¿Existe algo totalmente impredecible en la Naturaleza?

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Antonio Acín (ICFO/ICREA, Barcelona, ​​España) y varios colegas responden a esta pregunta en un artículo en Nature Communications que presenta un protocolo cuántico para amplificar la aleatoriedad de los eventos naturales que sean aleatorios para hacerlos completamente aleatorios. El artículo no demuestra que estos eventos existan en la Naturaleza, pero introduce la siguiente dicotomía: o bien nuestro universo es completamente determinista, o bien existen eventos naturales que son totalmente aleatorios. Todo el mundo sabe que la física clásica es totalmente determinista (aunque el caos determinista limita su predictibilidad) y que la física cuántica permite lo aleatorio, aunque ello no implica la existencia de cualquier forma de aleatoriedad en la Naturaleza. El problema de distinguir entre (pseudo)aleatoriedad y aleatoriedad completa puede parecer de interés sólo para los filósofos, pero también es importante desde un punto de vista práctico, pues los bits aleatorios son útiles en muchas aplicaciones (protocolos criptográficos, juegos de azar o simulación numérica de sistemas físicos y biológicos). El artículo técnico es Rodrigo Gallego et al., “Full randomness from arbitrarily deterministic events,” Nature Communications 4: 2654, 30 Oct 2013 (arXiv:1210.6514 [quant-ph]).

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Los físicos de partículas también son cazatesoros de antiguos naufragios

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Mucha gente no lo sabe, pero los físicos de partículas dedicados a la búsqueda de la materia oscura buscan con tesón en los restos de antiguos naufragios unos tesoros de gran valor; bueno, de gran valor para ellos, pues el resto de los cazatesoros no los valoran en demasía, pues buscan el plomo utilizado como lastre en los barcos hundidos hace más de 2.000 años. Los físicos de CDMS (Cryogenic Dark Matter Search) en la mina de Soudan, Minnesota, y CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) en L’Aquila, Italia, se encuentran con un problema, a los arqueólogos submarinos no les gusta que haya que fundir lingotes de plomo de hace 2.000 años, aunque sea para construir blindajes contra la radiación (el plomo actual es radiactivo porque tiene pequeñas cantidades de plomo-210, isótopo radiactivo que tiene una vida media de 22,3 años). ¿Moralmente es correcto fundir objetos de plomo que forman parte del pasado de la humanidad? Por el momento no hay mucho debate, pero quizás pronto lo haya. Nos lo cuenta “Particle Physicists Seek a Roman Shield,” News of the Week, Science Science 342: 540-541, 01 Nov 2013, que se hace eco de Elena Pérez-Alvaro (Univ. Birmingham, GB), “Experiments on Particle Physics Using Underwater Cultural Heritage: The Dilemma,” Rosetta 13: 40-46, 2013 [PDF].

PS: Estos detectores se instalan en laboratorios subterráneas bajo montañas para protegerlos de la radiación exterior. En los experimentos como tales se utilizan blindajes de plomo contra la radiación. El problema son las radioimpurezas del blindaje y los materiales que componen los detectores (sobre todo la radioactividad beta, que produce neutrinos indeseados). Se puede utilizar un modelo optimizado de la radiactividad de fondo, pero en los experimentos criogénicos todavía no se conocen buenos modelos, por lo que conviene utilizar materiales con pocas radioimpurezas.

El plegamiento del ADN en cromosomas durante la mitosis

Me ha gustado mucho este vídeo que forma parte de la información suplementaria de un artículo publicado en Science que ha observado experimentalmente cómo se produce, durante la mitosis, el plegamiento de la cromatina nuclear y cómo se forman los cromosomas metafásicos mitóticos. Espero que lo disfrutes como yo. El artículo técnico es Natalia Naumova et al., “Organization of the Mitotic Chromosome,” Science, AOP 07 Nov 2013 [DOI].

Scholarmeter afirma que Karl Marx es el autor científico más influyente de la historia

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La bibliometría es más fría que un témpano de hielo. Según el análisis de casi 35.000 investigadores realizado por Scholarmeter (empresa fundada en la Universidad de Indiana Bloomington) el científico más influyente es Karl Marx (historiador), seguido de Sigmund Freud (psicólogo) y Edward Witten (físico teórico). Quizás me digas que Marx o Freud no eran científicos, en el sentido moderno del término, pero el análisis realizado considera en pie de igualdad las ciencias sociales y las ciencias puras. ¿Cómo se ha comparado a autores de áreas tan diversas? La idea es utilizar el cociente entre el índice-h del autor y el índice-h promedio del área. Marx tiene un índice-h que es 22 veces mayor que el índice h promedio entre los historiadores, y Witten uno que es 13 veces mayor que el promedio entre los físicos, y así sucesivamente. La idea no es nueva. Hay muchas métricas “normalizadas” para poder comparar áreas diversas (artículo sobre ello en Nature), pero lo cierto es que los expertos en bibliometría no han llegado aún a un consenso sobre cuál es la mejor (si existe). Por tanto, el resultado de Scholarmeter hay que tomarlo con alfileres. Por cierto, el análisis de Scholarometer se basa en los datos de Google Scholar, cuyo valor más allá de la era de la web ha sido cuestionado por muchos expertos. Nos lo cuenta Richard Van Noorden, “Who is the best scientist of them all? Online ranking compares h-index metrics across disciplines,” News, Nature, 06 Nov 2013.

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Los últimos datos sobre el meteoro de Chelyabinsk

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Simulación 3D del impacto del meteoro.

El 15 de febrero de 2013, un meteoro de tamaño medio impactó en la atmósfera terrestre en la región de Chelyabinsk, Rusia. Los datos iniciales sobre su trayectoria y la estimación mediante infrasonidos de su masa han sido revisados por dos artículos en Nature y un artículo en Science. El meteoro que impactó en Chelyabinsk tenía una masa entre 12.000 y 13.000 toneladas métricas, casi el doble de lo que se estimó en su momento, impactó en la atmósfera superior a una velocidad de unos 19 km/s, más de 50 veces la velocidad del sonido, liberando una energía de unos 500 kilotones de TNT que en gran parte fue absorbida por la atmósfera (lo que minimizó los daños). A una altura entre 30 y 45 km el meteoro se fracturó en miles de pedazos. Sólo se han encontrado unos pocos meteoritos, el mayor con 600 kg formó un agujero circular en el hielo de la superficie y acabó en el fondo del lago Chebarkul, a 60 km al suroeste de Chelyabinsk. Los modelos por ordenador predicen que un asteroide como el Chelyabinsk colisiona con la Tierra una vez cada 150 años (en promedio). Nos lo cuenta Quirin Schiermeier, “Risk of massive asteroid strike underestimated. Meteor in Chelyabinsk impact was twice as heavy as initially thought,” News, Nature, 5 Nov 2013. Los artículos técnicos en Nature son Jiří Borovička et al., “The trajectory, structure and origin of the Chelyabinsk asteroidal impactor,” Nature, AOP, 06 Nov 2013; y P. G. Brown et al., “A 500-kiloton airburst over Chelyabinsk and an enhanced hazard from small impactors,” Nature, AOP 06 Nov 2013. El artículo en Science es Olga P. Popova et al., “Chelyabinsk Airburst, Damage Assessment, Meteorite Recovery, and Characterization,” Science, AOP 07 Nov 2013 [DOI].

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Francis en la mesa redonda “Matemáticas y redes sociales”

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Hoy 5 de noviembre a las 19:30 en la Residencia de Estudiantes del CSIC, Madrid, organizada por el ICMAT tendrá lugar una mesa redonda sobre la relación entre las matemáticas y las redes sociales. La actividad se engloba en el programa de la Semana de la Ciencia del ICMAT que también incluye una serie de conferencias dirigidas a estudiantes de secundaria. Participamos en la mesa José Antonio Bassas (Universidad de Sevilla, @Eliatron), Clara Grima (Universidad de Sevilla, @ClaraGrima), Esteban Moro (Universidad Carlos III de Madrid, @EstebanMoro), Daniel Mediavilla (Materia, @DaniMateria) [no sé si al final podrá estar] y un servidor, Francisco Villatoro (Universidad de Málaga, @emulenews). Modera la mesa Ignacio Fernández Bayo (AECC, Divulga, @IFBayo). La mesa redonda será a transmitida en directo vía streaming a partir de las 19:30 h. (GMT +1) gracias a Edad de Plata en este enlace. Más información en Instituto de Ciencias Matemáticas, “Matemáticas y redes sociales, juntas en la Semana de la Ciencia,” Madri+d, 5 Nov 2013.

Te recomiendo leer la entrevista que me hicieron en Instituto de Ciencias Matemáticas, ““Hay que transmitir cómo el descubrimiento matemático es similar a explorar un territorio desconocido”,” Madri+d, 31 Oct 2013. “Estamos rodeados de matemáticas por doquier, pero alguien nos tiene que abrir los ojos para que las veamos. […] Es muy gratificante el apoyo de los compañeros, pero el reconocimiento de la divulgación de forma oficial en el ámbito académico, por ahora, brilla por su ausencia. […] La situación actual [de la divulgación matemática en España] me parece prometedora.”

Francis en @TrendingCiencia: El levitón que transporta un electrón individual en un conductor

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Puedes escuchar mi nuevo podcast sobre Física para Trending Ciencia siguiendo este enlace. He elegido un artículo aparecido en la revista Nature el pasado 31 de octubre titulado “Minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons” (“estados de excitación mínima para la óptica cuántica de electrones usando levitones”) cuyo autor principal es Christian Glattli, del Grupo de Nanoelectrónica del IRAMIS, en el centro CEA de Saclay, Francia, centro que pertenece al CNRS Francés, y la primera autora es Julie Dubois. El artículo presenta la observación experimental de un nuevo tipo de onda solitaria o solitón bautizada como “levitón”. Los levitones son cuasipartículas formados por un número entero de electrones y se pueden usar para transportar electrones individuales a través de un conductor, es decir, actúan como fuentes de electrones individuales bajo demanda, lo que les hace tener múltiples aplicaciones en nanoelectrónica cuántica.

Por cierto, en el título del artículo técnico se habla de óptica cuántica de electrones, que también se traduce por óptica cuántica electrónica, quizás te preguntes qué es: se trata de usar técnicas con electrones en materiales conductores que están inspiradas en la óptica cuántica. Pero vayamos al grano, ¿qué son los levitones? Y lo más importante, ¿cómo han sido observados?

El nuevo artículo técnico es J. Dubois et al., “Minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons,” Nature 502: 659–663, 31 Oct 2013. El podcast también está inspirado en Christian Flindt, “Quantum physics: Single electrons pop out of the Fermi sea,” News & Views, Nature 502: 630–632, 31 Oct 2013. Para los francófonos “Les lévitons : des électrons sans bruit pour l’optique quantique électronique,” IRAMIS, CEA Saclay, 29 Oct 2013.

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Francis en #rosavientos: La dermatitis atópica y la piel artificial

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Ya puedes escuchar mi sección ¡Eureka! del programa La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre una transcripción del audio y algunos enlaces.

Esta semana ha sido noticia un estudio sobre la dermatitis atópica cuyo primer autor es un científico sevillano emigrado en EEUU. ¿Qué es lo que se ha descubierto? Gabriel Núñez, investigador sevillano que desde hace años trabaja en la Universidad de Michigan (EE UU), lidera el grupo que ha publicado en Nature el descubrimiento de una molécula liberada por el patógeno estafilococo áureo (Staphylococcus aureus) que induce la dermatitis atópica en ratones. La dermatitis atópica, llamada comúnmente eccema, es una enfermedad de la piel que afecta el cuero cabelludo, la cara y el torso. Se presenta como una reacción similar a una alergia en la piel, que provoca hinchazón, enrojecimiento. Se trata de una enfermedad frecuente en los niños que desaparece en la adolescencia y hay millones de personas en todo el mundo que la padecen. Sin embargo, no se conoce su causa, por lo que su tratamiento es muy difícil.

El artículo técnico es Yuumi Nakamura et al., “Staphylococcus δ-toxin induces allergic skin disease by activating mast cells,” Nature, AOP 30 Oct 2013. Más información en español en “Descubren la molécula que causa dermatitis atópica en ratones,” Agencia SINC, 30 Oct 2013.

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¿Cuántas moléculas de H2O se necesitan para formar agua líquida?

Dibujo20131103 structure of liquid water - predictions by laws of physics Nadie sabe la respuesta, pero parece evidente que debe ser un número finito de moléculas. Jeong-Hyuck Park (DAMTP, Univ. Cambridge, GB) ha calculado por ordenador, gracias a una analogía con un gas ideal de bosones, que en una caja cúbica se requieren 7.616 moléculas de agua y en un caja esférica 10.458. Conforme el número de moléculas en un gas a presión constante crece se produce una transición de fase que el autor considera que está asociada a la “emergencia” del concepto de agua. Para caracterizar una transición de fase entre dos fases se utiliza un diagrama que presenta la temperatura en función de la composición de ambas fases, la llamada descomposición espinodal; Park ha calculado el número de moléculas de agua para que aparezca un cambio brusco en la curva espinodal del sistema de bosones. El autor propone que este cambio es una característica genérica de las transiciones de fase líquido-gas, es decir, que la ebullición es un fenómeno emergente y puede ser calculada ab initio utilizando los principios básicos de la física estadística. Futuros estudios tendrán que refinar estos números y estudiar en detalle la dependencia con la forma del volumen que contiene el gas de bosones y las condiciones de contorno utilizadas (Dirichlet en este caso). El artículo técnico es Jeong-Hyuck Park, “How many is different? Answer from ideal Bose gas,” arXiv:1310.5580 [cond-mat.stat-mech], 21 Oct 2013. El artículo que realizó el cálculo es Jeong-Hyuck Park, Sang-Woo Kim, “Thermodynamic instability and first-order phase transition in an ideal Bose gas,” Phys. Rev. A 81: 063636, 2010. Sigue leyendo

Lo último sobre la anomalía a 5 sigmas en los datos de CDF del Tevatrón (Fermilab)

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En el año 2011 el experimento CDF del Tevatrón (Fermilab) observó una anomalía a 5 sigmas en los sucesos que producían un bosón W y dos chorros hadrónicos. El experimento DZero del Tevatrón refutó dicha señal. Tampoco se observó en el LHC (ATLAS y CMS). Un análisis preliminar en febrero 2013 descubrió que la causa era un error sistemático. El análisis oficial se acaba de publicar en ArXiv. Tras analizar 9,1 /fb de colisiones protón-antiprotón a 1,96 TeV c.m. no se observa ninguna anomalía en los canales WW, WZ y ZZ. La figura que abre esta entrada muestra cómo ha desaparecido la anomalía (mostrada en la figura de abajo). El artículo técnico es CDF Collaboration, “Search for a dijet resonance in events with jets and missing transverse energy in pp¯ collisions at √s=1.96 TeV,” arXiv:1310.7267 [hep-ex], 27 Oct 2013. Más información divulgativa en Tommaso Dorigo, “No Jet-Jet Bump In New CDF Diboson Analysis !,” AQDS, 29 Oct 2013.

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