obvias (como la energía oscura y la materia oscura) y otras que son muy sutiles, como la anomalía en el momento magnético anómalo del muón (g-2)μ. Las medidas experimentales muestran una desviación a 3,6 σ respecto a la predicción del modelo estándar, aunque el error experimental de 0,5 ppm (partes por millón) es similar al error teórico (que para las correcciones hadrónicas es de 0,45 ppm). Hay varios experimentos que pretenden reducir el error experimental y varios grupos de teóricos que pretenden reducir el error en el cálculo de las contribuciones hadrónicas. Yo destacaría el nuevo experimento E989 en el Fermilab para la medida de g-2 (ya hablé de su posible transporte en helicóptero en 2013, que al final ha sido cancelado), que empezará a tomar datos en 2016 y alcanzará un error de 0,14 ppm (lo que verificará la anomalía entre teoría y experimento con entre 5 y 9 σ, caso de que persista). Nos lo ha contado Mark Lancaster (University College London, On Behalf of E989 Collaboration), «The New Muon g-2 Experiment,» Photon-2013, Paris 20-24 May 2013 [slides].

La figura que abre esta entrada es la nueva medida experimental de (g-2) obtenida por el detector KLOE en el colisionador electrón contra positrón DAFNE, que nos ha contado A. Passeri (on behalf KLOE collaboration), «Measurement of the hadronic cross sections at KLOE with ISR and their impact to the muon anomaly and U-boson search,» Photon-2013, Paris 20-24 May 2013 [slides].

Apoya la iniciativa «Raras pero no invisibles…»

Carlos (@CarlosMGuevara), emprendedor malagueño y cofundador de Sombradoble (@SDciencia), está recaudando fondos vía crowdfunding para realizar un documental sobre enfermedades raras. Una iniciativa muy interesante que merece todo nuestro apoyo. El documental pretende aumentar el conocimiento que tiene el público general sobre los afectados de estas enfermedades y sobre la investigación que se está realizando en España en esta línea. Será distribuido de forma libre con licencias tipo Creative Commons para que cualquiera pueda verlo de forma gratuita. Apoyan la iniciativa la Universidad de Málaga, el Centro de Investigaciones en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), la Fundación Andalucía Emprende (Junta de Andalucía) y varias asociaciones de pacientes. Se quiere grabar el documental en Málaga, Sevilla, Madrid y Valencia (aunque esto podría modificarse).

Los que deseen apoyar la propuesta con una módica contribución pueden seguir este enlace. Allí pueden encontrar toda la información sobre el proyecto, incluyen dos vídeos de presentación.

Francis en Trending Ciencia: Solitones en estados condensados de Bose-Einstein

Ya puedes disfrutar mi nuevo podcast para Trending Ciencia siguiendo este enlace. Como siempre, una transcripción del audio.

Como tema he elegido un artículo aparecido en la revista Nature Communications el pasado 14 de mayo titulado «Controlled formation and reflection of a bright solitary matter-wave,» o «Formación controlada y reflexión de ondas de materia.» Su primera autora, Anna Marchant, es doctoranda en la Universidad de Durham, Reino Unido, en el grupo de investigación de Simon Cornish. En este artículo se ha logrado propagar un solitón en un condensado Bose-Einstein de átomos de rubidio 85 a lo largo de una distancia de ~1,1  mm durante unos 150  ms. El solitón se ha propagado sin cambiar de forma (sin dispersión apreciable). Además se ha estudiado la reflexión de dicho solitón contra una barrera de potencial repulsiva con forma de gaussiana. Aunque aún no se ha observado el efecto túnel (la transmisión del solitón a través de la barrera) ni tampoco las colisiones mutuas entre varios solitones, este nuevo trabajo me ha resultado muy interesante, pues combina dos de mis pasiones, la teoría de solitones y los estados de Bose-Einstein como análogos de medios ópticos no lineales. Como siempre, permíteme que te cuente qué es un solitón, qué es un condensado de Bose-Einstein y que resuma los resultados que se han logrado.

El artículo técnico es A. L. Marchant, T. P. Billam, T. P. Wiles, M. M. H. Yu, S. A. Gardiner & S. L. Cornish, «Controlled formation and reflection of a bright solitary matter-wave,» Nature Communications 4: 1865, 14 May 2013.

Francis en ¡Eureka!: Demostrada la conjetura débil de Goldbach

Ya está disponible el audio de mi sección ¡Eureka! en el programa La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Sigue este enlace para disfrutarlo. Como siempre una transcripción libre.

Esta semana las matemáticas han sido noticia porque se ha resuelto un problema propuesto hace más de 270 años. Un problema sencillo de enunciar, pero muy difícil de demostrar. ¿Qué problema se ha resuelto? En 1742, el matemático Christian Goldbach le preguntó por carta a su amigo y famoso matemático Leonhard Euler si podía demostrar dos resultados muy sencillos sobre números. Por un lado, lo que hoy en día llamamos la conjetura de Goldbach, o conjetura fuerte de Goldbach, que dice que todo número par mayor que 2 se puede escribir como suma de dos números primos. Por ejemplo, 6 = 3 + 3, 8 = 3 + 5, 10 = 3 + 7, 16 = 3 + 13, etc. Y por otro lado, una variante de este problema que hoy en día llamamos la conjetura débil de Goldbach, que afirma que  todo todo número impar mayor que 5 puede escribir como suma de tres números primos. Por ejemplo, 7 = 2 + 2 + 3, 9 = 3 + 3 + 3, 11 = 3 + 3 + 5, 35 = 19 + 13 + 3, o 77 = 53 + 13 + 11, etc. El matemático peruano Harald Andrés Helfgott ha publicado un trabajo en el que afirma haber demostrado la conjetura débil de Goldbach (o conjetura ternaria de Goldbach). Por supuesto, en estas noticias de matemáticas tenemos que ser cautos. La demostración ocupa 133 páginas y se basa en un trabajo previo de más de 100 páginas. La confirmación «oficial» todavía podría tardar un tiempo, pero varios expertos, como el famoso Terence Tao, que recibió la medalla Fields en el año 2006 en Madrid, afirman que la nueva demostración tiene muy buena pinta y casi seguro que es correcta.

Recomiendo leer a «(Parece ser que) Demostrada la conjetura débil de Goldbach,» Gaussianos.com, 14 mayo 2013. El artículo técnico para los matemáticos que deseen profundizar es H. A. Helfgott, «Major arcs for Goldbach’s theorem,» arXiv:1305.2897, 13 May 2013; creo que es recomendable leer antes H. A. Helfgott, «Minor arcs for Goldbach’s problem,» arXiv:1205.5252, 23 May 2013.

Microscopia de fotoionización para observar orbitales átomicos

La microscopia de fotoionización permite observar de forma directa la estructura orbital de un átomo de hidrógeno excitado. La técnica, propuesta hace 30 años, permite visualizar la distribución de carga electrónica en el átomo, incluyendo la estructura nodal de los orbitales excitados (los microscopios de efecto túnel y similares no permiten ver la estructura nodal, sólo la distribución de carga exterior). Aneta S. Stodolna (Instituto de Física Atómica y Molecular, Países Bajos), Marc Vrakking (Max-Born-Institute, Berlín, Alemania) y sus colegas han demostrado la microscopía de fotoionización en un átomo de hidrógeno colocado en un campo electrostático. El átomo es excitado por pulsos láser y los electrones que escapan del átomo producen patrones de interferencia que son amplificados por un factor de más de 20.000 usando una lente electrostática. El patrón de interferencia refleja la estructura nodal del orbital electrónico (que refleja la forma de la función de onda cuántica). Nos lo cuentan en «‘Quantum microscope’ peers into the hydrogen atom,» PhysicsWorld.com, May 23, 2013, en Christopher T. L. Smeenk, «Viewpoint: A New Look at the Hydrogen Wave Function,» Physics 6: 58, 20 May 2013, donde se hacen eco del artículo técnico A. S. Stodolna et al., «Hydrogen Atoms under Magnification: Direct Observation of the Nodal Structure of Stark States,» Phys. Rev. Lett. 110: 213001, 20 May 2013.

Carnaval de Matemáticas: Otra demostración incorrecta de la hipótesis de Riemann

Tras un curso de análisis complejo, todos los estudiantes de matemáticas deberían estudiar demostraciones incorrectas de la hipótesis de Riemann. El listado de Matthew Watkins es un buen lugar para empezar. Hao-cong Wu acaba de publicar una nueva demostración (incorrecta) en la revista EJMS. El error debería ser obvio para cualquier estudiante de matemáticas que merezca aprobar un curso de análisis complejo. No quiero parecer malvado, pero el problema matemático más importante y más difícil de la actualidad es ideal para extraer ejercicios de examen para los alumnos; algunos son ejercicios muy difíciles (pues el error en la demostración es muy sutil o está oculto en una demostración muy larga), pero otros son muy fáciles (sobre todo cuando la demostración tiene pocas páginas). Si eres matemático, has estudiado análisis complejo y te apetece el reto, ¿cómo calificarías el [flagrante] error de la demostración de Hao-cong? Sólo quiero que me digas si es fácil de ver o si es difícil de ver (si no eres experto en análisis complejo, claro, porque si lo eres dirás que es trivial).

Coda final: Esta entrada participa en la Edición 4.1231 del Carnaval de Matemáticas cuyo anfitrión es Matemáticas Interactivas y Manipulativas. Lo sé, lo sé, con esta entrada no ganaré el libro de @ClaraGrima firmado… Si te apetece estar entre los posibles ganadores, recuerda que el domingo es el último día para participar en esta edición del Carnaval de Matemáticas.